电磁场实验指导书1.docx

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1、对于复杂边界的静电场边值问题，用解析法求解很困难，甚至是不可能的。在实际求解过程中，直接求出静电场的分布或屯位又很困难，其精度也难以保证。本实验根据静电场与恒定电流场的相似性用碳素导电纸中形成的恒定电流场来模拟无源区域的二维静电场，从而测出边界比较复杂的无源区域静电场分布。一、实验目的：1、学习用模拟法测量静电场的方法。2、了解影响实验精度的因素。二、实验原理：在静电场的无源区域屮，电场强度F电位移矢量D及电位①'满足下列方程：VXE'=oVX5^=0Df=eE'£'=・▽（｛）'（1）式屮£为静电场的介电常数。在恒定电流场中，电场强

2、度E、屯流密度J及电位①满足下列方程：VXE=0V•J=07=5EE二一▽①（2）式中8为恒定屯流场中导屯媒质的电导率。因为方程组（1）与方程组（2）在形式上完全相似，所以（1）、（静电场屮的电位分布函数）与①（恒定电流场屮的电位分布函数）应满足同样形式的微分方程。由方程组（1）和方程组（2）很容易求得：(3)(4)▽•(£▽©、)=()▽•(6▽①)=0式屮£与§处于相应的位置，它们为对偶量。v2o=o若£与6在所讨论区域为均匀分布（即其值与坐标无关），则方程（3）、（4）均可简化为拉普拉斯方程：w=（）电位场解的唯一定理可知：满足

3、相同微分方程的两个电位场，它们具有和同的边界电位值，因此,在保证边界屯位值不变的情况下，我们可以用恒定电流场的模型来模拟无源区域的静电场，当静电场中媒质为均匀媒质时，其导电媒质也应为均匀媒质，这样测得的恒定电流场的电位分布就是被模拟的静电场的电位分布，不需要任何改动。三、实验内容及实验装置：1、被测模型有两个：一个用來模拟无边缘效应的平行板电容器中的电位分布；另一个用來模拟有金属盖的无限长接地槽形导体内电位分布，被模拟的平行板电容器，加盖槽形导体及它们对应的模型如图1所示。被测模型是在碳素导电纸上按所需的几何形状，尺寸制成如图1所示的

4、金屈“电极”。在金屈“电极”上加所需的电压（本实验所需电压约为10伏），以保证所需的边界电位值。2、自制“网格板”：为保证各被测点位置，采用“网格板”來定位。该“网格板”是用透明塑料薄板，板上沿X、Y坐标轴每一厘米打一个小孔，这样就形成了一个止方形网格阵，如图2。测量时使用万用表逐点测量各点电位值，并记录。3、按图2连接好电路，先测稳压源输出电压，估算三用表测量误差。四、测量数据：平行板电容器：u=（v）—•二三四五六七八九十12345678910加盖榊形导体:u=（v）X二三四五六七八九—■12345678910五、几个问题：本实

5、验方法很简单，但是一个工程上很有效的一种方法。因此，除测出所需点电位分布外，还要深入理解有关的一些问题。在做实验报告时除一般要求内容数据外，还要回答卜•列问题：a）将平行板电容器的被测模型所测的数据闹出距离一电位图象，与平行板电容器理论上的电位一距离比较，并解释为什么在Y=0及Y=10厘米附近（“电极”附近）电位有急剧变化。b）若要模拟有边缘效应的情况，其被测模型应如何改变？C）根据所测得的边界条件数据，编程算出加盖模型空间内X=3、Y=7（厘米）点电场的近似值E（3、7）=?若要精确求出各点电场值，实验应该如何改进？d）造成木实验误

6、茅的因素有哪些？应如何克服？e）如果想要模拟三维边值型静电场，你认为可以采取什么方法?平面电磁波的反射和干涉实验一、实验目的：利用平面线极化电磁波投射到介质板上产生反射波和投射波的干涉现象来了解平面电磁波传播的一些基本特性。利用干涉条纹（即空间驻波）的分布可以学习一种测量微波波长的方法，观察在介质中电磁波的传播从而测量其相对介电常数。二、实验原理：与光学麦克尔逊干涉仪基本原理相同，只是采用微波（厘米级）代替光波（微米级）而已。如图示：由发射喇叭发射的平面线极化电磁波，射向与电磁波传播方向成45度的半透明介质板P,其屮一部分电磁波被P反

7、射，向活动金属板A方向传播，而另一部分屯磁波透射过P板向固定金属板B方向传播。此电磁波被分为极化方向一致而传播方向垂直的两束电磁波。因此半透明反射板也被称为分束板。为使得入射的电磁波被分为振幅近似相等的两束波，以提高实验效果，故将反射介质板采用两层介质板构成。如图3—1所示，被分束后的两束电磁波各自遇到金属板发射回分束板，再经反射或透射后冇一部份分别进入接收喇叭天线。由于第①和第②两束波所经过的路径各不相同，而分束板对两路信号的作用是相同的。因此接收喇叭天线所接收的信号值与A、B两板的位置和其路径屮冇无其他材料冇关。当两束波经不同路径

8、所引起的相位差为2兀的整数倍时，两波相迭加干涉加强。当其相位为龙的整齐次倍吋，两波相干涉减弱，如果入射波波长为2,两波之波程差为当K二0,土1,土2,・・・・・・时接收天线检波后电流表有极大指示。+1当5二竺二K二±1,