电磁场与电磁波点电荷模拟实验报告终审稿Word格式文档下载.docx

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N=28

《电磁场与电磁波》课程实践

点电荷电场模拟实验

1.实验背景

电磁场与电磁波课程内容理论性强,概念抽象,较难理解。

在电磁场教学中,各种点电荷的电场线成平面分布,等势面通常用等势线来表示。

MATLAB是一种广泛应用于工程、科研等计算和数值分析领域的高级计算机语言,以矩阵作为数据操作的基本单位,提供十分丰富的数值计算函数、符号计算功能和强大的绘图能力。

为了更好地理解电场强度的概念,更直观更形象地理解电力线和等势线的物理意义,本实验将应用MATLAB对点电荷的电场线和等势线进行模拟实验。

2.实验目的

应用MATLAB模拟点电荷的电场线和等势线

3.实验原理

根据电磁场理论,若电荷在空间激发的电势分布为V,则电场强度等于电势梯度的负值,即:

真空中若以无穷远为电势零点,则在两个点电荷的电场中,空间的电势分布为:

本实验中,为便于数值计算,电势可取为

4.实验内容

应用MATLAB计算并绘出以下电场线和等势线,其中q1位于(-1,0,0),q2位于(1,0,0),n为个人在班级里的序号:

(1)电偶极子的电场线和等势线(等量异号点电荷对q2:

q1=1,q2为负电荷);

(2)两个不等量异号电荷的电场线和等势线(q2:

q1=1+n/2,q2为负电荷);

(3)两个等量同号电荷的电场线和等势线;

(4)两个不等量同号电荷的电场线和等势线(q2:

q1=1+n/2);

(5)三个电荷,q1、q2为

(1)中的电偶极子,q3为位于(0,0,0)的单位正电荷。

n=28

程序1:

clearall

q=1;

xm=;

ym=2;

x=linspace(-xm,xm);

y=linspace(-ym,ym);

[X,Y]=meshgrid(x,y);

R1=sqrt((X+1).^2+Y.^2);

R2=sqrt((X-1).^2+Y.^2);

U=1./R1-q./R2;

u=-4:

:

4;

figure

contour(X,Y,U,u,'

--'

);

holdon

plot(-1,0,'

o'

'

MarkerSize'

12);

plot(1,0,'

[Ex,Ey]=gradient(-U,x

(2)-x

(1),y

(2)-y

(1));

dth1=11;

th1=(dth1:

dth1:

360-dth1)*pi/180;

r0=;

x1=r0*cos(th1)-1;

y1=r0*sin(th1);

streamline(X,Y,Ex,Ey,x1,y1);

dth2=11;

th2=(dth2:

dth2:

360-dth2)*pi/180;

x2=r0*cos(th2)+1;

y2=r0*sin(th2);

streamline(X,Y,-Ex,-Ey,x2,y2);

axisequaltight

title('

μ×

ó

μμ3oí

μè

ê

'

fontsize'

12)

程序2:

q=15;

程序3:

q=-1;

streamline(X,Y,Ex,Ey,x2,y2);

程序4:

q=-15;

(5)三个电荷,q1、q2为

(1)中的电偶极子,q3为位于(0,0,0)的单位正电荷

程序5:

q3=-1;

R3=sqrt(X.^2+Y.^2);

U=1./R1-q./R2-q3./R3;

dth3=11;

th3=(dth3:

dth3:

360-dth3)*pi/180;

x3=r0*cos(th3);

y3=r0*sin(th3);

streamline(X,Y,Ex,Ey,x3,y3);

从实验过程中学习到的东西:

1.灵活学习,大胆求证,当不清楚E1,E2,前面符号的正负时,随便假设一个,再根据电荷的正负关系,看得到的图形是否正确,若不正确则再修改符号

2.注意q的正负与两电荷是否异号有关,异号与同号q的正负不同

3.学习初步使用matlab软件,为以后的学习打好基础

4.更加深入地了解电荷的电场线与等势线

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