《电磁场与电磁波》仿真实验

真理惟一可靠的标准就是永远自相符合。土地是以它的肥沃和收获而被估价的；才能也是土地，不过它生产的不是粮食，而是真理。如果只能滋生瞑想和幻想的话，即使再大的才能也只是砂地或盐池，那上面连小草也长不出来的。人生的磨难是很多的，所以我们不可对于每一件轻微的伤害都过于敏感。在生活磨难面前，精神上的坚强和无动于衷是我们抵抗罪恶和人生意外的最好武器。1《电磁场与电磁波》仿真实验2016年11月真理惟一可靠的标准就是永远自相符合。土地是以它的肥沃和收获而被估价的；才能也是土地，不过它生产的不是粮食，而是真理。如果只能滋生瞑想和幻想的话，即使再大的才能也只是砂地或盐池，那上面连小草也长不出来的。人生的磨难是很多的，所以我们不可对于每一件轻微的伤害都过于敏感。在生活磨难面前，精神上的坚强和无动于衷是我们抵抗罪恶和人生意外的最好武器。2《电磁场与电磁波》仿真实验介绍《电磁场与电磁波》课程属于电子信息工程专业基础课之一，仿真实验主要目的在于使学生更加深刻的理解电磁场理论的基本数学分析过程，通过仿真环节将课程中所学习到的理论加以应用。受目前实验室设备条件的限制，目前主要利用MATLAB仿真软件进行，通过仿真将理论分析与实际编程仿真相结合，以理论指导实践，提高学生的分析问题、解决问题等能力以及通过有目的的选择完成实验或示教项目，使学生进一步巩固理论基本知识，建立电磁场与电磁波理论完整的概念。本课程仿真实验包含五个内容：一、电磁场仿真软件——Matlab的使用入门二、单电荷的场分布三、点电荷电场线的图像四、线电荷产生的电位五、有限差分法处理电磁场问题真理惟一可靠的标准就是永远自相符合。土地是以它的肥沃和收获而被估价的；才能也是土地，不过它生产的不是粮食，而是真理。如果只能滋生瞑想和幻想的话，即使再大的才能也只是砂地或盐池，那上面连小草也长不出来的。人生的磨难是很多的，所以我们不可对于每一件轻微的伤害都过于敏感。在生活磨难面前，精神上的坚强和无动于衷是我们抵抗罪恶和人生意外的最好武器。3目录一、电磁场仿真软件——Matlab的使用入门……………................................................4二、单电荷的场分布………………………………………………………………………………………………10三、点电荷电场线的图像………………………………………………………………………………………12四、线电荷产生的电位……………………………………………………………………………….…………14五、有限差分法处理电磁场问题……………………………………………………………………………17真理惟一可靠的标准就是永远自相符合。土地是以它的肥沃和收获而被估价的；才能也是土地，不过它生产的不是粮食，而是真理。如果只能滋生瞑想和幻想的话，即使再大的才能也只是砂地或盐池，那上面连小草也长不出来的。人生的磨难是很多的，所以我们不可对于每一件轻微的伤害都过于敏感。在生活磨难面前，精神上的坚强和无动于衷是我们抵抗罪恶和人生意外的最好武器。4实验一电磁场仿真软件——Matlab的使用入门一、实验目的1.掌握Matlab仿真的基本流程与步骤；2.掌握Matlab中帮助命令的使用。二、实验原理（一）MATLAB运算1.算术运算(1)．基本算术运算MATLAB的基本算术运算有：＋(加)、－(减)、*(乘)、/(右除)、\(左除)、^(乘方)。注意，运算是在矩阵意义下进行的，单个数据的算术运算只是一种特例。(2)．点运算在MATLAB中，有一种特殊的运算，因为其运算符是在有关算术运算符前面加点，所以叫点运算。点运算符有.*、./、.\和.^。两矩阵进行点运算是指它们的对应元素进行相关运算，要求两矩阵的维参数相同。例1：用简短命令计算并绘制在0≤x≦6范围内的sin(2x)、sinx2、sin2x。程序：x=linspace(0,6)y1=sin(2*x),y2=sin(x.^2),y3=(sin(x)).^2;plot(x,y1,x,y2,x,y3)（二）几个绘图命令1.doc命令：显示在线帮助主题调用格式：doc函数名例如：docplot，则调用在线帮助，显示plot函数的使用方法。2.plot函数：用来绘制线形图形真理惟一可靠的标准就是永远自相符合。土地是以它的肥沃和收获而被估价的；才能也是土地，不过它生产的不是粮食，而是真理。如果只能滋生瞑想和幻想的话，即使再大的才能也只是砂地或盐池，那上面连小草也长不出来的。人生的磨难是很多的，所以我们不可对于每一件轻微的伤害都过于敏感。在生活磨难面前，精神上的坚强和无动于衷是我们抵抗罪恶和人生意外的最好武器。5plot(y),当y是实向量时，以该向量元素的下标为横坐标，元素值为纵坐标画出一条连续曲线，这实际上是绘制折线图。plot(x,y),其中x和y为长度相同的向量，分别用于存储x坐标和y坐标数据。plot(x,y,s)contour函数：用来绘制等高线图形ezplot函数:对于显式函数f=f(x),在默认范围[-2πx2π]上绘制函数f(x)的图形；对于隐式函数f=f(x,y)，在默认的平面区域[-2πx2π,-2πy2π]上绘制函数f(x,y)的图形。3．具有两个纵坐标标度的图形在MATLAB中，如果需要绘制出具有不同纵坐标标度的两个图形，可以使用plotyy绘图函数。调用格式为：plotyy(x1,y1,x2,y2)其中x1,y1对应一条曲线，x2,y2对应另一条曲线。横坐标的标度相同，纵坐标有两个，左纵坐标用于x1,y1数据对，右纵坐标用于x2,y2数据对。4．三维曲线plot3函数与plot函数用法十分相似，其调用格式为：plot3(x1,y1,z1,选项1,x2,y2,z2,选项2,…,xn,yn,zn,选项n)其中每一组x,y,z组成一组曲线的坐标参数，选项的定义和plot函数相同。当x,y,z是同维向量时，则x,y,z对应元素构成一条三维曲线。当x,y,z是同维矩阵时，则以x,y,z对应列元素绘制三维曲线，曲线条数等于矩阵列数。5.legend命令：为绘制的图形加上图例调用格式：legend('string1','string2',...)例如：legend('电信161班','学号：05401111','张三','Location','best');6.xlabel命令：给X轴加标题调用格式：xlabel('string')例如：xlabel('x');三、实验内容1.在命令窗口中运行一个加法程序；2.在命令窗口中练习帮助命令（doc命令）的使用。真理惟一可靠的标准就是永远自相符合。土地是以它的肥沃和收获而被估价的；才能也是土地，不过它生产的不是粮食，而是真理。如果只能滋生瞑想和幻想的话，即使再大的才能也只是砂地或盐池，那上面连小草也长不出来的。人生的磨难是很多的，所以我们不可对于每一件轻微的伤害都过于敏感。在生活磨难面前，精神上的坚强和无动于衷是我们抵抗罪恶和人生意外的最好武器。63.建立第一个M文件，并运行，观察并保存运行结果。四、实验步骤1.在命令窗口中运行一个加法程序（1）点击桌面上matlab7.0快捷方式图标，如图1.1所示，启动该软件。图1.1matlab7.0快捷方式图标（2）在打开的界面右方，是命令窗口（CommandWindows），如图1.2所示，在闪动光标处可以写入命令；图1.2Matlab的命令窗口（3）在光标处写入如图1.3所示的命令（注意：前两个语句后面有分号，最后一个语句没有分号）；按回车键，则得到运行结果为50，如图1.4所示。真理惟一可靠的标准就是永远自相符合。土地是以它的肥沃和收获而被估价的；才能也是土地，不过它生产的不是粮食，而是真理。如果只能滋生瞑想和幻想的话，即使再大的才能也只是砂地或盐池，那上面连小草也长不出来的。人生的磨难是很多的，所以我们不可对于每一件轻微的伤害都过于敏感。在生活磨难面前，精神上的坚强和无动于衷是我们抵抗罪恶和人生意外的最好武器。7图1.3在命令窗口输入命令图1.4按回车键执行命令得到正确运行结果2.在命令窗口中练习帮助命令（doc命令）的使用。在命令窗口光标处输入命令：docplot；回车，则进入在线帮助文件，显示plot命令的使用方法页面，如图1.5所示。真理惟一可靠的标准就是永远自相符合。土地是以它的肥沃和收获而被估价的；才能也是土地，不过它生产的不是粮食，而是真理。如果只能滋生瞑想和幻想的话，即使再大的才能也只是砂地或盐池，那上面连小草也长不出来的。人生的磨难是很多的，所以我们不可对于每一件轻微的伤害都过于敏感。在生活磨难面前，精神上的坚强和无动于衷是我们抵抗罪恶和人生意外的最好武器。8图1.5plot命令的在线帮助页面3.建立第一个M文件，并运行，观察并保存运行结果。（1）点击图标，如图1.6中红色圆圈所示，即创建了一个新的M文件，如图1.7所示。图1.6红色圆圈的图标用于创建新的M文件真理惟一可靠的标准就是永远自相符合。土地是以它的肥沃和收获而被估价的；才能也是土地，不过它生产的不是粮食，而是真理。如果只能滋生瞑想和幻想的话，即使再大的才能也只是砂地或盐池，那上面连小草也长不出来的。人生的磨难是很多的，所以我们不可对于每一件轻微的伤害都过于敏感。在生活磨难面前，精神上的坚强和无动于衷是我们抵抗罪恶和人生意外的最好武器。9图1.7创建的空白M文件（2）在空白M文件中输入“二、实验原理”例子的程序，保存，运行，得到运行结果如图1.8所示。要求：在E盘建立新文件夹，命名为Fiele_Wave_simulation_2012_10_27；将M文件保存在Fiele_Wave_simulation_2012_10_27目录下，命名为Exp_1.m；特别说明两点：a.M文件名及保存的路径名均应为英文，否则运行出错；b.程序中的所有字符均应为英文状态下输入，特别注意单引号，逗号，空格，这些细节会导致运行报错，又极难发现。图1.8M文件的保存、运行按键及运行结果真理惟一可靠的标准就是永远自相符合。土地是以它的肥沃和收获而被估价的；才能也是土地，不过它生产的不是粮食，而是真理。如果只能滋生瞑想和幻想的话，即使再大的才能也只是砂地或盐池，那上面连小草也长不出来的。人生的磨难是很多的，所以我们不可对于每一件轻微的伤害都过于敏感。在生活磨难面前，精神上的坚强和无动于衷是我们抵抗罪恶和人生意外的最好武器。10五、实验工具1．计算机1台2．MATLAB仿真软件1套六、实验报告要求1．写出仿真程序源代码。2．在同一窗口用不同的线性绘制y=sinx，y=cosx在[0,2*pi]上的图像，并加标注。3.在同一窗口用不同的线性绘制y=sin2x，y=cos2x在[-2*pi,2*pi]上的图像，并加标注。（要在图中绘制出姓名与学号）实验二单电荷的场分布一、实验目的1.掌握MATLAB仿真的基本流程与步骤；2.学会绘制单电荷的等位线和电力线分布图。二、实验原理1．基本原理单电荷的外部电位计算公式：真理惟一可靠的标准就是永远自相符合。土地是以它的肥沃和收获而被估价的；才能也是土地，不过它生产的不是粮食，而是真理。如果只能滋生瞑想和幻想的话，即使再大的才能也只是砂地或盐池，那上面连小草也长不出来的。人生的磨难是很多的，所以我们不可对于每一件轻微的伤害都过于敏感。在生活磨难面前，精神上的坚强和无动于衷是我们抵抗罪恶和人生意外的最好武器。1104qφπεr等位线就是连接距离电荷等距离的点，在图上表示就是一圈一圈的圆，而电力线就是由点向外辐射的线，比较简单，这里就不再赘述。2.参考程序theta=[0:0.01:2*pi]';%创建向量theta，确定theta的范围为0到2*pi，步距为0.01r=0:10;%半径分别为r=0,1,2,...,10x=sin(theta)*r;y=cos(theta)*r;plot(x,y,'b')%绘制10个圆x=linspace(-5,5,100);%创建线性空间向量x,从-5到5,等间距分为100个点f