matlab模拟静电场与模拟静电场实验的比较

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1、维普资讯http://www.cqvip.com物理与工程Vo1．18No．22008Matlab模拟静电场与模拟静电场实验的比较张雅男徐飞叶影(南京信息工程大学物理实验教学中心，江苏南京210044)(收稿日期：2007—0523)摘要大学物理实验中用模拟法测绘静电场实验虽然可以描绘静电场的分布情况，但不够准确．用Matlab计算并模拟的静电场不仅理论清楚，结果也较为准确．两者互为补充，用于实践教学，使实验与理论得到了完美的结合．关键词模拟静电场；Matlab；大学普通物理实验CoMPARISoNBETWEENDESCRIBINGELECTRoSTATICFIELDBYMATL

2、ABANDEXPERIMENTZhangYananXuFeiYeYing(NanjingUniversityofImformationScience&Technology，Nanjing，Jiangsu210044)AbstractTheexperimentofdescribingelectrostaticfieldisnotaccurateenough．Matlabsire-ulatesitclearlyandaccurately．Inteaching，theexperimentandtheorysupplementeachotherandarecombinedperfectl

3、y．KeyWordssimulationofelectrostaticfield；Matlab；physicsexperimentofuniversity近年来，随着人们对静电应用和静电现象研更为准确的静电场等位线和电力线分布图．文中究的日益深入，对静电场中场强和电位分布的了以模拟两个带等量异种电荷形成的静电场为例．解也更加迫切．描述静电场的空间分布可以用电场强度E和电势两个基本量，由于标量在计算1静电场模拟实验和测量上要比矢量简单得多，所以实验中对静电场的研究往往通过电势分布来进行．然而，即便等量异种电荷静电场在有些教材中也被称为如此，直接测量静电场分布仍然很困难．原因有长平行

4、导线静电场，两者电场的分布是相同的．两点[】]：其一，静电场是指对于观察者静止的电笔者所用的仪器是GVZ-3型导电微晶静电场描场，场区不能有电荷运动，所以不能用伏特计直接绘仪(如图1)，它包括导电微晶、双层固定支架、测量电势．其二，当探针放人待测的静电场时，探同步探针等．在双层固定支架的上层放坐标纸，针上会产生感应电荷，这些电荷产生的电场叠加下层放导电微晶．在导电微晶和坐标纸上方各有在原电场上，使原电场发生明显的畸变，测量将失一探针，通过金属探针臂把两探针固定在同一手去意义．基于以上两点原因，大学普通物理实验柄座上，两探针始终保持在同一铅垂线上．移动中静电场实验实际上是利用静电场

5、和稳恒电流场手柄座时，可保证两探针的运动轨迹是一样的．具有相似的空间分布这一原理而进行模拟的．因将仪器接人直流电源，由导电微晶上方的探针找此，实验教材中实验结果得到的是近似的电场分到待测点后，按一下坐标纸上方的探针，就可以留布图[2]．本文则从严格的静电场公式出发，建立静下一个对应的标记．移动同步探针在导电微晶上电场模型，运用Matlab强大的图形功能，获得了可以找出一系列与某一电位值(如1V，2V等)相*基金项目南京信息工程大学大学物理实验课程体系改革研究与实践基金资助．作者简介张雅男(1977年出生)，男，辽宁丹东人，硕士，讲师，主要从事电磁场研究和物理实验教学维普资讯htt

6、p://www.cqvip.com物理与工程Vo1．18No．22008对应的点，将这些点连成圆滑的曲线就是等位线．我们可以得到表示不同电位值的多条等位线，再根据正交原理画出电力线(如图2)．_／图3电偶极子示意图图1模拟静电场实验仪器≈R-b掣，^2～，^l≈lcos0，^l×，^2≈R最后得到电位表达式一这就是等位面方程．在Matlab中可求解该方程并用极坐标作图，即可得到电场的等位线图(也可画出三维立体等位面图，如图4)．电位求出后就可得到球坐标系下电场E的表达式图2模拟静电场实验所描绘的静电场分布图E一一一一(去e)等位线；一一一电力线cos0。qlsin0一十模拟静电场

7、实验中得到的电场分布图是否和理论结果一样呢?这个问题引起了笔者的思考．笔者运用Matlab来计算并且描绘电偶极子所形成的静电场，与实验所得到的图形进行比较，试图找出两者之间的差异．2Matlab计算及模拟4电偶极子是由间距很小的一对等值异号电荷构成，如图3所示．z是两点电荷之间的距离，方图4电偶极子等位面立体图向由负电荷指向正电荷；R由电偶极子的中点指电力线微分方程为向空间某一场点P．根据场叠加原理]，电偶极子：旦一9在场点的电位等于两个点电荷在该场点的电位之R()Esin0和，