Matlab在电磁场与电磁波实验教学中的应用：三维矢量分布图

"这篇文章探讨了在电磁场与电磁波实验教学中如何利用Matlab进行编程，以计算和绘制电磁场的分布，特别是三维空间矢量场的静态和动态分布图。作者介绍了用Matlab编写的plot3Dvector和movieEin3DXYZspace等程序，用于演示直角坐标系下矢量场的分布，例如单位正电荷的电场强度、无穷长直导线的磁场强度，以及矩形波导中不同模式的电场强度。此外，还提到了movieEin3Dballspace程序，用于展示球坐标系下时变电场和磁场的动态变化，以及电磁波在自由空间中的传播过程。" 本文着重阐述了Matlab在电磁场与电磁波实验教学中的应用，利用其强大的计算和可视化能力，能够简化复杂的电磁场计算，并直观地展现电磁场的分布情况。在二维和三维空间中，通过quiver3函数，可以构建矢量场的静态分布图，如图3和图4所示，它们分别是单位正电荷的电场强度和无穷长直导线的磁场强度的分布图，帮助学生理解电力线和磁力线的形态。 进一步地，Matlab被用来制作动态分布图，如movieEin3DXYZspace程序，它能够展示直角坐标系下矢量场随时间的变化，有助于学生理解波导中的传输模和截止模的概念。例如，对于一个8 cm宽、4 cm窄的空矩形波导，可以观察TE10模和TE11模的电场强度分布，使得抽象的理论概念变得生动易懂。 另外，movieEin3Dballspace程序则用于演示球坐标系下的矢量场动态变化，包括电流元的远场电场和磁场强度在不同平面上的分布，展示了麦克斯韦方程组中电场与磁场相互转换，从而形成电磁波传播的过程。 通过Matlab的编程实践，教学过程中的电磁场理论不再仅限于静态的文字描述，而是转变为直观的动态图形，极大地提高了学生对电磁场理论的理解和学习效率。这些程序的开发和应用，体现了Matlab在教育领域的潜力，不仅能够提升教学效果，还能激发学生对电磁学的兴趣。