电磁场与电磁波实验报告

实验项目：_____静电场的物理模型___________________

班级_09电子C__,实验日期_______,实验成绩_______,

姓名_任晓亮,学号__0915241027,同组成员姓名__杨蛟,学号0915241041__

指导教师：卢露

一、  实验目的要求

1、物理模拟法的实验原理和应用条件。

2、学习用物理模拟法研究静电场。

3、加深对静电场场强和电位的理解。

二、实验内容

1． 了解装置电路及实验原理。

2． 描绘矩形水槽薄水层中两个点电极产生的二维静电场。

二、  实验仪器与软件

矩形水槽、坐标纸两张、稳压电源和电压表，模拟电极、导线、固定支架。

四、实验原理

由于静电场中不存在电流，一般磁电式仪表，在有电流时才会有反应，因此难以确定静电场的等势线。由于在一定条件下电介质中的稳恒电流场与静电场服从相同的数学规律，可以用恒定电流的电场模拟静电场。如接到直流电源两端的小圆柱形电极之间形成的恒定电场，可以用来模拟等量异种电荷之间的静电场。

静电场与稳恒电流场的对应关系为

根据上表中的对应关系可知，要想在实验上用稳恒电流场来模拟静电场，需要满足下面三个条件：

⑴电极系统与导体几何形状相同或相似；

⑵导电质与电介质分布规律相同或相似；

⑶电极的电导率远大于导电质的电导率，以保证电极表面为等势面。

实验中确定等势点的根据是：当两点电势相等时，连接该两点间的导线上无电流通过，否则将有电流从高电势点流向低电势点。

五、实验步骤

1． 将坐标纸压在盛有薄水层的透明水槽下面,如图一所示；

2． 根据各组的情况，确定供电电极A（正极，电位为U₀）,B（负极电位为零）的坐标，然后按图一的方式，接好电路。为了接触良好，供电电极A,B也要固定好。电压表的两支表笔(红表笔为M,黑表笔为N)用作探针，用于测量等位线。

 

3、测量AB之间的电压U₀  = 20V。测量以下电位的等值线：8V,10V,12V,14V,16V。

4、黑表笔N极接B极，红表笔M极轻轻在薄水层上滑动，当电压表的读数为8V时, 将红表笔M极固定，并读出水槽下面坐标纸上的坐标, 记录在另一张坐标纸上。

5、再让黑表笔N极轻轻在薄水层上滑动，当电压表的读数为0时，每隔0.5~3cm的间距，读出水槽下面坐标纸上的坐标,并将这些点的位置标在另一张坐标纸上，就可记录下8V的等位线。

6、重复4-5的操作，记录U₁,U₂,U₃,……,U_n = 8V,10V,12V,14V,16V的等位线，直到全部测完。

7、关闭电源，根据坐标纸上的点用点划线勾画等值线图。

8、改变AB之间的电压U₀，重复4-7的操作，并观察两种情况下的电位分布是否一样，分析其原因。

六、结果分析问题讨论

1． 用电流场模拟静电场的理论依据是什么？

答：主要是因为稳定的直流电流的分布与静电场中的电场线分布极其相似。由于在一定条件下电介质中的稳恒电流场与静电场服从相同的数学规律，可以用恒定电流的电场模拟静电场.

2． 分析影响探测结果的各种因素？

答：⑴水层的薄厚，

⑵电极与水层接触是否良好，电极是否与坐标纸面垂直。

⑶等势点间距离是否太大。

3、分析A、B极与水层之间的接触电阻的变化对观测结果的影响，如何避免？

答：右图为静电场
模拟的等效电路图。

故有：

4、 如果要描绘12V的等位线，下面哪一种做法正确？并说明原因。
答：选择第一种测量方法。因为如果黑表笔在测量过程中有一点变化的话就会引起以后探测的点比起一开始探测的点产生较大的误差，而且这样探测的每一点都存在着误差。但是如果红表笔不动而移动黑表笔则会减小这一误差且使每次测量的点都是由两点的电位之差来确定的，这样就减小并且有可能消除了单次测量的数据所带来的误差，使测得的结果更加精确提高了绘图的精度。

5、如果电源电压增加一倍，等位线与电力线的形状是否变化？

    答： 等位线与电力线的形状末发生根本的变化。在电源电压增加一倍后，等位线的分布更加密集，但等位线的形状与电压不变时候的一样也都还是一条一条的弧线，不过电源电压增加一倍后所测得的等位线比电源电压不变时候的等位线在与供电点坐标的连线的相交处显得更加尖锐。

6、   与实验一数值模拟的结果进行对比，分析电位等值线图不完全一样的原因。

答：由于物理模拟不可能十分的精确，在测量过程中必然存在着系统误差，随机误差，过失性误差等误差。这样会导致物理模拟的等位点必定与理论值存在着一定的误差，然而数值模拟是用MATLAB软件进行模拟相对物理模拟比较精确；由于在物理模拟中所绘出的图形是先确定几点然后再用直线将所测得的点连接起来得出等位线的图形，而数值模拟是用迭代的方法获得的结果所得的图形更接近真实的电位线分布。所以两种方法所测得的电位等值线图不完全一样。

附录

数据记录格式

第二篇：电磁场与电磁波(天线部分)实验报告

电磁场与电磁波(天线部分)实验报告

班级：

姓名：

学号：  

实验一   网络分析仪测量振子天线输入阻抗

实验目的

1．掌握网络分析仪校正方法；

2．学习网络分析仪测量振子天线输入阻抗的方法；

3．研究振子天线输入阻抗随振子电径变化的情况。

实验原理

当双振子天线的一端变为一个无穷大导电平面后，就形成了单振子天线。实际上当导电平面的径向距离大到0.2~0.3λ，就可以近似认为是无穷大导电平面。这时可以采用镜像法来分析。天线臂与其镜像构成一对称振子，则它在上半平面辐射场与自由空间对称振子的辐射场射相同。

由于使用坡印亭矢量法积分求其辐射功率只需对球面上半部分积分，故其辐射功率为等臂长等电流分布的对称振子的一半，其辐射电阻也为对称振子的一半。当h<<λ时，可认为R≈40 。由于天线到地面的单位长度电容比到对称振子另一个臂的单位长度电容大一倍，则天线的平均特征阻抗也为等臂长对称振子天线的一半，为=60[ln(2h/a)-1]。

实验步骤

1．设置仪表为频域模式的回损连接模式后，校正网络分析仪；

2．设置参数(BF=600，?F=25，EF=2600，n=81)并加载被测天线，开始测量输入阻抗；

3．调整测试频率寻找天线的两个谐振点并记录相应阻抗数据；

4．更换不同电径（  φ1，φ 3， φ9）的天线，分析两个谐振点的阻抗变化情况。

实验数据

当被测天线的电径为1mm时，可在Smith原图上得到如下阻抗点分布：

当被测天线的电径为3mm时，可在Smith原图上得到如下阻抗点分布：

当被测天线的电径为9mm时，可在Smith原图上得到如下阻抗点分布：

实验结果分析

由图可知，相同材质、不同电径的天线对应不同的输入阻抗，电径越大，谐振点输入阻抗越小，网络反射系数越小，回波损耗越小。

1)被测天线的电径对天线的阻抗是基本不产生影响的，上述三图中阻抗有差别主要是因为三根阵子粗细不同因而对空间电磁场产生了一些影响导致了天线阻抗的变化，本质上是不影响的。

2)天线的电阻随着频率的变化是不断变化的，频率变化范围为600KHz到2600KHz，变化的趋势为——在前20个点基本不变，后面的点基本随着频率的增加电阻增加。随着频率的增大从负电抗变化到正电抗，每一个都有电抗零点。

3)对于电径为9mm的天线由于受空间电磁场的干扰比较大，电阻在增大到一定程度后有减小趋势，电抗在是在变为正的后有变负的趋势。

心得体会

实验比较简单，至少在同学们的眼中来讲。  实验操作的是一个有五个按钮的仪器，照着老师的步骤，一步一步来，就可以得出实验结果。  但是限于人数太多而仪器太少，所以我和另外一个同学一组，一起坐了这个实验。

感觉总体上来讲，实验还是挺有趣的，需要上课认真的听讲，笔记，与实际操作时候的认真和准确，毕竟实践出真知，实际动手和看老师做感觉是完全不一样的。

实验让我获益匪浅。