电磁场数值计算实验指导书

电磁场数值分析作业

注：考生属哪种类别请划“√” （博士、在校硕士、工程硕士、师资硕士、同等学力、研究生班） 辽宁工程技术大学 研究生考试试卷 考试科目：电磁场数值分析 考生班级：电控研 考生姓名： 学号： 考试分数： 注意事项 1、考前研究生将上述项目填写清楚 2、字迹要清楚，保持卷面清洁 3、试题、试卷一齐交监考老师 4、教师将试题、试卷、成绩单，一起送研究生学院； 专业课报所在院、系

直流无刷电机的内部电磁分析 1提出问题 在电磁学里，电磁场是一种由带电物体产生的一种物理场。处于电磁场的带电物体会感受到电磁场的作用力。电磁场与带电物体之间的相互作用可以用麦克斯韦方程和洛伦兹力定律来描述。电磁场是有内在联系、相互依存的电场和磁场的统一体的总称。随时间变化的电场产生磁场，随时间变化的磁场产生电场，两者互为因果，形成电磁场。 电磁场可由变速运动的带电粒子引起，也可由强弱变化的电流引起，不论原因如何，电磁场总以光速向四周传播，形成电磁波。电磁场是电磁作用的媒介，具有能量和动量，是物质存在的一种形式，电磁场的性质、特征及其运动变化规律由麦克斯韦方程确定。 ANSYS软件提供了图形用户界面与命令流两种方式来分析电机电磁场问题。在电机电磁场计算中,命令流方式和图形用户界面方式相比,具有以下优点:通用性好,对于同系列、同型号的电机电磁场计算只要对电机的尺寸参数进行修改即可,而采用ANSYS的图形用户界面方式进行电机电磁场计算,每次计算都要重新输入图形,没有通用性; 通过合理应用ANSYS的APDL语言编写一个两重循环程序就可实现转子自动旋转和自动施加励磁电流的功能,与ANSYS的图形用户界面方式相比,减少了人机交互的次数,缩短了计算时间。 电机的电磁分析，常用的软件是Maxwell，他是一个功能强大、灵活的,融结构、热、流体、电磁、声学于一体的大型通用有限元分析软件。广泛用于核工业、石油化工、航空航天、国防军工、机械制造、土木工程等一般工业及科学研究领域的设计分析。 本次作业中，将对直流无刷电机的内部电磁进行分析，采用Maxwell3D来建模，并进行磁场分析。 2直流无刷电机 直流无刷电机被广泛的用于日常生活用具、汽车工业、航空、消费电子、医学电子、工业自动化等装置和仪表。顾名思义，直流无刷电机不使用机械结构的换向电刷而直接使用电子换向器，在使用中直流无刷电机相比有刷电机有许多

工程电磁场数值计算

工程电磁场数值计算 大作业报告 一、大作业要求 运用FEM法求解算题5—8，删去要求（2），设其具有平行平面磁场分布的特征。 作业题目如下所示：

二、问题分析及建立模型 根据P149对平行平面场的静电场和磁场统一的数学模型的描述 我们可以得到此问题对应的偏微分方程及相应的定解问题为： 3 22220000300; ;0;ρρμρ?===???+=????? ==????=???-y x H A A s y A A A in x n 进而可以求得此题对应的泛函及等价的变分问题为： 2422 2 2 1()221min(0;0)2S l l S A A A F A JA dxdy dl x y n A A A dxdy J x y n μ+ ?????????=+--?? ? ???????????? ?????????=+===?? ? ???????????? ????? 0;==y A 3 003;ρρμρ?==-H sin A

根据以上条件，我们可以把此题与例5-2作比较，他们的边界条件形式已经基本一致了，所以我们可以利用EMF2D的程序对此题进行计算。 下面所以下我们的主要解题思路。 1、由于是一个圆形区域，且是对称的，所以我们只需求1/4圆周即可。我们运用圆域剖分程序CAMG对整个区域进行剖分。这里我们需要注意的是最外层的边界条件，我们选用选定10倍半径，即1米，进行三段剖分。 2、运用程序EMF2D，把圆域剖分出来的结果当作此程序的输入。需要注意的是需要对剖分出来的最外层的点，进行“手动输入”。我们需要注意两个程序的输入输出的格式进行统一，修改EMF2D 的强制边界条件程序FB。 三、程序及结果 1、圆域剖分 我们并没有改变什么CAMG程序，程序如下

电磁场微波实验指导书(电子专业)

电磁场、微波测量 实验报告 实验一电磁波参量的测量 一、实验目的 （1）在学习均匀平面电磁波特性的基础上，观察电磁波传播特性如E、H和S 互相垂直。（2）熟悉并利用相干波原理，测定自由空间内电磁波波长λ，并确定电磁波的相位常数β和波速υ。 （3）了解电磁波的其他参量，如波阻抗η等。 二、实验仪器 （1）DH1211型3cm固态源1台 （2）DH926A型电磁波综合测试仪1套 （3）XF-01选频放大器1台 （4）PX-16型频率计 三、实验原理

两束等幅、同频率的均匀平面电磁波，在自由空间内从相同（或相反）方向传播时，由于初始相位不同，它们相互干涉的结果，在传播路径上形成驻波分布。通过测定驻波场节点的分布，求得波长λ的值，由2π βλ = 、f υλ=得到电磁波的主要参数：β、υ。 设0r P 入射波为：0j i i E E e βγ -= 当入射波以入射角θ向介质板斜投射时，在分界面上产生反射波r E 和折射波i E 。设入射波为垂直极化波，用R ⊥表示介质板的反射系数，用0T ⊥和T ε⊥表示由空气进入介质板和由介质板进入空气的折射系数。可动板2r P 和固定板1r P 都是金属板，其电场反射系数为-1，则 3r P 处的相干波分别为： 1 10j r i E R T T E e φε-⊥⊥⊥=- 113 1()r r L L L φββ=+=

2 20j r i E R T T E e φε-⊥⊥⊥=- 22 331 ()()r r r r L L L L L φββ=+=++ 其中，21L L L ?=- 因为1L 是固定值，2L 则随可动板位移L 而变化。当2r P 移动L 值时，使3r P 具有最大输出指示时，则有1r E 和2r E 为同相叠加；当2r P 移动L 值，使3r P 具有零值输出指示时，必有1r E 和2r E 反相。故可采用改变2r P 的位置，使3r P 输出最大或零指示重复出现。 在3r P 处的相干波合成 1 2 1210()i i r r r i E E E R T T E e e φφε--⊥⊥=+=-+ 或写成 12 ( ) 12 2 102cos( )2 j r i E R T T E e φφεφφ+-⊥⊥-=- 式中12L φφφβ=-= 为测准入值，一般采用 3r P 零指示办法 ，即 cos( )0 2φ= 或 (21) 2 2 n φπ =+ n=0.1.2….. n 表示相干波合成驻波场的波 节点（0r E =）处。除n=0以外的n 值，表示相干波合成驻波的半波长数。将n=0时0r E =的驻波节点作为参考位置0l :2π φλλ = 故2(21)n L π πλ += 四、实验内容 （1）了解并熟悉电磁波综合测试仪的工作特点，使用方法，特别要熟悉与掌握利用相干波 原理测试电磁波波长的方法 （2）了解3cm 固态源的使用方法和正确操作。 （3）电磁波E 、H 和S 三者符合右手螺旋规则，向3r P 传播的波应有：E =y y E ,H =-x x H S =E ?H=z y x E H =z 2 y E μ （4）测量值 移动可动板2r P ，测n l 值，根据测得值，计算λ、β、υ的值。 （单位：mm ）

基于有限元的电磁场仿真与数值计算介绍

鼠笼异步电动机磁场的有限元分析 摘要 鼠笼异步电动机具有结构简单、价格低廉、运行可靠、效率较高、维修方便等一系列的优点，在国民经济中得到广泛的应用。工业、农业、交通运输、国防工程以及日常生活中都大量使用鼠笼异步电动机。随着大功率电子技术的发展，异步电动机变频调速得到越来越广泛的应用，使得鼠笼异步电动机在一些高性能传动领域也得到使用。 鼠笼异步电动机可靠性高，但由于种种原因，其故障仍时有发生。由于电动机结构设计不合理，制造时存在缺陷，是造成故障的原因之一。对电机内部的电磁场进行正确的磁路分析，是电机设计不可或缺的步骤。利用有限元法对电机内部磁场进行数值分析，可以保证磁路分析的准确性。本文利用Ansys Maxwell软件，建立了鼠笼式异步电机的物理模型，并结合数学模型和边界条件，完成了对鼠笼式异步电动机的磁场仿真，得到了物理模型剖分图，磁力线和磁通分布图，为电机的进一步设计研究提供了依据。 关键词：Ansys Maxwell；鼠笼式异步电机；有限元分析

一、前言 当电机运行时，在它的内部空间，包括铜与铁所占的空间区域，存在着电磁场，这个电磁场是由定、转子电流所产生的。电机中电磁场在不同媒介中的分布、变化及与电流的交链情况，决定了电机的运行状态与性能。因此，研究电机中的电磁场对分析和设计电机具有重要的意义。 在对应用于交流传动的异步电机进行电磁场的分析计算时，传统的计算方法因建立在磁场简化和实验修正的经验参数的基础之上，其计算精度就往往不能满足要求。如果从电磁场的理论着手，研究场的分布，再根据课题的要求进行计算，就有可能得到满意的结果。电机电磁场的计算方法大致可以分为解析法、图解法、模拟法和数值计算法。数值解法是将所求电磁场的区域剖分成有限多的网格或单元，通过数学上的处理，建立以网格或单元上各节点的求解函数值为未知量的代数方程组。由于电子计算机的应用日益普遍，所以电机电磁场的数值解法得到了很大发展，它的适用范围超过了所有其它的解法，并能达到足够的精度。对于电机电磁场问题，常用的数值解法有差分法和有限元法两种。用有限元法时单元的剖分灵活性大，适用性强，解的精度高。因此我们采用有限元法对电机电磁场进行数值计算。 Maxwell2D 是一个功能强大、结果精确、易于使用的二维电磁场有限元分析软件。在这里，我们利用Ansys的Maxwell2D 有限元分析工具对一个三相四极电机进行有限元分析，构建鼠笼式异步电机电动机的物理模型，并结合电机的数学模型、边界条件进行磁场分析。

国中学生物理竞赛实验指导书思考题参考答案-电磁学

实验十一 学习使用数字万用表 【思考题参考答案】 1．调节电阻箱的电阻为500Ω和5Ω时，电阻的误差是多大？ 答：以0.1级为例，以每个接点的接触电阻按0.002Ω为例。 对于500Ω电阻从0和9999Ω接线柱输出，误差为 Ω=?+?=?512.0002.06%1.0500R 对于5Ω电阻从0和9.9Ω接线柱输出，误差为 Ω=?+?=?009.0002.02%1.05R 2．电源电压为110V 。是否可以只用一个电阻箱控制，得到0.5A 的电流？ 答：若只用一个电阻箱控制，所需电阻为Ω2205.0110==R 。这需要电阻箱的100?R 档，此档允许电流为0.05A ，实际电流大于额定电流，不能使用。 3．对于一块四位半的数字万用电表的直流电压200mV 量程，可能出现的最大数字是多少？最小分辨率是多少？ 答：最大数字为199.99mV 。最小分辨率为0.01mV 。 4．使用数字万用电表的直流电压2V 量程测量直流电压，测量值为1.5V ，测量误差为多少？如果测量值为0.15V ，测量误差为多少？如果换用200mV 量程测量直流电压0.15V ，误差为多少？ 答：我们以0.5级的三位半表为例，()一个字+±=?x U U %5.0。 2V 量程测量直流电压1.5V 时 ()mV mV V U 5.815.1%5.0±=+?±=? 2V 量程测量直流电压0.15V 时()mV mV V U 8.1115.0%5.0±≈+?±=? 200mV 量程测量直流电压0.15V 时()mV mV mV U 9.01.0150%5.0±≈+?±=? 可见，测量小电压尽量选用低量程档。 5．为什么不宜用数字万用电表的电阻档测量表头内阻？ 答：数字万用电表电阻档内置9V 电池，而微安表头内阻在2000Ω左右。这样测通过表头的电流估计为mA A 5.40045.020009==，这个电流远大于微安表头的满量程电流。 6．为什么不能用数字万用电表的电阻档测量电源内阻？ 答：电阻档的使用条件是被测电阻中无电流通过，或者被测电阻两端无电压。对电源内阻来说，一旦用电阻档测量，电源就为内阻提供了电流，这样容易烧毁电表。 实验十二 制流和分压电路 【思考题参考答案】

《电磁场实验指导书》word版

电磁场实验指导书 北京信息科技大学

目录 实验一球形载流线圈的场分布与自感 (1) 实验二磁悬浮 (7) 实验三静电除尘 (10)

前 言 结合电磁场课程教学的电磁场实验课是完善教学效果，增进学生对电磁场现象和过程的感性认识，拓展有关电磁场工程应用知识面的重要环节。随着教学改革不断深化的进程, 电磁场教学实验在承接大学物理电磁学实验基础上的改进与提高势在必行。根据高等学校电磁场课程教学的基本要求，以电磁场系列实验课开设的需求为依据，我电磁场课程组设计、编写了电磁场实验教学的新内容，并在浙江大学求是公司的共同规划下，由该公司制作完成了第一阶段的三个实验的基本装置和设备，以应当前我国电磁场实验教学的实际需要。 实验一：球形载流线圈的场分布与自感 一、实验目的 1. 研究球形载流线圈（磁通球）的典型磁场分布及其自感参数； 2. 掌握工程上测量磁场的两种基本方法──感应电势法和霍耳效应法； 3. 在理论分析与实验研究相结合的基础上，力求深化对磁场边值问题、自感参数和磁场测 量方法等知识点的理解，熟悉霍耳效应高斯计的应用。 二、实验原理 （1）球形载流线圈（磁通球）的磁场分析 如图11所示，当在z 向具有均匀的匝数密度分布的球形线圈中通以正弦电流i 时，可等效看作为流经球表面层的面电流密度K 的分布。显然，其等效原则在于载流安匝不变，即如设沿球表面的线匝密度分布为W ′，则在与元长度d z 对应的球面弧元d R 上，应有 图1-1球形载流线圈（磁通球） i 图1-2 呈轴对称性的计算场域

()d d N W R θi=z i 2R ??' ??? 因在球面上，θcos R z =，所以 ()d d cos sin d z R R θθθ== 代入上式，可知对应于球面上线匝密度分布W ′，应有 2sin d sin d 2N R R N W R R θθθθ?'== 即沿球表面，该载流线圈的线匝密度分布W ′正比于θsin ，呈正弦分布。因此，本实验模拟的在球表面上等效的面电流密度K 的分布为 sin N i 2R K e φθ=?? 由上式可见，面电流密度K 周向分布，且其值正比于θsin 。 因为，在由球面上面电流密度K 所界定的球内外轴对称场域中，没有自由电流的分布, 所 以, 可采用标量磁位m 为待求场量，列出待求的边值问题如下： 上式中泛定方程为拉普拉斯方程，定解条件由球表面处的辅助边界条件、标量磁位的参考点，以及离该磁通球无限远处磁场衰减为零的物理条件所组成。 通过求解球坐标系下这一边值问题，可得标量磁位 m1和m2 的解答，然后，最终得磁通球内外磁场强度为 (1-1) 和 ()()32m22cos sin 6r Ni R - r>R R r θ?θθ??=?=+ ??? H e e (1-2)()()()()()()2m12m2t1t212n n1n20102m102m2,0,0sin 200r r r r r r r R r r R N H H H H K i r R R B B H H r R θθ?θ?θθμμ??=→∞→∞???=???????-=-===?????=→==???=??=-?=?? H 泛定方程: BC:()()1m1cos sin 3r Ni - - r

电磁场与电磁波实验指导书要点

电磁场电磁波实验 实验一电磁感应定律的验证 一、实验目的 1、通过电磁感应装置的设计，了解麦克斯韦电磁感应定律的内容 2、了解半波天线感应器的原理及设计方法 3、天线长短与电磁波波长的接收匹配关系 二、预习要求 1、麦克斯韦电磁理论的内容 2、什么是电偶极子？ 3、了解线天线基本结构及其特性 三、实验仪器 HD-CB-IV电磁场电磁波数字智能实训平台：1套 电磁波传输电缆：1套 平板极化天线：1副 半波振子天线：1副 感应灯泡：1个 四、实验原理 麦克斯韦电磁理论经验定律包括：静电学的库仑定律，涉及磁性的定律，关于电流的磁性的安培定律，法拉第电磁感应定律。麦克斯韦把这四个定律予以综合，导出麦克斯韦方程，该方程组系统而完整地概括了电磁场的基本规律，并预言了电磁波的存在。麦克斯韦提出的涡旋电场和位移电流假说的核心思想是：变化的磁场可以激发涡旋电场，变化的电场可以激发涡旋磁场；电场和磁场不是彼此孤立的，它们相互联系、相互激发组成一个统一的电磁场。下面我们通过制作感应天线体，来验证电磁场的存在。 如图示：电偶极子是一种基本的辐射单元，它是一段长度远小于波长的直线电流元，线上的电流均匀同相，一个作时谐振荡的电流元可以辐射电磁波，故又称为元天线，元天线是最基本的天线。电磁感应装置的接收天线可采用多种天线形式，相对而言性能优良，但又容易制作，成本低廉的有半波天线、环形天线、螺旋天线等。

本实验重点介绍其中的一种半波天线。 半波天线又称半波振子，是对称天线的一种最简单的模式。对称天线（或称对称振子）可以看成是由一段末端开路的双线传输线形成的。这种天线是最通用的天线型式之一，又称为偶极子天线。而半波天线是对称天线中应用最为广泛的一种天线，它具有结构简单和馈电方便等优点。 半波振子因其一臂长度为λ /4 ，全长为半波长而得名。其辐射场可由两根单线驻波天线的辐射场相加得到，于是可得半波振子（L= λ /4 ）的远区场强有以下关系式： │ E │ =[60 Im cos( π cos θ /2)]/R 。sin θ=[60 Im/R 。] │ f( θ ) │ 式中，f( θ ) 为方向函数。对称振子归一化方向函数为│ F( θ ) │ = │ f( θ ) │ / fmax=|cos( π cos θ /2)/sin θ | 其中fmax 是f( θ ) 的最大值。由上式可画出半波振子的方向图如下: 半波振子方向函数与ψ无关，故在H 面上的方向图是以振子为中心的一个圆，即为全方性的方向图。在E 面的方向图为8 字形，最大辐射方向为θ = π /2 ，且只要一臂长度不超过0.625 λ，辐射的最大值始终在θ = π /2 方向上；若继续增大L ，辐射的最大方向将偏离θ = π /2 方向。 五、实验步骤 （一）测量电磁波发射频率 1、用N型电缆直接将“输出口1”连接至“功率频率检测口”。 2、在液晶界面上同时显示出发射功率及频率。 3、已知电磁波发射源的频率F,求得波长：λ=F V光，比如，电磁波发射源频率为900MHz,

电磁场数值计算方法的发展及应用

电磁场数值计算方法地发展及应用 专业：电气工程 姓名：毛煜杰 学号： 一、电磁场数值计算方法产生和发展地必然性 麦克斯韦尔通过对以往科学家们对电磁现象研究地总结，认为原来地研究工作缺乏严格地数学形式，并认为应把电流地规律与电场和磁场地规律统一起来.为此，他引入了位移电流和涡旋场地概念，于年提出了电磁场普遍规律地数学描述—电磁场基本方程组，即麦克斯韦尔方程组.它定量地刻画了电磁场地转化和电磁波地传播规律.麦克斯韦尔地理论奠定了经典地电磁场理论，揭示了电、磁和光地统一性.资料个人收集整理，勿做商业用途 但是，在电磁场计算地方法中，诸如直接求解场地基本方程—拉普拉斯方程和泊松方程地方法、镜象法、复变函数法以及其它种种解析方法，其应用甚为局限，基本上不能用于求解边界情况复杂地、三维空间地实际问题.至于图解法又欠准确.因此，这些电磁场地计算方法在较复杂地电磁系统地设计计算中，实际上长期未能得到有效地采用.于是，人们开始采用磁路地计算方法，在相当长地时期内它可以说是唯一实用地方法.它地依据是磁系统中磁通绝大部分是沿着以铁磁材料为主体地“路径”—磁路“流通”.这种计算方法与电路地解法极其相似，易于掌握和理解，并得以沿用至今.然而，众所周知，对于磁通是无绝缘体可言地，所以磁路实际上是一种分布参数性质地“路”.为了将磁路逼近实际情况，当磁系统结构复杂、铁磁材料饱和时，其计算十分复杂.资料个人收集整理，勿做商业用途 现代工业地飞速发展使得电器产品地结构越来越复杂，特殊使用场合越来趁多.电机和变压器地单机容量越来越大，现代超导电机和磁流体发电机必须用场地观点和方法去解决设计问题.由于现代物理学地发展，许多高精度地电磁铁、波导管和谐振腔应用到有关设备中，它们不仅要赋与带电粒子能量，并且要有特殊地型场去控制带电粒子地轨迹.这些都对电磁系统地设计和制造提出了新地要求，传统地分析计算方法越来越感到不足，这就促使人们发展经典地电磁场理论，促使人们用场地观点、数值计算地方法进行定量研究.资料个人收集整理，勿做商业用途 电子计算机地出现为数值计算方法地迅速发展创造了必不可少地条件.即使采用“路”地方法来计算，由于计算速度地加快和新地算法地应用，不仅使得计算精度得到了很大地提高，而且使得工程设计人员能从繁重地计算工作中解脱出来.从“场”地计算方面来看，由于很多求解偏微分方程地数值方法，诸如有限差分法、有限元法、积分方程法等等地运用，使得大量工程电磁场问题有可能利用数值计算地方法获得符合工程精度要求地解答，它使电磁系纯地设计计算地面貌焕然一新.电磁场地各种数值计算方法正是在计算机地发展、计算数学地前进和工程实际问题不断地提出地情况下取得一系列进展地.资料个人收集整理，勿做商业用途 二、电磁场数值计算方法地发展历史 电磁场数值计算已发展了许多方法，主要可分为积分法（积分方程法、边界积分法和边界元法）、微分法（有限差分法、有限元法和网络图论法等）及微分积分法地混合法.资料个人收集整理，勿做商业用途 年，利用向量位，采用有限差分法离散，求解了二维非线性磁场问题.随后和用该程序设计了同步加速器磁铁，并把它发展成为软件包.此后，采用有限差分法计算线性和非线性二维场地程序如雨后春笋般地在美国和西欧出现.有限差分法不仅能求解均匀线性媒质中地位场，还能解决非线性媒质中地场；它不仅能求解恒定场和似稳场，还能求解时变场.在边值问题地数位方法中，此法是相当简便地.在计算机存储容量许可地情况下，采取较精细地网格，使离散化模型较精确地逼近真实问题，可以获得足够精度地数值解.但是, 当场城几何特

电磁场实验指导书解读

电磁场与电磁波实验指导书 山东建筑大学信息与电气工程学院

前言 一、实验目的 《电磁场与电磁波》是一门理论性较强、概念抽象的重要的专业基础课程，也是一些交叉学科的生长点和新兴边缘学科发展的基础，通过本实验课程使学生们加深对“电磁场与电磁波”课程中基本理论和基本方法的理解，提高实验技能和基本操作技能。培养学生严谨的科学作风和科学方法、增强学生的创造能力。 二、实验前预习 每次实验前，学生须仔细阅读本实验指导书的相关内容，明确实验目的、要求；明确实验步骤、测试数据及需观察的现象；复习与实验内容有关的理论知识；预习仪器设备的使用方法、操作规程及注意事项；做好预习要求中提出的其它事项。 三、实验注意事项 1．实验开始前，应先检查本组的仪器设备是否齐全完备，了解设备使用方法及仪器的连接要求。 2．实验时每组同学应分工协作，轮流记录、操作等，使每个同学受到全面训练。 3．操作前应将仪器设备合理布置，然后按要求连接。 4．完成实验系统连接后，必须进行复查，逐项检查各设备、器件的位置、角度等是否正确。确定无误后，方可通电进行实验。 5．实验中严格遵循操作规程，绝对不允许带电操作。如发现异常声、味或其它事故情况，应立即切断电源，报告指导教师检查处理。 6．测量数据或观察现象要认真细致，实事求是。使用仪器仪表要符合操作规程，注意仪表的正确读数。 7．未经许可，不得动用其它组的仪器设备或工具等物。 8．实验结束后，实验记录交指导教师查看并认为无误后，方可拆除实验系统。最后，应清理实验桌面，清点仪器设备。

9．爱护公物，发生仪器设备等损坏事故时，应及时报告指导教师，按有关实验管理规定处理。 10．自觉遵守学校和实验室管理的其它有关规定。 四、实验总结 每次实验后，应对实验进行总结，即实验数据进行整理，绘制波形和图表，分析实验现象，撰写实验报告。实验报告除写明实验名称、日期、实验者姓名、同组实验者姓名外，还包括： 1．实验目的； 2．实验仪器设备（名称、型号）； 3．实验原理； 4．实验主要步骤及相应的连接图； 5．实验记录（测试数据、波形、现象）； 6．实验数据整理（按每项实验的"实验报告要求"进行计算、分析等）； 7．回答每项实验的有关问答题。

国中学生物理竞赛实验指导书思考题参考答案电磁学

国中学生物理竞赛实验指导书思考题参考答案电磁学

实验十一 学习使用数字万用表 【思考题参考答案】 1．调节电阻箱的电阻为500和5时，电阻的误差是多大？ 答：以0.1级为例，以每个接点的接触电阻按0.002为例。 对于500 电阻从0和9999接线柱输出，误差为 Ω=?+?=?512.0002.06%1.0500R 对于5电阻从0和9.9接线柱输出，误差为 Ω=?+?=?009.0002.02%1.05R 2．电源电压为110V 。是否能够只用一个电阻箱控制，得到0.5A 的电流？ 答：若只用一个电阻箱控制，所需电阻为Ω2205.0110==R 。这需要电阻箱的100?R 档，此档允许电流为0.05A ，实际电流大于额定电流，不能使用。 3．对于一块四位半的数字万用电表的直流电压200mV 量程，可能出现的最大数字是多少？最小分辨率是多少？ 答：最大数字为199.99mV 。最小分辨率为0.01mV 。 4．使用数字万用电表的直流电压2V 量程测量直流电压，测量值为 1.5V ，测量误差为多少？如果测量值为0.15V ，测量误差为多少？如果换用200mV 量程测量直流电压0.15V ，误差为多少？ 答：我们以0.5级的三位半表为例，()一个字+±=?x U U %5.0。 2V 量程测量直流电压1.5V 时 ()mV mV V U 5.815.1%5.0±=+?±=? 2V 量程测量直流电压0.15V 时()mV mV V U 8.1115.0%5.0±≈+?±=? 200mV 量程测量直流电压0.15V 时

()mV mV mV U 9.01.0150%5.0±≈+?±=? 可见，测量小电压尽量选用低量程档。 5．为什么不宜用数字万用电表的电阻档测量表头内阻？ 答：数字万用电表电阻档内置9V 电池，而微安表头内阻在 左右。这样测经过表头的电流估计为mA A 5.40045.020009==，这个电流远大于微安表头的满量程电流。 6．为什么不能用数字万用电表的电阻档测量电源内阻？ 答：电阻档的使用条件是被测电阻中无电流经过，或者被测电阻两端无电压。对电源内阻来说，一旦用电阻档测量，电源就为内阻提供了电流，这样容易烧毁电表。 实验十二 制流和分压电路 【思考题参考答案】 1．在连接分压电路时，有人将电源的 正、负极经过开关分别连到变阻器的一个 固定端和滑动端。这种连接方法对么？会 有什么问题？ 答：电路如图，这种连接方法不对。这种电路负载电阻被短路不会分压。 2．有一分压电路如图（实验的那个电路），负载电阻Ω=k R L 1.5，电压表内阻为Ω=k R V 10，变阻器电阻为0R 。 （1）若希望分压均匀，应选择哪种规格的变阻器？ （a ）A 1,5Ω；（b ）A 5.0,100Ω（c ）A 2.0,1000Ω E K A B C R

电磁场数值计算之西安交通大学电气工程学院模板

第一章 电磁场基本概念 §1－1 Maxwell 方程组 （一）maxwell 方程 微分形式 积分形式 全电流定律 t J Η??+=??D ?????? ? ????+=?S t ds J dl H L D ( 1-1) 电磁感应定律 t B E ??- =?? ??????? ????- =?S t ds dl E L B ( 1-2) 高斯定律 ρ=??D ??????=?V S dv ρds D ( 1-3) 磁通连续性原理 0=??B 0=???S ds B (1-4) 电流连续性方程 t J ??- =??ρ ???????-=?V S dv t ρds J ( 1-5) 说明: 1、 ①四个方程的物理意义, 电生磁, 磁生电, 预言电磁波; ②积分形式( 环量与旋度, 通量与散度之间的关系) 、 复数形式( 可作为稳态场计算) ; ③梯度、 散度、 旋度的概念( 描述”点”上电磁场的性质) 。 2、 方程( 1-1) 、 ( 1-2) 、 ( 1-5) 是一组独立方程, 其它两个方程能够由此推出。但独立方程有6个变量( ρ、、、、、J D E H B ) , 因此, 方程数少于未知量, 是非定解方式, 必须加本构方程才为定

解形式, 对于简单媒质, 本构方程为 E D ε= H B μ= E J γ= (1-6) 3、 材料性质 材料是均匀的 const =ε, const =μ , const =γ 材料是非均匀: ()z y x ,,εε=, ()z y x ,,μμ=, ()z y x ,,γγ= 材料是各向异性: 材料参数用张量形式表示 εε=, μμ=, γγ= 材料为非线性: 材料参数是未知函数的函数 ()E εε=, ()B μμ=, ()E γγ= dE dJ dH dB dE dD ===γμε ( 1-7) 4、 直接求解矢量偏微分方程不易: 一般矢量方程要转化为标量方程才能求解, 另外, 在边界上不易写出场量边界条件, 因此, 常化为位函数的定解问题( 位函数容易确定边界条件) , 经过位函数与场量的关系 ????-??-=-?=??=-?=t m A E H A B E ( 1-8) 得到场量。 §1－2 偏微分方程的基本概念 1.2.1 偏微分方程的基本概念 微分方程分为常微分方程和偏微分方程( 又分为描述不同物理现象的椭圆型方程、 双曲型方程、 抛物型方程及其线性和非线性方程) , 电磁场问题多为偏微分方程问题。 1、 常微分方程 未知函数是一元函数( 即一个变量的函数) 的微分方程( 组) 。

南理工电磁场与电磁波实验大纲及指导说明书要点

“电磁场与电磁波” 课内实验大纲及实验指导书 实验一电磁波参量的测定 实验二电磁波的极化 唐万春，车文荃编制 陈如山审定

南京理工大学通信工程系 2006年12月 实验一电磁波参量的测定实验 1.实验目的 a)观察电磁波的传播特性。 b)通过测定自由空间中电磁波的波长 ，来确定电磁波传播的相 位常数k和传播速度v。 c)了解用相干波的原理测量波长的方法。 2.实验内容 a)了解并熟悉电磁波综合测试仪的工作特点、线路结构、使用方 法。 b)测量信号源的工作波长（或频率）。 3.实验原理与说明 a)所使用的实验仪器 分度转台

晶体检波器 可变衰减器 喇叭天线 反射板 固态信号源 微安表 实验仪器布置图如下：

波器 用线图1 实验仪器布置图 固态信号源所产生的信号经可变衰减器至矩形喇叭天线，在接收端用矩形喇叭天线接收信号，接收到的信号经晶体检波器后通过微安表指示。 b) 原理 本实验利用相干波原理，通过测得的电磁波的波长λ， 再由关系式 2,k v f k π ω λλ = == (1) 得到电磁波的主要参量k ，v 等。 实验示意图如图2所示。图中0r P 、1r P 、2r P 和3r P 分别表示辐射喇叭、固定反射板、可动反射板和接收喇叭，图中介质板是一23030()mm ?的玻璃板，它对电磁波进行反射、折射后，可实现相干波测试。

-L 0 L 1 L 2-L 3 O 图2 实验示意图 当入射波以入射角1θ向介质板斜投射时，在分界面上产生反射波E -和折射波E '。设入射波为垂直极化波，用R 表示介质板的反射系数，用 T 分别表示由空气进入介质板再进入空气后的折射系数, R 与T 为复 数。另外固定的和可动的金属反射板的反射系数均为-1。 假设发射的平面波为： 0jkl E E e +-= (2) 分析时l 为在喇叭天线Pr0发射的波的传播方向上与相位参考零点所在的面之间的距离(有正、负值之分)，相位参考零点不妨选介质板的中心点。忽略介质板与金属板之间的多次作用效应，则在反射板1与反射板2处的入射场E +与反射场E -可表示为：

电磁场与电磁波实验指导书

静电场边值问题实验 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电位又很困难，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中，电场强度E '电位移矢量D '及电位Ф、满足下列方程： ▽×E 、= 0 ▽×D '= 0 D '=ε E 、 E 、 = - ▽φ 、 （1） 式中ε为静电场的介电常数。 在恒定电流场中，电场强度E 、电流密度J 及电位Ф满足下列方程： ▽×E = 0 ▽·J = 0 J = δE E =－▽Φ （2） 式中δ为恒定电流场中导电媒质的电导率。 因为方程组（1）与方程组（2）在形式上完全相似，所以φ、（静电场中的电位分布函数）与Φ（恒定电流场中的电位分布函数）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： ▽·（ε▽φ、）= 0 （3） ▽·（δ▽Φ）= 0 （4） 式中ε与δ处于相应的位置，它们为对偶量。 若ε与δ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： 2?φ'= 0 02=Φ? 电位场解的唯一定理可知：满足相同微分方程的两个电位场，它们具有相同的边界电位值，因此，在保证边界电位值不变的情况下，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。

电磁场数值计算作业报告

《电磁场数值计算》—有限元法报告 第一题 （一）问题描述及数学物理模型的建立 有一矩形场区，尺寸为6 9，如图1所示，在区域内部J=0，的左边界A=0,右边界A=100，上下边界满足： 0A n ?=?，媒质均为的磁导率为μ，利用有限元法求A 的分布 首先，2222000(0,0)0;100 0x x a y y b A A x a y b x y A A A A y y ====???+=<<<

电磁场微波实验指导书(电子专业)(1)中国民航大学,cauc要点

电磁场、微波测量实验指导书 (电子专业适用) 范懿、许明妍编 班级：111044C班 学号：111044309 姓名：贾二超 中国民航大学电子信息工程学院 二零一三年十二月

实验一 电磁波参量的测量 一、实验目的 （1）在学习均匀平面电磁波特性的基础上，观察电磁波传播特性如E 、 H 和 S 互相垂直。 （2）熟悉并利用相干波原理，测定自由空间内电磁波波长λ，并确定电磁波的相位常数β 和波速υ。 （3）了解电磁波的其他参量，如波阻抗η等。 二、实验仪器 （1） DH1211型3cm 固态源1台 （2） DH926A 型电磁 波综合测试仪1套 （3） XF-01选频放大器1台 （4） PX-16型频率计 三、实验原理 两束等幅、同频率的均匀平面电磁波，在自由空间内从相同（或相反）方向传播时，由于初始相位不同，它们相互干涉的结果，在传播路径上形成驻波分布。通过测定驻波场节点的分布，求得波长λ的值，由2π βλ = 、f υλ=得到电磁波的主要参数：β、υ。

设0r P 入射波为：0j i i E E e βγ-= 当入射波以入射角θ向介质板斜投射时，在分界面上产生反射波r E 和折射波i E 。设入射波为垂直极化波，用R ⊥表示介质板的反射系数，用0T ⊥和T ε⊥表示由空气进入介质板和由介质板进入空气的折射系数。可动板2r P 和固定板1r P 都是金属板，其电场反射系数为-1，则 3r P 处的相干波分别为： 110j r i E R T T E e φε-⊥⊥⊥=- 1131()r r L L L φββ=+= 220j r i E R T T E e φε-⊥⊥⊥=- 22331()()r r r r L L L L L φββ=+=++ 其中，21L L L ?=- 因为1L 是固定值，2L 则随可动板位移L 而变化。当2r P 移动L 值时，使3r P 具有最大输出指示时，则有1r E 和2r E 为同相叠加；当2r P 移动L 值，使3r P 具有零值输出指示时，必有1r E 和2r E 反相。故可采用改变2r P 的位置，使3r P 输出最大或零指示重复出现。 在3r P 处的相干波合成 1 21210()i i r r r i E E E RT T E e e φφε--⊥⊥=+=-+ 或写成 12( ) 12 2 102cos( )2 j r i E R T T E e φφεφφ+-⊥⊥-=- 式中 12L φφφβ=-= 为测准入值，一般采用 3r P 零指示办法 ，即

电磁场数值计算上机作业

电磁场数值计算上机作业报告 一、 有限差分法及原理 有限差分法基本思想是把连续的定解区域用有限个离散点构成的网格来代替,这些离散点称作网格的节点；把连续定解区域上的连续变量的函数用在网格上定义的离散变量函数来近似；把原方程和定解条件中的微商用差商来近似,积分用积分和来近似,于是原微分方程和定解条件就近似地代之以代数方程组,即有限差分方程组 ,解此方程组就可以得到原问题在离散点上的近似解.然后再利用插值方法便可以从离散解得到定解问题在整个区域上的近似解.在采用数值计算方法求解偏微分方程时,若将每一处导数由有限差分近似公式替代,从而把求解偏微分方程的问题转换成求解代数方程的问题。 求解拉普拉斯方程：22 2 20x y ????+=?? 为简单起见，将场域分成足够小的正方形网格，网格线之间的距离为h ，0h →。节点0、1、2、3、4上的电位分别用 0?、1?、2?、3?和4?表示。点1、点3在x 0 处可 微，沿x 方向在x 0处的泰勒级数展开式为 23 23100002311()()()()().2!3!h h h x x x ????????=-+-+-+???K 2323300002311()()()()().2!3!h h h x x x ????????=-+-+-+???K 点2、点4在y0处可微，沿y 方向在y0处的泰勒级数展开式为 2323200002311()()().2!3!h h h y y y ??? ?????=++++???K 23 23400002311()()()()().2!3!h h h y y y ????????=-+-+-+???K 忽略高次项 222 12340000 224()()()4h x y ?????????? ??+++=++=?????? 稍作变化得到拉普拉斯方程的五点差分格式： 1234 04 ?????+++= 利用超松弛迭代法求解以上差分方程，二维场拉普拉斯方程等距剖分差分格式公式为：

《工程电磁场》实验指导书

实验一 矢量分析 一、实验目的 1.掌握用matlab 进行矢量运算的方法。 二、基础知识 1. 掌握几个基本的矢量运算函数：点积dot(A,B)、叉积cross(A,B)、求模运算norm(A)。等 三、实验内容 通过调用函数，完成下面计算 内容1. 给定三个矢量A 、B 和C 如下： 23452x y z y z x z A e e e B e e C e e =+-=-+=- 求（1）A e ；（2）||A B -； （3）A B ?； （4）AB θ （5）A 在B 上的投影 （6）A C ?； （7）()A B C ??和()C A B ??； （8）()A B C ??和()A B C ?? A=[1,2,-3]; B=[0,-4,1]; C=[5,0,-2]; y1=A/norm(A) y2=norm(A-B) y3=dot(A,B) y4=acos(dot(A,B)/(norm(A)*norm(B))) y5=norm(A)*cos(y4) y6=cross(A,C) y71=dot(A,cross(B,C)) y72=dot(C,cross(A,B)) y81=cross(cross(A,B),C) y82=cross(A,cross(B,C)) 运行结果为： y1 =0.2673 0.5345 -0.8018 y2 = 7.2801 y3 =-11 y4 = 2.3646 y5 =-2.6679 y6 = -4 -13 -10 y71 =-42 y72 = -42 y81 = 2 -40 5 y82 = 55 -44 -11

参考答案：（1）[0.2673,0.5345,0.8018]A e =-； （2）||7.2801A B -=； （3）11A B ?=-； （4） 2.3646(135.4815)AB θ=；（5） 2.6679-；（6）[4,13,10]A C ?=---； （7）()()42A B C C A B ??=??=-；（8）()[2,40,5]A B C ??=-；()[55,44,11]A B C ??=-- 内容2. 三角形的三个顶点位于A(6,-1,2), B(-2,3,-4), C(-3, 1,5)点，求（1）该三角形的面积；（2）与该三角形所在平面垂直的单位矢量。 （答案S=42.0119, [0.2856,0.9283,0.238]n =±); A=[6 -1 2]; B=[-2 3 -4]; C=[-3 1 5]; Y1=norm(A-C); Y2=norm(B-C); Y3=dot(A-C,B-C); Y4=Y3/(Y1*Y2); Y5=sqrt(1-Y4*Y4); Y=0.5*Y5*Y1*Y2 n1=cross(A-C,B-C)/Y1*Y2*Y5 n=n1/norm(n1) 结果： Y =42.0119 n1 =21.4529 69.7219 17.8774 n =0.2856 0.9283 0.2380 三、实验报告 求解上面的的题目，把实验原理（数学计算过程）、仿真内容（程序与结果）写成实验报告。