电磁场与电磁波试题及答案111.

11.写出非限定情况下麦克斯韦方程组的微分形式，并简要说明其物理意义。非限定情况下麦克斯韦方程组的微分形式为,,0,DBHJEBDtt，(3分)（表明了电磁场和它们的源之间的全部关系除了真实电流外，变化的电场（位移电流）也是磁场的源；除电荷外，变化的磁场也是电场的源。2.写出时变电磁场在1为理想导体与2为理想介质分界面时的边界条件。时变场的一般边界条件2nD、20tE、2tsHJ、20nB。(或矢量式2nD、20nE、2snHJ、20nB)3.写出矢量位、动态矢量位与动态标量位的表达式,并简要说明库仑规范与洛仑兹规范的意义。矢量位,0BAA；动态矢量位AEt或AEt。库仑规范与洛仑兹规范的作用都是限制A的散度，从而使A的取值具有唯一性；库仑规范用在静态场，洛仑兹规范用在时变场。4.简述穿过闭合曲面的通量及其物理定义sAds是矢量A穿过闭合曲面S的通量或发散量。若Ф0，流出S面的通量大于流入的通量，即通量由S面内向外扩散，说明S面内有正源若Ф0，则流入S面的通量大于流出的通量，即通量向S面内汇集，说明S面内有负源。若Ф=0，则流入S面的通量等于流出的通量，说明S面内无源。5.简述亥姆霍兹定理并举例说明。亥姆霍兹定理研究一个矢量场，必须研究它的散度和旋度，才能确定该矢量场的性质。例静电场0sDdsq0D有源0lEdl0E无旋6.试写出一般电流连续性方程的积分与微分形式，恒定电流的呢？一般电流/0,/JdSdqdtJt；恒定电流0,0JdSJ27.电偶极子在匀强电场中会受作怎样的运动？在非匀强电场中呢？电偶极子在匀强电场中受一个力矩作用，发生转动；非匀强电场中，不仅受一个力矩作用，发生转动，还要受力的作用，使电偶极子中心发生平动，移向电场强的方向。8.试写出静电场基本方程的积分与微分形式。积分形式01sEdsq，0lEdl微分形式,0DE9.试写出静电场基本方程的微分形式，并说明其物理意义。静电场基本方程微分形式,0DE，说明激发静电场的源是空间电荷的分布（或是激发静电场的源是是电荷的分布）。10.试说明导体处于静电平衡时特性。导体处于静电平衡时特性有①导体内0E；②导体是等位体（导体表面是等位面）；③导体内无电荷，电荷分布在导体的表面(孤立导体，曲率)；④导体表面附近电场强度垂直于表面，且0/En。11.试写出两种介质分界面静电场的边界条件。在界面上D的法向量连续12nnDD或（1212nDnD）；E的切向分量连续12ttEE或（1112nEnE）12.试写出1为理想导体，二为理想介质分界面静电场的边界条件。在界面上D的法向量2nD或（12nD）；E的切向分量20tE或（120nE）13.试写出电位函数表示的两种介质分界面静电场的边界条件。电位函数表示的两种介质分界面静电场的边界条件为12，1212nn14.试推导静电场的泊松方程。由D，其中,DEE，DE为常数32泊松方程15.简述唯一性定理，并说明其物理意义对于某一空间区域V，边界面为s，φ满足，给定（对导体给定q）则解是唯一的。只要满足唯一性定理中的条件，解是唯一的，可以用能想到的最简便的方法求解（直接求解法、镜像法、分离变量法……），还可以由经验先写出试探解，只要满足给定的边界条件，也是唯一解。不满足唯一性定理中的条件无解或有多解。16.试写出恒定电场的边界条件。恒定电场的边界条件为，，17.分离变量法的基本步骤有哪些?具体步骤是1、先假定待求的位函数由两个或三个各自仅含有一个坐标变量的乘积所组成。2、把假定的函数代入拉氏方程，使原来的偏微分方程转换为两个或三个常微分方程。解这些方程，并利用给定的边界条件决定其中待定常数和函数后，最终即可解得待求的位函数。18.叙述什么是镜像法？其关键和理论依据各是什么？镜像法是用等效的镜像电荷代替原来场问题的边界，其关键是确定镜像电荷的大小和位置，理论依据是唯一性定理。19.试写出真空中恒定磁场的基本方程的积分与微分形式，并说明其物理意义。真空中恒定磁场的基本方程的积分与微分形式分别为0slBdsHdlI’0BHJ说明恒定磁场是一个无散有旋场，电流是激发恒定磁场的源。20.试写出恒定磁场的边界条件，并说明其物理意义。恒定磁场的边界条件为:12()snHHJ,12()0nBB，说明磁场在不同的边界条件下磁场强度的切向分量是不连续的，但是磁感应强强度的法向分量是连续。21.由麦克斯韦方程组出发，导出点电荷的电场强度公式和泊松方程。4点电荷q产生的电场满足麦克斯韦方程0E和D由D得ddD据散度定理，上式即为dsqDS利用球对称性，得24rqrDe故得点电荷的电场表示式24rqrEe由于0E，可取E，则得2DE即得泊松方程222.写出在空气和的理想磁介质之间分界面上的边界条件。空气和理想导体分界面的边界条件为0snEnHJ根据电磁对偶原理，采用以下对偶形式smsEHHEJJ即可得到空气和理想磁介质分界面上的边界条件0msnHnEJ5式中，Jms为表面磁流密度。23.写出麦克斯韦方程组（在静止媒质中）的积分形式与微分形式。()lsDHdlJdStDHJtlsBEdldStBEt0sBdS0BsDdSqD24.试写媒质1为理想介质2为理想导体分界面时变场的边界条件。边界条件为120ttEE或10nE1tsHJ或1snHJ120nnBB或10nB1nsD或1snD25.试写出理想介质在无源区的麦克斯韦方程组的复数形式。HjEEjH0B0D26.试写出波的极化方式的分类，并说明它们各自有什么样的特点。波的极化方式的分为圆极化，直线极化，椭圆极化三种。6圆极化的特点xmymEE，且,xmymEE的相位差为2，直线极化的特点,xmymEE的相位差为相位相差0,，椭圆极化的特点xmymEE，且,xmymEE的相位差为2或0,，27.能流密度矢量（坡印廷矢量）S是怎样定义的？坡印廷定理是怎样描述的？能流密度矢量（坡印廷矢量）S定义为单位时间内穿过与能量流动方向垂直的单位截面的能量。坡印廷定理的表达式为()()emsdEHdSWWPdt或22211()()22sdEHdSEHdEddt，反映了电磁场中能量的守恒和转换关系。28.试简要说明导电媒质中的电磁波具有什么样的性质？（设媒质无限大）导电媒质中的电磁波性质有电场和磁场垂直；振幅沿传播方向衰减；电场和磁场不同相；以平面波形式传播。29.写出非限定情况下麦克斯韦方程组的微分形式，并简要说明其物理意义。非限定情况下麦克斯韦方程组的微分形式为,,0,DBHJEBDtt（表明了电磁场和它们的源之间的全部关系除了真实电流外，变化的电场（位移电流）也是磁场的源；除电荷外，变化的磁场也是电场的源。30.写出时变电磁场在1为理想导体与2为理想介质分界面时的边界条件时变场的一般边界条件2nD、20tE、2tsHJ、20nB。(写成矢量式2nD、20nE、2snHJ、20nB一样给5分)31.写出矢量位、动态矢量位与动态标量位的表达式,并简要说明库仑规范与洛仑兹规范的意义。矢量位,0BAA；动态矢量位AEt或AEt。库仑规范与洛仑兹规7范的作用都是限制A的散度，从而使A的取值具有唯一性；库仑规范用在静态场，洛仑兹规范用在时变场。32.描述天线特性的参数有哪些？描述天线的特性能数有辐射场强、方向性及它的辐射功率和效率。33.天线辐射的远区场有什么特点？天线的远区场的电场与磁场都是与1/r成正比，并且它们同相，它们在空间相互垂直，其比值即为媒质的本征阻抗，有能量向外辐射。1.真空中有一导体球A，内有两个介质为空气的球形空腔B和C。其中心处分别放置点电荷和，试求空间的电场分布。对于A球内除B、C空腔以外的地区，由导体的性质可知其内场强为零。对A球之外，由于在A球表面均匀分布的电荷，所以A球以外区域（方向均沿球的径向）对于A内的B、C空腔内，由于导体的屏蔽作用则(为B内的点到B球心的距离)(为C内的点到C球心的距离)2.如图所示，有一线密度的无限大电流薄片置于平面上，周围媒质为空气。试求场中各点的磁感应强度。根据安培环路定律,在面电流两侧作一对称的环路。则由83.图示空气中有两根半径均为a，其轴线间距离为d的平行长直圆柱导体，设它们单位长度上所带的电荷量分别为和，若忽略端部的边缘效应，试求(1)圆柱导体外任意点p的电场强度的电位的表达式；(2)圆柱导体面上的电荷面密度与值。以y轴为电位参考点，则94.已知真空中二均匀平面波的电场强度分别为:和求合成波电场强度的瞬时表示式及极化方式。得合成波为右旋圆极化波。5.长直导线中载有电流，其近旁有一矩形线框，尺寸与相互位置如图所示。设时，线框与直导线共面时，线框以均匀角速度绕平行于直导线的对称轴旋转，求线框中的感应电动势。长直载流导线产生的磁场强度时刻穿过线框的磁通感应电动势10参考方向时为顺时针方向。6.无源的真空中，已知时变电磁场磁场强度的瞬时矢量为试求(1)的值;(2)电场强度瞬时矢量和复矢量(即相量)。（1)由得故得(2)7.已知求(1)穿过面积在方向的总电流(2)在上述面积中心处电流密度的模；11(3)在上述面上的平均值。(1)(2)面积中心,,(3)的平均值8.已知，今将边长为的方形线框放置在坐标原点处，如图，当此线框的法线分别沿、和方向时，求框中的感应电动势。(1)线框的法线沿时由得(2)线框的法线沿时线框的法线沿时129.无源真空中，已知时变电磁场的磁场强度为；,其中、为常数，求位移电流密度。因为由得10.图示极板面积为S、间距为d的平行板空气电容器内，平行地放入一块面积为S、厚度为a、介电常数为的介质板。设左右两极板上的电荷量分别为Q与Q。若忽略端部的边缘效应，试求(1)此电容器内电位移与电场强度的分布；(2)电容器的电容及储存的静电能量。解1）12xQDDeSQQda00xo131100xDQEeS，22xDQEeS2)011()SQQCUEdada222QQSCUEaa012120()SCCCCCada2200()1122adaQWQCS11.在自由空间传播的均匀平面波的电场强度复矢量为)/(1010)220(4204mveaeaEzjyzjx求（1）平面波的传播方向；（2）频率；（3）波的极化方式；（4）磁场强度；（5）电磁波的平均坡印廷矢量avS。解（1）平面波的传播方向为＋ｚ方向（2）频率为903102cfkHz（3）波的极化方式因为410,022xmymxyEE，故为左旋圆极化．（4）磁场强度4420000442001(1010)1(1010)jzzzxzyjzyxHaEaajaaeajae（5）平均功率坡印廷矢量QQda00xo1E2E1E14*442044200424200810211Re[]Re[(1010)221(1010)1(10)(10)[]211[210]21200.26510(/)jzavxy