太原理工2014《电动力学》试卷B
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课程代码: 座位号:新疆大学2008—2009学年度第1学期期末考试《电动力学》试卷姓名: 学号: 专业:学院: 班级:2008年 1 月 12日一、填空题(每一个空二分,共20分)(1) 激化强度矢量P 和磁化强度矢量M 所要满足的微分方程分别是: , ,相应的积分方程分别是 , 。
(2) 四维电磁势=μA ( ) 的Lorentz 规范条件是: ; (3) 四维电磁场强张量F μσ用三为电磁场强E 、B 和四维电磁势A μ的表示形式分别是:F μσ⎛⎫ ⎪ ⎪= ⎪ ⎪⎝⎭,F μσ= 。
(4) 电荷守恒定律为________________________,其四维协变形式为 。
二、简答题(本题共4小题,每题5 分,共20分)(5) 简述狭义相对论的两条基本原理。
(6) 假设参考系),(t c x ''∑'沿参考系),(ct x ∑的x 轴正方向以速度v 运动。
写出),(ct x ∑与),(t c x ''∑' 之间的 (i )正反Galileo 变换;(ii )正反Lorentz 变换;(iii )说明二种变换间的关系。
(7) 如果达朗贝尔(d’Alember t )方程超前势为0(,/)(,)4VJ x t r c A x td Vrμπ'+'=⎰,01(,/)(,)4Vx t r c x t d V rρϕπε'+'=⎰,则写出该方程的推迟势解,并与静电场的标势、恒定磁场的矢势的Poisson 方程的特解比较,说明它们的差别。
(8) 证明两个任意四维矢量K μ和P μ的内积K P μμ在Lorentz 变换下的不变量。
三、计算题(本大题共5小题,最后二题选作一个题,每题10分,共40分。
)(9) 设一物体的静止长度为0l ,此物体的长度方向在相对于它静止的参考系上看,与运动方向成角0θ。
证明一般Lorentz收缩关系0l l =,和0tg tg θθ=β=v /c 。
电动力学试题一、简答题(每题50分,共计100分)1. 请解释静电场标势的物理意义?2. 请解释静磁场矢势的物理意义?(P75)引入矢势A的根据是:磁场的无源性。
矢势A的物理意义是,它沿任一闭合回路的环量代表通过以该回路为界的任一曲面的磁通量。
只有A的环量才有物理意义,而每点上的A(x)值没有直接的物理意义。
3. 阿哈罗诺夫-玻姆(Aharonov-Bohm)效应的存在表明了什么?(P90)4. 请分别写出在洛仑兹规范和库仑规范下电磁场标势矢势所满足的波动方程,试比较它们的特点。
P156(1.8式和1.9式)5. 请写出能量守恒定律的积分式,并说明其物理意义?(P30的6.1式)6. 请写出电荷守恒定律的微分形式,并说明其物理意义?(P9的2.5式)7. 已知海水的µ=1,σ=1 s/m ,频率为105HZ 的电磁波在海水中的穿透深度。
(同计算题6)8. 请写出真空中光速C 与00εμ关系式,并计算出真空中的光速。
(P114的1.22式)9. 请写出边长为 L 1、L 2、L 3的矩形谐振腔的本征频率表达式,若L 1≥L 2≥L 3,则最低频率的谐振波模是什么?其谐振频率和相应的电磁波波长是多少?(P131)10. 请写出边长为a、b的矩形波导管的截止表达式,若a b,则TE10波的最低截止频率多少?若波导管中为真空,则此时最低截止频率和相应的截止波长是多少?(P134)11.写出电场和磁场的推迟势表达式,并说明他们的物理意义。
P160(2.12式和2.13式)二、计算题(每题50分,共计100分)1.(每题50分,共100分)已知电荷Q均匀分布于半径为a的球体内。
(P7例题)求:(1)球体内、外各点的电场强度;(2)根据上面求出的结果直接计算球体内、外电场的散度。
2.(50分)有一平面电磁波在空间传播,其电场强度表达式为:)]102102([100,62t Z i exP e t x E x ⨯-⨯=-πππ)(求: (1)频率、波长和波速; (2)若介质的磁导率米亨利7104-⨯=πμ,求磁场强度;(3)求在单位时间内从一个与x--y 平面平行的单位面积通过的电磁场能量。
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 B0 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 cE E)sin(0 ,求证此平面电磁波的磁场强度为i t z cc 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 。
电动力学期末考试物理学 专业 级 班 《电动力学》 试卷B一.填空(每空1分,共14分)1. a为常矢量,则=⋅∇)(r a, r a )(∇⋅=2. 能量守恒定律的积分式是-⎰⋅σd s =⎰⋅dV f ν +dV w dtd ⎰,它的物理意义是_____________________3. B =▽⨯A ,若B确定,则A _______(填确定或不确定),A 的物理意义是 4. 在某区域内能够引入磁标势的条件是 5. 电四极矩有几个独立分量?答:6.金属内电磁波的能量主要是电场能量还是磁场能量?答: 7.良导体条件是________________8. 库仑规范辅助条件为____________;洛伦兹规范辅助条件为____________,在此条件下,达朗贝尔矢势方程为________________________________ 9. 爱因斯坦提出了两条相对论的基本假设:⑴ 相对性原理:_______________________________________________________________________ ⑵ 光速不变原理:____________________________________________________________________二. 单项选择(每题2分,共26分)1. 导体的静止条件归结为以下几条,其中错误的是( )A. 导体内部不带电,电荷只能分布于导体表面B. 导体内部电场为零C. 导体表面电场线沿切线方向D. 整个导体的电势相等⑵反称张量T与矢量f 点乘有 f T T f ⋅-=⋅⑶并矢B A 等于并矢A BA.0个 B. 1个 C. 2个 D. 3个3.对于均匀带电的长形旋转椭球体,有( ) A.电偶极矩不为零,电四极矩也不为零 B.电偶极矩为零,电四极矩不为零 C.电偶极矩为零,电四极矩也为零 D.电偶极矩不为零,电四极矩为零 4.有关复电容率ωσεεi+='的描述正确的是( ) A. 实数部分ε代表位移电流的贡献,它不能引起电磁波功率的耗散;虚数部分是传导电流的贡献,它引起能量耗散B. 实数部分ε代表传导电流的贡献,它不能引起电磁波功率的耗散;虚数部分是位移电流的贡献,它引起能量耗散C. 实数部分ε代表位移电流的贡献,它引起电磁波功率的耗散;虚数部分是传导电流的贡献,它不能引起能量耗散D. 实数部分ε代表传导电流的贡献,它引起电磁波功率的耗散;虚数部分是位移电流的贡献,它不能引起能量耗散5.已知矢势ψ∇+='A A ,则下列说法错误的是( )A. A 与A '对应于同一个磁场BB. A 和A'是不可观测量,没有对应的物理效应C. 只有A 的环量才有物理意义,而每点上的A值没有直接物理意义 由磁场B并不能唯一地确定矢势A6.波矢量αβi k +=,有关说法正确的个数是( )⑴矢量α和β的方向不常一致⑵α为相位常数,β为衰减常数⑶只有实部β才有实际意义A. 0个B. 1个C. 2个D. 3个7.频率为91030⨯HZ 的微波,在0.7cm ⨯0.6cm 的矩形波导管中,能以什么波模传播?( ) A. 01TE B. 10TE C. 10TE 及01TE D. 11TE8.=⨯⋅∇)(B A( )A.)()(A B B A ⨯∇⋅+⨯∇⋅B.)()(A B B A ⨯∇⋅-⨯∇⋅C.)()(B A A B⨯∇⋅-⨯∇⋅ D. B A ⨯⋅∇)(⑴ 电磁波为横波,E 和B 都与传播方向垂直 ⑵ E 和B 互相垂直,E ×B 沿波矢K 方向 ⑶ E 和B 同相,振幅比为v 以上3条描述正确的个数为( )A. 0个B. 1个C. 2个D. 3个 10.谐振腔的本征频率表达式为232221)()()(l p l n l m mnp ++=μεπω 若321l l l ≤≤,则最低频率的谐振波模为( ) A. (0,1,1) B. (1,1,0) C. (1,1,1) D. (1,0,0)11.相对论有着广泛的实验基础,下列实验中不能验证相对论的是( )A. 碳素分析法测定地质年代B. 横向多普勒效应实验C. 高速运动粒子寿命的测定D.携带原子钟的环球飞行试验12.根据相对论理论下列说法中正确的个数为( ) ⑴时间和空间是运动着的物质存在的形式 ⑵离开物质及其运动,就没有绝对的时空概念 ⑶时间不可逆地均匀流逝,与空间无关⑷同时发生的两个事件对于任何惯性系都是同时的 ⑸两事件的间隔不因参考系的变换而改变 A. 1个 B. 2个 C. 3个 D. 4个13.学习电动力学课程的主要目的有下面的几条,其中错误的是( ) A. 掌握电磁场的基本规律,加深对电磁场性质和时空概念的理解B. 获得本课程领域内分析和处理一些基本问题的初步能力,为以后解决实际问题打下基础C. 更深刻领会电磁场的物质性,加深辩证唯物主义的世界观D. 物理理论是否定之否定,没有绝对的真理,世界是不可知的三.证明(每题6分,共12分)1.写出介质中的麦克斯韦方程组,并从麦克斯韦方程组出发证明均匀介质内部的体极化电荷密度p ρ总是等于体自由电荷密度f ρ的)1(0εε--倍。
电动力学考试题(A) Array一、填空题(每题2分,共20分)1、一个电荷周围的空间存在着一种特殊的物质,称为_____。
2、电荷只直接激发其____的场,而远处的场则是通过场本身的内部作用传递出去的。
3、矢势A的___才有物理意义,而每点上的A值没有直接的物理意义。
4、静磁场是有旋无源场,磁感应线总是____曲线。
5、规范不变性是决定相互作用形式的一条基本原理。
传递这些相互作用的场称为______。
6、相对论主要是关于_____的理论。
7、洛伦兹变换反映了相对论的______。
8、在相对论的时空结构中,若S2=0,这类型的间隔称为____间隔。
9、相对性原理要求表示物理规律的方程具有______。
10、四维势矢量Aμ=(A,i /c)的第___维分量表示了标势。
二、判断题(对的打V ,不对的打×)(每题3分,共15分)1、只有在静电情况下,远处的场才能以库仑定律形式表示出来。
()2、静磁场是无源有旋场。
()3、矢势A的环量才有物理意义,而每点上的A值也有一定的物理意义。
()4、变化着的电场和磁场互相激发,形成在空间中传播的电磁波。
()5、相对论主要是关于物体运动的理论。
()三、简答证明题(每题5分,共25分)1、位于坐标原点的点电荷的密度为:2、写出静电势在介质分界面上的边值关系。
3、波矢量K的物理意义是:4、矩形波导管的长宽分别为2厘米和1厘米,则可存在的电磁波的最大波长为:5、证明是矢量。
四、计算题(共40分)1、已知为常矢。
求:(5分)2、半径为R0的导体球置于均匀外电场E0中,写出求解静电势的定解条件。
(7分)3、证明两平行无穷大理想导体平面之间可以传播一种偏振的TEM电磁波。
(8分)4、求一个沿z轴作简谐振动的带电粒子Q的辐射场(z=z0e-iωt)。
(10 分)5、一把直尺相对于坐标∑系静止,直尺与x轴交角θ。
今有一观察者以速度υ沿x轴运动,他看到直尺与x轴交角θ'有何变化?(10 分)。
精品文档电动力学期末考试物理学专业级班《电动力学》试卷B题号一二三四五总分得分得分评卷人一.填空(每空1 分,共 14 分)1. a 为常矢量,则( a r ),( a ) r =2.能量守恒定律的积分式是-s d = f dV + dwdV ,它的物理意义是_____________________ dt3. B =▽ A , 若 B 确定,则 A _______(填确定或不确定), A 的物理意义是4.在某区域内能够引入磁标势的条件是5.电四极矩有几个独立分量?答:6.金属内电磁波的能量主要是电场能量还是磁场能量?答:7.良导体条件是 ________________8.库仑规范辅助条件为 ____________;洛伦兹规范辅助条件为 ____________,在此条件下,达朗贝尔矢势方程为________________________________9.爱因斯坦提出了两条相对论的基本假设:⑴相对性原理: _______________________________________________________________________⑵光速不变原理: ____________________________________________________________________得分评卷人二.单项选择(每题 2 分,共 26 分)1.导体的静止条件归结为以下几条 , 其中错误的是 ( )A.导体内部不带电 , 电荷只能分布于导体表面B.导体内部电场为零C.导体表面电场线沿切线方向D. 整个导体的电势相等2.下列表述正确的个数是()⑴单位张量和任一矢量的点乘等于该矢量⑵反称张量 T 与矢量f点乘有 f T T f⑶并矢 AB 等于并矢 BAA. 0 个B. 1个C. 2个D. 3个3.对于均匀带电的长形旋转椭球体,有()A.电偶极矩不为零,电四极矩也不为零B.电偶极矩为零,电四极矩不为零C.电偶极矩为零,电四极矩也为零D.电偶极矩不为零,电四极矩为零4.有关复电容率i的描述正确的是()A.实数部分代表位移电流的贡献,它不能引起电磁波功率的耗散;虚数部分是传导电流的贡献,它引起能量耗散B.实数部分代表传导电流的贡献,它不能引起电磁波功率的耗散;虚数部分是位移电流的贡献,它引起能.精品文档量耗散C.实数部分代表位移电流的贡献,它引起电磁波功率的耗散;虚数部分是传导电流的贡献,它不能引起能量耗散D.实数部分代表传导电流的贡献,它引起电磁波功率的耗散;虚数部分是位移电流的贡献,它不能引起能量耗散5.已知矢势A A, 则下列说法错误的是 ( )A. A 与 A 对应于同一个磁场 BB. A 和 A 是不可观测量 , 没有对应的物理效应C.只有 A 的环量才有物理意义 , 而每点上的 A 值没有直接物理意义由磁场 B 并不能唯一地确定矢势A6.波矢量k i, 有关说法正确的个数是()⑴矢量和的方向不常一致⑵为相位常数,为衰减常数⑶只有实部才有实际意义A. 0个B. 1个C. 2个D. 3个7.频率为30109HZ的微波,在0.7cm0.6cm 的矩形波导管中,能以什么波模传播?()A.TE01B.TE10C.TE10及 TE01D.TE118.( A B)()A. A (B) B (A)B. A (B) B (A)C. B (A) A (B)D.(A)B9.平面电磁波的特性描述如下:⑴电磁波为横波, E 和 B 都与传播方向垂直⑵ E 和 B 互相垂直, E× B 沿波矢 K 方向⑶ E 和 B 同相,振幅比为 v以上 3 条描述正确的个数为()A. 0 个B. 1个C. 2个D. 3个10.谐振腔的本征频率表达式为( m )2( n )2( p )2mnpl 1l 2l 3若 l1l 2l 3,则最低频率的谐振波模为()A. (0,1,1)B. (1,1,0)C. (1,1,1)D. (1,0,0)11.相对论有着广泛的实验基础, 下列实验中不能验证相对论的是( )A.碳素分析法测定地质年代B.横向多普勒效应实验C.高速运动粒子寿命的测定D. 携带原子钟的环球飞行试验12.根据相对论理论下列说法中正确的个数为()⑴时间和空间是运动着的物质存在的形式⑵离开物质及其运动,就没有绝对的时空概念⑶时间不可逆地均匀流逝,与空间无关⑷同时发生的两个事件对于任何惯性系都是同时的⑸两事件的间隔不因参考系的变换而改变A. 1个B. 2个C. 3个D. 4个13.学习电动力学课程的主要目的有下面的几条, 其中错误的是 ( ) .精品文档A.掌握电磁场的基本规律 , 加深对电磁场性质和时空概念的理解B.获得本课程领域内分析和处理一些基本问题的初步能力, 为以后解决实际问题打下基础C.更深刻领会电磁场的物质性 , 加深辩证唯物主义的世界观D.物理理论是否定之否定 , 没有绝对的真理 , 世界是不可知的得分评卷人三.证明(每题 6 分,共 12 分)1.写出介质中的麦克斯韦方程组,并从麦克斯韦方程组出发证明均匀介质内部的体极化电荷密度p 总是等于体自由电荷密度f的(10 )倍。
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∇•=来自库仑定律,说明电荷是电场的源,电场是有源场。
0B ∇•=来自毕—萨定律,说明磁场是无源场.B E t ∂∇⨯=-∂来自法拉第电磁感应定律,说明变化的磁场B t ∂∂能产生电场。
D H J t ∂∇⨯=+∂来自位移电流假说,说明变化的电场Dt∂∂能产生磁场。
1-2) 在介质中积分形式为LS dE dl B dS dt=-⎰⎰, f LS dH dl I D dS dt=+⎰⎰, f SD dl Q =⎰,0SB dl =⎰.2)电位移矢量D 和磁场强度H 并不是明确的物理量,电场强E 度和磁感应强度B ,两者在实验上都能被测定。
D 和H 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 tρ∂∇+=∂. 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 ⨯-=,()21n e H H α⨯-=,()21n e D D σ•-=,()210n e B B •-=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0,0D +=得1f D σ=.同理得2f D σ=。
由于是线性介质,有D E ε=,得1111f D E σεε==,2222fD E σεε==。
在两个介质表面上,由于没有自由电荷,由()021n n p f E E εσσ-=+得()0002121p fE E εεσεσεε⎛⎫=-=-⎪⎝⎭ 介质1和下表面分界处,有00111p f f E εσσεσε⎛⎫'=-+=--⎪⎝⎭介质2和上表面分界处,有00221p f f E εσσεσε⎛⎫''=-=-⎪⎝⎭5)在电磁场中, 能流密度S 为S E H =⨯, 能量密度变化率w t∂∂为w D B E H t t t ∂∂∂=+∂∂∂。
精品文档《电动力学》试题(A )一. 单选题(每题3分,共24分)1.洛伦兹变换是同一事件在两个惯性系中的时空坐标变换;2.介质内极化电荷体密度决定于极化强度P的散度;4.带电粒子辐射电磁波的必要条件是粒子具有加速度; 7.若 A 是四维矢量,则x A 是四维标量;8.在不同介质分界面处,磁场边值关系:磁感应强度的法向分量是连续的; 二. 填空题(每小题4分,共24分)1.电磁波入射到导体表面时,透入深度随频率增大而____减小___________.2.用电导率σ、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_______1_________条件时是良导体.3.当振荡电偶极子的频率变为原来的2倍时,辐射功率将变成原来的__16____倍.4.对不同的惯性系,电荷是守恒量,由此可得出结论,当电荷作高速运动时,其体积__缩小_,电荷密度_______变大_______.5. 真空中平面z=0为带电平面,电荷密度为σ,则在z=0处电势应满足边值关系 21 和12z z . 6.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_______色散____现象.三.(13分)利用真空中的麦克斯韦方程组和电磁势的定义推导电磁势A满足的达朗贝尔方程:j tA c A 022221 解:把电磁势的定义: A B 和tAE代入真空中的场方程(4分)tE J B000得:)(000tAt J A(2分)注意到:A A A 2)( 及2001c 将上式整理后得:J tc A t A c A 022222)1(1 (4分)精品文档利用洛伦兹条件:012 t c A,得:J tA c A 022221 (3分)四.(20分)设有平面电磁波:x t z i e e E)102102(62100 V/m,求:1. 圆频率、波长、介质中的波速、电矢量的偏振方向和波的传播方向;2. 若该介质的磁导率7104 HM -1,问它的介电常数 是多少?解:1)圆频率Hz 6102 (1分)波长)(100102222M k(2分) 介质中的波速kv(2分))/(10102102826S M (1分) 电矢量的偏振方向为x 方向(1分),波传播方向是z 轴正向.(1分)2)由1v 得21v(3分) 287)10(1041= 4109(F/M)≈7.96×10-11F/M (2分) 五.(13分)真空中有一个半径为R 0的带电球面,面电荷密度为 cos 0 (其中σ0为常数),试用分离变量法求空间的电势分布.解:设球内外空间的电势分别为φ1和φ2在球内外均有ρ=0,故φ1和φ2都满足拉氏方程. (2分)显然本问题是轴对称的,以球心为坐标原点,以θ=0的方向为z 轴,建立球坐标系. (1分)考虑到边界条件: R →0时, φ1有限R →∞时,φ2→0 (2分) 可令尝试解为:)(cos 1101 RP a a ;)(cos 12102 P R b R b(2分)由边值关系当R=R0时, φ1=φ2 ;精品文档cos 01020R R (2分)得:)(cos )(cos 1201001010 P R bR b P R a a;)(cos )(cos )(cos 2101113120 P P a P R b R b(2分)比较方程两边Pn(cos θ)多项式的系数,可得:00 b a ;0013a , 3013R b (2分)于是: cos 3001R ; cos 3230002R R从解题过程中可看出, φ1与φ2满足本问题的所有边界条件及边值关系,是本问题唯一正确的解.(2分)《电动力学》试题(B )3.辐射功率P 与距离无关,能量可以电磁波的形式传播到远处.4.在相对论中空间距离是不变的;5.在介质分界面上电磁场发生突变:电场强度E 的法向分量突变是由总电荷面密度σ引起的;A. 6. 电磁场能量传播的方向既垂直于电场又垂直于磁场的方向; 7.电磁波能在矩形波导内传播的条件是a 2A. 8.通过洛伦兹变换不能改变无因果关系的两事件的先后次序;三. 填空题(每小题4分,共24分)1.麦克斯韦方程组的微分形式在____两种介质的分界面处___不适用.2.在导体中的电磁波是衰减的,导体的电导率愈__大___,衰减得愈快.3.当振荡电偶极子的振幅变为原来的2倍时,辐射功率将变成原来的__4___倍.4.当满足条件_______ v<<c_____时,洛伦兹变换将回到伽利略变换.5.边界条件 )(12D D n ,可用电势φ表示为_______n n 1122______.6.光子的静止质量为零,光子的能量和动量之间的关系是_____ E=cP___.三(13分)证明:当电势作下列规范变换A A A' , 时,电磁场保持不变.解:1)A A A)(' (2分)t'精品文档B A(3分)B A' (3分)2))()('' A tt t A(2分)t AE(3分)四. (13分)真空中的平面电磁波:)(5.2)1062(8y x t z i e e e HA/m,求:1. 频率、波长、波速和波的传播方向;2. 相应的磁场E;解:1)由H 的表达式知:8810321062 f (Hz ) (2分) 2 k (m-1),12k (m) (2分)8103 v (m/s) (1分)波传播方向为Z 轴负方向。
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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ϕe
; 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 -.
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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_________________;
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四. 计算题(共48分)(1、2、3小题为必答题;4、5小题可任选一题,若两题都答
者,按得分最高的一题计入。
)
1. (15分)一均匀平面电磁波V/m e π180)
33
3(i t z x y e E ω--= ,在相对介电常数为
1,4==r r με的理想介质中传播。
试计算:
(1) 该电磁波的波长、相速度; (2) 该电磁波的磁场强度矢量; (3) 平均能流密度。
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2. (10分)已知一个天线在远区产生的辐射磁场为
ϕωθe R
H
H t R k )(i 00e sin i -=
求:(1) 该天线的辐射电场; (2)辐射最强的方向; (3) 该天线的辐射功率。
3.(13分)空气中有一总电量为Q、半径为a、介电常数为 的均匀带电球。
试计算:
(2)静电场总能量的大小。
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4.(10分)真空中有一半径为a的接地导体
球,AB是它的一条切线,OB 和OA间的夹角为
60,如图2所示。
若在B点放一点电荷Q,试求:
(1)导体球面点A处的感应电荷面密度;(2)若去掉接地导线,结果又如何?
图1 第五题第4小题图
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5.(10分)在均匀外电场0E
知该球壳的内、外径分别为a 、b ,且接地,如图所示。
试用分离变量法计算导体周围的电势。
五.简答题(12分)(可任选一题,若两题都答者,按得分最高的一题计入。
) 1.电磁现象的普遍规律主要由哪几个基本定律组成?试写出它们的数学表达式,并进行简要说明。
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2.写出麦克斯韦方程组的微分形式,并说明其物理意义。
考试中可能用到的公式:
1、 球坐标系:ϕ
θ
ϕθθϕθθθ
F r rF F r e r e r e r F r
r sin sin sin 12∂∂∂∂∂∂=
⨯∇
;
2、球坐标系:01sin sin 112
222222
=∂∂+⎪⎭⎫ ⎝
⎛∂∂∂∂+⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂∂∂=∇ϕφ
θφθθθφφr r r r r r 。