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.根本原理
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〕
本章模拟的就是根本的电位图形。
4.实验容及步骤
〔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.根本原理
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.实验容及步骤
〔1〕高压直流电线外表的电场分布仿真
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,求外表电场分布。
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.根本原理
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展计算:
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外表的反射规律
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.根本原理
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
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