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用MATLAB解决电磁学中电场问题

摘要：二十一世纪以来，随着电脑技术的进一步提高以及电脑在国内的普

遍使用，在很多教学领域运用电脑软件来辅助教学已经非常普遍，然而用电

脑软件处理仿真电学及电磁学中电场及电势的研究却并不常见。在进行电场

及电势问题的研究时，电场虽然是确实存在的，但是由于其抽象而不易被理

解，而且即使在实验室中，我们也很难实现其理想化模型。这样就使得教师

在教学过程中不能生动且直观的描述出来，学生在学习过程中也将很难理解

和接受。本文利用电脑数学软件MATLAB模拟仿真真空中自由电荷，电偶极子，

带电细棒，尖端导体等附近静电场电场线及等势线分布图型，从而使其更加

形象，生动，直观，更加便于学生学习，理解和接受，同时使的教师教学更

加方便，快捷。

关键字：MATLAB软件，静电场，尖端导体，尖端效应，电场强度，电势。

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目录

1引言·····························································1

2用MATLAB处理静电场中的电场线和等势线的问题············1

2.1用MATLAB模拟仿真真空中点电荷的电场线和等势线分布········1

2.2用MATLAB模拟仿真真空两个点电荷的电场线及等势线分布·······3

2.2.1用MATLAB模拟真空中两个同种点电荷的电场线及等势线分布·····3

2.2.2用MATLAB模拟真空中两个同号但不等量点电荷的电场线和电势分布··5

2.2.3用MATLAB模拟电偶极子的电场线及等势线分

布··································································6

3用MATLAB模拟均匀带电细棒的电和分布情况···························8

4用MATLAB模拟两个无限长导线的电位和电场分布······················9

5尖端导体附近的电场及电势特点及其应用·····························11

5.1电场函数····················································11

6总结·····························································13

7参考文献·························································14

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1引言：

二十一世纪以来，随着电脑技术的进一步提高以及电脑在国内的普遍使

用，在很多教学领域运用电脑软件来辅助教学已经非常普遍，然而用电脑软

件处理仿真电学及电磁学中电场及电势的研究却并不常见。我们在研究电磁学

中的电场问题时，通常将自由电荷看作一个理想化的模型。电场虽然存在，但是人们

是不能直接观察到的，并且这些理想化模型很难在实验室建立起来，这样就会显得空

洞乏味，使得在教学的过程老师授课难以到位，学生在学习过程中不容易理解和接受。

本文主要运用电脑数学软件MATLAB来模拟真空中自由电荷、带电细棒，电偶极子及尖

端导体等产生的静电场在空间中的分布，并通过二维和三维图形模拟电场和电势的分

布图像。我们把这些理想化的模型和抽象的概念通过电脑软件实现，既能使学生容易

理解，也可以启发他们在学习过程中充分运用电脑软件资源，使得学习效率倍速提高。

MATLAB作为一种科学高效的计算软件，其主要作用是进行矩阵的运算，并且还可

以进行信息领域的处理。它比起其他电脑软件使用更加方便，输入更加简洁，运算更

加高效，内容更加丰富，并且很容易由用户自行扩展。通过对MATLAB软件的运用，可

以在学习过程中具有更高效率、更加富有创造性的进行科学计算

2用MATLAB处理静电场中的电场线和等势线的问题

在电磁学中，点电荷，电场强度，以及点电荷在真空中电场的分布等，都是电磁

学中重要的内容。在处理这些问题时我们一定要做到形象直观，使学生更易理解，进

入二十一世纪以来，随着电脑技术的提高，作为二十一世纪的新型人才，