电磁场与电磁波实验报告.docx
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电磁场与电磁波实验报告
实验一静电场仿真
1.实验目得
建立静电场中电场及电位空间分布得直观概念。
2.实验仪器
计算机一台
3.基本原理
当电荷得电荷量及英位苣均不随时间变化时,电场也就不随时间变化,这种电场称为静电场。
点电荷q在无限大真空中产生得电场强度E得数学表达式为
(就是单位向量)(1-1)
真空中点电荷产生得电位为
(1-2)
英中,电场强度就是矢量,电位就是标量,所以,无数点电荷产生得电场强度与电位就是不一样得,电场强度为
(就是单位向M)(l-3)
电位为
(1-4)
本章模拟得就就是基本得电位图形。
4.实验内容及步骤
(1)点电荷静电场仿真
题目:
真空中有一个点电荷-q,求英电场分布图。
程序1:
负点电荷电场示意图
clear[x,y]=meshgnd(-10:
l.2:
10);
E0=8.85e-12;
q=k6*10A(-19);
・[]:
r=sqrt(x、人2+y、八2+1、0*10A(-10))
m=4*pi*E0*r;
ml=4*p产E0*r、A2;
E=(-q./ml).*r;
surfc(x.y,E);
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戶/
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员点电荷场强示意團
负点电荷电势示意图
clear[x,y]=meshgnd(-10:
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10);
E0=8.85e-12;
q=k6*10A(-19);
・[]:
r=sqrt(x、人2+y、八2+1、0*10A(-10))
m=4*pi*E0*r;
ml=4*p产E0*r、A2;
z=.q、/ml
surfc(x.y,z);
xlabel(x7fontsize\16)
ylabel(y/fontsize\16)titled负点电荷电势示意|^lVfbntsize\10)
BQFigureNo.1
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员点电荷电势示意囹
程序2
clearq=2e-6;k=9e9;a=E0;b=0;x=-4:
0>16:
4;尸x;
[X,Y]=meshgrid(x,y);
Rl=sqrt((X+l)、人2+Y、人2+1、0*10A(-10));
R2=sqrt((X-l).人2+Y、A2+l.0*10A(-10));
Z=q*k*(l./R2-E. [ex,ey]=gradieiit(-Z); ae=sqrt(ex、人2+ey、A2);ex=ex>/ae;ey=ey>/ae; cA-luispace(imn(niHi(Z)),max(iiiax(Z))>40); contour(XYZ、cv.'k」); holdon clear q=2e-6;k=9e9;a=k0: b=0: x=40、15: 4;y=x; [X,Y]=meshgrid(x,y); Rl=sqrt((X+l).人2+Y、人2+1、0*10A(-10)); R2=sqrt((X-l).人2+Y.A2+l.0*10A(-10)); U=q*k*(l./R2-1./Rl); [ex,ey]=gra&ent(-U): ae=sqrt(ex、人2+ey.人2): ex=ex、/ae: ey=ey、/ae;ex—lmspace(inin(nun(U)),max(niax(U)),40); surfb(xyU); BQFigureNo.1 FileEditView Insert Tools WindowHelp — □ X kA 戶/ Po -4・4 实验二恒定电场得仿真 1.实验目得 建立恒定电场中电场及电位空间分布得直观概念。 2.实验仪器 计算机一台 3.基本原理 电场得大小与方向均不随时间变化得场称为恒定电场,如直流导线,虽说电荷在导线内运动,但电场不随时间变化而变化,所以,直流导线形成得电场就是恒泄电场。 对于恒泄电场,我们可以假设其为静电场,假设有静止不动得分布在空间中得电量q产生了这一电场。 通过一些边界条件等确左自己所需要得变量,然后用静电场得方法来求解问 4•实验内容及步骤 (1)高压直流电线表面得电场分布仿真 题目: 假设两条髙压导线分别就是正负电流,线间距2m,线直径0、04m,电流300A,两条线电压正负110kV,求表面电场分布。 程序 clear [x,y]=meshgnd(-2: 0.1: 2); rl=sqrt((x+l)x人2+y、人2+0、14); r2=sqrt((x-l).人2+y、人2+0、14); k=100/(log(l/0>02)); E=k*(l./rl-1./r2); surfc(x,y,E); xlabel(xVfontsize\16) ylabel(y,'fontsize\16)titleCE'/fbntsize1,10) MFigureNo.1—□X FileEditViewInsertToolsWindow旦wlp DHakA戶/炉月c clear [x,y]=meshgrid(-2: 0.1: 2);rl=sqrt((x+l).人2+y、人2+0、14);r2=sqrt((x-l).人2+y、人2+0、14); k=100/(log(l/0>02)); m=logl0(r2x/rl); U=k*m: surfc(x.yU); xlabelCxTfbntsize: 16) ylabel(y/fontsize\l6)title(TT/fontsize\10) BQFigureNo.1 FileEditView Insert Tools WindowHelp — □ X □aa kA 户/ Po 实验三恒定磁场得仿真 1•实验目得 建立恒泄磁场中磁场空间分布得直观概念。 2•实验仪器 计算机一台 3•基本原理 磁场得大小与方向均不随时间变化得场,称为恒泄磁场。 线电流i产生得磁场为: 说明了电流与磁场之间得关系,运动得电荷能够产生磁场。 4•实验内容及步骤 圆环电流周围引起得磁场分布仿真 题目: 一个半径为0、35得电流大小为1A得圆环,求它得磁场分布。 分析: 求载流圆环周I羽得磁场分布,可以用毕奥一萨伐尔泄律给出得数值积分公式进行汁算: 图3-1载流圆环示意图 程序 clear x=-10: 0.5: 10; u0=4*pi*10A(-7); R=0.35: 1=1; B=(uO*I*R>人2)、/2、/((R、A2+x.人2)、A(3/2)); plot(x.B); MFigureNo.1—□X FileEditViewInsertToolsWindow旦wlp DHakA戶/炉月c 实验四电磁波得反射与折射 1.实验目得 (1)熟悉相关实验仪器得特性与使用方法 (2)掌握电磁波在良好导体表而得反射规律 2.实验仪器 DH1211型3厘米信号源1台、可变衰减器、频率调宵器、电流指示器、喇叭天线、 金属导体板1块、支座一台。 3•基本原理 电磁波在传播过程中如遇到障碍物,必怎要发生反射。 当电磁波入射到良好导体(近似认为理想导体)平板上时将发生全反射。 电磁波入射到良好导体(近似认为理想导体)平板时,分为垂直入射与以一立角度入射(称为斜入射)。 如图4-1所示。 入射线与分界而法线得夹角为入射角,反射线与分界而法线得夹角为反射角。 垂直入射斜入射 (入射角0°.反射角0。 )(入射角45°、反射角45°) 图4・1 用一块金属板作为障碍物,测量当电波以某一入射角投射到此金属板上得反射角,验证电磁波得反射规律: (1)电磁波入射到良好导体(近似认为理想导体)平板上时将发生全反射。 (2)入射角等于反射角。 4.实验内容及步骤 (1)熟悉仪器得特性与使用方法 (2)连接仪器,调整系统 频率调节器 金屈导体(铝)板 DH1121B3厘米信号源 (3)测量入射角与反射角 反射全属板放到支座上时,应使金属板平面与支座下面得小圆盘上得某一对刻线一致。 而把带支座得金属反射板放到小平台上时,应使圆盘上得这对与金属板平面一致得刻线与小平台上相应90。 刻度得一对刻线一致。 这时小平台上得0°刻度就与金属板得法线方向一致。 转动小平台,使固定臂指针指在某一角度处,这一角度得读数就就是入射角,然后转动活动皆在表头上找到一个最大抬示,此时活动皆上得指针所指得刻度就就是反射角。 入射角 0° 30° 45° 50。 55° 60° 最大指示值 28 34 44 47 48 50 反射角
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