1、-*理工大學(xué)課 程 作 業(yè) 說 明 書題目：MATLAB仿真與應(yīng)用(4)電子信息工程學(xué)院系：電信學(xué)院年級(jí)專業(yè)：14電子信息工程 學(xué) 號(hào)：學(xué)生：黃百科授課教師： 王玉龍 教師職稱： 講師 哈理工大學(xué)課程作業(yè)論文任務(wù)書院系： 電信學(xué)院基層教學(xué)單位： 電子信息工程學(xué) 號(hào)7學(xué)生黃百科專業(yè)班級(jí)電信14-2設(shè)計(jì)題目1、 電磁場(chǎng)與電磁波例題2-1、2-3、2-4、2-6、2-7、2-8、2-9、2-14、2-15、2-17；3-1、3-4、3-8、3-9、3-11舉例計(jì)算并畫出有效的二維圖像和三維空間投影。2、 舉例計(jì)算：設(shè)計(jì)具體的環(huán)境，查找有效的數(shù)據(jù)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)理論公式向數(shù)據(jù)、圖像展示的轉(zhuǎn)變。3、 要求上交

2、完成的任務(wù)文件和依照模板完成任務(wù)報(bào)告獨(dú)立完成。技術(shù)參數(shù)1電磁場(chǎng)與電磁波2 MATLAB仿真及電子信息應(yīng)用設(shè)計(jì)要求1、 獨(dú)立完成仿真容以及任務(wù)報(bào)告；2、 利用MATLAB仿真電磁場(chǎng)的相關(guān)理論；工作量5個(gè)工作日左右每個(gè)工作日1到3小時(shí)工作計(jì)劃五個(gè)工作日完成參考資料1. ?MATLAB仿真與應(yīng)用?2. ?電磁場(chǎng)與電磁波?3.?高等數(shù)學(xué)?指導(dǎo)教師簽字基層教學(xué)單位主任簽字2021年4月 14 日. z-目 錄第1章 靜電場(chǎng)21.1 電場(chǎng)強(qiáng)度2 一個(gè)半徑為a的均勻帶電圓環(huán)，求軸線上的電場(chǎng)強(qiáng)度。21.2 高斯定理3 半徑為a的球外的電場(chǎng)強(qiáng)度，求電荷分布。31.3 靜電場(chǎng)的旋度與電位4 平面上半徑為a圓心在坐

3、標(biāo)原點(diǎn)的帶電圓盤，面密度為ps，求z軸上的電位。4 假設(shè)半徑為a的導(dǎo)體球面的電位為Uo，球外無電荷，求空間點(diǎn)位。51.4 電介質(zhì)中的場(chǎng)方程7 一個(gè)半徑為a的均勻極化介質(zhì)球，極化強(qiáng)度是Po，求極化電荷分布及介質(zhì)球的電偶極矩。7 一個(gè)半徑為a的導(dǎo)體球，帶電量為Q，在導(dǎo)體球外套有外半徑為b的同心介質(zhì)球，殼外是空氣。求空間任意一點(diǎn)的，以及束縛電荷密度。81.5 靜電場(chǎng)的邊界條件10 同心球電容器的導(dǎo)體半徑為a，外導(dǎo)體半徑為b，其間填充介質(zhì)，求電位移矢量和電場(chǎng)強(qiáng)度。101.6 能量密度11 假設(shè)一同軸線導(dǎo)體的半徑為a，外導(dǎo)體的半徑為b，之間填充介質(zhì)，求電位長(zhǎng)度的電場(chǎng)能量。111.7 電場(chǎng)力13 假設(shè)平板

4、電容器極板面積為A，間距為*，電極之間的電壓為U，求極板間的作用力。13 空氣中有一個(gè)半徑為a的導(dǎo)體球均勻帶電，電荷總量為Q，求導(dǎo)體球面上的電荷單位面積受到的電場(chǎng)力。14第2章 恒定電流的電場(chǎng)和磁場(chǎng)162.1 恒定電流場(chǎng)16 設(shè)同軸線的導(dǎo)體半徑為a，外導(dǎo)體的半徑為b，外導(dǎo)體間填充電導(dǎo)率為d的導(dǎo)電媒質(zhì)，求同軸線單位長(zhǎng)度的漏電導(dǎo)。16 求一條形狀均勻，但電導(dǎo)率非均勻的導(dǎo)線的電阻。設(shè)導(dǎo)線的橫截面為A，長(zhǎng)度為L(zhǎng),電導(dǎo)率沿長(zhǎng)度方向的分布為d.16syms *;16d0=6.4*10-816r=2;L=10;16A=pi*r2;16R=int(1/(A*d0*(1+(*2/L2),*,0,L)162.2

5、磁感應(yīng)強(qiáng)度16 求載流的圓形導(dǎo)線回路在圓心處的磁感應(yīng)強(qiáng)度。162.3 恒定磁場(chǎng)18 半徑為a的無限長(zhǎng)直導(dǎo)線，載有電流I,計(jì)算導(dǎo)體外的磁感應(yīng)強(qiáng)度。182.4 矢量磁位19第1章 靜電場(chǎng)1.1 電場(chǎng)強(qiáng)度1.1.1 一個(gè)半徑為a的均勻帶電圓環(huán)，求軸線上的電場(chǎng)強(qiáng)度。解答過程：a=5; p=500; e0=8.854*10-12;E= (a*p)/ (2*e0).*(z. / (a2*+z. 2). 1.5)Plot (z, E)1.2 高斯定理1.2.1 半徑為a的球外的電場(chǎng)強(qiáng)度，求電荷分布。解答過程：a=10;e0=8.854*10-12;E=2;r1=0:1:a;p1=e0*E*15*(a2-r2

6、.2)/2*a2;r2=a:1:20;p2=0*r2plot(r1,p1,r2,p2)1.3 靜電場(chǎng)的旋度與電位1.3.1 平面上半徑為a圓心在坐標(biāo)原點(diǎn)的帶電圓盤，面密度為ps，求z軸上的電位。解答過程：e0=8.854*10-12;a=10;p=40;z=-50:1:50;q=(p/(2*e0)*(a2+z.2).0.5-abs(z);plot(z,q)1.3.2 假設(shè)半徑為a的導(dǎo)體球面的電位為Uo，球外無電荷，求空間點(diǎn)位。解答過程：a=5;U=10;r=0:1:50;p=(a*U)./r;plot(r,p)1.4 電介質(zhì)中的場(chǎng)方程1.4.1 一個(gè)半徑為a的均勻極化介質(zhì)球，極化強(qiáng)度是Po，求

7、極化電荷分布及介質(zhì)球的電偶極矩。解答過程：r1=0:0.1:5P0=1;rowp=0*r1;theta=0:0.1:2*pi;rowsp=P0*cos(theta);plot(r1,rowp)hold onplot (theta,rowsp)p=4*pi*a3*P0/31.4.2 一個(gè)半徑為a的導(dǎo)體球，帶電量為Q，在導(dǎo)體球外套有外半徑為b的同心介質(zhì)球，殼外是空氣。求空間任意一點(diǎn)的，以及束縛電荷密度。解答過程：a=5;Q=50;b=10;e0=8.854*10-12;r1=5:0.5:10;D1=Q./(4*pi*r1.2);E1=D1/e0;P1=D1-e0*E1;r2=10:0.5:15;D

8、2=Q./(4*pi*r1.2);E2=D2/e0;P2=D2-e0*E2;subplot(2,3,1)plot(r1,D1)*label('a<r<b');ylabel('D');subplot(2,3,2)plot(r1,E1)*label('a<r<b');ylabel('E');subplot(2,3,3)plot(r1,P1)*label('a<r<b');ylabel('P');subplot(2,3,4)plot(r2,D2)*label('

9、b<r');ylabel('D');subplot(2,3,5)plot(r2,E2)*label('b<r');ylabel('E');subplot(2,3,6)plot(r2,P2)*label('b<r');ylabel('P');1.5 靜電場(chǎng)的邊界條件1.5.1 同心球電容器的導(dǎo)體半徑為a，外導(dǎo)體半徑為b，其間填充介質(zhì)，求電位移矢量和電場(chǎng)強(qiáng)度。解答過程：a=5;b=10;e1=8.845*10-12;e2=6.654*10-12;q=50;r=a:0.5:b;D1=(e1*q)

10、./(2*pi*(e1+e2)*r.2);D2=(e2*q)./(2*pi*(e1+e2)*r.2);plot(r,D1,r,D2)legend('D1','D2')*label('r');ylabel('D')1.6 能量密度1.6.1 假設(shè)一同軸線導(dǎo)體的半徑為a，外導(dǎo)體的半徑為b，之間填充介質(zhì)，求電位長(zhǎng)度的電場(chǎng)能量。解答過程：a=5;b=10;e=8.854*10-12;U=10;r=a:0.5:b;E=U./(r*log10(b/a)W=pi*e*U2/log10(b/a)plot(r,E)1.7 電場(chǎng)力1.7.1 假設(shè)平板

11、電容器極板面積為A，間距為*，電極之間的電壓為U，求極板間的作用力。解答過程：A=50;U=20;e=8.854*10-12;*=1:1:10;F=-(U2*A)./(2*.2)plot(*,F)1.7.2 空氣中有一個(gè)半徑為a的導(dǎo)體球均勻帶電，電荷總量為Q，求導(dǎo)體球面上的電荷單位面積受到的電場(chǎng)力。解答過程：Q=4*106;e0=8.854*10-12;a=(1:1:10);f=Q2./32*pi2*e0*a.4plot(a,f). z-第2章 恒定電流的電場(chǎng)和磁場(chǎng)2.1 恒定電流場(chǎng)2.1.1 設(shè)同軸線的導(dǎo)體半徑為a，外導(dǎo)體的半徑為b，外導(dǎo)體間填充電導(dǎo)率為d的導(dǎo)電媒質(zhì)，求同軸線單位長(zhǎng)度的漏電導(dǎo)

12、。a=5;b=10;d=6.854*10-10;G=2*pi*d/log10(b/a)2.1.2 求一條形狀均勻，但電導(dǎo)率非均勻的導(dǎo)線的電阻。設(shè)導(dǎo)線的橫截面為A，長(zhǎng)度為L(zhǎng),電導(dǎo)率沿長(zhǎng)度方向的分布為d.syms *;d0=6.4*10-8r=2;L=10;A=pi*r2;R=int(1/(A*d0*(1+(*2/L2),*,0,L)2.2 磁感應(yīng)強(qiáng)度2.2.1 求載流的圓形導(dǎo)線回路在圓心處的磁感應(yīng)強(qiáng)度。解答過程：u0=5,I=4;a=1:1:10B=u0*I./(2.*a)plot(a,B)2.3 恒定磁場(chǎng)2.3.1 半徑為a的無限長(zhǎng)直導(dǎo)線，載有電流I,計(jì)算導(dǎo)體外的磁感應(yīng)強(qiáng)度。解答過程：a=5,

13、I=10;u0=6.4*10-8;r1=0:0.01:5;B1=(u0*I.*r1)./(2*pi*a2);r2=5:0.01:10;B2=(u0*I)./(2*pi*r2);plot(r1,B1,r2,B2)2.4 矢量磁位用磁矢位重新計(jì)算載流直導(dǎo)線的磁場(chǎng)。解答過程：u0=8*pi*10-6;a=5;I=10;r1=0:0.1:a;r2=a:0.1:10;B1=(u0*I.*r1)./(2*pi*a2);B2=(u0*I)./(2*pi.*r2);plot(r1,B1,r2,B2)總結(jié)：學(xué)習(xí)了MATLAB這門課程，我了解該軟件的根本功能，也知道了該軟件在我們生活中的重 要地位。隨著社會(huì)的不斷開展，科技的不斷進(jìn)步，計(jì)算機(jī)的普及，它也被應(yīng)用在越來越多 的方面。 MATLAB的根本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達(dá)式與數(shù)學(xué)、工程中常用的形式十分 相似，故用MATLAB來解算問題要比用C，F(xiàn)ORTRAN等語言完成一樣的事情簡(jiǎn)捷得多，MATLAB 的最突出的特點(diǎn)就是簡(jiǎn)潔。 MATLAB的功能是非常強(qiáng)大的，MATLAB不僅有強(qiáng)大的運(yùn)算功能，它還