有限线状连续带电体二维平面电场的计算机模拟 - 苏州大学基础物理学 .PDF

物理与工程 Vol.13 No.6 2003 有限线状连续带电体二维平面 电场的计算机模拟 教学手段 现代化 周莉英 董懊行 (苏州大学物理系，江苏苏州 215006) (收稿 日期:2003-08-01) 摘 要 利用切线法和扫描法绘制一些有限线状连续带电体所在平面的电力线和等 势线. 关键词 切线法;扫描法;有限连续带电体 SIMULATING THEELECTROSTATICFIELD PRODUCED BYA LIM ITED LENGTH LINEW ITHIN 2-DIMENSION ZhouLiying DongShenxing (DepartmentofPhysics,SuzhouUniversity,Suzhou,Jiangsu215006) Abstract Inthispaper,weintroducedasoftwaretodemonstratethefluxline producedbyachargedlinewithlimitedlenth. KeyWords tangentmethod;scanmethod;finitechargedcontinuum 1 引言 满足一定数学条件的有限个分立的坐标点 (及其属性，如颜色)的系列和集合[Ell.因此， 在电学的教学过程中，用于帮助学生形 要绘制这样的曲线，关键是要找出生成这些 成静电场直观印象的电力线、等势线的绘制 坐标点的系列和集合的方法.切线法和扫描 一向比较烦琐.特别是一些电荷连续分布的 法就是其中最基本的两种方法.切线法用于 有限连续带电体的电力线和等势线，其计算 绘制电力线之类具有方向特征的曲线.首先 和绘制都比较复杂.我们通过计算机，利用绘 确定所画曲线上一点P;(x;,y,)处的切线方 制点电荷电场线中常用的切线法和扫描法以 向，该方向与x轴的夹角为0，然后沿切线的 及电场的矢量叠加原理，绘制有限线状连续 前方向截取△l长度，得到另一点只+1(x;+ir 带电体所在平面的电力线和等势线. 夕汁t)(如图1), x}+t=x、十△l·cos9 (1) 2 计算原理 yi+t=yi+Al·sing (2) 然后以P;(x;+yi)为起点重复上述操作，如此 平面静电场中的等势线和电力线都属于 继续下去，便可以不断地从已知点找到下一 二维曲线.对于计算机来说，这样的曲线就是 个未知点，直至找到描绘曲线所需的整个点 万方数据 物理与工程 Vol.13 No.6 2003 集，连接这些点，描绘出整条曲线.本文描绘 利用同样的方法，我们把棒的其他电荷元在 电力线即采用此方法.扫描法用于等值线的 尸处‘产生的电场强度依次沿着水平和竖直方 绘制:把绘制区域按一定比例划分成网格，对 向分解，并且把两个方向的各个分量依次叠 所有的网格点逐点计算所需的物理量，按物 加，分别得到 N N 凡