南邮地信认知实习报告

南邮地信认知实习报告（精选4篇）

篇1：南邮地信认知实习报告

时间过的真快，转眼间一周的实习时间已经过去了，虽然这周天气不好，但它丝毫不影响我们对新事物认识 与了解的渴望，期间，不仅所见所闻是以往不曾有的，同时也促进了同学之间的友谊。

实习的第一天我们的任务首要且必要的是开动员大会，强调纪律与出勤的内容，接着由老师为我们播放相关视频。在第三小节课上，老师为我们讲解一个关于我们自己专业的讲座。从播放的录像中，我了解到无线电的发展史。首先，19世纪末为快速开发的商业无线电和建立业余无线电基础提供了舞台。继 1873年苏格兰人J.C.麦克斯韦尔提出了电磁场理论后。1901，马可尼用大功率和庞大的天线实现了跨越大西洋的无线电通信。1904年，当英国人J.A.弗莱明发明了第一个真空二极管“弗莱明真空管”时，一个暗示将来发展的机遇出现了。1906年，L.德福斯特在弗莱明真空管中加了一个栅格网，制成了第一个三极真空管。1913年纽约业余无线电爱好者Edwin H.Armstrong发明了用电子管工作的再生接受机，到了1915年，这项技术的知识已经得到广泛普及。这种新型收信机比那时的晶体检波的灵敏度更高。虽然那时电子管的价格很昂贵，不少爱好者开始用Armstrong的设计进行实验。1921年进行了大西洋彼岸的收信实验，看小功率的业余无线电信号能否穿越大西洋。实验最终证实了电波穿越大西洋的可行性。在这之后，许多国家的业余无线电爱好者为无线电的发展做出了杰出的贡献，建立了不少无线电组织，政府也建立了无线电电台。这和个人电脑突然增长的现象相符合，并点燃了业余无线电爱好者对分组数据交换通信和其他数据通信的狂热追求。电脑也使业余无线电进入通信实验的新天地，例如，将电脑和电台连接在一起，可以做出很多年前无法想象的数字技术的通信实验。看完录像后，我不但惊叹与无线电的飞速发展与给人们带来的巨大方便，同时也对无线电的发展有了系统的认识，丰富了我的知识面。

接下来在薄老师的讲座中，我对我们专业的知识应用与未来发展也有了新的认识。电磁场与无线技术是研究射频无线信号的产生、辐射、传播、散射、接收和处理的相关理论、技术和工程应用的本科专业。本专业不仅在无线通信、雷达、遥感、遥测遥控、地球物理探测、电子测量、电子对抗、射电天文与无损探测等方面具有广泛的应用，同时，也应用于医疗、诊断、杀菌、干燥、萃取、催化、育种等生活领域。电磁场与无线技术专业的主干课程除高等数学、英语、大学物理等课程外，还有通信原理、数字信号处理、电路分析基础、信号与系统、模拟电路基础、电磁场理论、微机系统与接口技术、天线原理与设计、电波传播理论、微波技术基础、微波电路、通信网、通信技术与系统、交换技术基础等。随着电子信息产业的迅猛发展，国内对“电磁场与无线技术”专业人才的需求近十年来呈持续快速增长，本专业已成为经济社会急需且供不应求最为突出的专业之一。本专业旨在培养具有坚实的电磁场理论与工程基础，较强的射频、微波电路与系统开发能力，也具有很好的通信技术基础的高级工程技术人才。因此。我们专业就业前景十分广泛，毕业生可到通信、广播电视、航空航天、遥感、遥测遥控、雷达、电子对抗、电子元器件、资源探测和医疗设备等领域的研究所、公司、工厂和相关部门从事理论研究、工程设计、无线网络维护、应用开发和技术管理等工作。在经过这一周的认识实习后，我对我们专业更是充满了前所未有的好奇与求知渴望，并且为我今后的学习和工作指明了方向。

在第二天的实习中，我们上午去了本部的微波暗室。微波暗室，顾名思义，一进入里面就感觉光线非常暗，它类似于光学暗室，不同的是微波暗室要屏蔽的不仅是可见光，还包括其它波长的电磁波。微波暗室就是用吸波材料来制造一个封闭空间，这样就可在暗室内制造出一个纯净的电磁环境，以方便排除外界电磁干扰。微波暗室材料可以是一切吸波材料，目前以铁氧体吸波材料性能最佳，它具有吸收频段高、吸收率高、匹配厚度薄等特点。微波暗室的主要工作原理是根据电磁波在介质中从低磁导向高磁导方向传播的规律，利用高磁导率铁氧体引导电磁波，通过共振，大量吸收电磁波的辐射能量，再通过耦合把电磁波的能量转变成热能。根据这些性质，很多仪器在这种环境下可以发挥它很强的功效，例如有矢量网络分析仪、信号源、数字示波器、频谱仪等。在老师的讲解下，我们大致了解了一下它们的作用和工作原理。矢量网络分析仪,本身自带了一个信号发生器，可以对一个频段进行频率扫描.如果是单端口测量的话，将激励信号加在端口上，通过测量反射回来信号的幅度和相位，就可以判断出阻抗或者反射情况。最后老师为我们讲解了用微波暗室测天线参数的步骤及原理，使我们对天线的性能测试有了初步的了解。

时间很快到了下午，我们进入了多少次见过却从未进过的本校通信展览馆，我校“通信展览馆”，面积近1000平方米，展览分“通信·历史”、“通信·世界”、“通信·未来”三个专题，是一座带有视觉艺术效果的综合性展览馆。展览馆内展出的内容从古到今，集历史与现代于一体，是社会各界和南邮师生员工了解学校、宣传学校的窗口。从最早期的烽火台传递信息到现代的数字通信，卫星通信等，每一处都深深地吸引着我们。除了这些珍贵的历史相片向我们形象地展现了不同年代的通信方式和设备外，江苏移动、南京普天、江苏联通等单位提供的交换机等实物也让我们对通信设备有了更具体实际的认识。除了看到这些实物外，在讲解员的解说下，我也简单的了解了他们的作用和原理。最后还认识了在通信领域取得成就的一些名人和了解了国际电报联盟的历史和发展。展览过后，我们还看了关于未来通信的录像。看完录像后，大家都感叹日益发展的现代科技给人们生活带来的便利。

在第三天的实习中，我们所进入的是一家通信与电气设备制造公司——南京普天通信股份有限公司，它在业已经形成配线、网络、无线、电气四大产业基础上，通过资源的优化配置，公司将进一步重点做好基础类产业、应用类产业和集成贸易类产业的发展，体现了主业突出、产品多元化的产业经营格局。在那里我了解了产品的生产，焊接，加工，包装等流程。首先由自动化机器生产出主板和在主板上打上部分芯片，再通过工作人员的检查调整芯片间的距离，保证每块主板上的芯片密度适中。然后交给工作人员安上所有芯片后送入自动焊接设备焊接，通过焊接后还需工作人员进行剪修，将过长的管脚剪掉，如果需要的话还要进行补焊，将不牢固的管脚焊接牢固。与此同时，产品成型后，还要经过检验员得严格检验，严格做到了诚信与高效的承诺。该公司是国家数据通信设备和配线连接设备的大型研发和生产基地，通过引进技术、设备、人才及合资合作等多种方式加速发展。多年来，公司坚持高科技发展战略，强化质量管理，重视环境、安全健康管理，促进有效管理一体化。公司大批产品获得国家新产品奖、科技进步奖，其中卡接式总配线架被评为“中国公认名牌产品”“全国用户满意产品”等荣誉。在这次参观中，我真实的体验到了那种生产器件的氛围，简单地了解了公司的运作和分工等，让我真正拓展了一些眼界。

时间飞逝，短短的一周实习生活就这样过去了，在这一周里我惊叹于无线电的发展史，并且切实深入到了企业车间里去体会一线发展过程，与此同时也近距离接触了微波暗室等专业性实验环境。在这样的氛围的熏陶下，我深深的感到自己的专业知识还有非常多的不足与空缺，要想在今后的工作中发挥出色就必须得掌握扎实的基础知识和专业知识。因此在即将进入大三学习专业知识的我们，要紧跟老师的脚步，去领略书中伟大电磁场贡献者为我们留下的惊人发现。总之这次实习对我的帮助很大，它让我很明显的发现了自己的不足与渺茫，看到了今后的就业方向。更重要的是它让我清楚的看到在未来这座生活大圈中我该做的事、我能做的事，我将要做的事。因此从现在开始，我一定要抓紧时间，巩固基础知识，认真学习即将到来的专业知识，争取在以后的实验或者工作中，能够熟练的把专业知识应用到社会实践中，为科技的发展贡献一份绵薄之力。

篇2：南邮地信认知实习报告

本章应用部分包括4个习作：习作1显示如何把一个shapefile从地理坐标系统投影到自定义坐标系统。习作2同样要把一个shapefile从地理坐标系统投影到投影坐标系统，但所使用的坐标系统是习作1中定义好的坐标系统。在习作3里，你将从一个包含点在地理坐标上的位置的文本文件创建一个shapefile，并把该shapefile投影到预定义投影坐标系统。习作4会让你看到即时投影是如何运作的，然后把shapefile从一个投影坐标重新投影到另一个投影坐标。

4个习作任务都是用ArcToolbox里的Define Projection和Project工具，Define Projection及Project工具在ArcCatalog和ArcMap中都可使用。Define Projection工具用来定义坐标系统。而Project工具则用来投影地理坐标系统或投影坐标系统。ArcToolbox有三个定义坐标系统的选项：选择预定义坐标系、从数据集列表中输入坐标系统或创造一个新的（自定义）坐标系统。预定义坐标系统已经有一个投影文件。自定义坐标系统可以保存在一个投影文件里，这个投影文件可用于定义或投影其他数据集。

本应用部分的4个习作都是使用shapefiles。ArcToolbox在Coverage Tools/Data Management/Projections toolset 中有单独的投影工具供coverages 使用（这些工具需要ArcInfo的许可证）。ArcToolbox也有单独的工具对栅格图像进行投影，这些工具可在Data Management Tools/ Projections and Transformations/Raster toolset中找到。

习作1 把一个Shapefile从地理坐标系统投影到投影坐标系统

所需数据：idll.shp，以地理坐标和十进制表示经纬度数值的shapefile文件。idll.shp是爱达荷州轮廓图。

在本习作中，你先选择一个预定义坐标系统来定义idll.shp，然后把idll.shp投影成爱达荷通用横轴墨卡托投影(IDTM)。IDTM是一个自定义坐标系统。IDTM参数值如下：

投影

横轴墨卡托

大地基准

NAD83

单位

m

参数

比例系数：0.9996

中央经线：-114.0

参考纬度：42.0

横坐标东移假定值:2 500 000

纵坐标北移假定值:1 200 000 1． 启动ArcCatalog，连接第2章数据库。在目录树（Catalog tree）中选中idll.shp。Meadata栏上的摘要信息显示坐标系统未地理坐标系统。点击并连接空间参照信息，信息显示的坐标系统是GCS_Assumed_Geographic_1，一个假定的坐标系统。2． 首先定义idll.shp的坐标系统。点击ArcCatalog里的Show/Hide ArcToolbox Window 在ArcCatalog中打开ArcToolbox窗口。右击ArcToolbox，选中Environments。再点击General Setting下拉箭头，在the current workspace 中选择Chapter 2 database。双击Data Management Tools/Projections and Transformations工具集里的Define Projection工具。选择idll.shp为Input feature class，对话框会显示idll.shp有一个未知的坐标系统。点击coordinate system按钮，打开Spatial Reference Projections 着对话框，点击Select。双击Geographic Coordinate System、North America，选中North American Datum 1927.prj，点击OK，关闭对话框。再次查看idll.shp的空间参考信息，Metadata栏显为GCS_North_American_1927。

3． 接下来把idll.shp投影到IDTM坐标系。双击Data Management Tools/Projections and Transformations/Feature工具集的Project。Project对话框中，选idll.shp为input feature class，指定idtm.shp为output feature class，点击output coordinate system 按钮，打开Spatial Reference Properties对话框。点击New下拉箭头，选中Projected。在New Projected Coordinate System对话框，输入idtm为Name,然后你需要在Projection框和Geographic Coordinate System 中提供投影信息。在Projection框中，Name下拉菜单中选择Transverse_Mercator。并输入下列参数值：False_Easting为2 500 000、False_Northing为1 200 000，Central_Meridian为-144，Scale_Factor为0.9996，和Latitude_Of_Origin为42.确认Linear Unit是Meter。点击Geographic Coordinate System中的Select。双击North America，选择North American Datum 1983.prj。点击Finish关闭New Projected Coordinate System对话框。在Spatial Reference Properties对话框里点击Save As，在第2章的工作空间里保持投影文件命名为idtm83.prj。关闭Spatial Reference Properties对话框。4． Project对话框的Geographic Transformation 旁边有一个绿点，这是因为idll.shp是基于NAD27的，而IDTM是基于NAD83.该绿点提示投影需要进行地理转换。点击Geographic

Transformation 的下

拉

箭

头，选

中NAD_1927_To_NAD_1983_NADCON。点击OK以进行该命令。5． 在Metadata栏，你可以证实idll.shp是否已经成功投影到idtm.shp。

问题

1用自己的语言总结习作1的所有步骤。

习作2 导入一个坐标系统

所需数据：stationsll.shp，以十进制表示经纬度值的shapefile。Stationsll.shp包括爱达荷州的滑雪道。

在习作2中，你将会通过导入习作1里的idll.shp和idtm.shp的投影信息完成本次地图投影。

1． 在Metadata栏，确认stationsll.shp有一个假定地理坐标系统。双击Define Projection 工具。选stationsll.shp为input feature class。点击coordinate system按钮。点击Spatial Reference Properties对话框的Import，双击idll.shp，把它加进来。关闭对话框。

问题2 用自己的语言描述步骤1中所作的操作。

2． 双击Project工具，选stationsll.shp为input feature class，指定stationstm.shp作为output feature class，并点击output coordinate system 按钮。在Spatial Reference Properties 中点击Import，双击idtm.shp把它加进来，关闭Spatial Reference Properties对话框。点击Geographic Transformation 下拉箭头，选中NAD_1927_To_NAD_1983_NADCON。点击OK完成操作。现在stationstm.shp已经被投影到与idtm.shp相同的坐标系（IDTM）中。

习作3 用预定义坐标系统投影shapefile

所需数据：snow.txt，一个包含爱达荷州40个滑雪场地理坐标的文本文件。

习作3中，你先从snow.txt创建一个事件图层。然后用预定义坐标系统(UTM)对该事件图层进行投影，投影后的图层仍然用经纬度值来度量。再把该图层存为shapefile。

1、启动ArcMap。重命名新数据结构为Tasks 3&4，并添加snow.txt到Tasks 3&4。（注意Source栏上得目录表。）点击Tools菜单，选择Add XY Data。在弹出的对话框里，确认输入表格为snow.txt，经度为X字段，纬度为Y字段。对话框显示输入坐标的空间参照是未知坐标系统。点击Edit按钮，打开Spatial Reference Properties对话框。点击Select，双击Geographic Coordinate System、North American和North American Datum 1983.prj。退出对话框，当警告信息提示表中没有Object-ID字段时，点击OK。

2、snow.txt Events被加到ArcMap中。现在可以投影snow.txt Events，并把输出结果存为shapefile。在ArcMap中点击Show / Hide ArcToolbox Window，打开ArcToolbox窗口。在Data Management Tools / Projections and Transformations / Feature工具集中双击Project工具。选择snow.txt Events为input dataset，并输入snowutm83.shp为output feature class。点击output coordinate system按钮。点击Spatial Reference Properties对话框中的Select。双击Projected Coordinate Systems，UTM，NAD 1983和NAD 1983 UTM Zone 11N。Prj。点击OK对数据集进行投影。

问题3 步骤2未要求做地理坐标转换，为什么？ 习作4 从一个坐标系统转换到另一个坐标系统

所需数据：习作1的idtm.shp和习作3的snowutm83.shp。

习作4

首先显示ArcMap中如何进行即时投影，然后要求你把idtm.shp从IDTM坐标系统转换到UTM坐标系统。

1、右击Tasks 3&4，选择Properties。Coordinate System栏显示当前坐标系统位GCS_North_American_1983。ArcMap指定第一个图层（如snow.txt Events）的坐标系统为该数据结构的坐标系统。你也可以通过点击Data FramePrperties对话框的Import输入一个新的坐标系统。在下一个对话框，双击snowutm83.shp。关闭对话框。现在Tasks 3&4就是基于NAD1983 UTMZone 11N坐标系统。

2、添加idtm.shp到Tasks3&4。尽管idtm基于IDTM坐标系统，但它在ArcMap中用snowutm83进行空间配准。（假设在爱达荷州州界外有两条雪道。）ArcGIS可以对数据集进行快捷重新投影（参见2.5.3节）。ArcGIS利用现有的空间参照信息把idtm投影到该数据结构的坐标系统。

3、下一步就是要把idtm.sp投影到UTM坐标系，还要创建一个新的shapefile。双击Project工具。选择idtm为input feature class，指定idutm83.shp为output feature class，点击output coordinate system按钮。点击Spatial Reference Properties对话框里的Select。双击Project Coordinate System，UTM，NAD，1983和NAD 1983UTM Zone 11N.prj。点击OK以关闭对话框。

问题4

步骤3中能否用Import代替Select？如果可以，如何操作？

4、尽管在ArcMap中idutm83看起来和idtm完全一样，但其实它已经被投影到UTM格网系统。

挑战性任务

所需数据：idroads.shp和mtroads.shp。

第2章数据库里有idroads.shp和mtroad.shp，分别是爱达荷州和蒙大拿州的道路shapefiles。Idroads.shp投影在IDTM，但它的横坐标左移假定值（500 000）和纵坐标北移假定值（100 000）有错。Mtroads.shp投影在NAD 1983 State Plane Montana FIPS 2500坐标系统，线单位为米，但它没有投影文件。

1、利用习作1中得IDTM信息和Project工具，用正确的横坐标左移假定值（2 500 000）和纵坐标北移假定值（1 200 000）对idroads.shp作重新投影，其他参数保持一致。输出结果命名为idroads2.shp。

2、先用Define Projection工具定义mtroads.shp的坐标系统。然后用Project工具重新投影mtroads.shp到IDTM，输出结果命名为mtroads_idtm.shp。

篇3：南邮认识实习报告通信馆

今天是认识实习的第二天，早上十点的时候，我们便来到了学校圆楼的通信展览馆门口集合，准备集体参观展览馆，了解通信发展史。

我校通信展览馆是于近期落成的，面积近1000平方米，展览分“通信.历史”、“通信.世界”、“通信.未来”三个专题，是一座带有视觉艺术效果的综合性展览馆。

没多久我们便在讲解员的带领下进入了展览馆内部，进入馆内我们首先看到的是“世界通信 南邮同行”八个大字。体现了学校紧跟时代步伐，与时俱进的办学理念。接着我们在讲解员的带领下按照通信史的发展，参观了各个时代的通信设备。馆内丰富的图片文字资料和每一件珍贵的实物给我留下了深刻的印象。从最早期的烽火台传递信息到现代的数字通信，卫星通信等，每一处都深深地吸引着我们。除了这些珍贵的历史相片向我们形象地展现了不同年代的通信方式和设备外，江苏移动、南京普天、江苏联通等单位提供的交换机等实物也让我们对通信设备有了更具体实际的认识。在这里我看到了最早的电话机、最早的手机、光纤、电缆等设备。还看到了大地震时我校捐赠的短距离通信设备的原型，它为抗震救灾发挥了一定作用，再次展现了科技的力量。最后还了解校园网的布局，对校园网有了整体的认识。讲解员还向我们介绍了国际电报联盟，从中我简单的了解了国际电联的历史变迁和发展。另外还了解了在这方面取得成就的中外名人，我校校友赵厚鳞更是担任了国际电报联盟的副秘书长。

在参观完后我们还看了关于未来通信设想的短片，短片通过一个中国家庭的生活、学习、工作情况和家庭成员的所使用的交通工具，日常生活用具等向我们展现了未来通信给我们带来的无穷便捷。我相信在不久的将来，这些都将成为现实。

篇4：南邮计算物理实践报告

验 验 报 告 课程名称:

计算物理实践

专 专

业:

应用物理学

学 学

号:

姓 姓

名:

完成日期:

2014 年 7 月

南邮计算物理实践报告

目录 第一章

简单物理实验的模拟及实验数据处理 „„„„„„„„„1

1、1 问题描述„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1 1、2 原理分析„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„11、2、1 特殊情况„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„11、2、2 一般情况„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3 1、3Matlab 程序仿真„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4 1、4Matlab 仿真结果„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4 第二章

方程组的解 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5

2、1 问题描述„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5 2、2 原理分析„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„52、2、1 迭代公式的建立及其几何意义„„„„„„„„„„„„„52、2、2 解题过程„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5 2、3 流程图„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6 2、4Matlab 程序仿真„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6 2、5Matlab 仿真结果„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6 第三章

静电场问题的计算 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„7

3、1 问题描述„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„7 3、2 原理分析„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„7 3、3Matlab 程序仿真„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„9 3、4Matlab 仿真结果„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„9 第四章

热传导方程与波动方程的差分解法 „„„„„„„„„„10

4、1 问题描述„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„10 4、2 原理分析„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„10 4、3 解题步骤„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„13 4、4Matlab 程序仿真„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„13 4、5Matlab 仿真结果„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„13 第五章

矩量法在静电场边值问题计算中的应用 „„„„„„„„16

5、1 问题描述„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„16 5、2 原理分析„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„16 5、3Matlab 程序仿真„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„18 5、4Matlab 仿真结果„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„18

结束语 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„19

参考文献 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„20

附录一 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„21

附录二 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„22

附录三 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„23

附录四 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„25

附录五 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„26

南邮计算物理实践报告 第一章

简单物理实验的模拟及实验数据处理 1、1 问题描述 模拟电偶极子的场与等位线。

设在),(b a 处有电荷 q  ,在),(b a   处有电荷 q 。那么在电荷所在平面上任何 一 点 的 电 势 与 场 强 分 别 为)1 1(4),(0   r rqy x V, V E  。

其 中2 2 2 2)()(,)()(b y a x r b y a x r         ,9019 104  。

又 设 电 荷62 10 q  , 5.1  a , 5.1   b。

1、2 原理分析 电偶极子就是指一对等值异号的点电荷相距一微小距离所构成的电荷系统,它就是一种常见的场源存在形式。

1、2、1特殊情况 图(1)表示中心位于坐标系原点上的一个电偶极子,它的轴线与Z轴重合,两个点电荷q 与-q 间的距离为L。此电偶极子在场点 P 处产生的电位等于两个点电荷在该点的电位之与,即)1 1(4)(0   r rqr

(1)其中 r  与 r  分别就是q 与-q 到 P 点的距离。

图(1)

电偶极子

一般情况下,我们关心的就是电偶极子产生的远区场,即负偶极子到场点的距离r 远远大于偶极子长度L的情形,此时可以的到电偶极子的远区表达式

204c o s)(rqlr 

(2)可见电偶极子的远区电位与 ql 成正比,与r的平方成反比,并且与场点位置矢量r与z轴的夹角β有关。

为了便于描述电偶极子,引入一个矢量 p ,模为qL ,方向由-q 指向q ,称之为此电偶极子的电矩矢量,简称为偶极矩,记作

p ql 

(3)此时(2)式又可以写成 20204 4cos)(rperqlrr   

(4)电偶极子的远区电场强度可由(4)式求梯度得到。因电位

只就是坐标r 与β的函数,于就是有

0cos sin2 4rp pE e er r     

(5)从(4)式与(5)式可以瞧到,电偶极子的远区电位与电场分别与r的平方与r的三次方成反比。因此,其电位与场强随距离 的下降比单个点电荷更为迅速,这就是由于两个点电荷q与-q的作用在远区相互抵消的缘故。

根据(4)式,电偶极子的等电位面方程可由 204cos)(rqlr 

为定值得到。

将电力线微分方程写成球坐标形式,并注意此时电场只有r与  两个分量,则有:

c crErdEdr

(6)把电场表达式(5)带入上式,得:

 22sin)(sinsincos2d drdr 

(7)解上式得:

南邮计算物理实践报告 Cr 2sin1

(8)式(8)即就是电偶极子远区场的电力线方程。

图(2)绘出了电偶极子  为常数的平面内(8)式取不同的常数所对应的等电位线与电场线。

图(2)

电偶极子的场与等电位线 说明:图中准确的只就是电力线的形状,电力线的疏密并不严格与场强成正比,只就是疏的地方场强小些,密的地方场强大些而已。

1、2、2一般情况 前面讨论了电偶极子的中点位于坐标系原点且偶极矩方向为Z的情况。对于中点不在原点与偶极矩非Z的方向的一般情况,通过与前面类似的推导,可以得到远区的电位: 204cos)(rqlr 

(9)其中,r就是电偶极子中心指向场点P的相对单位位置矢量,偶极矩P=qL,L的方向依然规定为从-q到q。

经推导还可得到远区场的电场强度表达式:

03 00304sin4cos 2rprrpV E    

(10)由上式可以瞧出,电偶极子的电场线均分布于由r、θ构成的平面上,并且任意一个平面上的电场线分布都相同。

从以上几种不同情况下电偶极子在空间激发的电场结果来瞧,电场强度与p 成正比,与源点到场点的距离3r 成反比,电偶极子在远处的性质就是由其电偶极矩

来表征的,电偶极矩就是电偶极子的重要特征。

设电荷所在平面上任意一点的电势为)1 1(4),(0   r rqy x V

(11)其中2 2 2)()(,)()(b y a x r b y a x r         

(12)因此,只要给定空间任意一点的位置坐标P(x,y),就可以算出这一点的电位。

1、3Matlab 程序设计仿真 源程序见附录一 1、4Matlab 仿真结果

第二章

方程组的解法 2、1问题描述 用牛顿法解方程 1 0xxe   ,精度自设。

2、2原理分析

2、2、1 迭代公式的建立及其几何意义(1)建立公式 将(x)f 在nx 点 Taylor 展开 “"” 2(x)(x)(x)(x)(x x)(x x)...2!nn n n nff f f      

“(x)(x)(x)(x x)n n nf f f    ——Taylor 展开线性化(x)0 f 近似于”(x)(x)(x x)0n n nf f   

解出 x 记为1 nx,则1“(x)(x)nn nnfx xf 

(n=0,1,2....)（2）几何意义

过(,())n nx f x 切线()”()()n n ny f x f x x x    与 0 y  求交点,解出1 nx x ,则1“(x)(x)nn nnfx xf 

2、2、2 解题过程 令 1)( xxe x f ,有x xxe e x f  )(” ,那么根据 Newton 迭代法建立迭代公式 1“(x)1(x)xnn n nx xnf xex x xf e xe    2、3流程图

N Y 开始 x0=0、5 e=0、0001 00 00001xx xx ex xe x e  x-x0>e

2、4Matlab程序设计仿真 源程序见附录二 2、5Matlab仿真结果 x=0、5671

第三章

静电场问题的计算 3、1问题描述 长直接地金属槽,如图 3-2 所示,其侧壁与底面电位为零,顶盖电位为x   sin 100  ,求槽内电位,并绘出电位分布图。

3、2原理分析(1)原理分析: 二维拉普拉斯方程),(),(2y x f y xyy xx      

(1)有限差分法的网格划分,通常采用完全有规律的分布方式,这样可使每个离散点上得到相同形式的差分方程,有效的提高解题速度,经常采用的就是正方形网格划分。

设 网 格 节点(i,j)的电 位 为j i,, 其 上 下 左右 四 个 节点 的 电 位分 别 为。，，j i j i j i j i , 1 , 1 1 , 1 ,       在 h 充分小的情况下,可以j i,为基点进行泰勒级数展开:   333222, 1 ,6121hyhyhyj i j i   

  333222, 1 ,6121hyhyhyj i j i      333222, , 16121hxhxhxj i j i      333222, , 16121hxhxhxj i j i    把以上四式相加,在相加的过程中,h 的所有奇次方项都抵消了。得到的结果的精度为 h 的二次项。22, 1 , 1 1, 1, ,2 24()i j i j i j i j i jhx y               

(2)由于场中任意点(,)i j 都满足泊松方程: 2 222 2=(,)F x yx y      式中(,)F x y 为场源,则式(2)可变为:

2, , 1 , 1 1, 1,1()(,)4 4i j i j i j i j i jhF x y            

(3)对于无源场,(,)0 F x y  ,则二维拉普拉斯方程的有限差分形式为:)(41, 1 , 1 1.1 , , j i j i j i j i j i            

(4)上式表示任一点的电位等于围绕它的四个等间距点的电位的平均值,距离 h越小则结果越精确,用式(4)可以近似的求解二维拉普拉斯方程。

边界条件:(,)0(0,)(a,)(,0)0(,b)100sinxx yyx yy y x Vx xV           

(2)解题过程: 在直角坐标系中,金属槽中的电位函数  满足拉普拉斯方程: 2 22 20x y      其边界条件满足混合型边值问题的边界条件:(,)0(0,)(a,)(,0)0(,b)100sinxx yyx yy y x Vx xV            取步长 1 h  , , x y 方向上的网格数为 16, 10 m n   ,共有160个网孔与17 11 187   个节点,其中槽内的节点(电位待求点)有 15 9 135   个,边界节点52个,设迭代精度为610  ,利用MATLAB编程求解。

3、3Matlab程序设计仿真 源程序见附录三 3、4Matlab仿真结果

第四章

热传导方程与波动方程的差分解法 4、1问题描述 求有限空间内的热传导问题:2 22 2(, ,0)u u ut x yu x y xy     的数值解,边界条件如教材中图9、2所示,其她参数可以自取,将计算结果图形化。

4、2原理分析 二维热传导方程的初、边值混合问题与一维的类似,在确定差分格式并给出定解条件后,按时间序号分层计算,只就是每一层就是由二维点阵组成,通常称为网格。

内部无热源均匀介质中二维热传导方程为: 2 22 2()u u ut x y     

(0 x l  

0 y s  

0 t T  )

(1)其初始条件为:(x,y,0)(x,y)u  

(2)现在设时间步长为  ,空间步长为 h ,如图9、3所示,将 xOy平面均分为M N  的网格,并使 Nh l 

Mh s  则有: t k  

0,1,2....k 

x ih 

0,1,2,...,N i 

y jh 

0,1,2,..., j M 

对节点(,)i j ,在 k 时刻(即 k  时刻)有: , , , , 1 , ,2, , 1, , , , 1, ,k2 22, , , 1, , , , 1,2 222i j k i j k i j ki j k i j k i j k i ji j k i j k i j k i j ku u utu u u ux hu u u uy h        

(3)将差分格式(3)代入偏微分方程(1)中,可得: , , 1 ,j,k 1, , 1, , , 1, , 1,(1 4)()i j k i i j k i j k i j k i j ku u u u u u           

(4)式中2h 

式(4)为二维热传导方程的显式差分格式,运用式(4)与边界条件就可以由初始条件逐次计算出任意时刻温度的分布。

下面讨论边界条件: 如图9、3所示阴影部分,即在 0 x  边界的10 y M h   与2M h y Mh   区域以及整个 x Nh  , 0 y Mh   边界均为绝热壁;而在 0 x  边界的1 2M h y M h   区域为与恒温热源相连的口。

0 y  与 y Mh  两边界温度始终为0,实际上也就是与恒温源相连的。也就就是说,对于绝热壁应满足: 0, ,0j kux(1 21,2,..., 1, 1,..., 1 j M M M    

1,2,3,...k ), ,0N j kux

(1,2,..., 1 j M  

1,2,3,...k )上述边界条件的差分近似式为: 1, , 0, ,0j k j ku uh, , 1,j,k0N j k Nu uh

即:0, , 1, , j k j ku u 

(1 21,2,..., 1, 1,..., 1 j M M M    

1,2,3,...k ), , 1, , N j k N j ku u

(1,2,..., 1 j M  

1,2,3,...k )

(5)对于与恒温源相连的边界,在热传导过程中始终有恒定的热流,常可取归一化值,例如高温热源可取“1”,而低温热源可取“0”。按图9、3的情况,边界条件还有: 0, ,1j ku 

2,...,M j M ,0,k , ,0i i M ku u  

0,1,2,..., i N 

综合上述初值、边值混合问题,并设初始时刻各点温度均为零,则上述差分格式可归纳为: , , 1 , , 1, , 1, , , 1, , 1， ,00, , 1, , 1 2, , 1, ，0, , ,(1 4)()0 0,1,2,...,;0,1,2,...,1,2,..., 1, 1,..., 1;1,2,3,...1,2,..., 1;1,2,3,...i j k i j k i j k i j k i j k i j ki jj k j kN j k N j ki k i M ku u u u u uu i N j Mu u j M M M ku u j M ku u                    0, , 1 20 0,1,2,...,1 ,...,j ki Nu j M M   

(6)可以证明,对于二维热传导方程,若满足 214 h  

则差分格式式(4)或式(6)就就是稳定的差分格式,一般的讲,对于n维抛物线型微分方程差分格式稳定的充分条件就是: 212 h n  

4、3解题步骤 1.给定 、h、 与 T 以及 XN 与 YM ,题目中已知 0.5 h  ,14  , T 的值分别取0s,10s,100s,120s,150s,200s与1000s, XN 与 YM 取18与16;2.计算XNNh 为36;YMMh 为32;2h  为0、05;k 的上界T;3.计算初值与边值:, ,0(,)i ju ih jh  ;0, , 1(,)j ku g k jh  ;, , 2(,)N j ku g k jh  ;,0, 3(,)i ku g k ih  ;, , 4(,)i N ku g k ih  ;

4.用差分格式计算, , 1 i j ku;4、4Matlab程序设计仿真 源程序见附录四 4、5Matlab仿真结果 通过Matlab画出0s 到1000s 之间的一些温度场的分布图,如下图4、1—图4、7分别为0s,10s,100s,120s,150s,200s,1000s的温度场分布图。

结论:很明显可以瞧出,温度呈整体下降的趋势。由于低温热源的范围比高温热源的更大,所以热量的流入大于流出。可以断定,只要时间足够长,整个温度场除高温热源外,其她地方的温度都要与低温热源相同(设为0)。1000s 时,如图4、7所示的场分布与无限长时间之后的场分布就已经很接近了。

图4、1

0s时的场分布

图4、2

10s时的场分布

图4、3

100s时的场分布

图4、4

120s时的场分布

图4、5

150s时的场分布

图4、6

200s时的场分布

图4、7

1000s时的场分布

第五章

矩量法在静电场边值问题计算中的应用 5、1问题描述 利用矩量法求无界空间中边长为2a的正方形导电薄板的电容。

5、2原理分析

一块正方形导体板,如上图所示。边长为 2a 米,位于 z=0平面,中心坐标在原点,设(,)x y  表示导电板上面电荷密度,板的厚度为零,则空间任意一点的静电位就是

(x , y , z)0(,)4a aa ad dR      

(1)式中2 2 2 1/2[(x)(y)z ] R        ,(,)   为待求的面电荷密度。

边界条件:0(x,y,0)  

(, x a y a  )导体板电容:1(,)a aa aqC d dV V       算子方程:00(,)()4a aa ad d LR         算子:014a aa aL d dR   （1）将导体板分为 N 个均匀小块nS  ,并选基函数为分域脉冲函数。

1Nn nnp   

其中1 S0nnnpS 在 上在其它 上

(2)将式(2)代入式(1)得1Nmn nnV l  

m=1,2,3,…N

(3)式中2 214()()a amna al d dx y        据此电荷密度由逼近,平行板电容相应地近似为: 111Nn n mn nn mnC S l SV    

(4)

若令 2 2 / b a N  表示的边长,由nS  本身面上的单位电荷密度在其中心处产生的电位就是: 2 21 2(0.8814)4b bmnb bbl dx dyx y   （2）用点匹配法选权函数为(x x)(y y)m m mw     ,(x ,y)m m为mS 的中心点,求内积: ,(p)(x x)(y)L(p)dxdymn m n m m nx ay al w L y     21(p)|4(x)(y)mn nmn n r rm ml L d d         

(5)mnl 就是nS  处单位均匀电荷密度(1np )在mS  处中心的电位。

0 0,(x x)(y y)m m m mx ay ag w g dxdy       

011..1mg           式(5)适用于 m n  时mnl 的求解,当 m=n 时 2 2001 2ln(1 2)4b bmnb bbl d d        (6)其中22abN

(3)矩阵求逆解得:      1n mn ml g  1Nn nnp   

5、3Matlab程序设计仿真 源程序见附录五 5、4Matlab仿真结果 当边长 2a=10 时,电容 C=7、9556e-010 由公式推导可知:C 的变化与 a 成正比;有实验验证可知:C的变化也与a成正比。

结束语 经过这次计算物理学实验周的学习,我认识到自己对于以前学习过的一些课程掌握得还不够透彻,Matlab 编程语言的运用也不够熟练。通过这次实验也很好的巩固了以前学习的一些知识点,并且使我了解了如何利用计算机来模拟与计算一些物理问题。这次实验让我认识到数理方程的实用性,掌握了利用差分代替微分来求解波动方程、热传导方程、拉普拉斯方程等的基本原理与方法。

本次实践涉及到的二维拉普拉斯方程以及二维热传导方程的解题方法,都就是先将连续的方程以及边界条件离散化,再用计算机进行计算,因为计算机智能对离散的数值进行计算。

对于非线性方程的求解往往就是采用迭代的方法求解,本次实践主要涉及了Newton 迭代法的重要思想,也就是将连续的方程离散化后再进行计算。

矩量法主要分为三个步骤:(1)离散化;(2)取样检测;(2)矩阵求逆;适用于场源分布不确定的情况,用未知场的积分方程来计算给定媒质中的场的分布。

这次的实践,使我对 Matlab 的使用变得熟练了,并且在报告的写作过程中也熟练掌握了数学公式的录入,文章的排版等技能。

总的来说,这次实践带给了我很多的收获。

参考文献 [1]陈锺贤、计算物理学、哈尔滨工业大学出版社、2001、3 [2]杨振华,郦志新、数学实验、科学出版社、2010、2 [3]林亮,吴群英、数值分析方法与实验:基于MATLAB实现、高等教育出版社、2012、9

[4]李庆杨,王能超,易大义、数值分析、华中科技大学出版社、2006、7 [5]钟季康,鲍鸿吉、大学物理习题计算机解法—MATLAB编程应用、机械工业出版社、2008、1 [6]何红雨、电磁场数值计算法与MATLAB实现、华中科技大学出版社 附录一: close all;clear;clc;k = 9e+9;

e_p = 2e-6;

e_n =-e_p;d =-10:0、1:10;[x, y] = meshgrid(d);%产生格点矩阵 a=1、5,b=-1、5;x_n =-a;y_n =-b;x_p =

a;y_p = b;

V1 =

k * e_n、/ sqrt((x-x_n)、^2 +(y-y_n)、^2);

V2 =

k * e_p、/ sqrt((x-x_p)、^2 +(y-y_p)、^2);

V1_min = k * e_n /0、1;V2_max = k * e_p /0、1;V1(V1==-Inf)= V1_min;

V1(V1

= V2_max;

V2(V2>V2_max)= V2_max;V =

V1 + V2;[E_x, E_y] = gradient(-V);hold on;grid on;t=linspace(-pi, pi, 25);px = 0、1 * cos(t)+ x_p;py = 0、1 * sin(t)+ y_p;streamline(x, y, E_x, E_y, px, py);%画出电场线 sx=[min(d)/3*2,min(d),min(d),min(d),min(d)/3*2,min(d),min(d),min(d)/3*1,0,max(d)/3*1,max(d)/3*2];sy=[min(d),min(d)/3*1, 0,max(d)/3*1, max(d),max(d)/3*2,max(d),max(d),max(d),max(d),max(d)];streamline(x, y, E_x, E_y, sx, sy);%画出电场线 contour(x, y, V, linspace(min(V(:)), max(V(:)), 180));%画出等位线

plot(x_n, y_n, ”ro“,x_n, y_n, ”r-“, ”MarkerSize“, 16);

plot(x_p, y_p, ”ro“,x_p, y_p, ”r+“, ”MarkerSize“, 16);

axis([min(d), max(d), min(d), max(d)]);

title(”电偶极子的场与等位线“);hold off;附录二: function x=newton(fname,dfname,x0,e)if nargin<4,e=1e-4;end fname=inline(”x*exp(x)-1“);dfname=inline(”exp(x)+x*exp(x)“);x0=0、5;x=x0;x0=x+2*e;tic while abs(x0-x)>e

x0=x;x=x0-feval(fname,x0)/feval(dfname,x0);end toc 附录三: hx=17;hy=11;%设置网格 v1=ones(hy,hx);%设置二维数组 for j=1:hx%设置边界条件

v1(hy,j)=100*sin(pi*(2*(j-1)/(hx-1)));%假设恰好为一个周期

v1(1,j)=0;end

v1(:,1)=0;v2=v1;maxt=1;t=0;k=0;%初始化 while(maxt>0、00001)%迭代精度

k=k+1;%计算迭代总次数

maxt=0;

for i=2:hy-1

for j=2:hx-1

v2(i,j)=(v1(i,j+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;

end

end

end

v2(2:hy-1,hx)=v2(2:hy-1,hx-1);%右边界边界条件

v1=v2;end subplot(1,2,1),mesh(v2)%3D 网格图 axis([0,17,0,14,-20,100])subplot(1,2,2),contour(v2,16)

hold on x=1:1:hx;y=1:1:hy;[xx,yy]=meshgrid(x,y);[Gx,Gy]=gradient(v2,0、6,0、6);%计算梯度 quiver(xx,yy,Gx,Gy,0、5,”r“)%根据梯度画箭头 axis([-3、5,hx+6、5,-2,15])plot([1,1,hx,hx,1],[1,hy,hy,1,1],”k“)%画导体框 text(hx/2-2,hy+0、6,”phi=100sin(pix)“,”fontsize“,11);%上标注 text(hx/2-1,0、5,”phi=0“,”fontsize“,11);%下标注 text(-1、8,hy/2,”phi=0“,”fontsize“,11);%左标注 text(hx+0、2,hy/2,”partialphi/partialn=0“,”fontsize“,11);% 右标注 title(”静电场点位分布图 “);hold off 附录四: N=36;M=32;M1=12;M2=20;D=1;H=0、5;T=0、05;time=10;%初始参数定义 u=zeros(M+1,N+1);%定义场矩阵 u(M1+2:M2,1)=ones(M2-M1-1,1);%边界条件 for i=2:M for j=2:N u(i,j)=(i-1)*H*(j-1)*H;%初始条件 end end u2=u;%差分方程运算开始 for k=1:time/T%k为时间步数

for i=2:M

for j=2:N

u2(i,j)=(1-4*D*T/H/H)*u(i,j)+D*T/H/H*(u(i+1,j)+u(i-1,j)+u(i,j+1)+u(i,j-1));

end

end

for i=1:M+1

for j=1:N+1

u(i,j)=u2(i,j);

end

u(i,N+1)=u2(i,N);

end

for i=1:M1+1

u(i,1)=u2(i,2);

end

for i=M2+1:M+1

u(i,1)=u2(i,2);

end end%差分方程运算结束 mesh(u)%画图 xlabel(”X Axis“),ylabel(”Y Axis“),zlabel(”Temperature“),title(”Thermal Field Distribution")附录五: a=10;N=100;n1=sqrt(N);ltt=ones(N,N);b=a/n1;e1=1e-9;E=1/36/pi*e1;%介电常数 for i=1:n1

%获取各小块中心坐标

for j=1:n1

k=n1*(i-1)+j;

x(k)=(2*i-1)*b;

y(k)=(2*j-1)*b;

end end for m=1:N

for n=1:N

if m==n

ltt(m,n)=2*b/pi/E*0、8814;

else

ltt(m,n)=b^2/pi/E/sqrt((x(m)-x(n))^2+(y(m)-y(n))^2);

end