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电动力学复习题

电动力学复习题
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第一章电磁现象的普遍规律

1. 根据算符?的微分性与向量性,推导下列公式:

B A B A A B A B B A )()()()()(??+???+??+???=??

A A A A )()(2

1??-?=???A 解:(1))()()(c c A B B A B A ??+??=??

B A B A A B A B )()()()(??+???+??+???=c c c c

B A B A A B A B )()()()(??+???+??+???=

(2)在(1)中令B A =得:

A A A A A A )(2)(2)(??+???=??,

所以A

A A A A A )()()(21??-??=??? 即A A A A )()(221??-?=???A

11. 平行板电容器内有两层介质,它们的厚度分别为1l 和2l ,电容率为1ε和2ε,今在两板

接上电动势为E 的电池,求:(1)电容器两极板上的自由电荷面密度1f ω和2f ω; (2)介质分界面上的自由电荷面密度3f ω。(若介质是漏电的,电导率分别为1σ和2σ 当电流达到恒定时,上述两物体的结果如何?)

解:忽略边缘效应,平行板电容器内部场强方向垂直于极板,且介质中的场强分段均匀,分别设为1E 和2E ,电位移分别设为1D 和2D ,其方向均由正极板指向负极板。当介质不漏电时,介质内没有自由电荷,因此,介质分界面处自由电荷面密度为

03=f ω

取高斯柱面,使其一端在极板A 内,另一端在介质1内,由高斯定理得:

11f D ω= 同理,在极板B 内和介质2内作高斯柱面,由高斯定理得:

22f D ω-= 在介质1和介质2内作高斯柱面,由高斯定理得:

21D D =

所以有111εωf E =,2

1

2εωf E =

由于 E )(d 2

2111221111εεωεωεωl

l l l l E f f f +=+=?=?

所以=-=21f f ωω E

)(

2

2

1

1

εεl l +

当介质漏电时,重复上述步骤,可得:

11f D ω=, 22f D ω-=, 312f D D ω=-

213f f f ωωω--=∴

介质1中电流密度 111111111//εωσεσσf ===D E J

介质2中电流密度 2312222222/)(/εωωσεσσf f +===D E J

由于电流恒定,21J J =,

2312111/)(/εωωσεωσf f f +=∴

11

21212211223)1()(f f f ωεσσ

εωεσεσσεω-=-=

再由 E 221

1l E l

E d +=?=

?l E 得

E )(22

1111122112111l l l f f f σσ

εωεσεωσεεω+=+=

221111/σσεωl l f +=

∴E 2

1121

2l l σσεσ+=E )(312f f f ωωω+-=2

1122

1l l σσεσ+-

=E 2

1121

22

13l l f σσεσεσω+-= E

14.内外半径分别为a 和b 的无限长圆柱形电容器,单位长度荷电为f λ,板间填充电导率为

σ的非磁性物质。

(1)证明在介质中任何一点传导电流与位移电流严格抵消,因此内部无磁场。 (2)求f λ随时间的衰减规律。

(3)求与轴相距为r 的地方的能量耗散功率密度。

(4)求长度l 的一段介质总的能量耗散功率,并证明它等于这段的静电能减少率。 解:(1)以电容器轴线为轴作一圆柱形高斯面,其半径为r ,长度为L ,其中

b r a <<

则由高斯定理得:L D rL f ?=?λπ2(1)

所以r D f πλ2=,t

r J f

D ??=λπ21(2)

再由电流连续性方程得:)/(/2t L t q J rL f f ??-=?-?=?λπ(3)

所以D f

f J t

r J -=??-

=λπ21 (4) 即f J 与D J 严格抵消,因此内部无磁场。

(2)由E J σ=f 得:r D J f

f λπεσεσ?==2(5)

联立(2)(4)(5)得0d d =+f f t λε

σ

λ(6) 所以0d d =+t f f ε

σλλ

t

f Ce

ε

σ

λ-=(7)

设初始条件为00

f t f

λλ==,则由(7)式得0f C λ=

所以,t f f e

ε

σλλ-=0(8)

(3)2

2

2???

? ???==r E p f πελσσ(9)

(4)将上式在长度为l 的一段介质内积分,得

??=????

?

???=????

???=V

b a

f f f a b l r rl r V r P ln 2d 22d 2222

2

πεσλππελσπελσ(10) 由22

1

E w ε=

得:

a b l r rl r V w W f b

a f V ln 4d 2221

d 2122

πελππελε=????

? ??==?? 所以t

a b l t W f

f d d ln 2d d λπελ?=(11) 由(6)(10)(11)得:t

W

P d d -=

即总的能量耗散功率等于这段介质的静电能减少率。

第二章静电场

1. 一个半径为R 的电介质球,极化强度为2

/r K r P =,电容率为ε。

(1)计算束缚电荷的体密度和面密度: (2)计算自由电荷体密度; (3)计算球外和球内的电势;

(4)求该带电介质球产生的静电场总能量。

解:(1)P ?-?=p ρ2222/)]/1()/1[()/(r K r r K r K -=??+??-=??-=r r r

)(12P P n -?-=p σR K R r r /=?==P e (2))/(00εεεε-=+=P P E D 内

200)/()/(r K f εεεεεερ-=-??=??=P D 内

(3))/(/0εεε-==P D E 内内

r r f

r KR

r V

e e D E 200200)(4d εεεεπερε-=

=

=

?外

r KR

r )(d 00εεεε?-=

?=?∞r E 外外 )(ln d d 0

0εεεε?+-=?+?=??∞r R K R R r r E r E 外内内

(4)??

?∞

-+-=

?=R R

r r

r R K r

r r K V W 422002

220

2

22

02

d 4)(21d 4)(21d 21πεεεεπεεεE D

2

0))(1(2εεεεπε-+=K R

9.(第十题参考)接地的空心导体球的内外半径为1R 和2R ,在球内离球心为a 处(a <1R )置一点电荷Q 。用镜像法求电势。导体球上的感应电荷有多少?分布在内表面还是外表面? 解:假设可以用球外一个假想电荷'Q 代替球内表面上感应电荷对空间电场的作用,

空心导体球接

'

地,球外表面电量为零,由对称性,'Q 应在球心与Q 的连线上。 考虑球内表面上任一点P ,边界条件要求:

0'/'/=+R Q R Q (1) 式R 为Q 到P 的距离,R’为'Q 到P 的距离,因此,对球面上任一点,应有

=-=Q Q R R /'/'常数(2)

只要选择'Q 的位置,使OPQ P OQ ??~',则

==a R R R //'1常数 (3)

设'Q 距球心为b ,则a R R b //11=,即a R b /21= (4)

由(2)(3)两式得:a Q R Q /'1-=

]/cos 2//cos 2[412124121220a

R R a R R a Q R Ra a R Q θθπε?-+--+=

导体内电场为零,由高斯定理可知球面上的感应电荷为Q -,分布于内表面。 由于外表面没有电荷,且电势为零,所以从球表面到无穷远没有电场,0=外?。

10. 上题的导体球壳不接地,而是带总电荷0Q ,或使具有确定电势0?,试求这两种情况的

电势。又问0?与0Q 是何种关系时,两情况的解是相等的?

解:由上题可知,导体球壳不接地时,球内电荷Q 和球的内表面感应电荷Q -的总效果是

使球壳电势为零。为使球壳总电量为0Q ,只需满足球外表面电量为0Q +Q 即可。因此,导体球不接地而使球带总电荷0Q 时,可将空间电势看作两部分的迭加,一是Q 与内表面的Q -产生的电势1?,二是外表面0Q +Q 产生的电势2?。

]/cos 2//cos 2[

4121

2

4

1

2

12

2

1a

R R a R R a

Q R Ra a R Q

θθ

πε?-+-

-+=

内,)(1R R <

01=外?,)(1R R ≥; 20024/)(R Q Q πε?+=内,)(2R R <; R Q Q 0024/)(πε?+=外,)(2R R ≥,所以 )

(4/)()

(4/)(21200200R R R R Q Q R R R Q Q ≤≤+=≥+=πε?πε?

)(]/cos 2//cos 2[

4112

2124121220

R R R Q Q a

R R a R R a

Q R Ra a R Q

≤++

-+-

-+=

,θθ

πε?由以上过程可见,球面电势为2004/)(R Q Q πε+。

若已知球面电势0?,可设导体球总电量为0'Q ,则有:

02004/)'(?πε=+R Q Q ,即:20004/)'(R Q Q ?πε=+

电势的解为:

????

?

????≤+-+--+≤≤≥=)(]/cos 2//cos 2[41)()(/10

2124121220210220R R a R R a R R a Q R Ra a R Q R R R R R R

R ?θθπε???

当0?和0Q 满足20004/)(R Q Q πε?+=时,两种情况的解相同。

11.在接地的导体平面上有一半径为a 的半球凸部(如图),半

Q θQ b a -Q b

a Q

-R

P

O

球的球心在导体平面上,点电荷Q 位于系统的对称轴上,并与平面相距为b (b >a ),试用电象法求空间电势。 解:如图,根据一点电荷附近置一无限大接地导体平板和一点电荷附近置一接地导体球两个

模型,可确定三个镜像电荷的电量和位置。

Q b a Q -=1,z b a e r 21=;Q b a Q =2,z b a e r 2

2-=;

Q Q -=3,z b e r -=3,所以

)

,2

0(,

]cos 2cos 2cos 21

cos 21

[

42

2

422

242

22220a R R b a

b a R b a

R b a b

a R

b a

Rb b R Rb b R Q ><≤-+

+

+++

++-

-+=

πθθ

θ

θθ

πε?

12. 有一点电荷Q 位于两个互相垂直的接地导体平面所 围成的直角空间内,它到两个平面的距离为a 和b , 求空间电势。

解:用电像法,可以构造如图所示的三个象电荷来代替两导

体板的作用。

-

-+-+-=

2

2200

)()()(1

[

4b z a y x x Q πε?2

2

2

0)

()()(1

b z a y x x ++-+--

)0,(,])

()()(1

)

()()(1

2

2

2

02

2

2

0>++++-+

-+++--

z y b z a y x x b z a y x x

13.设有两平面围成的直角形无穷容器,其内充满电导率为σ的液

体。取该两平面为xz 面和yz 面在),,(000z y x 和),,(000z y x -两点分别置正负电极并通以电流I ,求导电液体中的电势。 解:本题的物理模型是,由外加电源在A 、B 两点间建立电场,使

溶液中的载流子运动形成电流I ,当系统稳定时,属恒定场,即0/=??t ρ,0=??J 。对于恒定的电流,可按静电场的方式处理。于是在A 点取包围A 的高斯面,则

ε/Q d =??S E ,

由于??=S j d I ,E j σ=,所以

εσ//Q I =

可得:σε/I Q = 。

同理,对B 点有: Q I Q B --=σε/ 又,在容器壁上, 0=n j ,即无电流穿过

容器壁。

由E j σ=可知,当0=n j 时,0=n E 。

所以可取如右图所示电像,其中上半空间三个像电荷Q ,下半空间三个像电荷 -Q ,

(0(

000

000)

,0z (0x Q ),0z -(000x Q -

器内的电势分布为:∑=???? ??=

8

141

i i i r Q πε?2

2020)()()(1

[4z z y y x x I -+-+-=πσ202020)()()(1z z y y x x ++-+--2

02020)()()(1

z z y y x x -+++-+

202020)()()(1z z y y x x ++++--2

02020)()()(1

z z y y x x -+++++

202020)()()(1z z y y x x +++++-2

02020)()()(1

z z y y x x -+-+++

])

()()(1

2

02020z z y y x x ++-++-

第四章电磁波的传播

2. 一平面电磁波以=θ45°从真空入射到2=r ε的介质,电场强度垂直于入射面,求反射

系数和折射系数。 解:设 n 为界面法向单位矢量,S 、'S 、"S 分别为入射波、反射波和折射波的玻印

亭矢量的周期平均值,则反射系数R 和折射系数T 定义为:

2020

''E E R =??=n S n

S , 2

012

02cos ""cos "E n E n T θθ=??=n S n S

又根据电场强度垂直于入射面的菲涅耳公式,可得

2

2121"cos cos "cos cos ???

? ??+-=θεθεθεθεR , R T -=+=1)"cos cos ("

cos cos 422121θεθεθθεε 根据折射定律可得:?=30"θ,代入上式,得

3232+-=

R , 3

23

2+=T

6. 平面电磁波垂直射到金属表面上,试证明透入金属内部的电磁波能量全部变为焦耳热。 证明:设在 z >0 的空间中是金属导体,电磁波由 z <0 的空间中垂直于导体表面入射。已知

导体中电磁波的电场部分表达式是:

)(0t x i z e e ωβα--=E E

于是,单位时间内由 z =0 表面的单位面积进入导体的能量为:H E S ?=, 其中 ωμαβωμ/)(/E n E k H ?+=?=i S 的平均值为 ωμβ2/)*Re(2

021E S =?=H E 在导体内部: )(0t x i z e e ωβασσ--==E E J

金属导体单位体积消耗的焦耳热的平均值为:2/)*Re(22021z e

E dQ ασ-=?=E J 作积分:ασσα4/200

2202

1

E dz e E Q z ==

?∞

- 即得界面上单位面积对应的导体中消耗

的平均焦耳热。

又因为 2/ωμσαβ=,所以ωμβασ2/4/2

020E E Q ==,原题得证。

7. 已知海水的1=r μ,1=σS ·m -1,试计算频率ν为50,106和109Hz 的三种电磁波在海水中的透入深度。

解:取电磁波以垂直于海水表面的方式入射,透射深度为:

πνμσωμσαδ/1/2/1===

由于 1=r μ,所以0μμ=,σπνμδ0/1=

1) 当50=νHz 时,72110450/17

1=????=-ππδm

2)当610=νHz 时,5.0110410/1762≈????=-ππδm 3)当910=νHz 时,16110410/1793≈????=-ππδmm

9. 无限长的矩形波导管,在z=0处被一块垂直插入的理想导体平板完全封闭,求在-∞

=z 到z=0这段管内可能存在的波模。

解:在此结构的波导管中,电磁波的传播满足亥姆霍兹方程:

022=+?E E k ,00εμω=k ,0=??E

电场的三个分量通解形式相同,均为:

)cos sin )(cos sin )(cos sin (),,(332211z k D z k C y k D y k C x k D x k C z y x E z z y y x x +++=

边界条件为:

在0=x 及a x =两平面:0==z y E E ,0/=??x E x 在0=y 及b y =两平面:0==z x E E ,0/=??y E y 在0=z 平面: 0==y x E E ,0/=??z E z 由此可得:z k y k x k A E z y x x sin sin cos 1=

z k y k x k A E z y x y sin cos sin 2=

z k y k x k A E z y x z cos sin sin 3=

波数满足:a m k x /π=,b n k y /π=,(??????=2,1,0,n m )

22002222/c k k k z y x ωεμω==++

振幅满足:0//321=++z k A b n A a m A ππ

综合上述各式,即得此种波导管中所有可能电磁波的解。 10. 电磁波)

(),(),,,(t z k i z e

y x t z y x ?-=ωE E 在波导管中沿z 方向传播,试使用

H E 0ωμi =??及E H 0ωεi -=??证明电磁场所有分量都可用),(y x E x 及

),(y x H z 这两个分量表示。

证明:沿 z 轴传播的电磁波其电场和磁场可写作:

)(),(),,,(t z i z e y x t z y x ω-=k E E , )(),(),,,(t z i z e y x t z y x ω-=k H H

由麦氏方程组得:H B E 0/ωμi t =?-?=??, E E H 00/ωεεi t -=??=?? 写成分量式:x z z z y z H i E ik y E z E y E 0///ωμ=-??=??-?? (1)

y z x z z x H i x E E ik x E z E 0///ωμ=??-=??-?? (2) z x y H i y E x E 0//ωμ=??-??

x y z z y z E i H ik y H z H y H 0///ωε-=-??=??-?? (3)

y z x z z x E i x H H ik x H z H 0///ωε-=??-=??-?? (4) z x y E i y H x H 0//ωε-=??-?? (5)

由(2)(3)消去H y 得:)/(/)//(2

220z z z z x k c i x E k y H E -??-??-=ωωμ

由(1)(4)消去H x 得:)/(/)//(2

220z z z z y k c i y E k x H E -??-??=ωωμ

由(1)(4)消去E y 得:)/(/)//(2220z z z z x k c i y E x H k H -??+??-=ωωε

由(2)(3)消去E x 得:)/(/)//(2

220z z z z y k c i x E y H k H -??-??-=ωωε

12. 论证矩形波导管内不存在TM m 0或TM 0n 波。 证明:已求得波导管中的电场 E 满足:

z ik y x x z ye k x k A E sin cos 1= z ik y x y z ye k x k A E cos sin 2=

z ik y x z z ye k x k A E sin sin 3=

由H E ωμi =??可求得波导管中的磁场为:

z ik y x z y x z ye k x k k iA k A i H cos sin ))(/(23--=ωμ (1)

z ik y x x z y z ye k x k k A k iA i H sin cos ))(/(31--=ωμ (2) z ik y x y x z z ye k x k k A k A i H cos cos ))(/(12--=ωμ (3)

本题讨论TM 波,故H z =0 ,由(3)式得:0)(12=-y x k A k A (4) 1)若0=n ,0≠m 则 0/==b n k y π ,0/≠=a m k x π(5)

代入(4)得:02=A (6) 将(5)(6)代入(1)(2)得:0==y x H H 2)若0=m ,0≠n 则 0=x k ,0/≠=b n k y π(7)

代入(4)得:01=A (8) 将(7)(8)代入(1)(2)得:0==y x H H 因此,波导中不可能存在TM m 0 和TM 0n 两种模式的波。

13. 频率为9

1030?Hz 的微波,在0.4cm cm 7.0?的矩形波导管中能以什么波模传播?在

0.6cm cm 7.0?的矩形波导管中能以什么波模传播? 解:1)波导为0.4cm cm 7.0?,设cm 7.0=a ,cm 4.0=b

由2

2)()(22b

n a m c c c +==

πων得: 当m=1,n=1时,νν>?=Hz 103.4101c 当m=1,n=0时,νν?=Hz 107.3103c

所以此波可以以TE 10 波在其中传播。

2)波导为0.6cm cm 7.0?,设cm 7.0=a ,cm 6.0=b

由2

2)()(22b

n a m c c c +==

πων得: 当m=1,n=1时,νν>?=Hz 103.3101c 当m=1,n=0时,νν

当m=0,n=1时,νν

3c

所以此波可以以TE 10 和TE 01 两种波模在其中传播。

15. 证明整个谐振腔内的电场能量和磁场能量对时间的平均值总相等。 证明:设谐振腔的三边长度分别为a ,b ,c ,则谐振腔中电场E 的分布为:

z k y k x k A E z y x x sin sin cos 1=

z k y k x k A E z y x y sin cos sin 2= z k y k x k A E z y x z cos sin sin 3=

振幅满足:0321=++z y x k A k A k A ,波数满足:a m k x /π=,b n k y /π=,

c p k z /π=, μεω2222

2==++k k k k z y x (??????=2,1,0,,p n m )

电场能量密度:D E ?=2

1

e w

对时间的平均值为:

)

*Re()]*Re([41

2121D E D E ?=?=e w 4/)cos sin sin sin cos sin sin sin cos (222232222222221z k y k x k A z k y k x k A z k y k x k A z y x z y x z y x ++=ε

于是谐振腔中电场能量对时间的平均值为:

)(32

232

2210

A A A abc dz w dy dx dV w W c

e b a V

e e ++=

==????ε 由H E ωμi =??可求得谐振腔中的磁场为:

z k y k x k k A k A i H z y x z y x cos cos sin ))(/(23--=ωμ

z k y k x k k A k A i H z y x x z y cos sin cos ))(/(31--=ωμ z k y k x k k A k A i H z y x y x z sin cos cos ))(/(12--=ωμ

磁场能量密度:B H ?=21m w 对时间的平均值为:

)

*Re()]*Re([41

2121B H B H ?=?=m w +-=z k y k x k k A k A z y x z y 2

22232

cos sin sin )[(41μ

ω +-+z k y k x k k A k A z y x x z 22231cos sin cos )(

]sin cos cos )(22212z k y k x k k A k A z y x y x -+

谐振腔中磁场能量的时间平均值为:

????==c

m b a V

m m dz w dy dx dV w W 0

])()()[(322122312232

y x x z z y k A k A k A k A k A k A abc

-+-+-=

μ

ω 因为0321=++z y x k A k A k A ,所以

))((322

222322212

z y x m k k k A A A abc W ++++=

μ

ω )(32)(322322212322212

2A A A abc A A A abck ++=++=εμ

ω 即m e W W =

电动力学期末考试试题库word版本

第一章 电磁现象的普遍规律 1) 麦克斯韦方程组是整个电动力学理论的完全描述。 1-1) 在介质中微分形式为 D ρ??=r 来自库仑定律,说明电荷是电场的源,电场是有源场。 0B ??=r 来自毕—萨定律,说明磁场是无源场。 B E t ???=-?r r 来自法拉第电磁感应定律,说明变化的磁场B t ??r 能产生电场。 D H J t ???=+?r r r 来自位移电流假说,说明变化的电场D t ??r 能产生磁场。 1-2) 在介质中积分形式为 L S d E dl B dS dt =-??r r r r g g ? , f L S d H dl I D dS dt =+??r r r r g g ?, f S D dl Q =?r r g ?, 0S B dl =?r r g ?。 2)电位移矢量D r 和磁场强度H r 并不是明确的物理量,电场强E r 度和磁感应强度B r ,两者 在实验上都能被测定。D r 和H r 不能被实验所测定,引入两个符号是为了简洁的表示电磁规律。 3)电荷守恒定律的微分形式为0J t ρ ??+ =?r g 。 4)麦克斯韦方程组的积分形式可以求得边值关系,矢量形式为 ()210n e E E ?-=r r r ,()21n e H H α?-=r r r r ,()21n e D D σ?-=r r r ,() 210n e B B ?-=r r r 具体写出是标量关系 21t t E E =,21t t H H α-=,21n n D D σ-=,21n n B B = 矢量比标量更广泛,所以教材用矢量来表示边值关系。 例题(28页)无穷大平行板电容器内有两层线性介质,极板上面电荷密度为f σ±,求电场和束缚电荷分布。 解:在介质1ε和下极板f σ+界面上,根据边值关系1f D D σ+-=和极板内电场为0,0 D +=r 得1f D σ=。同理得2f D σ=。由于是线性介质,有D E ε=r r ,得

电动力学复习

填空题 1.已知矢径r ,则 =??r 。 2.已知标量?,则=???)(? 。 3.已知矢径r ,则 ? ×r = 。 4.已知矢量A 和标量φ,则 =??)(A φ 。 5. 已知矢径r ,则 ? r = 。 6.已知矢量A 和标量φ,则=??)(A φ 。 7.设导体表面所带电荷面密度为σ,它外面的介质电容率为ε,导体表面的外法线方向为 n 。在导体静电条件下,电势φ在导体表面的边界条件是 和 。 8. 区域V 内给定自由电荷分布ρ 、σ ,在V 的边界上给定 ( )或 ,则V 内电场唯一确定。 9.麦克斯韦电磁场理论的两个基本假设是( )和 。 10.涡旋电场的定义为 ,其实质是 。 11. 位移电流的表达式为 。 12. 麦 克 斯 韦 方 程 组 的 微 分 形 式 、 、 、 。 13. 麦 克 斯 韦 方 程 组 的 积 分 形 式 、 、 、 。 14.麦克斯韦方程组的微分形式在_____________________处不适用。

15.库仑规范为 。 16.电磁波在导电介质中传播时,导体内的电荷密度 ρ = 。 17.电荷守恒定律的数学表达式为 。 18.在静电场和静磁场中,引入矢势A 和标势? ,则E = ,B = 。 19. 一定频率ω的电磁波在导体内传播时,形式上引入导体的“复电容率”为 。 20.欧姆定律的微分形式为 。 22.半径分别为)(,b a b a <的两同心球面,均匀地带相同电荷Q ,则其相互作用能为 ,系统的总静电能为 。 23.电磁波入射到导体表面时,透入深度随频率增大而 。 24.用电导率ζ、介电常数ε和电磁波的频率ω来区分物质的导电性能,当满足_________________条件时是良导体. 25.边界条件 σ =-?)(12D D n ,可用电势φ表示为_____________________. 26.在稳恒磁场中,引入矢势A ,定义磁感应强度=B ,由此 可证明 =??B 。 27. 电磁波(电矢量和磁矢量分别为E 和H )在真空中传播,空间某点处的能流 密度=S 。 28.电磁场的能量密度为 w = 。 29.不同频率的电磁波在同一介质中具有不同的传播速度,就表现为 现象。

电动力学试题库十及其答案

简答题(每题5分,共15分)。 1.请写出达朗伯方程及其推迟势的解. 2.当你接受无线电讯号时,感到讯号大小与距离和方向有关,这是为什 么? 3.请写出相对论中能量、动量的表达式以及能量、动量和静止质量的关 系式。 证明题(共15分)。 当两种绝缘介质的分界面上不带面电荷时,电力线的曲折满足: 1 21 2εεθθ= t a n t a n ,其中1ε和2ε分别为两种介质的介电常数,1θ和2θ分别为界面两 侧电力线与法线的夹角。(15分) 四. 综合题(共55分)。 1.平行板电容器内有两层介质,它们的厚度分别为1l 和2l ,介电常数为1ε和 2ε,今在两板上接上电动势为U 的电池,若介质是漏电的,电导率分别为1 σ和2σ,当电流达到稳恒时,求电容器两板上的自由电荷面密度f ω和介质分界面上的自由电荷面密度f ω。(15分) 2.介电常数为ε的均匀介质中有均匀场强为0E ,求介质中球形空腔内的电场(分离变量法)。(15分)

3.一对无限大平行的理想导体板,相距为d ,电磁波沿平行于板面的z 轴方向传播,设波在x 方向是均匀的,求可能传播的波型和相应的截止频率.(15分) 4.一把直尺相对于∑坐标系静止,直尺与x 轴夹角为θ,今有一观察者以速度v 沿x 轴运动,他看到直尺与x 轴的夹角'θ有何变化?(10分) 二、简答题 1、达朗伯方程:2 2 022 1A A j c t μ??-=-? 222201c t ?ρ?ε??-=-? 推迟势的解:()()0 ,,, , ,44r r j x t x t c c A x t dV x t dV r r ρμμ?π π ?? ?? ''-- ? ?? ?? ? ''= =?? 2、由于电磁辐射的平均能流密度为222 3 2 0sin 32P S n c R θπε= ,正比于2 sin θ,反比于 2 R ,因此接收无线电讯号时,会感到讯号大小与大小和方向有关。 3 、能量:2 m c W = ;动量:),,m iW P u ic P c μ?? == ??? ;能量、动量和静止质量的关系为:22 22 02 W P m c c -=- 三、证明:如图所示 在分界面处,由边值关系可得: 切线方向 12t t E E = (1) 法线方向 12n n D D = (2) 1 ε

电动力学试题库十及其答案

电动力学试题库十及其答案 简答题(每题5分,共15分)。 1 .请写出达朗伯方程及其推迟势的解. 2 .当您接受无线电讯号时,感到讯号大小与距离与方向有关,这就是为什 么? 3. 请写出相对论中能量、动量的表达式以及能量、动量与静止质量的关系式。 证明题(共15分)。 当两种绝缘介质的分界面上不带面电荷时,电力线的曲折满足:史宜w,其中i与2分别为两种介质的介电常数,1与2分别为界面两tan 1 1 侧电力线与法线的火角。(15分) 四、综合题(共55分)。 1. 平行板电容器内有两层介质,它们的厚度分另U为11与12,介电常数为1与2,今在两板上接上电动势为U的电池,若介质就是漏电的,电导率分别为1与2,当电流达到稳包时,求电容器两板上的自由电荷面密度f与介质分界面上的自由电荷面密度f。(15分) 2. 介电常数为的均匀介质中有均匀场强为E。,求介质中球形空腔内的电场(分离变量法)。(15分) 3. 一对无限大平行的理想导体板,相距为d,电磁波沿平行丁板面的z轴方向传播,设波在x方向就是均匀的,求可能传播的波型与相应的截止频率.(15分)

电动力学试题库十及其答案 4.一把直尺相对丁坐标系静止,直尺与x轴火角为,今有一观察者以速度v 沿x轴运动,她瞧到直尺与x轴的火角' 有何变化? (10分)二、简答题r、 (2v) 1、达朗伯万程:A i 2A c t2 ,八v v 推退势的 解:A x,t v,t v,t x,t —dV v 2、由于电磁辐射的平均能流密度为S32 2 c3R2 sin2音,正比于 sin2,反比于R2, 因此接收无线电讯号时,会感到讯号大小与大小与方向有关。 2 3、能量:W :m。:. i u2c2 m 。 ,1 u2c2 v u,ic V iW …,一… P,—;能重、动重与静止 c 质量的关系为:P2W 2 c 2 2 m b c 三、证明:如图所示 在分界面处,由边值关系可得 切线方向 法线万向 v v 又DE 由⑴得: E i sin i 由⑵(3)得: i E i cos E it D in E2t D2n E2sin i 2 E2 cos (5) 由⑷(5)两式可得:

电动力学试题

1、(15分)一半径为a的不接地导体球的中心与坐标原点重合,球上总电荷为零,两个电量均为q的点电荷置于x轴上,处(b,c均大于a),求:球外空间的电势;x=b处的电荷所受到的作用力。 2、(15分)两个无限大,相互平行的平面上均有面电流流动,其面电流密度大小均为K,且方向相反。求全空间的磁矢势A和磁感应强度B. 3、(20分)长和宽分别为a和b的矩形波导管内电磁波的群速度可定义为,其中W为单位时间内通过横截面的电磁能量的周期平均值,P为单位长度波导管内的电磁能量的周期平均值。如管内为真空,对波(m n均大于零),求W和P并由此求出。 4、(15分)电磁场存在时的动量守恒定律可表示为,其中g为电磁场,T为动量流密度张量。由该等式导出相应的角动量守恒定律的表达式,并给出角动量流密度张量的表达式。 5、(20分)位于坐标原点的电偶极距为的电偶极子,以匀角速度ω绕通过其中心的z轴在x-y平面转动,求辐射场E,B,辐射场能流密度的周期平均值和平均辐射功率。 6、(15分)在惯性系S中观测到:两个宇宙飞船A和B分别在两条平行直线上匀速运动,起速度大小均为c/2,方向相反,两平行线相距为d,飞船的大小远小于d,当两飞船相距为d时,由飞船A以3c/4的速度(也是在S系测量的)沿直线抛出一小球,问: 从飞船A上的观察者来看,为使小球正好与飞船B相遇,小球应沿什么方向抛出? 在飞船A上的观察者来看,小球的速率是多少? 文章来自:人人考研网(https://www.doczj.com/doc/2a1894442.html,)更多详情请参考:https://www.doczj.com/doc/2a1894442.html,/html/kaoyanshiti/201004/21-32447.html 一)考试内容 考试范围为理科院校物理系《电动力学》课程的基本内容。以郭硕鸿著《电动力学》(第二版)(高等教育出版社)为例,内容涵盖该教材的第一至六章,麦克斯韦方程、静电场、静磁场、电磁波的传播、辐射、狭义相对论均在其中。试题重点考查的内容: 一、静电场 1.拉普拉斯方程与分离变量法 2.镜象法 3.电多极矩 二、静磁场 1.矢势 2.磁标势 3.磁多极矩 三、电磁波的传播 1.平面电磁波 2.谐振腔 3.波导

电动力学期末考试试卷及答案五

. . 20___ - 20___ 学年度 学期 ____ 级物理教育专业 《电动力学》试题(五) 试卷类别:闭卷 考试时间:120分钟 ______________________ 学号____________________ 一. 判断以下概念是否正确,对的打(√),错的打(×)(共15分,每 题3分) 1. 库仑力3 04r r Q Q F πε '=表明两电荷之间作用力是直接的超距作用,即电荷Q 把作用力直接施于电荷Q '上。 ( ) 2. 电磁场有能量、动量,在真空中它的传播速度是光速。 ( ) 3. 电磁理论一条最基本的实验定律为电荷守恒定律,其微分形式为: t j ??=??/ρ 。 ( )

. . 4. 在介质的界面两侧,电场强度E 切向分量连续,而磁感应强度B 法向分 量 连续。 ( ) 5.在相对论中,粒子能量,动量以及静止质量的关系为: 4 2022c m c P W += 。 ( ) 二. 简答题(每题5分,共15分)。 1.如果0>??E ,请画出电力线方向图,并标明源电荷符号。 2.当你接受无线电讯号时,感到讯号大小与距离和方向有关,这是为什么? 3.以真空中平面波为例,说明动量密度g ,能流密度s 之间的关系。 三. 证明题(共15分)。

多普勒效应被广泛应用,请你利用洛伦兹变换证明运动光源辐射角频率 ω与它的静止角频率0ω的关系为:) cos 1(0 θγωωc v -= ,其中 122)/1(--=c v γ;v 为光源运动速度。(15分) 四. 综合题(共55分)。 1.半径为a 的无限长圆柱形导体,均匀通过电流I ,设导体的磁导率为μ,导体外为真空,求: (1)导体、外空间的B 、H ; (2)体磁化电流密度M j ;(15分)。 2.介电常数为ε的均匀介质中有均匀场强为0E ,求介质中球形空腔的电势 和电场(分离变量法)。(15分) 3.两频率和振幅均相等的单色平面电磁波沿z 轴方向传播,一个沿x 方向偏振,另一个沿y 方向偏振,且其相位比前者超前2 π 。求合成波的偏振。若 合成波代表电场矢量,求磁场矢量B 以及能流密度平均值S 。(15分)

电动力学试题库一及答案

福建师范大学物理与光电信息科技学院 20___ - 20___ 学年度学期____ 级物理教育专业 《电动力学》试题(一) 试卷类别:闭卷 考试时间:120分钟 姓名______________________ 学号____________________ 一.判断以下概念是否正确,对的打(√),错的打(×)(共15分,每题3分) 1.电磁场也是一种物质,因此它具有能量、动量,满足能量动量守恒定律。 ( ) 2.在静电情况,导体内无电荷分布,电荷只分布在表面上。 () 3.当光从光密介质中射入,那么在光密与光疏介质界面上就会产生全反射。

() 4.在相对论中,间隔2S在任何惯性系都是不变的,也就是说两事件时间先后关系保持不变。 () 5.电磁波若要在一个宽为a,高为b的无穷长矩形波导管中传播,其角 频率为 2 2 ? ? ? ? ? + ? ? ? ? ? ≥ b n a m με π ω () 二.简答题。(每题5分,共15分) 1.写出麦克斯韦方程组,由此分析电场与磁场是否对称为什么 2.在稳恒电流情况下,有没有磁场存在若有磁场存在,磁场满足什么方程 3.请画出相对论的时空结构图,说明类空与类时的区别.

三. 证明题。(共15分) 从没有电荷、电流分布的麦克斯韦方程出发,推导真空中的E 、B 的波动方程。 四. 综合题。(共55分) 1.内外半径分别为1r 和2r 的无穷长空心导体圆柱,沿轴向流有稳恒均 匀自由电流f j ,导体的磁导率为μ,求磁感应强度和磁化电流。(15分) 2. 有一个很大的电解槽中充满电导率为2σ的液体,使其中流着均匀 的电流f j ,今在液体中置入一个电导率为1σ的小球,求稳恒时电流分布和 面电荷分布。(分离变量法)(15分) 3. 有带电粒子沿z 轴作简谐振动t i e z z ω-=0,设c z <<ω0,求它的辐 射场E 、B 和能流S 。(13分) 4. 一辆以速度v 运动的列车上的观察者,在经过某一高大建筑物 时,看见其避雷针跳起一脉冲电火花,电光迅速传播,先后照亮了铁路沿线的两铁塔。求列车上观察者看到的两铁塔被电光照亮的时间差。该建筑

电动力学试题及其答案(3)

电动力学(C) 试卷 班级 姓名 学号 题号 一 二 三 四 总 分 分数 一、填空题(每空2分,共32分) 1、已知矢径r ,则 ×r = 。 2、已知矢量A 和标量 ,则 )(A 。 3、一定频率ω的电磁波在导体内传播时,形式上引入导体的“复电容率”为 。 4、在迅变电磁场中,引入矢势A 和标势 ,则E = , B = 。 5、麦克斯韦方程组的积分形 式 、 、 、 。 6、电磁场的能流密度为 S = 。 7、欧姆定律的微分形式为 。 8、相对论的基本原理 为 , 。 9、事件A ( x 1 , y 1 , z 1 , t 1 ) 和事件B ( x 2 , y 2 , z 2 , t 2 ) 的间隔为 s 2 = 。

10、位移电流的表达式为 。 二、判断题(每题2分,共20分) 1、由j B 0 可知,周围电流不但对该点的磁感应强度有贡献,而且对该点磁感应强度的旋度有贡献。( ) 2、矢势A 沿任意闭合回路的环流量等于通过以该回路为边界的任一曲面的磁通量。( ) 3、电磁波在波导管内传播时,其电磁波可以是横电波,也可以是横磁波。( ) 4、任何相互作用都是以有限的速度传播的。( ) 5、由0 j 可知,稳定电流场是无源场。。( ) 6、如果两事件在某一惯性系中是同时同地发生的,在其他任何惯性系中它们必同时发生。( ) 7、平面电磁波的电矢量和磁矢量为同相位。( ) 8、E 、D 、B 、H 四个物理量中只有E 、B 为描述场的基本物理量。( ) 9、由于A B ,虽然矢势A 不同,但可以描述同一个磁场。( ) 10、电磁波的亥姆霍兹方程022 E k E 适用于任何形式的电磁波。( ) 三、证明题(每题9分,共18分) 1、利用算符 的矢量性和微分性,证明 )cos()]sin([00r k E k r k E 式中r 为矢径,k 、0E 为常矢量。 2、已知平面电磁波的电场强度j t z c E E )sin(0 ,求证此平面电磁波的 磁场强度为 i t z c c E B )sin(0 四、计算题(每题10分,共30分) 1、迅变场中,已知)(0t r k i e A A , ) (0t r k i e ,求电磁场的E 和B 。 2、一星球距地球5光年,它与地球保持相对静止,一个宇航员在一年

太原理工2014《电动力学》试卷B

第 1 页 共 8 页 考试方式: 闭 卷 太原理工大学《电动力学》试卷B 一. 判断题(每小题3分,共15分;正确的打√,错误的打×,将正确答案填入下面的表格内。) 1. 在两种不同介质的分界面上,电场强度的切向分量不一定连续; ( ) 2. 麦克斯韦方程组与洛伦兹力公式是电动力学的理论基础; ( ) 3. 严格地说,电磁波具有波粒二象性。因此,用经典电磁理论研究微观电磁现象问题是不完善的。 ( ) 4. 均匀平面电磁波在金属导体内传播时,仍然是等幅(振幅无衰减)的均匀平面波 ;( ) 5. 不论是静态场还是时变电磁场,磁力线总是闭合曲线; ( ) 二. 选择题(每小题3分,共15分;将正确答案的字母填入下面的表格内。) 1. 一载有电流为I 的无限长的通电直导线处于磁导率为μ的介质中,若电流沿z 方向, 则距离该直导线任一位置处的矢势A ( ) A . 方向沿z e ; B . 方向沿?e ; C . 方向沿r e ; D . 以上都不对. 2.一角频率为ω的电磁波其电位移矢量为x t e E D ωεi 00e -=,则位移电流密度为( ) A. x e E 00i ωε; B . x t e E ωωεj 00e i -; C. x t e E ωωεi 00e i -- ; D. x t e E ωωi 0e i -.

第 2 页 共 8 页 3. 角频率为ω的电磁波电场强度矢量的亥姆霍茲方程形式为 ( ) A. 022=-?E E μεω; B. 022=+?E E μεω; C. 02=+?E E ωμε; D. 0222=??-?t E E με. 4. 某一角频率的微波在b a ?的矩形波导中传播,则21T E 模的截止波长为( ) A 2 2 2b a ab +;; B 2 2 42b a ab +;C 2 2 42b a ab +; D 2 2 b a ab +. 5. 真空中,洛仑兹规范的条件式为 ( ) A 0=??A ; B 02222 c 1ερφφ-=??-?t ; C A t A A 02222 c 1μ-=??-? ; D 0c 12=??+??t A φ . 三. 填空题(每小题2分,共10分;将正确答案填入下面的空格内。) 1. _________________; 2. _________________; 3. _________________; 4. _________________; 5. _________________。 1. 空气中一无限大的金属平板位于4x =处,一点电荷Q 位于(6,3,0)点处,假设该金属平板的电势为零,则像电荷的位置为 ; 2. 若0)()()(≠'-+'-+'-=z y x e z z e y y e x x r ,则=??r _______________; 3. 相对介电常数4=r ε 、磁导率1=r μ的理想介质中有一均匀平面电磁波斜入射到 另一种相对介电常数2=r ε 、磁导率1=r μ的理想介质中,则发生全反射时临界角大小为_________________; 4. 狭义相对论的基本原理有 和 原理。 5. 空气中一根无限长载流直导线沿z 轴放置,其内通有恒定电流I ,电流方向为坐标轴正向,则任一点处的磁感应强度为_________________;

电动力学复习题

电动力学复习题 填空题 1.电荷守恒定律的微分形式可写为0=??+??t J ρ 。 2.一般介质中的Maxwell 方程组的积分形式为???-=?S l S d B dt d l d E 、 ???+=?S f l S d D dt d I l d H 、f s Q S d D =?? 、?=?S S d B 0 。 3.在场分布是轴对称的情形下,拉普拉斯方程在球坐标中的通解为 ()().cos ,01θθψn n n n n n P r b r a r ∑∞ =+??? ? ? +=。 4.一般坐标系下平面电磁波的表示式是()() t x k i e E t x E ω-?= 0,。 5.在真空中,平面电磁波的电场振幅与磁场振幅的比值为光速C 。 6.引入了矢势和标势后,电场和磁场用矢势和标势表示的表达式为 ,A B A t E ??=??--?=和?. 7. 核能的利用,完全证实了相对论质能关系。 8.洛仑兹规范条件的四维形式是 0=??μ μx A 。 9.真空中的Maxwell 方程组的微分形式为t ??- =??、 ε ρ = E ??、0=B ??、t J ??+=B ??εμμ000。 10.引入磁矢势A 和标量势Φ下,在洛伦兹规范下,Φ满足的波动方程是 02 222 1ερ- =?Φ?-Φ?t c 。

11.电磁场势的规范变换为t A A A ??- ='→?+='→ψ???ψ 。 12.细导线上恒定电流激发磁场的毕奥-萨伐尔定律可写为()??=3r r l Id x B . 13.介质中的Maxwell 方程组的微分形式为 t B E ??-=?? 、 f D ρ =?? 、0=??B 、t D J H f ??+=?? 。 14.时谐电磁波的表达式是()()t i e x E t x E ω-= ,和()()t i e x B t x B ω-= ,。 15.在两介质界面上,电场的边值关系为()f D D n σ=-?12 和 ()01 2 =-?E E n . 16.库仑规范和洛伦兹规范的表达式分别为 0=??A 和012 =??+??t c A ? 。 17.狭义相对论的二个基本原理分别是狭义相对性原理和光速不变原理。 18.狭义相对论的质速关系是 2 2 1c v m m -= 。 19.真空中位移电流的表达式可写为t E J D ??= 0ε。 20.在场分布球对称的情形下,拉普拉斯方程在球坐标中的通解为().,?? ? ??+=r b a r θψ 21.满足变换关系νμνμV a V ='的物理量称为相对论四维矢量。 22.揭示静电场是保守力场的数学描述是?=?=??0,0l d E E 或者。 23.介质中的Maxwell 方程组的边值关系为()012=-?E E n 、()α =-?12H H n 、 ()σ=-?12D D n 、()012=-?B B n 。 24.介质的极化现象是当介质置于外电磁场中,分子中的电荷将发生相对位移,分

电动力学期末考试试卷及答案五

判断以下概念是否正确,对的打(√),错的打(×)(共15分,每题3分) 1. 库仑力3 04r r Q Q F πε '=表明两电荷之间作用力是直接的超距作用,即电荷Q 把作用力直接施于电荷Q '上。 ( ) 2. 电磁场有能量、动量,在真空中它的传播速度是光速。 ( ) 3. 电磁理论一条最基本的实验定律为电荷守恒定律,其微分形式为: t j ??=??/ρ 。 ( ) 4. 在介质的界面两侧,电场强度E 切向分量连续,而磁感应强度B 法向分 量连续。 ( ) 5.在相对论中,粒子能量,动量以及静止质量的关系为: 4 2022c m c P W += 。 ( ) 一. 简答题(每题5分,共15分)。 1.如果0>??E ,请画出电力线方向图,并标明源电荷符号。 2.当你接受无线电讯号时,感到讯号大小与距离和方向有关,这是为什么? 3.以真空中平面波为例,说明动量密度g ,能流密度s 之间的关系。

二. 证明题(共15分)。 多普勒效应被广泛应用,请你利用洛伦兹变换证明运动光源辐射角频率 ω与它的静止角频率0ω的关系为:) cos 1(0 θγωωc v -= ,其中 122)/1(--=c v γ;v 为光源运动速度。(15分) 四. 综合题(共55分)。 1.半径为a 的无限长圆柱形导体,均匀通过电流I ,设导体的磁导率为μ,导体外为真空,求: (1)导体内、外空间的B 、H ; (2)体内磁化电流密度M j ;(15分)。 2.介电常数为ε的均匀介质中有均匀场强为0E ,求介质中球形空腔内的电势和电场(分离变量法)。(15分) 3.两频率和振幅均相等的单色平面电磁波沿z 轴方向传播,一个沿x 方向偏振,另一个沿y 方向偏振,且其相位比前者超前2π。求合成波的偏振。若 合成波代表电场矢量,求磁场矢量B 以及能流密度平均值S 。(15分) 4.在接地的导体平面有一半径为a 的半球凸部,半球的球心在导体平面上,如图所示。点电荷Q 位于系统的对称轴上,并与平面相距为b (a b >)。试用电像法求空间电势。(10分)

电动力学期终总复习及试题

总复习试卷 一.填空题(30分,每空2分) 1. 麦克斯韦电磁场理论的两个基本假设是( )和( )。 2. 电磁波(电矢量和磁矢量分别为E 和H )在真空中传播,空间某点处的能流密度 =S ( )。 3. 在矩形波导管(a, b )内,且b a >,能够传播TE 10型波的最长波长为( ); 能够传播TM 型波的最低波模为( )。 4. 静止μ子的平均寿命是6 102.2-?s. 在实验室中,从高能加速器出来的μ子以0.6c (c 为真空中光速)运动。在实验室中观察,(1)这些μ子的平均寿命是( )(2)它们在衰变前飞行的平均距离是( )。 5. 设导体表面所带电荷面密度为σ,它外面的介质电容率为ε,导体表面的外法线方向 为n 。在导体静电条件下,电势φ在导体表面的边界条件是( )和( )。 6. 如图所示,真空中有一半径为a 的接地导体球,距球心为d (d>a )处有一点电荷q ,则 其镜像电荷q '的大小为( ),距球心的距离d '大小为( )。 7. 阿哈罗诺夫-玻姆(Aharonov-Bohm )效应的存在表明了( )。 8. 若一平面电磁波垂直入射到理想导体表面上,则该电磁波的穿透深度δ为( )。 9. 利用格林函数法求解静电场时,通常根据已知边界条件选取适当的格林函数。若r 为源 点x ' 到场点x 的距离,则真空中无界空间的格林函数可以表示为( )。 10. 高速运动粒子寿命的测定,可以证实相对论的( )效应。 二.判断题(20分,每小题2分)(说法正确的打“√”,不正确的打“”) 1. 无论稳恒电流磁场还是变化的磁场,磁感应强度B 都是无源场。 ( ) 2. 亥姆霍兹方程的解代表电磁波场强在空间中的分布情况,是电磁波的基本方程,它在任 何情况下都成立。 ( ) 3. 无限长矩形波导管中不能传播TEM 波。 ( ) 4. 电介质中,电位移矢量D 的散度仅由自由电荷密度决定,而电场E 的散度则由自由电 荷密度和束缚电荷密度共同决定。 ( ) 5. 静电场总能量可以通过电荷分布和电势表示出来,即dV W ρ??=21,由此可见ρ? 21的 物理意义是表示空间区域的电场能量密度。 ( ) 6. 趋肤效应是指在静电条件下导体上的电荷总是分布在导体的表面。 ( ) 7. 若物体在S '系中的速度为c u 6.0=',S '相对S 的速度为c v 8.0=,当二者方向相同时, 则物体相对于S 的速度为1.4c 。 ( ) 8. 推迟势的重要意义在于它反映了电磁作用具有一定的传播速度。 ( )

电动力学期末试卷

电动力学期末试卷 浙江大学2009–2010学年秋冬学期 《电动力学》课程期末考试试卷课程号:_06120310,开课学院:_物理系 考试试卷:A卷、B卷考试形式:闭、开卷,允许带_1张A4纸入场 考试日期: 2010 年 1 月 19 日, 考试时间: 120 分钟 诚信考试,沉着应考,杜绝违纪。 考生姓名: 学号: 所属院系: _ 题序一二三四五六总分 得分 评卷人 一、简答题 :5 (每小题分) 1) Explain the transverse Doppler shift and the starlight aberration. 2) What is anomalous dispersion? 3) Derive Snell’s law. 4) Compare Bremsstrahlung and Synchrotron radiation? 5) What is TEM waves? Can they exist in a rectangular wave guide? (以下每题15分) 二、Two infinitely long grounded metal plates, at yandya,,0, ,are connected at by metal strips at a constant potential. xb,,0 (a thin layer of insulation prevents them from shorting out). Find the potential inside the resulting rectangular pipe. 三、 A pion at rest decays into a muon and a massless neutrino. Find the energy

电动力学-郭硕鸿-第三版-课后题目整理(复习备考专用)

电动力学答案 第一章 电磁现象的普遍规律 1. 根据算符?的微分性与向量性,推导下列公式: B A B A A B A B B A )()()()()(??+???+??+???=??A A A A )()(2 2 1??-?=???A 2. 设u 是空间坐标z y x ,,的函数,证明: u u f u f ?= ?d d )(, u u u d d )(A A ? ?=??, u u u d d )(A A ??=?? 证明:

3. 设222)'()'()'(z z y y x x r -+-+-= 为源点'x 到场点 x 的距离,r 的方向规定为从源点指向场点。 (1)证明下列结果,并体会对源变量求微商与对场变量求微商的关系: r r r /'r =-?=? ; 3/)/1(')/1(r r r r -=-?=? ; 0)/(3=??r r ; 0)/(')/(33=?-?=??r r r r , )0(≠r 。 (2)求r ?? ,r ?? ,r a )(?? ,)(r a ?? ,)]sin([0r k E ???及 )]sin([0r k E ??? ,其中a 、k 及0E 均为常向量。 4. 应用高斯定理证明 f S f ?=????S V V d d ,应用斯托克斯 (Stokes )定理证明??=??L S ??l S d d

5. 已知一个电荷系统的偶极矩定义为 'd '),'()(V t t V x x p ?=ρ,利用电荷守恒定律0 =??+??t ρ J 证明p 的变化率为:?=V V t t d ),'(d d x J p 6. 若m 是常向量,证明除0=R 点以外,向量3 /R )(R m A ?= 的旋度等于标量3 /R R m ?=?的梯度的负值,即 ?-?=??A ,其中R 为坐标原点到场点的距离,方向由原 点指向场点。

电动力学习题集答案

电动力学第一章习题及其答案 1. 当下列四个选项:(A.存在磁单级, B.导体为非等势体, C.平方反比定律不精确成立,D.光速为非普 适常数)中的_ C ___选项成立时,则必有高斯定律不成立. 2. 若 a 为常矢量 , r (x x ')i ( y y ')j (z z ')k 为从源点指向场点的矢量 , E , k 为常矢量,则 ! (r 2 a ) =(r 2 a ) (r a 2r a , )a ) ddrr r a 2r r r 2 r i j — k (x x ') (y y ') (z z ') i j k — ! 2(x x ') (x x ') ,同理, ? x (x x ') 2 (y y ') 2 (z z ') 2 / r 2 (x x ')(y y ')(z z ') (y y ') (x x ') ( (y y ') 2 (z z ') y (x x ') 2 (y y ') 2 (z z ') # 2 , z 2 2 (z z ') r 【 r e e e x x x ! r (x-x') r (y-y') y (z-z') 3 z , ' x y z x x ' y y ' z z ' 0, x (a r ) a ( r ) 0 , : ) r r r r r r r 0 r rr ( r 1 1 r 《 a , , ( ) [ a (x -x' )] [ a (y - y')] … j [a (z -z')] a r i k x y z * r r r r 1 r 1 r … r 3 r 2 3 r , ( A ) __0___. r r , [E sin(k r )] k E 0 cos(k r ) __0__. (E 0e ik r ) , 当 r 0 时 , ! (r / r ) ik E 0 exp(ik r ) , [rf (r )] _0_. [ r f ( r )] 3f (r )r # s 3. 矢量场 f 的唯一性定理是说:在以 为界面的区域V 内, 若已知矢量场在V 内各点的旋度和散 度,以及该矢量在边界上的切向或法向分量,则 在 内唯一确定. f V 0 ,若 J 为稳恒电流情况下的电流密度 ,则 J 满足 4. 电荷守恒定律的微分形式为 — J t J 0 . 5. 场强与电势梯度的关系式为, E .对电偶极子而言 ,如已知其在远处的电势为

电动力学试题库十及其答案

简答题(每题5分,共15分)。 1.请写出达朗伯方程及其推迟势的解. 2.当您接受无线电讯号时,感到讯号大小与距离与方向有关,这就是为什么? 3.请写出相对论中能量、动量的表达式以及能量、动量与静止质量的关系式。 证明题(共15分)。 当两种绝缘介质的分界面上不带面电荷时,电力线的曲折满足: 1 2 12εεθθ=tan tan ,其中1ε与2ε分别为两种介质的介电常数,1θ与2θ分别为界面两侧电力线与法线的夹角。(15分) 四、 综合题(共55分)。 1.平行板电容器内有两层介质,它们的厚度分别为1l 与2l ,介电常数为1ε与2ε,今在两板上接上电动势为U 的电池,若介质就是漏电的,电导率分别为1σ与2σ,当电流达到稳恒时,求电容器两板上的自由电荷面密度f ω与介质分界面上的自由电荷面密度f ω。(15分) 2.介电常数为ε的均匀介质中有均匀场强为0E ? ,求介质中球形空腔内的电场(分离变量法)。(15分) 3.一对无限大平行的理想导体板,相距为d ,电磁波沿平行于板面的z 轴方向传播,设波在x 方向就是均匀的,求可能传播的波型与相应的截止频率.(15分)

4.一把直尺相对于∑坐标系静止,直尺与x 轴夹角为θ,今有一观察者以速度v 沿x 轴运动,她瞧到直尺与x 轴的夹角'θ有何变化?(10分) 二、简答题 1、达朗伯方程:220221A A j c t μ??-=-?v v v 2222 1c t ?ρ?ε??-=-? 推迟势的解:()()0 ,,, , ,44r r j x t x t c c A x t dV x t dV r r ρμ μ?π π ???? ''-- ? ? ??? ?''==? ? v v v v v v 2、由于电磁辐射的平均能流密度为22 232 0sin 32P S n c R θπε= v &&v v ,正比于2sin θ,反比于2R ,因此接收无线电讯号时,会感到讯号大小与大小与方向有关。 3、能量 :2W = ;动量 :),,iW P u ic P c μ?? = = ???v v ;能量、动量与静止质量的关系为:22 22 02W P m c c -=- 三、证明:如图所示 在分界面处,由边值关系可得: 切线方向 12t t E E = (1) 法线方向 12n n D D = (2) 又 D E ε=v v (3) 由(1)得: 1122sin sin E E θθ= (4) 由(2)(3)得: 111222cos cos E E εθεθ= (5) 由(4)(5)两式可得: 1 ε

电动力学试题及其答案

一、填空题(每空2分,共32分) 1、已知矢径r ,则 r = 。 2、已知矢量A 与标量 ,则 )(A 。 3、区域V 内给定自由电荷分布 、 ,在V 的边界上给定 或 ,则V 内电场唯一确定。 4、在迅变电磁场中,引入矢势A 与标势 ,则E = , B = 。 5、麦克斯韦方程组的微分形式 、 、 、 。 6、电磁场的能量密度为 w = 。 7、库仑规范为 。 8、相对论的基本原理为 , 。 9、电磁波在导电介质中传播时,导体内的电荷密度 = 。 10、电荷守恒定律的数学表达式为 。 二、判断题(每题2分,共20分) 1、由0 E 可知电荷就是电场的源,空间任一点,周围电荷不但对该点的场强有贡献,而且对该点散度有贡献。( ) 2、矢势A 沿任意闭合回路的环流量等于通过以该回路为边界的任一曲面的磁通量。( ) 3、电磁波在波导管内传播时,其电磁波就是横电磁波。( ) 4、任何相互作用都不就是瞬时作用,而就是以有限的速度传播的。( ) 5、只要区域V 内各处的电流密度0 j ,该区域内就可引入磁标势。( ) 6、如果两事件在某一惯性系中就是同时发生的,在其她任何惯性系中它们必不同时发生。( ) 7、在0 B 的区域,其矢势A 也等于零。( ) 8、E 、D 、B 、H 四个物理量均为描述场的基本物理量。( ) 9、由于A B ,矢势A 不同,描述的磁场也不同。( ) 10、电磁波的波动方程012222 E t v E 适用于任何形式的电磁波。( ) 三、证明题(每题9分,共18分) 1、利用算符 的矢量性与微分性,证明 0)( r 式中r 为矢径, 为任一标量。 2、已知平面电磁波的电场强度i t z c E E )sin(0 ,求证此平面电磁波的磁场强度为 j t z c c E B )sin(0 四、计算题(每题10分,共30分) 1、迅变场中,已知)cos(0t r K A A , )cos(0 t r K ,求电磁场的E 与B 。 2、一长度为80厘米的杆,沿其长度方向以0、8 c 的速率相对观察者运动,求该杆首、尾端通过观察者 时的时间间隔。

电动力学-郭硕鸿-第三版-课后题目整理(复习备考专用)

电动力学答案 第一章 电磁现象的普遍规律 1. 根据算符?的微分性与向量性,推导下列公式: B A B A A B A B B A )()()()()(??+???+??+???=??A A A A )()(2 21??-?=???A 2. 设u 是空间坐标z y x ,,的函数,证明: u u f u f ?= ?d d )(, u u u d d )(A A ? ?=??, u u u d d )(A A ??=?? 证明: 3. 设222)'()'()'(z z y y x x r -+-+-= 为源点'x 到场点x 的距离,r 的方向规定为从源点指向场点。

(1)证明下列结果,并体会对源变量求微商与对场变量求微商的关系: r r r /'r =-?=? ; 3/)/1(')/1(r r r r -=-?=? ; 0)/(3=??r r ; 0)/(')/(33=?-?=??r r r r , )0(≠r 。 (2)求r ?? ,r ?? ,r a )(?? ,)(r a ?? ,)]sin([0r k E ???及 )]sin([0r k E ??? ,其中a 、k 及0E 均为常向量。 4. 应用高斯定理证明 f S f ?=???? S V V d d ,应用斯托克斯 (Stokes )定理证明??=??L S ??l S d d 5. 已知一个电荷系统的偶极矩定义为 'd '),'()(V t t V x x p ? = ρ, 利用电荷守恒定律0=??+ ??t ρ J 证明p 的变化率为:

. ?=V V t t d ),'(d d x J p 6. 若m 是常向量,证明除0=R 点以外,向量3/R )(R m A ?= 的旋度等于标量3 /R R m ?=?的梯度的负值,即 ?-?=??A ,其中R 为坐标原点到场点的距离,方向由原 点指向场点。 7. 有一内外半径分别为1r 和2r 的空心介质球,介质的电容率为 ε,使介质球内均匀带静止自由电荷f ρ,求:(1)空间各点 的电场;(2)极化体电荷和极化面电荷分布。

电动力学期末考试试卷及答案五

20___-20___学年度学期____级物理教育专业 《电动力学》试题(五) 试卷类别:闭卷考试时间:120分钟 姓名______________________学号____________________ 一. 判断以下概念是否正确,对的打(√),错的打(×)(共15分,每题3 分) 1. 库仑力3 04r r Q Q F πε??'=表明两电荷之间作用力是直接的超距作用,即电荷Q 把作用力直接施于电荷Q '上。() 2. 电磁场有能量、动量,在真空中它的传播速度是光速。() 3. 电磁理论一条最基本的实验定律为电荷守恒定律,其微分形式为:t j ??=??/ρ? 。() 4. 在介质的界面两侧,电场强度E ?切向分量连续,而磁感应强度B ? 法向分量连续。() 5.在相对论中,粒子能量,动量以及静止质量的关系为:42022c m c P W +=。()

二. 简答题(每题5分,共15分)。 1. 如果0>??E ρ ,请画出电力线方向图,并标明源电荷符号。 2. 当你接受无线电讯号时,感到讯号大小与距离和方向有关,这是为什么? 3. 以真空中平面波为例,说明动量密度g ρ,能流密度s ρ 之间的关系。 三. 证明题(共15分)。 多普勒效应被广泛应用,请你利用洛伦兹变换证明运动光源辐射角频率ω与它的静止角频率0ω的关系为:) cos 1(0 θγωωc v -=,其中122)/1(--=c v γ;v 为光源运动速度。(15 分) 四.综合题(共55分)。 1.半径为a 的无限长圆柱形导体,均匀通过电流I ,设导体的磁导率为μ,导体外为真空,求: (1)导体内、外空间的B ?、H ? ; (2)体内磁化电流密度M j ? ;(15分)。

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