1. 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。
解： 根据安培环路定律, 在面电流两侧作一对称的环路。则
由
2. 已知同轴电缆的内外半径分别为 和 ,其间媒质的磁导率 为，且电缆
长度
， 忽略端部效应， 求电缆单位长度的外自感。
解： 设电缆带有电流则
3. 在附图所示媒质中，有一载流为的长直导线，导线到媒质分界面的距离为。 试求载流导线单位长度受到 的作用力。
解： 镜像电流
镜像电流在导线处产生的值为
单位长度导线受到的作用力
力的方向使导线远离媒质的交界面。
4. 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。 解：
以y 轴为电位参考点，则
5. 图示球形电容器的内导体半径
， 外导体内径
，其间充有
两种电介质与， 它们的分界面的半径为。 已知与的相对
6. 电常数分别为
。 求此球形电容器的电 容。
解
6. 一平板电容器有两层介质，极板面积为,一层电介质厚度，电导率，相对介电常数，另一层电介质厚度，电导率。 相对介电常数
， 当电容器加有电压
时， 求
(1) 电介质中的电流 ；
(2) 两电介质分界面上积累的电荷 ； (3) 电容器消耗的功率 。 解： (1)
(2)
(3)
7. 有两平行放置的线圈，载有相同方向的电流，请定性画出场 中的磁感应强度分布(线)。
解： 线上、下对称。
1. 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。
解：
得
合成波为右旋圆极化波。
8. 图示一平行板空气电容器，其两极板均为边长为a的正方形，板间距离为
d，两板分别带有电荷量与，现将厚度为d、相对介电常数为，边
长为a 的正方形电介质插入平行板电容器内至处，试问该电介质要受多大的电
场力？方向如何？
解： (1) 当电介质插入到平行板电容器内a/2处，则其电容可看成两个电容器
的并联
静电能量
当时，
其方向为a/2增加的方向，且垂直于介质端面。
9. 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。
解：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
参考方向时为顺时针方向。
10. 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)。解：（1)
由
得
故得
(2)
11. 证明任一沿传播的线极化波可分解为两个振幅相等, 旋转方向相反的圆极化波的叠加。
证明：设线极化波
其中 :
和分别是振幅为的右旋和左旋圆极化波。
12. 图示由两个半径分别为和的同心导体球壳组成的球形电容器，在球壳间以半径为分界面的内、外填有两种不同的介质，其介电常数分别为和，试证明此球形电容器的电容
为
证明：设内导体壳外表面所带的电荷量为Q，则
两导体球壳间的电压为
13. 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；
(3) 在上述面上的平均值。
解：
(1)
(2) 面积中心 , ,
(3) 的平均值
14. 两个互相平行的矩形线圈处在同一平面内，尺寸如图所示，其中，
。略去端部效应，试求两线圈间的互感。
解：设线框带有电流，线框的回路方向为
顺时针。线框产生的为
15. 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。
解： (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
16. 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。
解：因为
由
得
17. 利用直角坐标系证明()()fG f G f G ??=??+??v v v
2. 证明左边=()()x x y y z z fA fA e fA e fA e ??=??++v v v v
()()()y y x x z z fA e fA e fA e x y z
???=++???v v v
()()()()()()y y y x x x
x y
z z z z
A e f e A e f e f A f A x x y y
A e f e f A z z
????=+++??????++??v v v v v v
()()()()[][()()]
y y
x x x z z x
y y
y y A e A e f e A e f f f A x y z x f e f e A A y y f A A f
????=+++??????+??=??+??v v v v v v v v =右边
18. 求无限长直线电流的矢量位A ?和磁感应强度B ?
。 解：直线电流元产生的矢量位为
02212
'{}4[(')]
z I dz dA e r z z μπ=+-v v 积分得
2
22122
02
2
2210
2212
'
{}
4[(')]ln[(')4()[()]22ln{}
4()[()]22ln 4l z l l
z l
z z I dz A e r z z I e z z l l
z z r I
e l l
z z r I l e r
μπ
μπμπμπ
+-
+-=+-=-+-+-+=-++++=?v v v v v
当,l A →∞→∞．附加一个常数矢量00
ln 4z
I r C e l
μπ=v
v 则00000
ln ln ln 444z
z z I I r I r l A e e e r l r
μμμπππ=+=v
v v v 则由04z
I A B A e e r r
?
?μπ?=??=-=?v
v v v v 19. 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ε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）12x Q D D e S
==v v v
1100
x D Q E e S εε==v
v v
，22x D Q E e S εε==
v v v 2) 011()S Q Q
C U E d a d a
ε=
==-- 222Q Q S C U E a a
ε=== 012
120()
S C C C C C a d a εεεε=
=++-
22
00
()1122a d a Q W Q C S εεεε+-==
Q
+Q
-x
o
Q
+
x
o
20. 在自由空间传播的均匀平面波的电场强度复矢量为
)/(1010)2
20(4204m v e a e a E z j y z j x π
ππ-----?+?=??ρ
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av S ?
。
解：（1）平面波的传播方向为＋ｚ方向
（2）频率为90
3102c
f k Hz π
==? （3）波的极化方式因为410,02
2
xm ym x y E E π
π
??-==-=-
=-
，
故为左旋圆极化． （4）磁场强度
44200
44200
1(1010)1(1010)j z z z x z y j z
y x H E a a ja a e
a ja e ππηη------=?=?+?=
-v v v v v v v v
（5）平均功率坡印廷矢量
*442044200
424200810211Re[]Re[(1010)221(1010)1(10)(10)[]211[210]21200.26510(/)
j z
av x y j z
y x z z z S E H a ja e a ja e a a a W m ππηηηπ
---------=?=+?-=+=??=?v v v v v
v v
v v v
21. 利用直角坐标，证明f A A f A f ??+??=???
??)( 证明：
左边=()()x x y y z z fA fA e fA e fA e ??=??++v v v v
()()()y y x x z z fA e fA e fA e x y z
???=++???v v v
()()()()()()y y y x x x
x y
z z z z
A e f e A e f e f A f A x x y y
A e f e f A z z
????=+++??????++??v v v v v v
()()()()[][()()]
y y
x x x z z x
y y
y y A e A e f e A e f f f A x y z x f e f e A A y y f A A f
????=+++??????+??=??+??v v v v v v v v =右边
22. 求矢量22x y z A e x e x e y z =++v v v v
沿xy 平面上的一个边长为2的正方形回路
的线积分，此正方形的两边分别与x 轴和y 轴相重合。再求A ??v
对此回路所包
围的曲面积分，验证斯托克斯定理。
解：
2
2
2
2
2
d d d 2d 0d 8
C x x x x y y =-+-=?????A l g ?
又
2
222x
y z
x z yz x x y z x
x y z ?
??
??=
=+???e e e A e e
所以
22
00
d (22)d d 8
x
z
z
S
yz x x y ??=+=???A S e e e
g g
故有
d 8C
=?A l g ?d S
=???A S
g
23. 同轴线内外半径分别为a 和b ，填充的介质0≠γ，具有漏电现象，同轴线外加电压U ，求 （1）漏电介质内的?；
（2）漏电介质内的E ?、J ?
；
（3）单位长度上的漏电电导。 解：（1）电位所满足的拉普拉斯方程为
1()0d d r dr dr
?
= 由边界条件,;,0r a U r b ??====所得解为
()[
]ln ln U b
r b r a
?=
（2）电场强度变量为()ln r r d U E r e e b
dr r a
?
=-=v v v ，
则漏电媒质的电流密度为()ln
r U J E r e b r a γγ==v v v
（3）单位长度的漏电流为022ln ln
r U U I r e b b r a a
γπγπ=?=v
单位长度的漏电导为002ln I G b U a
πγ
==
24. 如图 所示，长直导线中载有电流 cos m i I t ω=，一 矩形导线框位于其近旁，其两边与直线平行并且共面，求导线框中的感应电动势。 解：载流导线产生的磁场强度的大小为
02i
B r
μπ=
穿过线框的磁通量
00.2cos ln
2c a
c
c a
c
m B ds
i
bdr r bI t c a c φμπμωπ++=
=
+=?
?v v
线框中的感应电动势
参考方向为顺时针方向。
25. 空气中传播的均匀平面波电场为0jk r
x E e E e -?=v v v v ，已知电磁波沿ｚ轴传播，
频率为f 。求
(1)磁场H v ；
(2)波长λ；
0sin ln
2m d dt bI t c a
c
φεμωωπ=-
+=
(3)能流密度S v 和平均能流密度av S v
； (4)能量密度W 。
解：（1）01jk r
z x H e e E e η
-?=?v v v v v
0jk r
e e
-?=v v
v （2
）v f λ==
（3
）00jk r jk r
x y S E H E e e E e -?-?=?=?v v v v v v v v
220220cos (2)
jk r e e
e ft kz π-?==-v v
v v
*201
Re()2av z
S E H e =?=v v v v （4）220011
22
W E H εμ=
+ 26. 平行板电容器的长、宽分别为a 和b ，极板间距离为d 。电容器的一半厚度(0/2d :)用介电常数为ε的电介质填充，
（1）板上外加电压0U ，求板上的自由电荷面密度、束缚电荷； （2）若已知板上的自由电荷总量为Q ，求此时极板间电压和束缚电荷； （3）求电容器的电容量。 解： （1） 设介质中的电场为z E
=E e ，空气中的电场为
0=E 0
z E e 。由=
D 0
D ，
有
00E E εε=
又由于
002
2U d
E d E
-=+ 由以上两式解得
00
02()U E d
εεε=-
+
002()U E d
εεε=-
+
故下极板的自由电荷面密度为
00
02()U E d
εεσεεε==-
+下
上极板的自由电荷面密度为
00
0002()U E d
εεσεεε=-=
+上
电介质中的极化强度
000
002()()()z
U d
εεεεεεε-=-=-+P E e
故下表面上的束缚电荷面密度为
000
02()()p z U d
εεεσεε-=-=
+e P g 下
上表面上的束缚电荷面密度为
000
02()()p z U d εεεσεε-==-
+e P g 上
（2）由
002()U Q ab d
εεσεε=
=+ 得到
00()2dQ
U ab
εεεε+=
故
0()p Q
ab
εεσε-=
下
（3）电容器的电容为
002()ab Q C U d
εεεε=
=+
26. 频率为100MHz 的正弦均匀平面波在各向同性的均匀理想介质中沿（z +）方向传播，介质的特性参数为4r ε=、1r μ=，0γ=。设电场沿
x 方向，即x x E e E =v v ；当0t =，1
8
z m =时，电场等于其振幅值
410/V m - 。试求
（1） (,)H z t v 和(,)E z t v
；
（2） 波的传播速度； （3） 平均波印廷矢量。
解：以余弦形式写出电场强度表示式
(,)(,)
cos()
x x x m xE E z t e E z t e E t kz ωψ==-+v v
v
把数据代入410/m E V m -=
42/3
k f rad m π
π===
41386
xE kz rad ππ
ψ==
?= 则
4848484(,)10cos(210)/36
4(,)cos(210)361
410cos(210)/6036
x x y y y y y E z t e t z V m
E H z t e H e e t z e t z A m
ππππππηππππ---=?-+===?-+=?-+v v
v v v v v v
（2）波的传播速度
8
8310 1.510/2v m s ?====?
（3）平均坡印廷矢量为*1
Re[]2
av S E H =?v v
444()()
43636110Re[10]260j z j z av x y S e e e e ππππ
π
-----=?v v
428
2
1(10)Re[]26010/120z z e e W m π
π
--==v v 27. 在由5r =、0z =和4z =围成的圆柱形区域，对矢量
2
2r z r z =+A e e 验证散度定理。 解： 在圆柱坐标系中
21()(2)32rr z r r r z ??
?=
+=+??A g
所以
425
d d d (32)d 1200z r r r πτ
τφπ?=+=????A g
又
2
d (2)(d d d )
r
z r r z z S
S r
z S S S φφ=+++??g g 蜒A S e e e e e
4252200
00
55d d 24d d 1200z r r π
π
φφπ
=?+?=????
故有
d 1200τ
τπ?=?A g d S
=?A S g ?
28. 求（1）矢量
222223
24x y z x x y x y z =++A e e e 的散度；（2）求?A g 对中心
在原点的一个单位立方体的积分；（3）求A 对此立方体表面的积分，验证散度定理。 解 ：（1）
2222232222
()()(24)2272x x y x y z x x y x y z x y z ????=++=++???A g
（2）?A g 对中心在原点的一个单位立方体的积分为
12112
2222121212
1
d (2272)d d d 24
x x y x y z x y z τ
τ---?=
++=
????
A g
（3）A 对此立方体表面的积分
1121212
22
121212111d ()d d ()d d 22S y z y z ----=--?????g ?A S
1212
1212
2
2221121212
11
2()d d 2()d d 22x x z x x z
----+--????
1212
1212
2
2
322312121212
11
24()d d 24()d d 22x y x y x y x y
----+--????
1
24=
故有
1
d 24τ
τ?=
?A g d S
=?A S g ?
29. 计算矢量r 对一个球心在原点、半径为a 的球表面的积分，并求?r g
对球体积的积分。 解 ：
22
3
00
d d d sin d 4r
S S S aa
a
π
π
φθθπ===????g g 蜒r S r e
又在球坐标系中
221()3
r r r r ?
?==?r g
所以
22
3
000
d 3sin d d d 4a
r r a
ππτ
τθθφπ?==????g r
30. 求矢量
22x y z x x y z
=++A e e e 沿xy 平面上的一个边长为2的正方形回路
的线积分，此正方形的两边分别与x 轴和y 轴相重合。再求??A 对此回路所包围的曲面积分，验证斯托克斯定理。
解：
2
2
2
2
2
d d d 2
d 0d 8
C
x x x x y y =-+-=?????A l g ?
又
2
222x
y z
x z yz x x y z x
x y z ?
?
?
??=
=+???e e e A e e
所以
22
00
d (22)d d 8
x
z
z
S
yz x x y ??=+=???A S e e e
g g
故有
d 8C
=?A l g ?d S
=???A S
g
31. 证明（1）3?=R g ；（2）0??=R ；（3）()?=A R A g 。其中
x y z x y z
=++R e e e ，A 为一常矢量。
解 ：（1）
3x y z
x y z ????=
++=???R g
20x y z
x y z x
y
y ?
????=
=???e e e R （）
（3）设 x x y y z z
A A A =++A e e e
则
x y z A x A y A z
=++A R g
故
()()()
x x y z y x y z A x A y A z A x A y A z x y ??
?=+++++??g A R e e
()z
x y z A x A y A z z ?
+++?e
x x y y z z A A A =++=e e e A
32. 两点电荷
18C q =位于z 轴上4z =处，24C q =-位于y 轴上4y =处，
求(4,0,0)处的电场强度。
解 ： 电荷1q
在(4,0,0)处产生的电场为
1
113014q πε'-==
'-r r E r r
电荷
2q 在(4,0,0)处产生的电场为
22230244
4q πε-'-=
='-e e r r E r r
故(4,0,0)处的电场为
122+-=+=
e e e E E E
33. 两平行无限长直线电流1I 和2I
，相距为d ，求每根导线单位长度受到的安培
力
m
F 。
解： 无限长直线电流1I
产生的磁场为
01
12I r φ
μπ=B e
直线电流2I
每单位长度受到的安培力为
1
012122112
d 2m z I I I z d
μπ=?=-?F e B e
式中
12
e 是由电流1I 指向电流2I
的单位矢量。
同理可得，直线电流1I
每单位长度受到的安培力为
012
211212
2m m I I d μπ=-=F F e
34. 一个半径为a 的导体球带电荷量为Q ，当球体以均匀角速度ω绕一个直径旋转，求球心处的磁感应强度B 。
解： 球面上的电荷面密度为 24Q a σπ=
当球体以均匀角速度ω绕一个直径旋转时，球面上位置矢量r a =r e 点处的电流
面密度为
S z r a σσσω==?=?J v ωr e e
sin sin 4Q
a a φφ
ωωσθθπ==e e
将球面划分为无数个宽度为d d l a θ=的细圆环，则球面上任一个宽度为
d d l a θ=细圆环的电流为
d d sin d 4S Q
I J l ωθθπ==
细圆环的半径为sin b a θ=，圆环平面到球心的距离
cos d a θ
=，利用电流圆
环的轴线上的磁场公式，则该细圆环电流在球心处产生的磁场为
223002
232
222232d sin d d 2()
8(sin cos )z
z
b I
Qa b d a a μμωθθ
πθθ==++B e e
30sin d 8z
Q a μωθθπ=e 故整个球面电流在球心处产生的磁场为
300
sin d 86z z Q Q
a a π
μωθμωθππ==?
B e e
35. 半径为a 的球体中充满密度()r ρ的体电荷，已知电位移分布为
32
54
2
()()
r r Ar r a D a Aa r a r ?+≤?
=?+≥?
?
其中A 为常数，试求电荷密度()r ρ。 解 由ρ?=D g ，有
2
2
1d ()()d r r r D r r
ρ=?=
D g 故在r a <区域
23
220
02
1d ()[()](54)d r r r Ar r Ar r r
ρεε=+=+ 在r a >区域
542022
1d ()
()[]0d a Aa r r r r r ρε+==
电磁场与电磁波实验报告 班级： 学号： 姓名： 同组人：
实验一电磁波的反射实验 1.实验目的： 任何波动现象（无论是机械波、光波、无线电波），在波前进的过程中如遇到障碍物，波就要发生反射。本实验就是要研究微波在金属平板上发生反射时所遵守的波的反射定律。 2.实验原理： 电磁波从某一入射角i射到两种不同介质的分界面上时，其反射波总是按照反射角等于入射角的规律反射回来。 如图（1-2）所示，微波由发射喇叭发出，以入射角i设到金属板M M',在反射方向的位置上，置一接收喇叭B，只有当B处在反射角i'约等于入射角i时，接收到的微波功率最大，这就证明了反射定律的正确性。 3.实验仪器： 本实验仪器包括三厘米固态信号发生器，微波分度计，反射金属铝制平板，微安表头。 4.实验步骤： 1）将发射喇叭的衰减器沿顺时针方向旋转，使它处于最大衰减位置； 2）打开信号源的开关，工作状态置于“等幅”旋转衰减器看微安表是否有显示，若有显示，则有微波发射； 3）将金属反射板置于分度计的水平台上，开始它的平面是与两喇叭的平面平行。 4）旋转分度计上的小平台，使金属反射板的法线方向与发射喇叭成任意角度i，然后将接收喇叭转到反射角等于入射角的位置，缓慢的调节衰减器，使微 μ）。 安表显示有足够大的示数（50A
5）熟悉入射角与反射角的读取方法，然后分别以入射角等于30、40、50、60、70度，测得相应的反射角的大小。 6）在反射板的另一侧，测出相应的反射角。 5.数据的记录预处理 记下相应的反射角，并取平均值，平均值为最后的结果。 5.实验结论：?的平均值与入射角0?大致相等，入射角等于反射角，验证了波的反射定律的成立。 6.问题讨论： 1.为什么要在反射板的左右两侧进行测量然后用其相应的反射角来求平均值？ 答：主要是为了消除离轴误差，圆盘上有360°的刻度，且外部包围圆盘的基座上相隔180°的两处有两个游标。，不可能使圆盘和基座严格同轴。 在两者略有不同轴的情况下，只读取一个游标的读数，应该引入离轴误差加以考虑——不同轴的时候，读取的角度差不完全等于实际角度差，圆盘半径偏小
《电磁场与电磁波》试题（4） 一、填空题（每小题 1 分，共 10 分） 1．矢量 的大小为 。 2．由相对于观察者静止的，且其电量不随时间变化的电荷所产生的电场称为 。 3．若电磁波的电场强度矢量的方向随时间变化所描绘的轨迹是直线，则波称为 。 4．从矢量场的整体而言，无散场的 不能处处为零。 5．在无源区域中，变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场，使电磁场以 的形式传 播出去，即电磁波。 6．随时间变化的电磁场称为 场。 7．从场角度来讲，电流是电流密度矢量场的 。 8．一个微小电流环，设其半径为、电流为，则磁偶极矩矢量的大小为 。 9．电介质中的束缚电荷在外加 作用下，完全脱离分子的内部束缚力时，我们把这种 现象称为击穿。 10．法拉第电磁感应定律的微分形式为 。 二、简述题 （每小题 5分，共 20 分） 11．简述恒定磁场的性质，并写出其两个基本方程。 12．试写出在理想导体表面电位所满足的边界条件。 13．试简述静电平衡状态下带电导体的性质。 14．什么是色散？色散将对信号产生什么影响？ 三、计算题 （每小题10 分，共30分） 15．标量场，在点 处 （1）求出其梯度的大小 （2）求梯度的方向 16．矢量 ， ，求 （1） （2） 17．矢量场的表达式为 （1）求矢量场的散度。 （2）在点处计算矢量场的大小。 z y x e e e A ???++=? a I ()z e y x z y x +=32,,ψ()0,1,1-P y x e e A ?2?+=? z x e e B ?3?-=? B A ? ??B A ??+A ? 2?4?y e x e A y x -=? A ? ()1,1A ?
A．电磁场理论B基本概念 1．什么是等值面？什么是矢量线？ 等值面——所有具有相同数值的点组成的面 ★空间中所有的点均有等值面通过； ★所有的等值面均互不相交； ★同一个常数值可以有多个互不相交的等值面。 矢量线（通量线）---- 一系列有方向的曲线。 线上每一点的切线方向代表该点矢量场方向， 而横向的矢量线密度代表该点矢量场大小。 例如，电场中的电力线、磁场中的磁力线。 2．什么是右手法则或右手螺旋法则？本课程中的应用有哪些？（图） 右手定则是指当食指指向矢量A的方向，中指指向矢量B的方向，则大拇指的指向就是矢量积C=A*B的方向。 右手法则又叫右手螺旋法则，即矢量积C=A*B的方向就是在右手螺旋从矢量A转到矢量B的前进方向。 本课程中的应用： ★无限长直的恒定线电流的方向与其所产生的磁场的方向。 ★平面电磁波的电场方向、磁场方向和传播方向。 3．什么是电偶极子？电偶极矩矢量是如何定义的？电偶极子的电磁场分布是怎样的？ 电偶极子——电介质中的分子在电场的作用下所形成的一对等值异号的点电荷。 电偶极矩矢量——大小等于点电荷的电量和间距的乘积，方向由负电荷指向正电荷。
4.麦克斯韦积分和微分方程组的瞬时形式和复数形式； 积分形式： 微分方式： （1）安培环路定律 （2）电磁感应定律 （3）磁通连续性定律 （4）高斯定律 5.结构方程
6.什么是电磁场边界条件？它们是如何得到的？（图） 边界条件——由麦克斯韦方程组的积分形式出发，得到的到场量在不同媒质交界面上应满足的关系式（近似式）。 边界条件是在无限大平面的情况得到的，但是它们适用于曲率半径足够大的光滑曲面。 7.不同媒质分界面上以及理想导体表面上电磁场边界条件及其物理意义； （1）导电媒质分界面的边界条件 ★ 导电媒质分界面上不存在传导面电流，但可以有面电荷。 在不同媒质分界面上，电场强度的切向分量、磁场强度的切向分量和磁感应强度的法向分量永远是连续的 （2）理想导体表面的边界条件 ★ 理想导体内部，时变电磁场处处为零。导体表面可以存在时变的面电流和面电荷。
. 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==
本科实验报告 课程名称：电磁场与微波实验 姓名：wzh 学院：信息与电子工程学院 专业：信息工程 学号：xxxxxxxx 指导教师：王子立 选课时间：星期二9-10节 2017年 6月 17日 Copyright As one member of Information Science and Electronic Engineering Institute of Zhejiang University, I sincerely hope this will enable you to acquire more time to do whatever you like instead of struggling on useless homework. All the content you can use as you like. I wish you will have a meaningful journey on your college life. ——W z h 实验报告 课程名称：电磁场与微波实验指导老师：王子立成绩：__________________ 实验名称： CST仿真、喇叭天线辐射特性测量实验类型：仿真和测量 同组学生姓名： 矩形波导馈电角锥喇叭天线CST仿真 一、实验目的和要求 1. 了解矩形波导馈电角锥喇叭天线理论分析与增益理论值基本原理。 2．熟悉 CST 软件的基本使用方法。 3．利用 CST 软件进行矩形波导馈电角锥喇叭天线设计和仿真。 二、实验内容和原理 1. 喇叭天线概述 喇叭天线是一种应用广泛的微波天线,其优点是结构简单、频带宽、功率容量大、调整与使用方便。合理的选择喇叭尺寸,可以取得良好的辐射特性：相当尖锐的主瓣,较小副瓣和较高的增益。因此喇叭天线在军事和民用上应用都非常广泛,是一种常见的测试用天线。喇叭天线的基本形式是把矩形波导和圆波导的开口面逐渐扩展而形成的,由于是波导开口面的逐渐扩大,改善了波导与自由空间的匹配,使得波导中的反射系数小,即波导中传输的绝大部分能量由喇叭辐射出去,反
《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μ ,则磁感应强度B 与磁场H 满足的方程 为: 。 2.设线性各向同性的均匀媒质中,02=?φ称为 方程。 3.时变电磁场中,数学表达式H E S ?=称为 。 4.在理想导体的表面, 的切向分量等于零。 5.矢量场 )(r A 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.静电场就是无旋场,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、磁场与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,恒定磁场就是无散场,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 t B E ??-=?? ,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。 13.什么就是群速？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y x e xz e y B ??2+-= 就是否就是某区域的磁通量密度？
(2)如果就是,求相应的电流分布。 16.矢量z y x e e e A ?3??2-+= ,z y x e e e B ??3?5--= ,求 (1)B A + (2)B A ? 17.在无源的自由空间中,电场强度复矢量的表达式为 ()jkz y x e E e E e E --=004?3? （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a ,带电量为Q 。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 0U ,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 图1
电磁场与电磁波理论基础自学指导书 课程简介：电磁场理论是通信技术的理论基础，是通信专业本科学生必须具备的知识结构的重要组成部分之一。使学生掌握电磁场的有关定理、定律、麦克斯韦方程等的物理意义及数学表达式。使学生熟悉一些重要的电磁场问题的数学模型（如波动方程、拉氏方程等）的建立过程以及分析方法。培养学生正确的思维方法和分析问题的能力，使学生对"场"与"路"这两种既密切相关又相距甚远的理论有深刻的认识，并学会用"场"的观点去观察、分析和计算一些简单、典型的场的问题。为以后的学习和工作打下坚实的理论基础。 第一章矢量分析场论初步 1主要内容 本章从矢量分析入手，介绍了标量场和矢量场的基本概念，学习了矢量的通量、散度以及散度定理，矢量的环流、旋度以及斯托克斯定理，标量的梯度，以及上述的物理量在圆柱和球坐标系下的表达形式，最后介绍了亥姆霍兹定理，该定理说明了研究一个矢量场从它的散度和旋度两方面入手。通过本章的学习，使学生掌握场矢量的散度、旋度和标量的梯度的概念和数学计算为以后的电磁场分析打下基础。 2学习要求 深刻理解标量场和矢量场的概念；深刻理解散度、旋度和梯度的概念、物理意义及相关定理； 熟练使用直角坐标、圆柱坐标和球坐标进行矢量的微积分运算； 了解亥姆霍兹定理的内容。 3重点及难点 重点：在直角坐标、圆柱坐标和球坐标中计算矢量场的散度和旋度、标量场的梯度以及矢量的线积分、面积分和体积分。 难点：正确理解和掌握散度、旋度和梯度的概念及定理，可以借助流体的流量和涡旋等自然界中比较具体而形象的相似问题来理解。 4思考题合作业 1.4, 1.8, 1.9, 1.11, 1.14, 1.16, 1.24 第二章静电场 1主要内容 本章我们从点电荷的库仑定律发，推导出静电场的基本方程（微分表达及积分表达），该基本方程第一组与静电场的散度和通量有关（高斯定律），第二组有关静电场的环量和旋度，推导的过程运用了叠加原理。由静电场的基本方程中的环量和旋度的基本方程，我们引入了电位的概念，并给出了电场强度与电位之间的关系以及电位的计算公式。运用静电场的基本方程及电位可以解决静电场中的场源互求问题（已知源求场或已知场求源）。然后介绍了电偶极子的概念，推导了电偶极子的电场强度与电位的表达式。接着介绍了介质的极化，被极化的分子可等效为电偶极子，所以介质极化产生的电位就可以借用电偶极子的相关结论。由极化介质的电位公式我们推导了介质中的高斯定律，在该定律中引入了一个新的量—
电磁场与电磁波例题详解
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第1章 矢量分析 例1.1 求标量场z y x -+=2)(φ通过点M (1, 0, 1)的等值面方程。 解：点M 的坐标是1,0,1000===z y x ，则该点的标量场值为 0)(0200=-+=z y x φ。其等值面方程为 ： 0)(2=-+=z y x φ 或 2)(y x z += 例1.2 求矢量场222zy a y x a xy a A z y x ++=的矢量线方程。 解： 矢量线应满足的微分方程为 ： z y dz y x dy xy dx 222== 从而有 ???????==z y dz xy dx y x dy xy dx 2222 解之即得矢量方程???=-=2 2 21c y x x c z ，c 1和c 2是积分常数。 例1.3 求函数xyz z xy -+=22?在点（1，1，2）处沿方向角 3 ,4 ,3 π γπ βπ α= = = 的方向导数。 解：由于 1) 2,1,1(2) 2,1,1(-=-=??==M M yz y x ?, 02) 2,1,1() 2,1,1(=-=??==M M xz xy y ?, 32) 2,1,1() 2,1,1(=-=??==M M xy z z ?, 2 1cos ,22cos ,21cos === γβα 所以
1cos cos cos =??+??+??= ??γ?β?α??z y x l M 例1.4 求函数xyz =?在点)2,1,5(处沿着点)2,1,5(到点)19,4,9(的方向导数。 解：点)2,1,5(到点)19,4,9(的方向矢量为 1734)219()14()59(z y x z y x a a a a a a l ++=-+-+-= 其单位矢量 3147 31433144cos cos cos z y x z y x a a a a a a l ++=++=γβα 5, 10, 2) 2,1,5()2,1,5()2,1,5() 2,1,5() 2,1,5() 2,1,5(==??==??==??xy z xz y yz x ? ?? 所求方向导数 314 123 cos cos cos = ??=??+??+??=?? l z y x l M ?γ?β?α?? 例1.5 已知z y x xy z y x 62332222--++++=?，求在点)0,0,0(和点)1,1,1( 处的梯度。 解：由于)66()24()32(-+-++++=?z a x y a y x a z y x ? 所以 623) 0,0,0(z y x a a a ---=?? ，36) 1,1,1(y x a a +=?? 例1.6 运用散度定理计算下列积分： ??++-+=S z y x S d z y xy a z y x a xz a I )]2()([2322 S 是0=z 和2 2 22y x a z --=所围成的半球区域的外表面。 解：设：)2()(2322z y xy a z y x a xz a A z y x ++-+= 则由散度定理???=??τ τs S d A d A 可得
重庆大学 电磁场与电磁波课程实践报告 题目：点电荷电场模拟实验 日期：2013 年12 月7 日 N=28
《电磁场与电磁波》课程实践 点电荷电场模拟实验 1.实验背景 电磁场与电磁波课程内容理论性强，概念抽象，较难理解。在电磁场教学中，各种点电荷的电场线成平面分布，等势面通常用等势线来表示。MATLAB 是一种广泛应用于工程、科研等计算和数值分析领域的高级计算机语言，以矩阵作为数据操作的基本单位，提供十分丰富的数值计算函数、符号计算功能和强大的绘图能力。为了更好地理解电场强度的概念，更直观更形象地理解电力线和等势线的物理意义，本实验将应用MATLAB 对点电荷的电场线和等势线进行模拟实验。 2.实验目的 应用MATLAB 模拟点电荷的电场线和等势线 3.实验原理 根据电磁场理论，若电荷在空间激发的电势分布为V ，则电场强度等于电势梯度的负值，即： E V =-? 真空中若以无穷远为电势零点，则在两个点电荷的电场中，空间的电势分布为： 1 212010244q q V V V R R πεπε=+=+ 本实验中，为便于数值计算，电势可取为
1212 q q V R R =+ 4.实验内容 应用MATLAB 计算并绘出以下电场线和等势线，其中q 1位于(-1,0,0)，q 2位于(1,0,0)，n 为个人在班级里的序号： (1) 电偶极子的电场线和等势线（等量异号点电荷对q 2:q 1 = 1，q 2为负电荷）； (2) 两个不等量异号电荷的电场线和等势线（q 2:q 1 = 1 + n /2，q 2为负电荷）； (3) 两个等量同号电荷的电场线和等势线； (4) 两个不等量同号电荷的电场线和等势线（q 2:q 1 = 1 + n /2）； (5) 三个电荷，q 1、q 2为(1)中的电偶极子，q 3为位于(0,0,0)的单位正电荷。、 n=28 （1） 电偶极子的电场线和等势线（等量异号点电荷对q 2:q 1 = 1，q 2为负电荷）； 程序1： clear all q=1; xm=2.5; ym=2; x=linspace(-xm,xm); y=linspace(-ym,ym); [X,Y]=meshgrid(x,y); R1=sqrt((X+1).^2+Y.^2); R2=sqrt((X-1).^2+Y.^2); U=1./R1-q./R2; u=-4:0.5:4; figure contour(X,Y,U,u,'--'); hold on plot(-1,0,'o','MarkerSize',12); plot(1,0,'o','MarkerSize',12); [Ex,Ey]=gradient(-U,x(2)-x(1),y(2)-y(1));
一、选择题 1、以下关于时变电磁场的叙述中，正确的是（ ） A 、电场是无旋场 B 、电场和磁场相互激发 C 、电场与磁场无关 2、区域V 全部用非导电媒质填充，当此区域中的电磁场能量减少时，一定是（ ） A 、能量流出了区域 B 、能量在区域中被消耗 C 、电磁场做了功 D 、同时选择A 、C 3、两个载流线圈之间存在互感，对互感没有影响的的是（ ） A 、线圈的尺寸 B 、两个线圈的相对位置 C 、线圈上的电流 D 、空间介质 4、导电介质中的恒定电场E 满足（ ） A 、0??=E B 、0??=E C 、??=E J 5、用镜像法求解电场边值问题时，判断镜像电荷的选取是否正确的根据是（ ） A 、镜像电荷是否对称 B 、电位方程和边界条件不改变 C 、同时选择A 和B 6、在静电场中，电场强度表达式为3(32)()y x z cy ε=+--+x y z E e e e ，试确定常数 ε的值是（ ） A 、ε=2 B 、ε=3 C 、ε=4 7、若矢量A 为磁感应强度B 的磁矢位，则下列表达式正确的是（ ） A 、=?B A B 、=??B A C 、=??B A D 、2=?B A 8、空气（介电常数10εε=）与电介质（介电常数204εε=）的分界面是0z =平面， 若已知空气中的电场强度124= +x z E e e 。则电介质中的电场强度应为（ ） A 、1216=+x z E e e B 、184=+x z E e e C 、12=+x z E e e 9、理想介质中的均匀平面波解是（ ） A 、TM 波 B 、TEM 波 C 、TE 波 10、以下关于导电媒质中传播的电磁波的叙述中，正确的是（ ） A 、不再是平面波 B 、电场和磁场不同相 C 、振幅不变 D 、以T E 波的形式传播 二、填空 1、一个半径为α的导体球作为电极深埋地下，土壤的电导率为 σ，略去地面的影响，则电极的接地电阻R = 2、 内外半径分别为a 、b 的无限长空心圆柱中均匀的分布着轴向电流I ，设空间离轴距离为()r r a <的某点处，B= 3、 自由空间中，某移动天线发射的电磁波的磁场强度
邮电大学 电磁场与微波测量实验报告
实验六布拉格衍射实验 一、实验目的 1、观察微波通过晶体模型的衍射现象。 2、验证电磁波的布拉格方程。 二、实验设备与仪器 DH926B型微波分光仪，喇叭天线，DH1121B型三厘米固态信号源，计算机 三、实验原理 1、晶体结构与密勒指数 固体物质可分成晶体和非晶体两类。任何的真实晶体，都具有自然外形和各向异性的性质，这和晶体的离子、原子或分子在空间按一定的几何规律排列密切相关。 晶体的离子、原子或分子占据着点阵的结构，两相邻结点的距离叫晶体的晶 10ｍ，与X射线的波长数量级相当。因此，格常数。晶体格点距离的数量级是-8 对X射线来说，晶体实际上是起着衍射光栅的作用，因此可以利用X射线在晶体点阵上的衍射现象来研究晶体点阵的间距和相互位置的排列，以达到对晶体结构的了解。 图4.1 立方晶格最简单的晶格是立方体结构。 如图6.1这种晶格只要用一个边长为ａ的正立方体沿3个直角坐标轴方向重复即可得到整个空间点阵，ａ就称做点阵常数。通过任一格点，可以画出全同的晶面和某一晶面平行，构成一组晶面，所有的格点都在一族平行的晶面上而无遗漏。这样一族晶面不仅平行，而且等距，各晶面上格点分布情况相同。
为了区分晶体中无限多族的平行晶面的方位，人们采用密勒指数标记法。先找出晶面在ｘ、ｙ、ｚ3个坐标轴上以点阵常量为单位的截距值，再取3截距值的倒数比化为最小整数比（ｈ∶ｋ∶ｌ），这个晶面的密勒指数就是（ｈｋｌ）。当然与该面平行的平面密勒指数也是（ｈｋｌ）。利用密勒指数可以很方便地求出一族平行晶面的间距。对于立方晶格，密勒指数为（ｈｋｌ）的晶面族，其面 间距 hkl d可按下式计算：2 2 2l k h a d hkl + + = 图6.2立方晶格在ｘ—ｙ平面上的投影 如图6.2，实线表示（100）面与ｘ—ｙ平面的交线，虚线与点画线分别表示（110）面和（120）面与ｘ—ｙ平面的交线。由图不难看出 2、微波布拉格衍射 根据用X射线在晶体原子平面族的反射来解释X射线衍射效应的理论，如有一单色平行于X射线束以掠射角θ入射于晶格点阵中的某平面族，例如图4.2所示之（100）晶面族产生反射，相邻平面间的波程差为 θ sin 2 100 d QR PQ= +（6.1） 式（6.1）中 100 d是（100）平面族的面间距。若程差是波长的整数倍，则二反射波有相长干涉，即因满足
《电磁场与电磁波》试卷1 一. 填空题（每空2分,共40分） 1．矢量场的环流量有两种特性：一是环流量为0，表明这个矢量场 无漩涡流动 。另一个是环流量不为0，表明矢量场的 流体沿着闭合回做漩涡流动 。 2．带电导体内静电场值为 0 ，从电位的角度来说，导体是一个 等电位体 ，电荷分布在导体的 表面 。 3．分离变量法是一种重要的求解微分方程的方法，这种方法要求待求的偏微分方程的解可以表示为 3个 函数的乘积，而且每个函数仅是 一个 坐标的函数，这样可以把偏微分方程化为 常微分方程 来求解。 4．求解边值问题时的边界条件分为3类，第一类为 整个边界上的电位函数为已知 ，这种条件成为狄利克莱条件。第二类为已知 整个边界上的电位法向导数 ，成为诺伊曼条件。第三类条件为 部分边界上的电位为已知，另一部分边界上电位法向导数已知 ，称为混合边界条件。在每种边界条件下，方程的解是 唯一的 。 5．无界的介质空间中场的基本变量B 和H 是 连续可导的 ，当遇到不同介质的分 界面时，B 和H 经过分解面时要发生 突变 ，用公式表示就是 12()0n B B ?-=，12()s n H H J ?-=。 6．亥姆霍兹定理可以对Maxwell 方程做一个简单的解释：矢量场的 旋度 ，和 散度 都表示矢量场的源，Maxwell 方程表明了 电磁场 和它们的 源 之间的关系。 二．简述和计算题（60分） 1．简述均匀导波系统上传播的电磁波的模式。（10分） 答：（1）在电磁波传播方向上没有电场和磁场分量，即电场和磁场完全在横平面内，这种模式的电磁波称为横电磁波，简称TEM 波。 （2）在电磁波传播方向上有电场和但没有磁场分量，即磁场在横平面内，这种模式的电磁波称为横磁波，简称TM 波。因为它只有纵向电场分量，又成为电波或E 波。 （3）在电磁波传播方向上有磁场但没有电场分量，即电场在横平面内，这种模式的电磁波称为横电波，简称TE 波。因为它只有纵向磁场分量，又成为磁波或M 波。 从Maxwell 方程和边界条件求解得到的场型分布都可以用一个或几个上述模式的适当幅相组合来表征。 2．写出时变电磁场的几种场参量的边界条件。（12分） 解：H 的边界条件 12()s n H H J ?-= E 的边界条件
《电磁场与电磁波》知识点及参考答案 第1章 矢量分析 1、如果矢量场F 的散度处处为0，即0F ??≡，则矢量场是无散场，由旋涡源所 产生，通过任何闭合曲面S 的通量等于0。 2、如果矢量场F 的旋度处处为0，即0F ??≡，则矢量场是无旋场，由散度源所 产生，沿任何闭合路径C 的环流等于0。 3、矢量分析中的两个重要定理分别是散度定理（高斯定理）和斯托克斯定理, 它们的表达式分别是： 散度（高斯）定理：S V FdV F dS ??=?? ?和 斯托克斯定理： s C F dS F dl ???=??? 。 4、在有限空间V 中，矢量场的性质由其散度、旋度和V 边界上所满足的条件唯一的确定。（ √ ） 5、描绘物理状态空间分布的标量函数和矢量函数，在时间为一定值的情况下，它们是唯一的。（ √ ） 6、标量场的梯度运算和矢量场的旋度运算都是矢量。（ √ ） 7、梯度的方向是等值面的切线方向。（ × ） 8、标量场梯度的旋度恒等于0。（ √ ） 9、习题, 。
第2章 电磁场的基本规律 （电场部分） 1、静止电荷所产生的电场，称之为静电场；电场强度的方向与正电荷在电场中受力的方向相同。 2、在国际单位制中，电场强度的单位是V/m(伏特/米)。 3、静电系统在真空中的基本方程的积分形式是： V V s D dS dV Q ρ?==? ?和 0l E dl ?=?。 4、静电系统在真空中的基本方程的微分形式是：V D ρ??=和0E ??=。 5、电荷之间的相互作用力是通过电场发生的，电流与电流之间的相互作用力是通过磁场发生的。 6、在两种媒质分界面的两侧，电场→ E 的切向分量E 1t －E 2t ＝0；而磁场→ B 的法向分量 B 1n －B 2n ＝0。 7、在介电常数为 的均匀各向同性介质中，电位函数为 22 11522 x y z ?= +-,则电场强度E =5x y z xe ye e --+。 8、静电平衡状态下，导体内部电场强度、磁场强度等于零，导体表面为等位面；在导体表面只有电场的法向分量。 9、电荷只能在分子或原子范围内作微小位移的物质称为( D )。 A.导体 B.固体 C.液体 D.电介质 10、相同的场源条件下，真空中的电场强度是电介质中的( C )倍。 A.ε0εr B. 1/ε0εr C. εr D. 1/εr 11、导体电容的大小( C )。 A.与导体的电势有关 B.与导体所带电荷有关 C.与导体的电势无关 D.与导体间电位差有关 12、z ＞0半空间中为ε=2ε0的电介质，z ＜0半空间中为空气，在介质表面无自由电荷分布。
电磁场与微波测量实验报告 学院： 班级： 组员： 撰写人： 学号： 序号：
实验一电磁波反射和折射实验 一、实验目的 1、熟悉S426型分光仪的使用方法 2、掌握分光仪验证电磁波反射定律的方法 3、掌握分光仪验证电磁波折射定律的方法 二、实验设备与仪器 S426型分光仪 三、实验原理 电磁波在传播过程中如遇到障碍物，必定要发生反射，本处以一块大的金属板作为障碍物来研究当电磁波以某一入射角投射到此金属板上所遵循的反射定律，即反射线在入射线和通过入射点的法线所决定的平面上，反射线和入射线分居在法线两侧，反射角等于入射角。 四、实验内容与步骤 1、熟悉分光仪的结构和调整方法。 2、连接仪器，调整系统。 仪器连接时，两喇叭口面应相互正对，它们各自的轴线应在一条直线上，指示 两喇叭的位置的指针分别指于工作平台的90刻度处，将支座放在工作平台上， 并利用平台上的定位销和刻线对正支座，拉起平台上的四个压紧螺钉旋转一个 角度后放下，即可压紧支座。 3、测量入射角和反射角 反射金属板放到支座上时，应使金属板平面与支座下面的小圆盘上的某一对刻 线一致。而把带支座的金属反射板放到小平台上时，应使圆盘上的这对与金属 板平面一致的刻线与小平台上相应90度的一对刻线一致。这是小平台上的0刻 度就与金属板的法线方向一致。 转动小平台，使固定臂指针指在某一角度处，这角度读书就是入射角， 五、实验结果及分析 记录实验测得数据，验证电磁波的反射定律 表格分析： （1）、从总体上看，入射角与反射角相差较小，可以近似认为相等，验证了电磁波的反射定律。 （2）、由于仪器产生的系统误差无法避免，并且在测量的时候产生的随机误差，所以入射角
1 / 9下载文档可编辑 1.已知自由空间中均匀平面波磁场强度瞬时值为： () )] 43(cos[31 ,,z x t-e t z x H +=πωπ y ?? A/m ，求①该平面波角频率ω、频率f 、波长 ②电场、磁场 强度复矢量③瞬时坡印廷矢量、平均坡印廷矢量。 解：① z x z k y k x k z y x ππ43+=++；π 3=x k ， 0=y k ，π4=z k ； ) /(5)4()3(2222 2m rad k k k k z y x πππ=+=++=； λ π 2= k ， )(4.02m k ==πλ c v f ==λ（因是自由空间）， )(105.74 .010388 Hz c f ?=?= = λ ； )/(101528s rad f ?==ππω ② )/(31),() 43(m A e z x z x j y +-=ππ ； ) /()243254331120),(),(),() 43()43(m V e e k z x z x z x z x j z x z x z x j y n +-+--=+??=? =?=ππππ πππηη（③ ()[])/()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 ??（A/m ） () []() [])/()43(cos 322431)] 43(cos[31 )43(cos 243222m W z x t z x t-e z x t H z x z x +-+=+?+--=?=πωπ πωπ πωy ?() ) 43(2432),z x j z x e z x +--=π， )43(31),(z x j y e e z x H +-=ππ () () )/(322461312432Re 21Re 212* )43()43(* m W e e z x z x j y z x j z x av +=?????????????????-=??? ???=+-+-π πππ 2.横截面为矩形的无限长接 地金属导体槽，上部有电位为 的金属盖板；导体槽的侧壁与盖板间有非常小的间隙以保证相互绝缘。试求此导体槽内的电位分布。 解: 导体槽在z 方向为无限长，槽内电位满足直角坐标系中的二维拉普拉斯方程。 由于槽内电位00 x φ ==和0 x a φ ==，则其 通 解 形式为 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=≤<代入上式，得 0001 0()(sinh cosh ) n n n n n n B C y D B C k y D k y ∞ ==+++∑为使上式对y 在0b →内成立，则 0(0,1,2,) n B n ==L 则 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=≤<代入上式， 得 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 ∞==+++∑为使上式对y 在0b →内成立，则0 0A = sin 0 (1,2,) n n A k a n ==L 其 中n A 不能为零，否则0φ≡,故有 sin 0n k a = 得 (1,2,) n n k n a π = =L 则 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=≤≤代入上式，得 1 0sin n n n n x A D a π∞ ==∑ 为使上式对x 在0a →内成立，且0n A ≠则 0(1,2,)n D n ==L 则1 (,)sin sinh n n n x n y x y A a a ππφ∞ ='=∑ 其中n n n A A C '=； (,)(0) x b U x a φ=≤≤代入上式，得 ) 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 ≤≤=?0 2 =??
第2章习题解答 2.2已知半径为a 、长为l 的圆柱体内分布着轴对称的体电荷，已知其电荷密度()0V a ρρρρ =， ()0a ρ≤≤。试求总电量Q 。 解：2π20000 2d d d d π3 l a V V Q V z la a ρρ ρρρ?ρ= ==? ? ?? 2.3 半径为0R 的球面上均匀分布着电荷，总电量为Q 。当球以角速度ω绕某一直径(z 轴)旋转时，试求 其表面上的面电流密度。 解：面电荷密度为 2 04πS Q R ρ= 面电流密度为 002 00 sin sin sin 4π4πS S S Q Q J v R R R R ωθ ρρωθωθ=?== = 2.4 均匀密绕的螺旋管可等效为圆柱形面电流0S S J e J ?=。已知导线的直径为d ，导线中的电流为0I ，试 求0S J 。 解：每根导线的体电流密度为 00 22 4π(/2)πI I J d d = = 由于导线是均匀密绕，则根据定义面电流密度为 04πS I J Jd d == 因此，等效面电流密度为 04πS I J e d ?= 2.6 两个带电量分别为0q 和02q 的点电荷相距为d ，另有一带电量为0q 的点电荷位于其间。为使中间的 点电荷处于平衡状态，试求其位置。当中间的点电荷带电量为-0q 时，结果又如何？ 解：设实验电荷0q 离02q 为x ，那么离0q 为x d -。由库仑定律，实验电荷受02q 的排斥力为 12 214πq F x ε= 实验电荷受0q 的排斥力为 022 1 4π()q F d x ε= - 要使实验电荷保持平衡，即21F F =，那么由0022 211 4π4π() q q x d x εε=-，可以解得 d d x 585.01 22=+= 如果实验电荷为0q -，那么平衡位置仍然为d d x 585.01 22=+=。只是这时实验电荷与0q 和02q 不 是排斥力，而是吸引力。 2.7 边长为a 的正方形的三个顶点上各放置带电量为0q 的点电荷，试求第四个顶点上的电场强度E 。 解：设点电荷的位置分别为()00,0,0q ，()0,0,0q a 和()00,,0q a ，由库仑定律可得点(),,0P a a 处的电 场为 ( ) ( 00 2 22 00001114π4π4π221x y y x x y q q q E e e e e a a q e e εεε? =+++ ?+=+
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 ?? ????++=??= div ； 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 ?=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 的表达 式 ； 7、直角坐标系下方向导数 u l ??的数学表达式是cos cos cos l αβγ????????ｕｕｕｕ＝＋＋ｘｙｚ ，梯度的表达式x y z G e e e grad x y z φφφφφ???=++=?=???； 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。