电磁场与电磁波_点电荷模拟实验报告

1、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=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 MATLA对点电荷的电场线和等势线进行模拟实验。2. 实验目的应

2、用MATLA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：E V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：qiq240 R140 R2本实验中，为便于数值计算，电势可取为V 虫鱼R1 R24. 实验容应用MATLA计算并绘出以下电场线和等势线，其中qi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)； 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、；(3) 两个等量同号电荷的电场线和等势线； 两个不等量同号电荷的电场线和等势线(q2： q1 = 1 + n/2)； 三个电荷，5、q2为(1)中的电偶极子，qa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： qi = 1, q2为负电荷); 程序1:clear allq=1；xm=2.5;ym=2;x=li nspace(-xm,xm);y=li nspace(_ym,ym);X,Y=meshgrid(x,y);R1=sqrt(X+1).A2+Y.A2);R2=sqrt(X-1).A2+Y.A2);U=1./R1-q./R2;u=-4:0

4、.5:4;figurecon tour(X ,Y, U,u, '-');hold onplot(-1,0,'o' , 'MarkerSize' ,12);plot(1,0,'o'，MarkerSize',12);Ex,Ey=gradie nt(-U,x(2)-x(1),y (2)-y(1);dth1=11;th1= (dth1:dth1:360-dth1)*pi/180;r0=0.1;x1=rO*cos(th1)-1;y1=r0*si n(th1);streamli ne(X,Y,Ex,Ey,x1,y1);dth2=11;

5、th2=(dth2:dth2:360-dth2)*pi/180;x2=r0*cos(th2)+1;y2=r0*si n(th2);streamli ne(X,Y,-Ex,-Ey,x2,y2);axis equal tightti tle('卩？ Xo ?卩？3?o?', 'fo ntsize',12)点偶极子的电场线和等势线(2)两个不等量异号电荷的电场线和等势线(qzqi = 1 + n/2 , q2为负电荷)； 程序2:clear allq=15;xm=2.5;ym=2;x=li nspace(-xm,xm);y=li nspace(_ym,ym);X,Y=

6、meshgrid(x,y);R1=sqrt(X+1).A2+Y.A2);R2=sqrt(X-1).A2+Y.A2);U=1./R1-q./R2;u=-4:0.5:4;figurecon tour(X ,Y, U,u,'-');hold onplot(-1,0,'o' , 'MarkerSize' ,12);plot(1,0,'o'，MarkerSize',12);Ex,Ey=gradie nt(-U,x(2)-x(1),y (2)-y(1);dth1=11;th1= (dth1:dth1:360-dth1)*pi/180;

7、r0=0.1;x1=rO*cos(th1)-1;y1=r0*si n(th1);21-0.515501.S21.5D.50.5(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=li nspace(-xm,xm);y=li nspace(_ym,ym);X,Y=meshgrid(x,y);R1=sqrt(X+1).A2+Y.A2);R2=sqrt(X-1).A2+Y.A2);U=1./R1-q./R2;u=-4:0.5:4;figurestreamli ne(X,Y,Ex,Ey,x1,y1);dth2=11;th2=(dth2:dth2:36

8、0-dth2)*pi/180;x2=r0*cos(th2)+1;y2=r0*si n(th2);streamli ne(X,Y,-Ex,-Ey,x2,y2);axis equal tightcon tour(X ,Y, U,u,'-');title('卩? ? ? ? ?X 6卩?卩? 3o i 卩 o e,'fontsize',12)点偶极子的电场线和等势线hold onplot(-1,0,'o' , 'MarkerSize' ,12);plot(1,0,'o' , 'MarkerSize'

9、; ,12);Ex,Ey=gradie nt(-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*si n(th1);streamli ne(X,Y,Ex,Ey,x1,y1);dth2=11;th2=(dth2:dth2:360-dth2)*pi/180;x2=r0*cos(th2)+1;y2=r0*si n(th2);streamli ne(X,Y,Ex,Ey,x2,y2);axis equal tightti tle('卩？ Xo ?卩？3?o?

10、', 'fo ntsize',12)点偶极子的电场线和等势线-2-15100.511.,52(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=li nspace(-xm,xm);y=li nspace(_ym,ym);X,Y=meshgrid(x,y);R1=sqrt(X+1).A2+Y.A2);R2=sqrt(X-1).A2+Y.A2);U=1./R1-q./R2;u=-4:0.5:4;figurecon tour(X ,Y, U,u,'-');hold o

11、nplot(-1,O, 'o' , 'MarkerSize' ,12);plot(1,O, 'o' , 'MarkerSize' ,12);Ex,Ey=gradie nt(-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*si n(th1);streamli ne(X,Y,Ex,Ey,x1,y1);dth2=11;th2=(dth2:dth2:360-dth2)*pi/180;x2=r0*co

12、s(th2)+1;y2=r0*si n(th2);streamli ne(X,Y,Ex,Ey,x2,y2);axis equal tightti tle('卩？ Xo ?卩？3?o?', 'fo ntsize',12)点偶极子的电场线和等势线的单位正电荷,12)(5) 二个电荷，qi、q2为 中的电偶极子，q3为位于(0,0,0) 程序5:clear allq=1；q3=-1;xm=2.5;ym=2;x=li nspace(-xm,xm);y=li nspace(_ym,ym);X,Y=meshgrid(x,y);R1=sqrt(X+1).A2+Y.A2);R2

13、=sqrt(X-1).A2+Y.A2);R3=sqrt(X.A2+Y.A2);U=1./R1-q./R2-q3./R3;u=-4:0.5:4;figurecon tour(X ,Y, U,u,'-');hold onplot(-1,0,'o' , 'MarkerSize' ,12);plot(1,0,'o' , 'MarkerSize' ,12);Ex,Ey=gradie nt(-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*si n(th1);streamli ne(X,Y,Ex,Ey,x1,y1);dth2=11;th2=(dth2:dth2:360-dth2)*pi/180;x2=r0*cos(th2)+1;y2=r0*si n(th2);streamli ne(X,Y,-Ex,-Ey,x2,y2);dth3=11;th3=(dth3:dth3:360-dth3)*pi/180;x3=r0*cos(th3);y3=r0*si n(th3);streamli ne(X,Y,Ex,Ey,x3,y3);axis equal ti