电磁场与电磁波-点电荷模拟实验报告.doc

重庆大学电磁场与电磁波课程实践报告题 目： 点电荷电场模拟实验 日 期： 2013 年 12 月 7 日N=288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（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）；程序1：clear allq=1;xm=2.5;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=-4:0.5:4;figurecontour(X,Y,U,u,-);hold onplot(-1,0,o,MarkerSize,12);plot(1,0,o,MarkerSize,12);Ex,Ey=gradient(-U,x(2)-x(1),y(2)-y(1);dth1=11;th1=(dth1:dth1:360-dth1)*pi/180;r0=0.1;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);axis equal tighttitle(,fontsize,12)（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）；程序2：clear allq=15;xm=2.5;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=-4:0.5:4;figurecontour(X,Y,U,u,-);hold onplot(-1,0,o,MarkerSize,12);plot(1,0,o,MarkerSize,12);Ex,Ey=gradient(-U,x(2)-x(1),y(2)-y(1);dth1=11;th1=(dth1:dth1:360-dth1)*pi/180;r0=0.1;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);axis equal tighttitle(,fontsize,12)（3）两个等量同号电荷的电场线和等势线；程序3：clear allq=-1;xm=2.5;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=-4:0.5:4;figurecontour(X,Y,U,u,-);hold onplot(-1,0,o,MarkerSize,12);plot(1,0,o,MarkerSize,12);Ex,Ey=gradient(-U,x(2)-x(1),y(2)-y(1);dth1=11;th1=(dth1:dth1:360-dth1)*pi/180;r0=0.1;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);axis equal tighttitle(,fontsize,12)（4）两个不等量同号电荷的电场线和等势线（q2:q1 = 1 + n/2）；程序4：clear allq=-15;xm=2.5;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=-4:0.5:4;figurecontour(X,Y,U,u,-);hold onplot(-1,0,o,MarkerSize,12);plot(1,0,o,MarkerSize,12);Ex,Ey=gradient(-U,x(2)-x(1),y(2)-y(1);dth1=11;th1=(dth1:dth1:360-dth1)*pi/180;r0=0.1;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);axis equal tighttitle(,fontsize,12)（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:clear allq=1;q3=-1;xm=2.5;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);R3=sqrt(X.2+Y.2);U=1./R1-q./R2-q3./R3;u=-4:0.5:4;figurecontour(X,Y,U,u,-);hold onplot(-1,0,o,MarkerSize,12);plot(1,0,o,MarkerSize,12);Ex,Ey=gradient(-U,x(2)-x(1),y(2)-y(1);dth1=11;th1=(dth1:dth1:360-dth1)*pi/180;r0=0.1;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);dth3=11;th3=(dth3:dth3:360-dth3)*pi/180;x3=r0*cos(th3);y3=r0*sin(th3);streamline(X,Y,Ex,Ey,x3,y3);axis equal