电磁场与电磁波第四版课后思考题

《电磁场与电磁波理论》思考题

第1章思考题

1.1 什么是标量？什么是矢量？什么是矢量的分量？

1.2 什么是单位矢量？什么是矢量的单位矢量？

1.3 什么是位置矢量或矢径？直角坐标系中场点和源点之间的距离矢量是如何表示的？

1.4 什么是右手法则或右手螺旋法则？

1.5 若两个矢量相互垂直，则它们的标量积应等于什么？矢量积又如何？

1.6 若两个矢量相互平行，则它们的矢量积应等于什么？标量积又如何？

1.7 若两个非零矢量的标量积等于零，则两个矢量应垂直还是平行？

1.8 若两个非零矢量的矢量积等于零，则两个矢量应垂直还是平行？

1.9 直角坐标系中矢量的标量积和矢量积如何计算？

1.10 什么是场？什么是标量场？什么是矢量场？

1.11 什么是静态场或恒定场？什么是时变场？

1.12 什么是等值面？它的特点有那些？

1.13 什么是矢量线？它的特点有那些？

1.14 哈密顿算子为什么称为矢量微分算子？

1.15 标量函数的梯度的定义是什么？物理意义是什么？

1.16 什么是通量？什么是环量？

1.17 矢量函数的散度的定义是什么？物理意义是什么？

1.18 矢量函数的旋度的定义是什么？物理意义是什么？

1.19 什么是拉普拉斯算子？标量和矢量的拉普拉斯运算分别是如何定义的？

1.20 直角坐标系中梯度、散度、旋度和拉普拉斯算子在的表示式是怎样的？

1.21 三个重要的矢量恒等式是怎样的？

1.22 什么是无源场？什么是无旋场？

1.23 为什么任何一个梯度场必为无旋场？为什么任何一个无旋场必为有位场？

1.24 为什么任何一个旋度场必为无源场？为什么任何一个无源场必为旋度场？

1.25 高斯散度定理和斯托克斯定理的表示式和意义是什么？

1.26 什么是矢量的唯一性定理？

1.27 在无限大空间中是否存在既无源又无旋的场？为什么？

1.28 直角坐标系中的长度元、面积元和体积元是如何表示的？

1.29 圆柱坐标系中的长度元、面积元和体积元是如何表示的？

1.30 球面坐标系中的长度元、面积元和体积元是如何表示的？

2.1点电荷的严格定义是什么？ 点电荷是电荷分布的一种极限情况，可将它看做一个体积很小而电荷密度很的带电小球的极限。当带电体的尺寸远小于观察点至带电体的距离时，带电体的形状及其在的电荷分布已无关紧要。就可将带电体所带电荷看成集中在带电体的中心上。即将带电体抽离为一个几何点模型，称为点电荷。

2.2 研究宏观电磁场时，常用到哪几种电荷的分布模型？有哪几种电流分布模型？他们是如何定义的？ 常用的电荷分布模型有体电荷、面电荷、线电荷和点电荷；常用的电流分布模型有体电流模型、面电流模型和线电流模型，他们是根据电荷和电流的密度分布来定义的。

2,3点电荷的电场强度随距离变化的规律是什么？电偶极子的电场强度又如何呢？

点电荷的电场强度与距离r 的平方成反比；电偶极子的电场强度与距离r 的立方成反比。

2.4简述

和 所表征的静电场特性 表明空间任意一点电场强度的散度与该处的电荷密度有关，静电荷是静电场的通量源。 表明静电场是无旋场。 2.5 表述高斯定律，并说明在什么条件下可应用高斯定律求解给定电荷分布的电场强度。

高斯定律：通过一个任意闭合曲面的电通量等于该面所包围的所有电量的代数和除以 与闭合面外的电荷无关，即 在电场（电荷）分布具有某些对称性时，可应用高斯定律求解给定电荷分布的电场强度。

2.6简述 和 所表征的静电场特性。 表明穿过任意闭合面的磁感应强度的通量等于0，磁力线是无关尾的闭合线， 表明恒定磁场是有旋场，恒定电流是产生恒定磁场的漩涡源 2.7表述安培环路定理，并说明在什么条件下可用该定律求解给定的电流分布的磁感应强度。

安培环路定理：磁感应强度沿任何闭合回路的线积分等于穿过这个环路所有电流的代数和 倍，即

如果电路分布存在某种对称性，则可用该定理求解给定电流分布的磁感应强度。 2.8简述电场与电介质相互作用后发生的现象。

在电场的作用下出现电介质的极化现象，而极化电荷又产生附加电场

2.9极化强度的如何定义的？极化电荷密度与极化强度又什么关系？ 单位体积的点偶极矩的矢量和称为极化强度，P 与极化电荷密度的关系为 极化强度P 与极化电荷面的密度 2.10电位移矢量是如何定义的？在国际单位制中它的单位是什么 电位移矢量定义为 其单位是库伦/平方米 （C/m 2

） 2.11 简述磁场与磁介质相互作用的物理现象？在磁场与磁介质相互作用时，外磁场使磁介质中的分子磁矩沿外磁场取向，磁介质被磁化，被磁化的介质要产生附加磁场，从而使原来的磁场分布发生变化，磁介质 ερ/=??E 0=??E ερ/=??E

0=

??E ??=?V

S dV

S d E ρε01 0=??B

J B 0μ=??0=??B J B

0μ=??0

μI l d B C 0μ?=

? P

??=-p ρn

sp e ?=P ρE P E

D εε=+=0

中的磁感应强度B 可看做真空中传导电流产生的磁感应强度B 0 和磁化电流产生的磁感应强度B ’ 的叠加，即 2.12 磁化强度是如何定义的？磁化电流密度与磁化强度又什么关系？

单位体积内分子磁矩的矢量和称为磁化强度；磁化电流体密度与磁化强度：

磁化电流面密度与磁化强度： 2.13 磁场强度是如何定义的？在国际单位制中它的单位是什么？ 磁场强度定义为： 国际单位之中，单位是安培/米(A/m) 2,14 你理解均匀媒质与非均匀媒质，线性媒质与非线性媒质，各向同性与各向异性媒质的含义么？ 均匀媒质是指介电常数 或磁介质磁导率 处处相等，不是空间坐标的函数。非均匀媒质是指介电常数 或磁介质的磁导率 是空间坐标的标量函数，线性媒质是 与 的方向无关， 是标

量，各向异性媒质是指 和 的方向相同。 2.15 什么是时变电磁场？

随时间变化的电荷和电流产生的电场和磁场也随时间变化，而且电场和磁场相互关联，密布可分，时变的电场产生磁场，时变的磁场产生电场，统称为时变电磁场。

2.16试从产生的原因，存在的区域以及引起的效应等方面比较传导电流和位移电流

（1） 传导电流是电荷的定向运动，而位移电流的本质是变化着的电场。

（2） 传导的电流只能存在于导体中，而位移电流可以存在于真空，导体，电介质中。

（3） 传导电流通过导体时会产生焦耳热，而位移电流不会产生焦耳热。

2.17写出微分形式、积分形式的麦克斯韦方程组，并简要阐述其物理意义。 磁场强度沿任意闭合曲线的环量，等于穿过以该闭合曲线为周界的任意曲面的传导电流与位移电流之和； 电场强度沿任意闭合曲线的环量，等于穿过以该闭合曲线为周界的任意一曲面的磁

通量变化率的负值； 穿过任意闭合曲面的磁感应强度的通量恒等于0； 穿

过任意闭合曲面的电位移的通量等于该闭合曲面所包围的自由电荷的代数和。

微分形式：

时变磁场不仅由传导电流产生，也由位移电流产生。位移电流代表电位移的变化率，因此该式揭示的是时变电场产生时变磁场； 时变磁场产生时变电场； 磁通永远是连续的，磁场是无散度场； 空间任意一点若存在正电荷体密度，则该点发出电位移线，若存在负电荷体密度则电位移线汇聚于该点。

2.18 麦克斯韦方程组的4个方程是相互独立的么？试简要解释

B B B 0'

+= n

e ?=M J SM M J M ??=M B H -=0

με0εμ

μ）（με)(H E ）（με)(B D )(H

E dS )t D J (l d H C S ???+=??? S d t B l d E C S ???-=???0S d B S =?? ??=?S V

ρdV S d D t D J H ??+=?? t B E ??-=?? 0=??B ρ=??

D

不是相互独立的，其中 表明时变磁场不仅由传导电流产生，也是有移电流产生，它揭示的是时变电场产生时变磁场。 表明时变磁场产生时变电场，电场和磁场是相互关联的，但当

场量不随时间变化时，电场和磁场又是各自存在的。

2.19电流连续性方程能由麦克斯韦方程组导出吗？如果能，试推导出，如果不能，说明原因。 2.20 什么是电磁场的边界条件？ 你能说出理想导体表面的边界条件吗？

把电磁场矢量 E , D ,B , H 在不同媒质分界面上各自满足的关系称为电磁场的边界条件，理想导体表面上

的边界条件为： 3.1电位是如何定义的？ 中的负号的意义是什么？

由静电场基本方程 和矢量恒等式 可知，电场强度E 可表示为标量函数的梯度，即 试中的标量函数 称为静电场的电位函数，简称电位。式中负号表示场强放向与该点电位梯度的方向相反。

3.2 如果空间某一点的电位为零，则该点的电位为零， 这种说话正确吗?为什么？

不正确，因为电场强度大小是该点电位的变化率

3.4求解电位函数的泊松方程或拉普拉斯方程时，边界条件有何意义？ 答 边界条件起到给方程定解得作用。 边界条件起到给方程定解得作用。

3.5电容是如何定义的？写出计算电容的基本步骤。

两导体系统的电容为任一导体上的总电荷与两导体之间的电位差之比，即： 其基本计算步骤：1、根据

导体的几何形状，选取合适坐标系。2、假定两导体上分别带电荷+q 和-q 。3、根据假定电荷求出E 。4、由 求得电位差。5求出比值 3.8 什么叫广义坐标和广义力？你了解虚位移的含义吗？

广义坐标是指系统中各带电导体的形状，尺寸和位置的一组独立几何量，而企图改变某一广义坐标的力就，就为对印该坐标的广义力，广义坐标发生的位移，称为虚位移

3.9 恒定电场基本方程的微分形式所表征的恒定电场性质是什么？

恒定电场是保守场，恒定电流是闭合曲线

3.10 恒定电场和静电场比拟的理论根据是什么？静电比拟的条件又是什么？

理论依据是唯一性定理，静电比拟的条件是两种场的电位都是拉普拉斯方程的解且边界条件相同 t

B E ??-=?? t D J H ??+=?? t

J D t J t D J H t D J H ??-=???=????+?????+??=???????+=??ρ 0）（）（s n ρ=?D e 0n =?B e 0n =?E e s

n J H e =? ??=-E

0=??E

0=???μ??

=-E ?u q =C dl 21??E

u

q =C

3.12何定义电感?你会计算平行双线，同轴的电感？

在恒定磁场中把穿过回路的磁通量与回路中的电流的比值称为电感系数，简称电感。

3.13写出用磁场矢量B 、H 表示的计算磁场能量的公式。

3.14 在保持此链接不变的条件下，如何计算磁场力？若是保持电流不变，又如何计算磁场力？两种条件下得到的结果是相同的吗？

两种情况下求出的磁场力是相同的

3.15什么是静态场的边值问题？用文字叙述第一类、第二类及第三类边值问题。 静态场的边值型问题是指已知场量在场域边界上的值，求场域内的均匀分布问题。第一类边值问题：已知位函数在场域边界面S 上各点的值，即给定 。第二类边值问题：已知位函数在场域边界面S 上各点的法向导数值，即给定 。第三类边值问题：已知一部分边界面S1

上位函数的值，而在另一部分边界S2上已知位函数的法向导数值，即给定 和 3.16用文字叙述静态场解的唯一性定理，并简要说明它的重要意义。

惟一性定理：在场域V 的边界面S 上给定 的值，则泊松方程或拉普拉斯方程在场域V 内有惟一解。意义：

（1）它指出了静态场边值问题具有惟一解得条件。在边界面S 上的任一点只需给定 的值，而不能同时给定两者的值；（2）它为静态场值问题的各种求解方法提供了理论依据，为求解结果的正确性提供了判据。

3.17什么是镜像法？其理论依据的是什么？镜像法是间接求解边值问题的一种方法，它是用假想的简单电荷分布来等效代替分界面上复杂的电荷分布对电位的贡献。不再求解泊松方程，只需求像电荷和边界内给定电荷共同产生的电位，从而使求解简化。理论依据是唯一性定理和叠加原理。 3.18如何正确确定镜像电荷的分布？

（1）所有镜像电荷必须位于所求场域以外的空间中；（2）镜像电荷的个数，位置及电荷量的大小以满足场域边界面上的边界条件来确定。

3.19什么是分离变量法？在什么条件下它对求解位函数的拉普拉斯方程有用？

分离变量法是求解边值问题的一种经典方法。它是把待求的位函数表示为几个未知函数的乘积，该未知函数仅是一个坐标变量函数，通过分离变量，把原偏微分方程化为几个常微分方程并求解最后代入边界条件求定解。

3.20在直角坐标系的分离变量法中，分离常数k 可以是虚数吗？为什么？

不可以，k 若为虚数则为无意义的解。

4.1在时变电磁场中是如何引入动态位A 和 的？A 和 不唯一的原因何在？ dv 21v

m B H W ?=?）（

S f 1=S ?）（S f 2=??S n

?）（S f 1=S ?）

（S f 2=??S n ??

?

根据麦克斯韦方程 和 引入矢量位A 和标量位 ，使得： A 和 不唯一的原因在于确定一个矢量场需同时规定该矢量场的散度和旋度，而 只规定了

A 的旋度，没有规定A 的散度

4.2 什么是洛仑兹条件？为何要引入洛仑兹条件？在洛仑兹条件下，A 和 满足什么方程？ 称为洛仑兹条件，引入洛仑兹条件不仅可得到唯一的A 和 ，同时还可使问题的求解得以简化。在洛仑兹条件下，A 和 满足的方程 4.3坡印廷矢量是如何定义的？它的物理意义？ 坡印廷矢量 其方向表示能量的流动方向，大小表示单位时间内穿过与能量流动方向相垂直的单位面积的能量

4.4什么是坡印廷定理？它的物理意义是什么？

坡印廷定理：它表明体积V 内电磁能量随时间变化的增长率等于场体积V 内的电荷电流所做的总功率之和，等于单位时间内穿过闭合面S 进入体积V 内的电磁能流。

4.5什么是时变电磁场的唯一性定理？它有何重要意义

时变电磁场的唯一性定理：在以闭合曲面S 为边界的有界区域V 内，如果给定t=0时刻的电场强度E 和磁场强度H 的初始值，并且在t 大于或等于0时，给定边界面S 上的电场强度E 的切向分量或磁场强度H 的切向分量，那么，在t 大于0时，区域V 内的电磁场由麦克斯韦方程唯一地确定。它指出了获得唯一解所必须满足的条件，为电磁场问题的求解提供了理论依据。

4.6什么是时谐电磁场？研究时谐电磁场有何意义

以一定角频率随时间作时谐变化的电磁场称为时谐电磁场。时谐电磁场，在工程上，有很大的应用，而且任意时变场在一定的条件下都可以通过傅里叶分析法展开为不同频率的时谐场的叠加，所以对时谐场的研究有重要意义。

4.8时谐电磁场的复矢量是真实的矢量场吗？引入复矢量的意义何在？

复矢量并不是真实的场矢量，真实的场矢量是与之相应的瞬时矢量。引入复矢量的意义在于在频率相同的时谐场中可很容易看出瞬时矢量场的空间分布。

4.11试写出复数形式的麦克斯韦方程组。它与瞬时形式的麦克斯韦方程组有何区别?

两者对照，复数形式的麦克斯韦方程组没有与 时间相关项

4.12 复介电常数的虚部描述了介质的什么特性？如果不用复介电常数，如何表示介质的耗损？ 它描述了电介质的极化存在的极化损耗，可用损耗角正切 来表征电介质的损耗特性 0=??B 0=??E ????????--?=??=t A E A B ??A B ??=?t μεA ??-=??? ??J μt

A εμA 222 -=??-?ε

ρ?εμ?-=??-?222t

H E S ?=j j 0

H J D

E B D B ωωρ???=+???=-????=??

??=?μμδμ'''=tan

4.13 如何解释复数形式的坡印廷定理中的各项的物理意义？

复数形式坡印廷定理为：

式中 分别是单位体积内的磁损耗，介电损耗和焦耳热损耗的平均值，式子右端两项分别表示体积V 内的有功功率和无功功率，左端的面积是穿过闭合面S 的复功率

）W W dv-j2ωv E -σds )H E (2v s

εμ -??=??2H μ2

1W =μ2H 2

1W εε=

5.1 什么是均匀平面波？平面波与均匀平面波有何区别？

DA等相面是平面的波是平面波，在等相面上振幅也相等的平面波是均匀平面波。均匀平面波是平面波的一种特殊情况。

5.2波数是怎样定义的？它与波长有什么关系？答：在2π的空间空间距离内所包含的波长数，称为波数，通常用k表示。k=

5.3什么是媒质的本征阻抗？自由空间中本征阻抗的值为多少？答：电场的振幅与磁场的振幅之比，具有阻抗的量纲故称为波阻抗，通常用*表示，由于*的值与煤质参数有关，因此又称为煤质的本征阻抗。自由空间中本征阻抗值120π（约377）欧。

5.4电磁波的相速是如何定义的？自由空间中相速的值约为多少？答：电磁波的等相位面在空间中的移动速度称为相位速度，简称相速。在自由空间中相速的值为3乘以10的8次方米每秒。

5.5在理想介质中均匀平面波的相速是否与频率有关？答：在理想介质中，均匀平面波的相速与频率无关，但与介质参数有关。

5.6在理想介质中，均匀平面波有哪些特点？答：（1）电场E、磁场H与传播方向#之间互相垂直，是TEM波。（2）电场与磁场的振幅不变。（3）波阻抗为实数，电场与磁场同相位。（4）电磁波的相速与频率无关。（5）电场能量密度等于磁场能量密度。

5.7在导电煤质中，均匀平面波的相速与频率是否有关？答：在导电煤质中，均匀平面波的相速与频率有关，在同一种导电煤质中，不同频率的电磁波的相速是不同的。

5.8在导电煤质中均匀平面波的电场与磁场是否同相位？答：不相同

5.9在导电煤质中，均匀平面波具有哪些特点？答：（1）电场E、磁场H与传播方向#之间互相垂直，是TEM波。

第5章思考题

5.1 什么是时谐电磁场？什么是时谐电磁场的复振幅和复振幅矢量？

5.2 如何由时变电磁场的基本方程得到时谐电磁场的基本方程（基本方程的复数形式）？

5.3 如何由时变电磁场的结构方程得到时谐电磁场的结构方程（结构方程的复数形式）？

5.4 如何由时变电磁场的边界条件得到时谐电磁场的边界条件（边界条件的复数形式）？

5.5 时谐电磁场边界条件有哪三种常用形式？他们有什么特点？

5.6 在不同媒质分界面上，永远是连续的是时谐电磁场的哪个分量？

5.7 在理想导体表面上不存在时谐电磁场的什么分量？

5.8 垂直于理想导体表面的是时谐电磁场的电力线还是磁力线？平行于理想导体表面的是时谐电磁场的电力线还是磁力线？

5.9 理想导体表面的面电流密度等于时谐电磁场的什么分量？理想导体表面面电荷密度等于时谐电磁场的什么分量？

5.10 什么是导电媒质的复介电常数？什么是导电媒质的损耗角正切？

5.11 时变电磁场的矢量磁位和标量电位是如何定义？

5.12 什么是洛伦兹条件或洛伦兹规范？洛伦兹条件与电流连续性方程是否是一致的？

5.13 什么情况下矢量磁位和标量电位满足齐次达兰贝尔方程？

5.14 什么情况下电场强度和磁场强度满足齐次达兰贝尔方程？

5.15 什么是滞后位？什么是超前位？为什么在无限大自由空间中只有滞后位？

5.16 矢量磁位和标量电位的滞后位是怎样的？

5.17 时谐电磁场的矢量磁位和标量电位是如何定义？

5.18 如何得到时谐电磁场的矢量磁位和标量电位的洛伦兹条件或洛伦兹规范？

5.19 如何得到时谐电磁场的矢量磁位和标量电位的亥姆霍兹方程（复波动方程）？

5.20 如何得到时谐电磁场的矢量磁位和标量电位的滞后位和超前位？

5.21 瞬时坡印廷矢量是如何定义的？它的物理意义是什么？它有什么特性？

5.22 什么是瞬时坡印廷定理的微分形式和积分形式？瞬时坡印廷定理的物理意义是什么？

5.23 什么是平均坡印廷矢量？

5.24 复坡印廷矢量是如何定义的？它的物理意义是什么？

5.25 天线的作用是什么？天线有哪些类型？

5.26 什么是电基本振子？什么是磁基本振子？

5.27 什么是线天线？什么是对称天线？什么是半波天线？

5.28 什么是近区场？什么是远区场？

5.29 电基本振子的近区场有什么特性？

5.30 电基本振子的远区场有什么特性？

5.31 磁基本振子的近区场有什么特性？

5.32 磁基本振子的远区场有什么特性？

5.33 基本振子和磁基本振子的电场有什么异同点？它们谁的辐射能力大？

5.34 基本振子和磁基本振子的对偶性是怎样的？

5.35 什么是水平极化天线？什么是垂直极化天线?

5.36 天线的方向性因子、方向函数和方向图指的是什么？

5.37 什么是天线的E面方向图？什么是天线的H面方向图？

5.38 什么是无方向天线？什么是全向天线？什么是定向天线？

5.39 基本振子、磁基本振子和半波天线的方向图有什么特点？

5.40 什么是天线辐射功率？天线的半功率波瓣宽度和零功率波瓣宽度是如何定义的？

5.41 基本振子和磁基本振子的半功率波瓣宽度和零功率波瓣宽度的大小是怎样的？

5.42 什么是天线阵？它的作用是什么？决定天线阵的辐射特性的主要参数有哪些？

5.43 天线阵方向图相乘原理是指什么？

5.44 什么是均匀直线式天线阵？什么是均匀直线式边射阵？什么是均匀直线式端射阵？

第6章思考题

6.1 什么是平面波？什么是柱面波？什么是球面波？

6.2 什么是均匀平面波？什么是非均匀平面波？

6.3 什么是均匀球面波？什么是非均匀球面波？

6.4 什么是横电磁波（TEM波）、横电波（TE波）和横磁波（TM波）？

6.5 均匀平面波的传播特性有哪些？

6.6 均匀平面波的传播参数有哪些？

6.7 什么是均匀平面波的极化？均匀平面波的极化有什么特点？

6.8 什么是线极化？什么是圆极化？什么是椭圆极化？

6.9 什么是右旋圆极化波？什么是左旋圆极化波？

6.10 什么情况下均匀平面波是线极化？什么情况下均匀平面波是圆极化波？

6.11 什么情况下均匀平面波是右旋圆极化波？什么情况下均匀平面波是左旋圆极化波？

6.12 什么是传播矢量？沿任意方向传播的均匀平面波的电磁场的一般形式是怎样的？

6.13 什么是传播常数？什么是衰减常数？什么是相位常数？

6.14 导电媒质中传播的均匀平面波具有什么特点？

6.15 什么是弱导电媒质（低损耗媒质）？什么是良导体（强损耗媒质）？

6.16 什么是趋肤效应？什么是趋肤深度（透入深度）？

6.17 什么是表面阻抗？什么是表面电阻？什么是表面电抗？

6.18 导体的热损耗是如何计算的？

6.19 什么是入射波、反射波、透射波和折射波？

6.20 什么是垂直入射？什么是斜入射？

6.21 什么是入射面？什么是垂直极化斜入射？什么是平行极化斜入射？（用图表示）6.22 什么是反射系数？什么是透射系数（折射系数）？

6.23 垂直入射的反射系数和透射系数有什么关系？

6.24 垂直入射到理想导体表面时合成电磁场的振幅分布是怎样的？（用图表示）

6.25 什么是反射定律？什么是折射定律？

6.26 垂直极化斜入射的反射系数和透射系数（费涅尔公式）有什么关系？

6.27 平行极化斜入射的反射系数和透射系数（费涅尔公式）有什么关系？

6.28 什么是驻波比？什么是波腹？什么是波节？什么是行波？什么是驻波？

6.29 什么是无反射（全折射）？什么是全反射？全反射时是否存在折射波？

6.30 什么是布儒斯特角？非铁磁性媒质分界面的无反射条件是什么？

6.31 什么是临界角？非铁磁性媒质分界面的全反射条件是什么？

7.1 什么是波导？什么是导波？什么是均匀波导（规则波导）？

7.2 什么是纵向场法？什么是纵向场导波方程？

7.3 什么是横向拉普拉斯算子？什么是二维的导波方程？

7.4 什么是二维的横向哈密顿算子？如何得到用纵向场表示的横向场？

7.5 什么是模式（波型、波或模）？波导中传播的模式可以分成哪四种？

7.6 什么是TEM模？TEM模存在的条件是什么？TEM模的场在横截面上的分布规律是什么？

7.7 什么是TE模？什么是TM模？它们的传播条件是什么？

7.8 什么是传播模式？什么是截止模式？

7.9 截止波数、截止波长和截止频率之间的关系是怎样的？

7.10 金属波导内TE模和TM模和传播特性与均匀平面波的传播特性有什么不同？

7.11 波导波长、截止波长和工作波长三者之间的关系是怎样的？

7.12 相速度、群速度与电磁波的传播速度之间的关系是怎样的？

7.13 TE模和TM模的波阻抗或波型阻抗是如何定义的？它们与均匀平面波的波阻抗有什么不同？

7.14 什么是色散波？什么是几何色散？什么是媒质色散？

7.15 矩形波导中的两个纵向场是如何表示的？

7.16 矩形波导中的截止参数有什么特点？

7.17 什么是简并模式和模式简并？

7.18 什么是主模？什么是高次模？什么是最低型高次模？

7.19 什么是截止区？什么是单模传播？什么是多模传播？

7.20 矩形波导中的单模传播的条件是什么？

7.21 什么是场结构（模式图）？电力线和磁力线的分布应遵循的规律有哪些？

7.22 矩形波导内传播模式的场结构的主要特点是什么？

7.23 矩形波导中各种模式的场结构的规律是什么？

7.24 圆形波导中的两个纵向场是如何表示的？

7.25 圆形波导中的截止参数有什么特点？

7.26 什么是极化简并？什么是异模简并？

7.27 圆波导中的单模传播的条件是什么？

7.28 圆波导中的三种常用模式的特点是什么？

7.29 什么是击穿场强？什么是功率容量？

7.30 什么是管壁电流？什么是电流线？金属波导中的电流线有什么特点？

7.31 什么是强辐射缝？什么是无辐射缝？怎样才能得到“强辐射缝”或“无辐射缝”？7.32 什么是导体衰减常数？什么介质衰减常数是如何计算的？

7.33 同轴线中可以传播哪些模式？为什么？

7.34 同轴线中的主模是什么模式？横截面的场分布有什么特点？

7.35 同轴线中最低型高次模是什么模式？它的截止波长近似值是多少？为了抑制同轴线的高次模，使TEM模单模工作的最高频率（最小波长）是多少？

8.1 均匀传输线中的主模的等效电压和等效电流是如何定义的？

8.2 均匀传输线中的高次模的等效电压和等效电流是如何定义的？

8.3 均匀传输线中的传输功率可以直接利用等效电压和等效电流计算吗？为什么？

8.4 什么是传输线的分布参数效应？传输线的分布参数有哪些？传输线的分布参数等效电路是如何得到的？

8.5 什么是均匀传输线？什么是非均匀传输线？

8.6 什么是无耗传输线？什么是有耗传输线

8.7 什么是传输线基本方程（传输线方程或电报方程）？它们与麦克斯韦方程有什么关系？

8.8 什么是传输线上的入射波？什么是传输线上的反射波？它们与均匀传输线上的电压和电流有什么关系？

8.9 均匀传输线上的电压和电流的一般表示式有什么特点？

8.10 已知终端电压和电流的均匀传输线上的电压和电流的表示式是怎样的？

8.11 决定传输线上电压、电流与位置的关系的是负载阻抗还是信号源？

8.12 影响传输线上电压和电流的大小（绝对值）的是负载阻抗还是信号源？

8.13 改变传输线上不同位置电压电流相对值的是负载阻抗还是信号源？

8.14 什么是特性阻抗？什么是特性导纳？传输线的特性阻抗（特性导纳）有什么特点？8.15 什么是传输线的传播常数？什么是传输线的衰减常数？什么是传输线的相位常数？8.16 均匀传输线中TEM模和非TEM模的平行双线的传播常数有什么异同点？

8.17 什么是传输线的特征参数？什么是传输线的工作参数？

8.18 什么是传输线的等效阻抗（输入阻抗、阻抗）？均匀传输线上的阻抗有什么性质？8.19 什么是传输线的电压反射系数？什么是传输线的电流反射系数？什么是传输线的反射系数？

8.20 均匀传输线上的反射系数有什么性质？

8.21 传输线上相距二分之一波长的两处的等效阻抗和反射系数有什么关系？

8.22 传输线上相距四分之一波长的两处的等效阻抗和反射系数有什么关系？

8.23 传输线上为什么会有三种不同的工作状态？行波、驻波和行驻波有什么异同点？

8.24 什么是传输线的行波系数？什么是传输线的驻波比（电压驻波系数）？它们与反射系数有什么关系？

8.25 传输线腹节点的阻抗与行波系数和驻波比有什么关系？

8.26 如何利用腹节点的位置和大小确定其终端所接负载的反射系数？

8.27 什么是传输线的行波状态（无反射状态、阻抗匹配状态）？什么条件下传输线会工作在行波状态？

8.28 行波状态时传输线上电压、电流和阻抗的分布是怎样的？（画图）

8.29 什么是传输线的驻波状态（全反射状态）？什么条件下传输线会工作在驻波状态？8.30 驻波状态时传输线上电压、电流和阻抗的分布是怎样的？（画图）

8.31 驻波的瞬时电压和电流是如何变化的？

8.32 行驻波状态时传输线上电压、电流和阻抗的分布是怎样的？（画图）

(完整版)电磁场与电磁波答案(第四版)谢处方

一章习题解答 1.1 给定三个矢量A 、B 和C 如下： 23x y z =+-A e e e 4y z =-+B e e 52x z =-C e e 求：（1）A a ；（2）-A B ；（3）A B g ； （4）AB θ；（5）A 在B 上的分量；（6）?A C ； （7）()?A B C g 和()?A B C g ；（8）()??A B C 和()??A B C 。 解 （1 ）23A x y z +-= ==-e e e A a e e e A （2）-=A B (23)(4)x y z y z +---+=e e e e e 64x y z +-=e e e （3）=A B g (23)x y z +-e e e (4)y z -+=e e g －11 （4）由 cos AB θ ===A B A B g ，得 1cos AB θ- =(135.5=o （5）A 在B 上的分量 B A =A cos AB θ ==A B B g （6）?=A C 1 235 02x y z -=-e e e 41310x y z ---e e e （7）由于?=B C 04 1502x y z -=-e e e 8520x y z ++e e e ?=A B 123041 x y z -=-e e e 1014x y z ---e e e 所以 ()?=A B C g (23)x y z +-e e e g (8520)42x y z ++=-e e e ()?=A B C g (1014)x y z ---e e e g (52)42x z -=-e e （8）()??=A B C 1014502x y z ---=-e e e 2405x y z -+e e e ()??=A B C 1 238 5 20 x y z -=e e e 554411x y z --e e e

电磁场与电磁波课程习题集(1)8.2 习题集(1)

《电磁场与电磁波》测验试卷﹙一﹚ 一、 填空题（每题8分，共40分） 1、在国际单位制中，电场强度的单位是________；电通量密度的单位是___________；磁场强度的单 位是____________；磁感应强度的单位是___________；真空中介电常数的单位是____________。 2、静电场→E 和电位Ψ的关系是→E ＝_____________。→ E 的方向是从电位_______处指向电位______处。 3、位移电流与传导电流不同，它与电荷___________无关。只要电场随__________变化，就会有位移电流；而且频率越高，位移电流密度___________。位移电流存在于____________和一切___________中。 4、在两种媒质分界面的两侧，电场→E 的切向分量E 1t －E 2t ＝________；而磁场→ B 的法向分量B 1n －B 2n ＝_________；电流密度→ J 的法向分量J 1n －J 2n =___________。 5、沿Z 轴传播的平面电磁波的复数表示式为：_____________________=→ E , ____________________=→ H 。 二、计算题（题，共60分） 1、（15分）在真空中，有一均 匀带电的长度为L 的细杆， 其电荷线密度为τ。 求在其横坐标延长线上距 杆端为d 的一点P 处的电 场强度E P 。 2、（10分）已知某同轴电容器的内导体半径为a ，外导体的内半径为c ， 在a ﹤r ﹤b (b ﹤c)部分填充电容率为ε的电介质，求其单位长度上的电容。 3、（10分）一根长直螺线管，其长度L ＝1.0米，截面积S ＝10厘米2，匝数N 1＝1000匝。在其中段密绕一个匝数N 2＝20匝的短线圈，请计算这两个线圈的互感M 。 4、（10分）某回路由两个半径分别为R 和r 的 半圆形导体与两段直导体组成，其中通有电流I 。 求中心点O 处的磁感应强度→ B 。 5、电场强度为)2106(7.378 Z t COS E Y a ππ+?=→ → 伏／米的电磁波在自由空间传播。问：该波是不 是均匀平面波？并请说明其传播方向。 求：（1）波阻抗； （2）相位常数； （3）波长； （4）相速； （5）→ H 的大小和方向； （6）坡印廷矢量。 《电磁场与电磁波》测验试卷﹙二﹚ （一）、问答题（共50分） 1、（10分）请写出时变电磁场麦克斯韦方程组的积分形式和微分形式，并写出其辅助方程。 2、（10分）在两种媒质的交界面上，当自由电荷面密度为ρs 、面电流密度为J s 时，请写出→ →→→H B D ,,,E 的边界条件的矢量表达式。 3、（10分）什么叫TEM 波，TE 波，TM 波，TE 10波？ 4、（10分）什么叫辐射电阻？偶极子天线的辐射电阻与哪些因素有关？ 5、什么是滞后位？请简述其意义。 （二）、计算题（共60分） 1、（10分）在真空里，电偶极子电场中的任意点M （r 、θ、φ）的电位为2 cos 41r P θ πε= Φ（式中，P 为电偶极矩，l q P =）， 而 → →→?Φ?+?Φ?+?Φ?=Φ000sin 11φφ θθθr r r r 。 试求M 点的电场强度→ E 。 2、（15分）半径为R 的无限长圆柱体均匀带电，电荷 体密度为ρ。请以其轴线为参考电位点， 求该圆柱体内外电位的分布。 3、（10分）一个位于Z 轴上的直线电流I ＝3安培，在其旁 边放置一个矩形导线框，a ＝5米，b ＝8米，h ＝5米。 最初，导线框截面的法线与I 垂直（如图），然后将该 截面旋转900，保持a 、b 不变，让其法线与I 平行。 求：①两种情况下，载流导线与矩形线框的互感系数M 。 ②设线框中有I ′＝4安培的电流，求两者间的互感磁能。 4、（10分）P 为介质（2）中离介质边界极近的一点。 已知电介质外的真空中电场强度为→ 1E ，其方向与 电介质分界面的夹角为θ。在电介质界面无自由电 荷存在。求：①P 点电场强度→ 2E 的大小和方向；

电磁场与电磁波课后习题及答案六章习题解答

第六章 时变电磁场 6.1 有一导体滑片在两根平行的轨道上滑动，整个装置位于正弦时变磁场 5cos mT z e t ω=B 之中，如题6.1图所示。滑片的位置由0.35(1cos )m x t ω=-确定，轨 道终端接有电阻0.2R =Ω，试求电流i. 解 穿过导体回路abcda 的磁通为 5cos 0.2(0.7)cos [0.70.35(1cos )]0.35cos (1cos )z z d B ad ab t x t t t t ωωωωωΦ==?=?-=--=+?B S e e 故感应电流为 11 0.35sin (12cos ) 1.75sin (12cos )mA in d i R R dt t t t t R ωωωωωωΦ = =-=-+-+E 6.2 一根半径为a 的长圆柱形介质棒放入均匀磁场0z B =B e 中与z 轴平行。设棒以角 速度ω绕轴作等速旋转，求介质的极化强度、体积和表面上单位长度的极化电荷。 解 介质棒距轴线距离为r 处的感应电场为 00 z r r r B φωω=?=?=E v B e e B e 故介质棒的极化强度为 00000(1)()e r r r r B r B εεεωεεω==-=-P E e e X 极化电荷体密度为 200 00 11()()2()P rP r B r r r r B ρεεωεεω?? =-??=- =--??=--P 极化电荷面密度为 0000()()P r r r a e r a B σεεωεεω==?=-?=-P n B e 则介质体积和表面上同单位长度的极化电荷分别为 220020012()212()P P PS P Q a a B Q a a B πρπεεωπσπεεω=??=--=??=- 6.3 平行双线传输线与一矩形回路共面，如题6.3图所示。设0.2a m = 、0.1m b c d ===、7 1.0cos(210)A i t π=?，求回路中的感应电动势。

最新电磁场与电磁波复习题(含答案)

电磁场与电磁波复习题 一、填空题 1、矢量的通量物理含义是矢量穿过曲面的矢量线总数，散度的物理意义矢量场中任 意一点处通量对体积的变化率。散度与通量的关系是矢量场中任意一点处通量对体积的变化率。 2、 散度在直角坐标系的表达式 z A y A x A z y x A A ??????++ = ??=ρ ρdiv ； 散度在圆柱坐标系下的表达 ； 3、矢量函数的环量定义矢量A 沿空间有向闭合曲线C 的线积分， 旋度的定义 过点P 作一微小曲面S,它的边界曲线记为L,面的法线方与曲线绕向成右 手螺旋法则。当S 点P 时,存在极限环量密度。二者的关系 n dS dC e A ρρ?=rot ； 旋度的物理意义点P 的旋度的大小是该点环量密度的最大值；点P 的旋度的方向是该 点最 大环量密度的方向。 4.矢量的旋度在直角坐标系下的表达式 。 5、梯度的物理意义标量场的梯度是一个矢量,是空间坐标点的函数。梯度的大小为该点 标量函数 ?的最大变化率，即该点最 大方向导数;梯度的方向为该点最大方向导数的 方向,即与等值线（面）相垂直的方向，它指向函数的增加方向等值面、方向导数与 梯度的关系是梯度的大小为该点标量函数 ?的最大变化率，即该点最 大方向导数; 梯度的方向为该点最大方向导数的方向,即与等值线（面）相垂直的方向，它指向函数 的增加方向.； 6、用方向余弦cos ,cos ,cos αβγ写出直角坐标系中单位矢量l e r 的表达 式 ；

7、直角坐标系下方向导数 u ?的数学表达式是 ，梯度的表达式 8、亥姆霍兹定理的表述在有限区域内，矢量场由它的散度、旋度及边界条件唯一地确定，说明的问题是矢量场的散度应满足的关系及旋度应满足的关系决定了矢量场的基本性质。 9、麦克斯韦方程组的积分形式分别为 ()s l s s l s D dS Q B E dl dS t B dS D H dl J dS t ?=??=-??=?=+????????r r r r r r r r g r r r r r g ???? 其物理描述分别为 10、麦克斯韦方程组的微分形式分别为 2 0E /E /t B 0 B //t B c J E ρεε??=??=-????=??=+??r r r r r r r 其物理意义分别为 11、时谐场是激励源按照单一频率随时间作正弦变化时所激发的也随时间按照正弦变化的 场， 一般采用时谐场来分析时变电磁场的一般规律，是因为任何时变周期函数都可以用正弦函数表示的傅里叶级数来表示；在线性条件下，可以使用叠加原理。 12、坡印廷矢量的数学表达式 2 0S c E B E H ε=?=?r r r r r ，其物理意义表示了单 位面积的瞬时功率流或功率密度。功率流的方向与电场和磁场的方向垂直。表达式 ()s E H dS ??r r r g ?的物理意义穿过包围体积v 的封闭面S 的功率。 13、电介质的极化是指在外电场作用下，电介质中出现有序排列电偶极子以及表面上出

电磁场与电磁波(第四版)习题解答

电磁场与电磁波(第四版）习题解答 第1章习题 习题1．1 给定三个矢量A 、B 和C 如下: 23 x y z =+-A e e e ． 4y z =-+B e e ， 52x z =-C e e , 解: (1 ）22323) 12(3)A x y z e e e A a e e e A +-= = = +-++- （2 ）2641x y z A B e e e -=+-==(3)(23)(4)11x y z y z A B e e e e e ?=+-?-+=- （4）arccos 135.5A B AB θ?===? (５)1711 cos -=?=??==B B A A B B A A A A AB B θ (６）1 2341310502 x y z x Y Z e e e A C e e e ?=-=---- (７)0 4185205 02 x y z x Y Z e e e B C e e e ?=-=++- ()(23)(8520)42x Y Z x Y Z A B C e e e e e e ??=+-?++=- 1 23104041 x y z x Y Z e e e A B e e e ?=-=---- ()(104)(52)42x Y Z x Z A B C e e e e e ??=---?-=- (8）()10142405502 x y z x Y Z e e e A B C e e e ??=---=-+-

()1 235544118520 x y z x Y Z e e e A B C e e e ??=-=-- 习题1．4给定两矢量 234x y z =+-A e e e 和 456x y z =-+B e e e ,求它们之间的夹角和 A 在 Ｂ上的分量。 解： 29)4(32222=-++=A 776)5(4222=+-+=B 31)654()432(-=+-?-+=?z y x z y x e e e e e e B A 则A 与B 之间的夹角为 131772931cos =???? ???-=???? ? ? ???=ar B A B A arcis AB θ A 在B 上的分量为 532.37731cos -=-=?=???==B B A B A B A A A A AB B θ 习题1.９用球坐标表示的场2 25r r =E e ， (1）求在直角坐标中点(3,4,5)--处的E 和x E ； (2）求在直角坐标中点(3,4,5) --处E 与矢量2 2x y z = -+B e e e 构成的夹角。 解: (１)由已知条件得到，在点（－3，４,-5）处， r ===2 2525 0.550 E r = == 2 105 43252532z y x r e e e r r r e E -+-===

电磁场与电磁波(第三版)课后答案第1章

第一章习题解答 1.1 给定三个矢量A 、B 和C 如下： 23x y z =+-A e e e 4y z =-+B e e 52x z =-C e e 求：（1）A a ；（2）-A B ；（3）A B ；（4）A B θ；（5）A 在B 上的分量；（6）?A C ； （7）()?A B C 和()?A B C ；（8）()??A B C 和()??A B C 。 解 （1 ）23A x y z +-= = =e e e A a e e e A （2）-=A B (23)(4)x y z y z +---+=e e e e e 64x y z +-=e e e （3）=A B (23)x y z +-e e e (4)y z -+=e e －11 （ 4 ） 由 c o s AB θ =1 1 2 3 8 = A B A B ， 得 1 c o s A B θ- =(135.5- = （5）A 在B 上的分量 B A =A c o s AB θ = =- A B B （6）?=A C 1 235 02x y z -=-e e e 41310x y z ---e e e （7）由于?=B C 04 1502x y z -=-e e e 8520x y z ++e e e ?=A B 1 230 4 1 x y z -=-e e e 1014x y z ---e e e 所以 ()?=A B C (23)x y z +-e e e (8520)42x y z ++=-e e e ()?=A B C (1014)x y z ---e e e (52)42x z -=-e e （8）()??=A B C 1014502 x y z ---=-e e e 2405x y z -+e e e ()??=A B C 1 238 5 20 x y z -=e e e 554411x y z --e e e 1.2 三角形的三个顶点为1(0,1,2)P -、2(4,1,3)P -和3(6,2,5)P 。 （1）判断123P P P ?是否为一直角三角形； （2）求三角形的面积。

电磁场与电磁波答案(无填空答案).

电磁场与电磁波复习材料 简答 1． 简述恒定磁场的性质，并写出其两个基本方程。 2． 试写出在理想导体表面电位所满足的边界条件。 3． 试简述静电平衡状态下带电导体的性质。 答：静电平衡状态下，带电导体是等位体，导体表面为等位面；（2分） 导体内部电场强度等于零，在导体表面只有电场的法向分量。（3分） 4． 什么是色散？色散将对信号产生什么影响？ 答：在导电媒质中，电磁波的传播速度随频率变化的现象称为色散。 （3分） 色散将使信号产生失真，从而影响通信质量。 （2分） 5．已知麦克斯韦第二方程为t B E ??- =?? ，试说明其物理意义，并写出方程的积分形式。 6．试简述唯一性定理，并说明其意义。 7．什么是群速？试写出群速与相速之间的关系式。

8．写出位移电流的表达式，它的提出有何意义？ 9．简述亥姆霍兹定理，并说明其意义。 答：当一个矢量场的两类源(标量源和矢量源)在空间的分布确定时，该矢量场就唯一地确定了，这一规律称为亥姆霍兹定理。 （3分） 亥姆霍兹定理告诉我们，研究任意一个矢量场（如电场、磁场等），需要从散度和旋度两个方面去研究，或者是从矢量场的通量和环量两个方面去研究 10．已知麦克斯韦第二方程为S d t B l d E S C ???-=???，试说明其物理意义，并写出方程的微 分形式。 答：其物理意义：随时间变化的磁场可以产生电场。 （3分） 方程的微分形式： 11．什么是电磁波的极化？极化分为哪三种？ 答：电磁波的电场强度矢量的方向随时间变化所描绘的轨迹称为极化。（2分） 极化可以分为：线极化、圆极化、椭圆极化。 12．已知麦克斯韦第一方程为 t D J H ??+ =?? ，试说明其物理意义，并写出方程的积分形式。

电磁场与电磁波习题及答案

. 1 麦克斯韦方程组的微分形式 是：.D H J t ???=+?u v u u v u v ,B E t ???=-?u v u v ,0B ?=u v g ,D ρ?=u v g 2静电场的基本方程积分形式为： 0C E dl =? u v u u v g ? S D ds ρ =?u v u u v g ? 3理想导体（设为媒质2）与空气（设为媒质1）分界面上，电磁场的边界条件为： 3.00n S n n n S e e e e J ρ??=??=???=???=?D B E H r r r r r r r r r 4线性且各向同性媒质的本构关系方程是： 4.D E ε=u v u v ,B H μ=u v u u v ,J E σ=u v u v 5电流连续性方程的微分形式为： 5. J t ρ??=- ?r g 6电位满足的泊松方程为 2ρ?ε?=- ； 在两种完纯介质分界面上电位满足的边界 。 12??= 1212n n εεεε??=?? 7应用镜像法和其它间接方法解静态场边值问题的理 论依据是: 唯一性定理。 8.电场强度E ?的单位是V/m ，电位移D ? 的单位是C/m2 。 9．静电场的两个基本方程的微分形式为 0E ??= ρ?=g D ； 10.一个直流电流回路除受到另一个直流电流回路的库仑力作用外还将受到安培力作用 1.在分析恒定磁场时，引入矢量磁位A u v ，并令 B A =??u v u v 的依据是（ 0B ?=u v g ） 2. “某处的电位0=?，则该处的电场强度0=E ? ” 的说法是（错误的 ）。 3. 自由空间中的平行双线传输线，导线半径为a , 线间距为D ，则传输线单位长度的电容为（ )ln( 1 a a D C -= πε ）。 4. 点电荷产生的电场强度随距离变化的规律为（1/r2 ）。 5. N 个导体组成的系统的能量∑==N i i i q W 1 21φ，其中i φ是（除i 个导体外的其他导体）产生的电位。 6.为了描述电荷分布在空间流动的状态，定义体积电流密度J ，其国际单位为（a/m2 ） 7. 应用高斯定理求解静电场要求电场具有（对称性）分布。 8. 如果某一点的电场强度为零，则该点电位的（不一定为零 ）。 8. 真空中一个电流元在某点产生的磁感应强度dB 随该点到电流元距离变化的规律为（1/r2 ）。 10. 半径为a 的球形电荷分布产生的电场的能量储存于 （整个空间 ）。 三、海水的电导率为4S/m ，相对介电常数为81，求频率为1MHz 时，位幅与导幅比值？ 三、解：设电场随时间作正弦变化，表示为： cos x m E e E t ω=r r 则位移电流密度为：0sin d x r m D J e E t t ωεεω?==-?r r r 其振幅值为：3 04510.dm r m m J E E ωεε-==? 传导电流的振幅值为：4cm m m J E E σ== 因此： 3112510.dm cm J J -=? 四、自由空间中，有一半径为a 、带电荷量q 的导体球。试求：（1）空间的电场强度分布；（2）导体球的电容。（15分） 四、解：由高斯定理 D S u u v u u v g ?S d q =?得2 4q D r π= 24D e e u u v v v r r q D r π== 空间的电场分布2 04D E e u u v u u v v r q r επε== 导体球的电位 2 0044E l E r e r u u v u u v v u u v g g g r a a a q q U d d d r a πεπε∞∞∞====??? 导体球的电容04q C a U πε==

电磁场与电磁波课后答案

第一章 矢量分析 重点和难点 关于矢量的定义、运算规则等内容可让读者自学。应着重讲解梯度、散度、旋度的物理概念和数学表示，以及格林定理和亥姆霍兹定理。至于正交曲面坐标系一节可以略去。 考虑到高年级同学已学过物理学，讲解梯度、散度和旋度时，应结合电学中的电位、积分形式的高斯定律以及积分形式的安培环路定律等内容，阐述梯度、散度和旋度的物理概念。详细的数学推演可以从简，仅给出直角坐标系中的表达式即可。讲解无散场和无旋场时，也应以电学中介绍的静电场和恒定磁场的基本特性为例。 至于格林定理，证明可免，仅给出公式即可，但应介绍格林定理的用途。 前已指出，该教材的特色之一是以亥姆霍兹定理为依据逐一介绍电磁场，因此该定理应着重介绍。但是由于证明过程较繁，还要涉及? 函数，如果学时有限可以略去。由于亥姆霍兹定理严格地定量描述了自由空间中矢量场与其散度和旋度之间的关系，因此应该着重说明散度和旋度是产生矢量场的源，而且也是惟一的两个源。所以，散度和旋度是研究矢量场的首要问题。 此外，还应强调自由空间可以存在无散场或无旋场，但是不可能存在既无散又无旋的矢量场。这种既无散又无旋的矢量场只能存在于局部的无源区中。 重要公式 直角坐标系中的矢量表示：z z y y x x A A A e e e A ++= 矢量的标积：代数定义：z z y y x x B A B A B A ++=?B A 几何定义：θcos ||||B A B A =? 矢量的矢积：代数定义：z y x z y x z y x B B B A A A e e e B A =? 几何定义：θsin ||B ||A e B A z =? 标量场的梯度：z y x z y ??+??+??=?Φ ΦΦΦe e e x 矢量场的散度：z A y A x A z y x ??+??+??= ??A 高斯定理：???=??S V V d d S A A 矢量场的旋度：z y x z y A A A z y x ?? ???? = ??e e e A x ； 斯托克斯定理： ???=???l S d d )(l A S A

电磁场与电磁波第一章复习题练习答案

电子信息学院电磁场与电磁波第一章复习题练习 姓名 学号 班级 分数 1-7题，每题5分；8-15题，每题5分，16题10分，17题15分。 8: 解：不总等于，讨论合理即可 9. 已知直角坐标系中的点P 1(-3，1，4)和P 2（2，-2,3）： (1) 在直角坐标系中写出点P 1、P 2的位置矢量r 1和r 2； (2) 求点P 1到P 2的距离矢量的大小和方向； (3) 求矢量r 1在r 2的投影； 解：（1）r1=-3a x +a y +4a z ; r2=2a x -2a y +3a z (2)R=5a x -3a y -a z (3) [（r1?r2）/ │r2│] =（17）? 10.用球坐标表示的场E =a r 25/r 2，求： （1） 在直角坐标系中的点（-3,4，-5）处的|E |和E z ； （2） E 与矢量B =2a x -2a y +a z 之间的夹角。 解：（1）0.5；2?/4; (2)153.6 11.试计算∮s r ·d S 的值，式中的闭合曲面S 是以原点为顶点的单位立方体，r 为 空间任一点的位置矢量。 解：学习指导书第13页 12.从P （0,0,0）到Q （1,1,0）计算∫c A ·d l ，其中矢量场A 的表达式为 A =a x 4x-a y 14y 2.曲线C 沿下列路径： （1） x=t ，y=t 2； （2） 从（0,0,0）沿x 轴到（1,0,0），再沿x=1到（1,1,0）； （3） 此矢量场为保守场吗？ 解：学习指导书第14页 13.求矢量场A =a x yz+a y xz+a z xy 的旋度。 A ??=x a （x -x ）+y a （y -y ）+z a （z -z ）=0 14.求标量场u=4x 2y+y 2z-4xz 的梯度。 u ?=x a u x ??+y a u y ??+z a u z ??=x a (8xy-4z)+y a (42x +2yz)+z a (2y -4x)

电磁场与电磁波习题及答案

1麦克斯韦方程组的微分形式 是：.D H J t ???=+?,B E t ???=-?,0B ?=,D ρ?= 2静电场的基本方程积分形式为： C E dl =? S D d s ρ =? 3理想导体（设为媒质2）与空气（设为媒质1）分界面上，电磁场的边界条件为：4线性且各向同性媒质的本构关系方程是：5电流连续性方程的微分形式为：。 6电位满足的泊松方程为 ； 在两种完纯介质分界面上电位满足的边界 。7应用镜像法和其它间接方法解静 态场边值问题的理论依据是。8.电场强度E 的单位是， 电位移D 的单位是 。9．静电场的两个基本方程的微分 形式为 0E ??= ρ?=D ；10.一个直流电流回路除受到另一个直流电流回路的库仑力作用外还将受到安培力作用 3.00n S n n n S e e e e J ρ??=? ?=?? ?=?? ?=?D B E H 4.D E ε=,B H μ=,J E σ= 5. J t ρ??=-? 6.2ρ?ε?=- 12??= 1212n n εεεε??=?? 7.唯一性定理 8.V/m C/m2 1.在分析恒定磁场时，引入矢量磁位A ，并令 B A =??的依据是（c.0B ?= ） 2. “某处的电位0=?，则该处的电场强度0=E ”的说法是（错误的 ）。 3. 自由空间中的平行双线传输线，导线半径为a , 线间距为D ，则传输线单位长度的电容为（ ) l n (0 1 a a D C -= πε ）。 4. 点电荷产生的电场强度随距离变化的规律为（ 1/r2 ）。 5. N 个导体组成的系统的能量∑==N i i i q W 1 21φ，其中i φ是（除i 个导体外的其他导体）产生的电位。 6.为了描述电荷分布在空间流动的状态，定义体积电流密度J ，其国际单位为（a/m2 ） 7. 应用高斯定理求解静电场要求电场具有（对称性）分布。 8. 如果某一点的电场强度为零，则该点电位的（不一 定为零 ）。 8. 真空中一个电流元在某点产生的磁感应强度dB 随该点到电流元距离变化的规律为（1/r2 ）。 10. 半径为a 的球形电荷分布产生的电场的能量储存于 （整个空间 ）。 三、海水的电导率为4S/m ，相对介电常数为81，求频率为1MHz 时，位幅与导幅比值？ 三、解：设电场随时间作正弦变化，表示为： cos x m E e E t ω= 则位移电流密度为：0sin d x r m D J e E t t ωεεω?= =-? 其振幅值为： 304510.dm r m m J E E ωεε-==? 传导电流的振幅值为：4cm m m J E E σ== 因此： 3112510.dm cm J J -=? 四、自由空间中，有一半径为a 、带电荷量q 的导体球。试求：（1）空间的电场强度分布；（2）导体球的电容。（15分） 四、解：由高斯定理 D S S d q =?得2 4q D r π= 24D e e r r q D r π== 空间的电场分布2 04D E e r q r επε== 导体球的电位 2 0044E l E r e r r a a a q q U d d d r a πεπε∞ ∞ ∞ ==== ??? 导体球的电容04q C a U πε= = 五、两块无限大接地导体板分别置于x=0和x=a 处，其间在x=x0处有一面密度为σ2C/m 的均匀电荷分布，如图所示。求两导体板间的电场和电位。（20分） 解：()2 102d 00;d x x x ?=<<()22 02d 0 d x x a x ?=<< 得： ()()11100;x C x D x x ?=+<< ()( )222 0x C x D x x a ?=+< < ()()()()()()()(122112102000,0;, x x x x a x x x x ???????????===-???? 和满足得边界条件为

电磁场与电磁波试题答案

《电磁场与电磁波》试题1 一、填空题（每小题1分，共10分） 1．在均匀各向同性线性媒质中，设媒质的导磁率为，则磁感应强度和磁场满足的方程为：。 2．设线性各向同性的均匀媒质中，称为方程。 3．时变电磁场中，数学表达式称为。 4．在理想导体的表面，的切向分量等于零。 5．矢量场穿过闭合曲面S的通量的表达式为：。 6．电磁波从一种媒质入射到理想表面时，电磁波将发生全反射。 7．静电场是无旋场，故电场强度沿任一条闭合路径的积分等于。 8．如果两个不等于零的矢量的等于零，则此两个矢量必然相互垂直。 9．对平面电磁波而言，其电场、磁场和波的传播方向三者符合关系。 10．由恒定电流产生的磁场称为恒定磁场，恒定磁场是无散场，因此，它可用函数的旋度来表示。 二、简述题（每小题5分，共20分） 11．已知麦克斯韦第二方程为，试说明其物理意义，并写出方程的积分形式。 12．试简述唯一性定理，并说明其意义。 13．什么是群速？试写出群速与相速之间的关系式。 14．写出位移电流的表达式，它的提出有何意义？ 三、计算题（每小题10分，共30分） 15．按要求完成下列题目 （1）判断矢量函数是否是某区域的磁通量密度？ （2）如果是，求相应的电流分布。

16．矢量，，求 （1） （2） 17．在无源的自由空间中，电场强度复矢量的表达式为 （1）试写出其时间表达式； （2）说明电磁波的传播方向； 四、应用题（每小题10分，共30分） 18．均匀带电导体球，半径为，带电量为。试求 （1）球内任一点的电场强度 （2）球外任一点的电位移矢量。 19．设无限长直导线与矩形回路共面，（如图1所示）， （1）判断通过矩形回路中的磁感应强度的方向（在图中标出）；（2）设矩形回路的法向为穿出纸面，求通过矩形回路中的磁通量。 20．如图2所示的导体槽，底部保持电位为，其余两面电位为零，（1）写出电位满足的方程； （2）求槽内的电位分布

电磁场与电磁波练习题.doc

. 电磁场与电磁波练习题 1、直角坐标系中，两个矢量A 与B ，其中x y z A e e e =-+， x y z B e e e =++，则：A e = ； A B ?= ； A B ?= 。 2、在有限的区域V 内，任一矢量场由它的 、 和 唯一地确定。 3、标量场u 的梯度、矢量场F 的散度、旋度可用哈密顿算符?表示为 、 、 。 4、已知磁感应强度为 (3)(32)()x y z x y z y mz =+--+B e e e ，则m 的值为____。 : 5、 写出电流连续性方程的微分形式 。 6、从宏观效应看，物质对电磁场的响应可分为 、 和 三种现象。 7、一个点电荷q 放在两相交0 60的导体平面内，则存在 个镜像电荷。 8、写出电磁能量守恒关系的坡印廷定理的表达式 。 9、均匀平面波在良导体中传播时，磁场的相位滞后电场 度。 10、反射系数的定义式为 。 11对于矢量A ，若 =++x x y y z z A e A e A e A ，则：z x e e ?= ；x x e e ?= ；z y e e ?= 。 12、直角、圆柱、球坐标系下体积元分别为 、 、 。 （ 13、矢量(cos sin )y x y A e x x -=-e e ，则A ?= 。 14、对于线性和各向同性的媒质，这些方程是 、 、 ，称为媒质的本构关系。 15、理想介质的电导率σ= ，而理想导体的电导率σ= 。 16、电场强度E 电位函数?的关系为 。 17、在电磁场工程中，通常规定矢量位A 的散度为 ，此式称为洛伦兹条

件。 18、电磁波的波长不仅与 有关，还与媒质的参数 、 有关。 19、电场强度矢量 ()()m x xm z z jE cos k z E =e ，写出其瞬时值矢量(,)z t E = 。 20、对于导电媒质的垂直入射，反射系数Γ与透射系数τ之间的关系为 。 《 21、旋涡源与通量源不同在于前者不发出矢量线也不汇聚矢量线。（正确、错误） 22、位移电流密度是磁场的旋涡源，表明时变磁场产生时变电场。（正确、错误） 23、理想导体内部不存在电场，其所带电荷只分布于导体表面。（正确、错误） 24、当感应电动势 0in ξ<时，表明感应电动势的实际方向与规定方向相同。（正确、错 误） 25、电容的大小与电荷量、电位差无关。（正确、错误） 26、当12()jkz jkz x E z Ae A e -=+时，第一项代表波沿+z 方向传播，第二项代表沿-z 方向传播。（正确、错误） 27、矢量函数E 满足真空中的无源波动方程一定满足麦克斯韦方程。（正确、错误） 28、电磁波的趋肤深度随着波频率、媒质的磁导率和电导率的增加而增加。（正确、错误） | 29、反射系数与投射系数之间的关系为1τ+Γ=。（正确、错误） 30、驻波的电场强度与磁场强度不仅在空间位置上错开 1/4λ，在时间上也有/2π的相移。 （正确、错误） 31、方向导数的定义是与坐标无关，但其具体计算公式与坐标系有关。（正确、错误） 32、亥姆赫兹定理指出，任一矢量场由它的散度、旋度和边界条件惟一地确定。（正确、错误） 33、在静电场中的电感与导体系统的几何参数和周围媒质无关，与电流、磁通量有关。（正确、错误） 34、不管是静态还是时变情况下，电场和磁场都可以相互激发。（正确、错误） 35、接地导体球上的感应电荷的分布是不均匀的，靠近点电荷的一侧密度小。（正确、错误） 36、任一线极化波，都可将其分解为两个振幅相等、旋向相反的圆极化波。

电磁场与电磁波第四版谢处方课后答案

电磁场与电磁波（第四版）谢处方 课后答案 第一章习题解答 1.1 给定三个矢量A 、B 和C 如下： 23x y z =+-A e e e 4y z =-+B e e 52x z =-C e e 求：（1）A a ；（2）-A B ；（3）A B g ；（4）AB θ；（5）A 在B 上的分量；（6）?A C ； （7）()?A B C g 和()?A B C g ； （8）()??A B C 和()??A B C 。 解 （1 ）23A x y z +-= ==+e e e A a e e e A （2）-=A B (23)(4)x y z y z +---+=e e e e e 64x y z +-=e e e （3）=A B g (23)x y z +-e e e (4)y z -+=e e g －11 （4）由 cos AB θ = ==A B A B g ，得 1cos AB θ- =(135.5=o （5）A 在B 上的分量 B A =A cos AB θ ==A B B g （6）?=A C 1235 02 x y z -=-e e e 41310x y z ---e e e （7）由于?=B C 041502 x y z -=-e e e 8520x y z ++e e e ?=A B 123041 x y z -=-e e e 1014x y z ---e e e 所以 ()?=A B C g (23)x y z +-e e e g (8520)42x y z ++=-e e e ()?=A B C g (1014)x y z ---e e e g (52)42x z -=-e e （8）()??=A B C 1014502 x y z ---=-e e e 2405x y z -+e e e ()??=A B C 1 238 5 20 x y z -=e e e 554411x y z --e e e 1.2 三角形的三个顶点为1(0,1,2)P -、2(4,1,3)P -和3(6,2,5)P 。 （1）判断123 PP P ?是否为一直角三角形； （2）求三角形的面积。 解 （1）三个顶点1(0,1,2) P -、2(4,1,3)P -和3(6,2,5)P 的位置矢量分别为 12y z =-r e e ，243x y z =+-r e e e ，3625x y z =++r e e e

电磁场与电磁波试题及答案

《电磁场与电磁波》试题2 一、填空题（每小题1分，共10分） 1．在均匀各向同性线性媒质中，设媒质的介电常数为ε，则电位移矢量D ?和电场E ? 满足的 方程为： 。 2．设线性各向同性的均匀媒质中电位为φ，媒质的介电常数为ε，电荷体密度为V ρ，电位 所满足的方程为 。 3．时变电磁场中，坡印廷矢量的数学表达式为 。 4．在理想导体的表面，电场强度的 分量等于零。 5．表达式()S d r A S ? ????称为矢量场)(r A ? ?穿过闭合曲面S 的 。 6．电磁波从一种媒质入射到理想导体表面时，电磁波将发生 。 7．静电场是保守场，故电场强度沿任一条闭合路径的积分等于 。 8．如果两个不等于零的矢量的点积等于零，则此两个矢量必然相互 。 9．对横电磁波而言，在波的传播方向上电场、磁场分量为 。 10．由恒定电流产生的磁场称为恒定磁场，恒定磁场是 场，因此，它可用磁矢位函数的旋度来表示。 二、简述题 （每小题5分，共20分） 11．试简述磁通连续性原理，并写出其数学表达式。 12．简述亥姆霍兹定理，并说明其意义。 13．已知麦克斯韦第二方程为S d t B l d E S C ???????-=???，试说明其物理意义，并写出方程的微 分形式。 14．什么是电磁波的极化？极化分为哪三种？ 三、计算题 （每小题10分，共30分） 15．矢量函数 z x e yz e yx A ??2+-=? ，试求 （1）A ? ?? （2）A ? ?? 16．矢量 z x e e A ?2?2-=? ， y x e e B ??-=? ，求 （1）B A ? ?- （2）求出两矢量的夹角

电磁场与电磁波(必考题)

v1.0 可编辑可修改 1 ())] 43(cos[31,,z x t-e t z x H +=πωπ y ωz x z k y k x k z y x ππ43+=++π3=x k 0=y k π4=z k )/(5)4()3(2 2222m rad k k k k z y x πππ=+=++=λ π 2= k ) (4.02m k ==π λ c v f ==λ)(105.74 .010388 Hz c f ?=?= = λ )/(101528s rad f ?==ππω ) /(31),() 43(m A e e z x H z x j y +-=ππ ) /()243254331120),(),(),() 43()43(m V e e e e e e e k k z x H e z x H z x E z x j z x z x z x j y n +-+--=+? ?=?=?=πππ π πππηη（() [])/()43(cos 2432),,(m V z x t e e t z x E z x +--=πω ())] 43(cos[31 ,,z x t-e t z x H +=πωπ y () []() [])/()43(cos 322431)] 43(cos[31 )43(cos 243222m W z x t e e z x t-e z x t e e H E S z x z x +-+=+?+--=?=πωπ πωπ πωy () )43(2432),(z x j z x e e e z x E +--=π)43(31),(z x j y e e z x H +-=ππ () () )/(322461312432Re 21Re 212* )43() 43(*m W e e e e e e e H E S z x z x j y z x j z x av +=?????????????????-=??? ???= +-+-ππππ z 00 x φ==0 x a φ==00001 (,)()()(sin cos )(sinh cosh ) (3) n n n n n n n n n x y A x B C y D A k x B k x C k y D k y φ∞ ==+++ ++∑(0,)0 (0)y y b φ=≤< 0001 0()(sinh cosh ) n n n n n n B C y D B C k y D k y ∞ ==+++∑y 0b →0(0,1,2,) n B n ==0001 (,)()sin (sinh cosh ) n n n n n n n x y A x C y D A k x C k y D k y φ∞ ==+++∑(,)0(0)a y y b φ=≤< 0001 0()sin (sinh cosh ) n n n n n n n A a C y D A k a C k y D k y ∞ ==+++∑y 0b →00A =sin 0(1,2,)n n A k a n ==n A 0φ≡sin 0n k a = (1,2,) n n k n a π==1 (,)sin (sinh cosh )n n n n n x n y n y x y A C D a a a πππφ∞ ==+∑ (,0)0 (0)x x a φ=≤≤ 1 0sin n n n n x A D a π∞ ==∑ 0a →0n A ≠ 0(1,2,)n D n == 1(,)sin sinh n n n x n y x y A a a ππφ∞ ='=∑ n n n A A C '= 0 (,)(0)x b U x a φ=≤≤ 01 sin sinh n n n x n b U A a a ππ∞ ='=∑ n A '(0,)a sin n x a π????? ? 01 sin n n n x U f a π∞ ==∑ 002sin a n n x f U dx a a π= ?041,3,5,0 2,4,6, U n n n π?=?=??=? sinh n n f A n b a π'=041,3,5,sinh 02,4,6,U n n b n a n ππ? =?? =??=?? 1,3, 41(,)sin sinh sinh n U n x n y x y n b a a n a ππφππ ∞ == ∑ ) 0(0),0(b y y <≤=?)0(0),(b y y a <≤=?)0(0)0,(a x x ≤≤=?) 0(),(0 a x U b x ≤≤=?02= ??