电磁场与电磁波实验报告.docx

电磁场与电磁波实验报告.docx

《电磁场与电磁波实验报告.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电磁场与电磁波实验报告.docx（13页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

电磁场与电磁波实验报告

实验一静电场仿真

1．实验目的

建立静电场中电场及电位空间分布的直观概念。

2．实验仪器

计算机一台

3．基本原理

当电荷的电荷量及其位置均不随时间变化时，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的电场强度E的数学表达式为

（

是单位向量）（1-1）

真空中点电荷产生的电位为

（1-2）

其中，电场强度是矢量，电位是标量，所以，无数点电荷产生的电场强度和电位是不一样的，电场强度为

（

是单位向量）（1-3）

电位为

（1-4）

本章模拟的就是基本的电位图形。

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，求其电场分布图。

程序1:

负点电荷电场示意图

clear

[x,y]=meshgrid（-10:

1.2:

10）;

E0=8.85e-12;

q=1.6*10^（-19）;

r=[];

r=sqrt（x.^2+y.^2+1.0*10^（-10））

m=4*pi*E0*r;

m1=4*pi*E0*r.^2;

E=（-q./m1）.*r;

surfc（x,y,E）;

负点电荷电势示意图

clear

[x,y]=meshgrid（-10:

1.2:

10）;

E0=8.85e-12;

q=1.6*10^（-19）;

r=[];

r=sqrt（x.^2+y.^2+1.0*10^（-10））

m=4*pi*E0*r;

m1=4*pi*E0*r.^2;

z=-q./m1

surfc（x,y,z）;

xlabel（'x','fontsize',16）

ylabel（'y','fontsize',16）

title（'负点电荷电势示意图','fontsize',10）

程序2

clear

q=2e-6;k=9e9;a=1.0;b=0;x=-4:

0.16:

4;y=x;

[X,Y]=meshgrid（x,y）;

R1=sqrt（（X+1）.^2+Y.^2+1.0*10^（-10））;

R2=sqrt（（X-1）.^2+Y.^2+1.0*10^（-10））;

Z=q*k*（1./R2-1./R1）;

[ex,ey]=gradient（-Z）;

ae=sqrt（ex.^2+ey.^2）;ex=ex./ae;ey=ey./ae;

cv=linspace（min（min（Z））,max（max（Z））,40）;

contour（X,Y,Z,cv,'k-'）;

holdon

quiver（X,Y,ex,ey,0.7）;

clear

q=2e-6;k=9e9;a=1.0;b=0;x=-4:

0.15:

4;y=x;

[X,Y]=meshgrid（x,y）;

R1=sqrt（（X+1）.^2+Y.^2+1.0*10^（-10））;

R2=sqrt（（X-1）.^2+Y.^2+1.0*10^（-10））;

U=q*k*（1./R2-1./R1）;

[ex,ey]=gradient（-U）;

ae=sqrt（ex.^2+ey.^2）;ex=ex./ae;ey=ey./ae;

cv=linspace（min（min（U））,max（max（U））,40）;

surfc（x,y,U）;

实验二恒定电场的仿真

1．实验目的

建立恒定电场中电场及电位空间分布的直观概念。

2．实验仪器

计算机一台

3．基本原理

电场的大小和方向均不随时间变化的场称为恒定电场，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，直流导线形成的电场是恒定电场。

对于恒定电场，我们可以假设其为静电场，假设有静止不动的分布在空间中的电量q产生了这一电场。

通过一些边界条件等确定自己所需要的变量，然后用静电场的方法来求解问题。

4．实验内容及步骤

（1）高压直流电线表面的电场分布仿真

题目：

假设两条高压导线分别是正负电流，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]=meshgrid（-2:

0.1:

2）;

r1=sqrt（（x+1）.^2+y.^2+0.14）;

r2=sqrt（（x-1）.^2+y.^2+0.14）;

k=100/（log（1/0.02））;

E=k*（1./r1-1./r2）;

surfc（x,y,E）;

xlabel（'x','fontsize',16）

ylabel（'y','fontsize',16）

title（'E','fontsize',10）

clear

[x,y]=meshgrid（-2:

0.1:

2）;

r1=sqrt（（x+1）.^2+y.^2+0.14）;

r2=sqrt（（x-1）.^2+y.^2+0.14）;

k=100/（log（1/0.02））;

m=log10（r2./r1）;

U=k*m;

surfc（x,y,U）;

xlabel（'x','fontsize',16）

ylabel（'y','fontsize',16）

title（'U','fontsize',10）

实验三恒定磁场的仿真

1．实验目的

建立恒定磁场中磁场空间分布的直观概念。

2．实验仪器

计算机一台

3．基本原理

磁场的大小和方向均不随时间变化的场，称为恒定磁场。

线电流i产生的磁场为：

说明了电流和磁场之间的关系，运动的电荷能够产生磁场。

4．实验内容及步骤

圆环电流周围引起的磁场分布仿真

题目：

一个半径为0.35的电流大小为1A的圆环，求它的磁场分布。

分析：

求载流圆环周围的磁场分布，可以用毕奥—萨伐尔定律给出的数值积分公式进行计算：

图3-1载流圆环示意图

程序

clear

x=-10:

0.5:

10;

u0=4*pi*10^（-7）;

R=0.35;I=1;

B=（u0*I*R.^2）./2./（（R.^2+x.^2）.^（3/2））;

plot（x,B）;

实验四电磁波的反射与折射

1．实验目的

（1）熟悉相关实验仪器的特性和使用方法

（2）掌握电磁波在良好导体表面的反射规律

2．实验仪器

DH1211型3厘米信号源1台、可变衰减器、频率调节器、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，必定要发生反射。

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，分为垂直入射和以一定角度入射（称为斜入射）。

如图4-1所示。

入射线与分界面法线的夹角为入射角，反射线与分界面法线的夹角为反射角。

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的反射角，验证电磁波的反射规律：

（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）熟悉仪器的特性和使用方法

（2）连接仪器，调整系统

（3）测量入射角和反射角

反射全属板放到支座上时，应使金属板平面与支座下面的小圆盘上的某一对刻线一致。

而把带支座的金属反射板放到小平台上时，应使圆盘上的这对与金属板平面一致的刻线与小平台上相应900刻度的一对刻线一致。

这时小平台上的00刻度就与金属板的法线方向一致。

转动小平台，使固定臂指针指在某一角度处，这一角度的读数就是入射角，然后转动活动臂在表头上找到一个最大指示，此时活动臂上的指针所指的刻度就是反射角。

入射角

0°

30°

45°

50°

55°

60°

最大指示值

28

34

44

47

48

50

反射角

0

22

39

45

51

58