基于matlab的電磁場圖示化教學(xué)

1、目錄摘要....................................................................1關(guān)鍵詞....................................................................1AbstractAbstract...........................................................

2、.......1KeyKeyWdsWds.................................................................1引言......................................................................21Matlab的圖示化技術(shù)................................................

3、......21.1幾個(gè)常用的繪圖指令....................................................21.2具有兩個(gè)縱坐標(biāo)標(biāo)度的圖形..............................................21.3三維曲線..............................................................32Matlab在靜電場圖示化中的

4、應(yīng)用............................................32.1基本原理..............................................................32.2等量同號(hào)點(diǎn)電荷的電場線的繪制..........................................42.3靜電場中的導(dǎo)體.................................

5、.......................63Matlab在恒定磁場圖示化中的應(yīng)用..........................................63.1電偶極子電磁場的Matlab圖示與應(yīng)用.....................................63.2兩根載流長直導(dǎo)線在電磁場中的Matlab圖示...............................83.3運(yùn)動(dòng)的帶電粒子在均勻電磁場中

6、的Matlab圖示.............................93.4電磁波的Matlab圖示..................................................114Matlab在時(shí)變電磁場仿真分析中的應(yīng)用.....................................124.1Matlab圖示化分析均勻平面波在理想介質(zhì)中的傳播.........................1

7、24.2Matlab圖示化分析矩形波導(dǎo)的場量分布...................................145結(jié)語...................................................................19致謝.....................................................................19參考文獻(xiàn)..........

8、.......................................................202引言在工科物理教學(xué)中，物理實(shí)驗(yàn)極其重要，一般院校都將其列為一門單獨(dú)的課程，它擔(dān)負(fù)著學(xué)生的基本實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練的任務(wù)，通過一系列的實(shí)驗(yàn)、學(xué)習(xí)，學(xué)生可在一定程度上掌握前人對一些物理量的典型測量方法和實(shí)驗(yàn)技術(shù)，并在以后的實(shí)驗(yàn)工作中有所借鑒，能夠在這些基礎(chǔ)上有所創(chuàng)新。物理實(shí)驗(yàn)需要有相應(yīng)的配套設(shè)備及實(shí)驗(yàn)環(huán)境。一方面，一些實(shí)驗(yàn)設(shè)備比較復(fù)雜

9、并且昂貴，限制了實(shí)驗(yàn)的普及應(yīng)用；另一方面，有些實(shí)驗(yàn)環(huán)境是很難滿足的，甚至根本不能滿足；另外，有些實(shí)驗(yàn)是不能直接觀察的，或者只能觀察到實(shí)驗(yàn)對象的局部，如電場、磁場、力場中的分布問題等。鑒于上面的原因，物理仿真實(shí)驗(yàn)已引起了大家的關(guān)注，出現(xiàn)了一些軟件，但很多是基于Flash、Photoshop、3DStudioMAX之類的圖形圖像軟件制作這些軟件可以制作逼真的實(shí)驗(yàn)環(huán)境和生動(dòng)的實(shí)驗(yàn)過程動(dòng)畫，還可以制作出實(shí)際實(shí)驗(yàn)所無法達(dá)到的效果。但這類軟件本身是

10、制作動(dòng)畫卡通的，對物理實(shí)驗(yàn)規(guī)律和過程很少涉及，很難做到真正的交互使用，開發(fā)也很困難。因此，在工科物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)用很少。Matlab是美國MathWks公司開發(fā)的一套高性能的數(shù)值計(jì)算和可視化軟件它是一種以矩陣運(yùn)算為基礎(chǔ)的交互式程序語言，其應(yīng)用范圍涵蓋了當(dāng)今幾乎所有的工業(yè)應(yīng)用與科學(xué)研究領(lǐng)域，集數(shù)值分析、矩陣運(yùn)算、信號(hào)處理和圖形顯示于一體其豐富的庫函數(shù)和各種專用工具箱，將使用者從繁瑣的底層編程中解放出來。此外，Matlab更強(qiáng)大的功能還表現(xiàn)

11、在其有大量的工具箱(Toolbox)，如：控制系統(tǒng)、數(shù)值模擬、信號(hào)處理及偏微分方程等工具箱。因此，Matlab已成為美國和其它發(fā)達(dá)國家大學(xué)教育和科學(xué)研究中必不可少的工具。Matlab具有豐富的計(jì)算功能和科學(xué)計(jì)算數(shù)據(jù)的可視化能力，特別是應(yīng)用偏微分方程工具箱在大學(xué)物理電磁學(xué)等各類物理場的數(shù)值仿真中具有無比的優(yōu)勢。下文是在電磁學(xué)方面，利用Matlab軟件編程進(jìn)行大學(xué)物理教學(xué)的典型案例。1Matlab的圖示化技術(shù)Matlab是MathWks公司

12、研發(fā)的一款主要用于科學(xué)與工程計(jì)算的軟件工具具有強(qiáng)大的矩陣運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理和圖形顯示功能。Matlab擁有大量簡單、靈活、易用的二維、三維圖形函數(shù)以及豐富的圖形表現(xiàn)能力為各種科技專業(yè)圖形的繪制帶來了方便。1.1幾個(gè)常用的繪圖指令plot函數(shù)：用來繪制線形圖形。plot(y)當(dāng)y是實(shí)向量時(shí)，以該向量元素的下標(biāo)為橫坐標(biāo)，元素值為縱坐標(biāo)畫出一條連續(xù)曲線，這實(shí)際上是繪制折線圖。plot(xy)其中x和y為長度相同的向量，分別用于存儲(chǔ)x坐標(biāo)和y坐標(biāo)數(shù)

13、據(jù)。plot(xys)。contour函數(shù)：用來繪制等高線圖形。ezplot函數(shù):對于顯式函數(shù)f=f(x)，在默認(rèn)范圍[2πx2π]上繪制函數(shù)f(x)的圖形；對于隱式函數(shù)f=f(xy)，在默認(rèn)的平面區(qū)域[2πx2π2πy2π]上繪制函數(shù)f(xy)的圖形。1.2具有兩個(gè)縱坐標(biāo)標(biāo)度的圖形在MATLAB中，如果需要繪制出具有不同縱坐標(biāo)標(biāo)度的兩個(gè)圖形，可以使用plotyy繪圖函數(shù)。調(diào)用格式為：plotyy(x1y1x2y2)其中x1y1對應(yīng)一條