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1、电磁场与电磁波实验报告实验名称：有限差分法解电场边值问题实验日期：2012年12月8日姓名：赵文强学号：100240333哈尔滨工业大学（威海）问题陈述如下图无限长的矩形金属导体槽上有一盖板，盖板与金属槽绝缘，盖板电位为U0，金属槽接地，横截面如图所示，试计算此导体槽内的电位分布。参数说明：a=b=10m,=100v实验要求1)使用分离变量法求解解析解；2)使用简单迭代发求解，设两种情况分别求解数值解；3)使用超松弛迭代法求解，设确定（松弛因子）。求解过程一、分离变量法求解因为矩形导体槽在z方向为无限长，所以槽内电位函数满足直角坐标系中的二维拉普拉斯方程。根据边界条件可以确定解
2、的形式：利用边界条件求解系数。简单迭代法求解一、有限差分法有限差分法（FiniteDifferentialMethod）是基于差分原理的一种数值计算法。其基本思想：将场域离散为许多小网格，应用差分原理，将求解连续函数的泊松方程的问题转换为求解网格节点上的差分方程组的问题。泊松方程的五点差分格式当场域中得到拉普拉斯方程的五点差分格式图1-4高斯——赛德尔迭代法差分方程组的求解方法(1)高斯——赛德尔迭代法(1-14)式中：·迭代顺序可按先行后列，或先列后行进行。·迭代过程遇到边界节点时，代入边界值或边界差分格式，直到所有节点电位满足为止。（2）超松弛迭代法(1-15)式中：——加
3、速收敛因子可见：迭代收敛的速度与有明显关系(一)简单迭代法简单迭代法程序：1)步长=1clearall;clc;closeall;%设置节点数,步长1hx=11;hy=11;v1=ones(hy,hx);%%%%%设置边界条件v1(hy,:)=ones(1,hx)*100;v1(1,:)=zeros(1,hx);v1(1:hy,1)=0;v1(1:hy,hx)=0;%%%%%初始化v2=v1;maxt=1;t=0;k=0;%%%%while(maxt>1e-10)k=k+1;%计算迭代次数maxt=0;fori=2:hy-1forj=2:hx-1v2(i,j)=(v1(i,j+
4、1)+v1(i+1,j)+v2(i-1,j)+v2(i,j-1))/4;%拉普拉斯方程差分形式t=abs(v2(i,j)-v1(i,j));if(t>maxt)maxt=t;endendendv1=v2;end%%%%%可视化显示subplot(1,2,1),mesh(v2);%画电势的三维曲面图axis([0,11,0,11,0,100]);title('步长=1，各点电位');subplot(1,2,2),contour(v2);%画等势线title('等位线');实验结果：图1，简单迭代法结果，步长1步长1，迭代次数k=246各节点电位数据：0000000000001.1
5、074992.0993442.8775023.3715693.5406673.3715692.8775022.0993441.107499002.3306524.4123756.0390957.0681087.4195297.0681086.0390954.4123752.330652003.8027357.1804089.79839511.4422412.0012311.442249.7983957.1804083.802735005.69988110.7081314.5318416.9012217.7009216.9012214.5318410.708135.6998810
6、08.2886615.4203820.719623.92992523.929920.719615.420388.288660012.0343821.9651428.9962833.0987834.4392833.0987828.9962821.9651412.034380017.8837231.4095240.2016145.0296446.5595745.0296440.2016131.4095217.883720028.0909645.5876355.3709860.2586261.7397160.2586255.3709845.5876328.090960048.8925
7、67.4790475.4360578.8941779.8820178.8941775.4360567.4790448.89250010010010010010010010010010001)步长=0.1实验结果：图2，简单迭代法步长0.1步长0.1，迭代次数k=20051部分实验结果数据截图：图3，简单迭代法步长0.1部分数据(一)超松驰迭代法1.理论最佳松弛因子实验结果实验程序：clearall;clc;closeall;%设置节点数,步长0.1hx=101;hy=101;m=100;n=
