中南大學(xué)-電磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上CENTRAL SOUTH UNIVERSITY題 目利用Matlab模擬點(diǎn)電荷電場(chǎng)的分布姓 名學(xué) 號(hào)班 級(jí)1101班任課老師李志勇實(shí)驗(yàn)日期2013年11月10日一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、熟悉單個(gè)點(diǎn)電荷及一對(duì)點(diǎn)電荷的電場(chǎng)分布情況； 2、學(xué)會(huì)使用Matlab進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，并繪出相應(yīng)的圖形；二、實(shí)驗(yàn)原理：根據(jù)庫(kù)倫定律：在真空中，兩個(gè)靜止點(diǎn)電荷之間的作用力與這兩個(gè)電荷的電量乘積成正比，與它們之間距離的平方成反比，作用力的方向在兩個(gè)電荷的連線上，兩電荷同號(hào)為斥力，異號(hào)為吸力，它們之間的力F滿足： (式1)由電場(chǎng)強(qiáng)度E的定義可知： (式2)對(duì)于點(diǎn)電荷，根據(jù)場(chǎng)論基礎(chǔ)中的定義，有勢(shì)場(chǎng)E的勢(shì)

2、函數(shù)為 (式3)而 (式4)在Matlab中，由以上公式算出各點(diǎn)的電勢(shì)U，電場(chǎng)強(qiáng)度E后，可以用Matlab自帶的庫(kù)函數(shù)繪出相應(yīng)電荷的電場(chǎng)分布情況。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1根據(jù)庫(kù)倫定律，利用Matlab強(qiáng)大的繪圖功能畫出單個(gè)點(diǎn)電荷的電場(chǎng)分布情況，包括電力線和等勢(shì)面。實(shí)驗(yàn)代碼：r0=0.12; %取射線半徑th=linspace(0,2*pi,13); %電力線的角度x,y=pol2cart(th,r0); %將極坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為直角坐標(biāo)x=x;0.1*x; %插入X的起始坐標(biāo)y=y;0.1*y; %插入Y的起始坐標(biāo)plot(x,y,'b') %用藍(lán)色畫出所有電力線grid on %加網(wǎng)格Hol

3、d on %保持圖像plot(0,0,'o','MarkerSize',12) %畫電荷xlabel('x','fontsize',16) %用16號(hào)字體標(biāo)出X軸ylabel('y','fontsize',16) %用16號(hào)字體標(biāo)出Y軸k=9e9; %設(shè)定K值q=1e-9; %設(shè)定電荷電量r1=0.1; %設(shè)定最大等勢(shì)線的半徑u0=k*q/r1; %算出最小的電勢(shì)u=linspace(1,3,7)*u0; %求出各條等勢(shì)線的電勢(shì)大小x=linspace(-r0,r0,100); %將X坐標(biāo)分成100

4、等份X,Y=meshgrid(x); %在直角坐標(biāo)中形成網(wǎng)格坐標(biāo)r=sqrt(X.2+Y.2); %各個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)到電荷點(diǎn)的距離U=k*q./r; %各點(diǎn)的電勢(shì)contour(X,Y,U,u); 畫出點(diǎn)電荷的點(diǎn)失眠title('單個(gè)正點(diǎn)電荷的電場(chǎng)線與等電勢(shì)','fontsize',20); %顯示標(biāo)題截圖：2根據(jù)庫(kù)倫定律,利用Matlab強(qiáng)大的繪圖功能畫出一對(duì)點(diǎn)電荷的電場(chǎng)分布情況,包括電力線的分布和等勢(shì)面。實(shí)驗(yàn)代碼：k=9e9; %設(shè)定K值q1=1e-9; %設(shè)定正電荷的電量q2=-1e-9; %設(shè)定負(fù)電荷的電量a=0.02; %設(shè)置電荷到原點(diǎn)的距離xx0=0.05

5、; %設(shè)定X的范圍yy0=0.04; %設(shè)定Y的范圍x=linspace(-xx0,xx0,20); %將X軸進(jìn)行20等分y=linspace(-yy0,yy0,50); %將Y軸進(jìn)行50等分X,Y=meshgrid(x); %形成網(wǎng)格坐標(biāo)r1=sqrt(X-a).2+Y.2); %各點(diǎn)到正電荷的距離r2=sqrt(X+a).2+Y.2); %各點(diǎn)到負(fù)電荷的距離U=k*q1./r1+k*q2./r2; %各點(diǎn)的電勢(shì)u0=500; %設(shè)定最大電勢(shì)的大小u=linspace(u0,-u0,11); %計(jì)算各等勢(shì)線的電勢(shì)contour(X,Y,U,u,'k-'); %畫出所有等勢(shì)線G

6、rid on %畫網(wǎng)格Hold on %保持圖像plot(a,0,'o','MarkerSize',12) %畫電荷plot(-a,0,'o','MarkerSize',12) %畫電荷xlabel('x','fontsize',16) %用16號(hào)字體標(biāo)出X軸ylabel('y','fontsize',16) %用16號(hào)字體標(biāo)出Y軸Ex,Ey=gradient(-U); %各點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)的兩個(gè)分量E=sqrt(Ex.2+Ey.2); %各點(diǎn)的合場(chǎng)強(qiáng)Ex=Ex./E; %為使箭頭等長(zhǎng)，將場(chǎng)強(qiáng)歸一化Ey=Ey./E; %為使箭頭等長(zhǎng)，將場(chǎng)強(qiáng)歸一化quiver(X,Y,Ex,Ey); %標(biāo)出電場(chǎng)強(qiáng)度方向title('一對(duì)相異電荷的等勢(shì)線圖和電場(chǎng)線圖','fontsize',20); %顯示標(biāo)題截圖：3實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1中，可以在正電荷和負(fù)電荷中任選一組畫出其電場(chǎng)分布，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容2中，可以在一對(duì)正電荷，一對(duì)負(fù)電荷和一正一負(fù)一對(duì)電荷中選擇一組畫出其電場(chǎng)分布情況。實(shí)驗(yàn)一中電場(chǎng)線切線的方向即是電場(chǎng)的方向也是其電場(chǎng)分布的情況，實(shí)驗(yàn)二中從負(fù)電荷出發(fā)止于正電荷的帶箭頭的電場(chǎng)線即是兩個(gè)相異電荷的分布情況。四、實(shí)驗(yàn)總結(jié)電