电磁场与电磁波复习资料

电磁场与电磁波知识点复习一、电磁场的基本概念电磁场是由电场和磁场相互作用而形成的一种物理场。

电场是由电荷产生的，而磁场则是由电流或变化的电场产生的。

电荷是产生电场的源，库仑定律描述了两个静止点电荷之间的相互作用力与它们电荷量的乘积成正比，与它们之间距离的平方成反比。

电场强度是描述电场强弱和方向的物理量，其定义为单位正电荷在电场中所受到的力。

电流是产生磁场的源，安培定律描述了电流元之间的相互作用。

磁场强度则是描述磁场强弱和方向的物理量。

二、电磁波的产生电磁波是由时变的电场和时变的磁场相互激发而产生，并在空间中以一定的速度传播。

变化的电流和电荷分布都可以产生电磁波。

例如，一个振荡的电偶极子就是一种常见的电磁波源。

当电偶极子中的电荷来回振动时，周围的电场和磁场也随之发生周期性的变化，从而产生电磁波向空间传播。

三、电磁波的性质1、电磁波是横波电磁波中的电场强度和磁场强度都与电磁波的传播方向垂直，这是电磁波作为横波的重要特征。

2、电磁波的传播速度在真空中，电磁波的传播速度恒定，等于光速 c，约为 3×10^8 米/秒。

3、电磁波的频率和波长频率和波长是描述电磁波的两个重要参数，它们之间的关系为：波长＝光速／频率。

电磁波的频率范围非常广泛，从低频的无线电波到高频的伽马射线。

4、电磁波的能量电磁波具有能量，其能量密度与电场强度和磁场强度的平方成正比。

四、麦克斯韦方程组麦克斯韦方程组是描述电磁场基本规律的一组方程，包括四个方程：高斯定律、高斯磁定律、法拉第电磁感应定律和安培麦克斯韦定律。

高斯定律描述了电场的通量与电荷量之间的关系；高斯磁定律表明磁场的通量总是为零；法拉第电磁感应定律说明了时变磁场可以产生电场；安培麦克斯韦定律则指出时变电场也可以产生磁场。

这组方程统一了电学和磁学现象，预言了电磁波的存在，并奠定了现代电磁学的基础。

五、电磁波的传播电磁波在不同介质中的传播特性不同。

在均匀介质中，电磁波遵循直线传播规律；当电磁波从一种介质进入另一种介质时，会发生折射和反射现象。

一、判断1. 安培环路定理中，其电流I 是闭合曲线所包围的电流；2. 恒定磁场是无源、有旋场； P1113. 体电荷密度的单位是C/m3； P344. 面电荷密度的单位是C/m2； P355. 线电荷密度的单位是C/m ； P356. 体电流密度的单位是A/m2 ；P367. 面电流密度的单位是A/m ； P378. 矢量场A 的散度是一个标量；9. 如果0F ∇∙=，则F A =∇⨯； P2710. 如果0F ∇⨯=，则F u =-∇ ；P2611. 判断回路中是否会出现感应电动势，则看回路所围面积的磁通是否变化； P6312. 静电场的电容C 比拟恒定电场的电导G ；13. 静电场的电位移矢量D 比拟恒定电场的电流密度J ；P10814. 静电场的介电常数ε比拟恒定电场的电导率σ；P10815. 时变电磁场的能量以电磁波的形式进行传播； P17216. 在无源空间中，电流密度和电荷密度处处为0； P17217. 坡印延定理描述的是电磁能量守恒关系； P17618. 电导率为有限值的导电煤质存在损耗； P20519. 在理想导体内不存在电场强度和磁场强度；20. 弱导电煤质的损耗很小； P20821. 在两种煤质的分界面上，存在面电流分布时，磁场强度H 的切向分量不连续； P7922. 在两种煤质的分界面上，不存在面电流分布时，磁场强度H 的切向分量连续； P7923. 在两种煤质的分界面上，电场强度E 切向分量连续； P7924. 在两种煤质的分界面上，磁感应强度B 的法向分量连续； P7925. 在两种煤质的分界面上，存在面电荷时，电位移矢量D 的法向分量不连续； P7926. 在两种煤质的分界面上，不存在面电荷时，电位移矢量D 的法向分量连续； P7927. 无旋场，其场量可以表示为另一个标量场的梯度； P2628.无散场，其场量可以表示为另一个矢量场的旋度；P2729.梯度的定义与坐标系无关，但具体表达式与坐标系有关；P1230.均匀平面波在理想介质中，其本征阻抗是实数；P19731.时谐电磁场中，电场强度的复数表达式中不含时间因子；P18232.载有恒定电流的两个回路之间存在相互作用力；P4533.电偶极子是相距很小距离的两个等值异号的点电荷组成的电荷系统；P4034.麦克斯韦方程表明：时变电场产生磁场，时变磁场产生电场；P7035.静态电磁场是电磁场的一种特殊形式；P8936.静电场最基本的性质是对静止电荷有作用力，表明静电场有能量；P10037.回路中的感应电动势等于穿过回路所围面积磁通量的时间变化率；P6338.静电场和恒定磁场都属于静态电磁场；P8939.在静态场情况下，电场强度可用一个标量电位来描述P90；磁感应强度可用一个矢量磁位来描述；P11140.要在导电煤质中维持恒定电流，必须存在一个恒定电场；P10641.由麦克斯韦方程可以推导建立电磁场的波动方程；P17242.位移电流= 时变电场；P7043.电磁能量是通过电磁场传输的；44.应用最多的是时谐电磁场；P18045.均匀平面波在理想介质中，电场、磁场与传播方向之间相互垂直，是横电磁波（TEM波）；电场和磁场的振幅不变；波阻抗为实数；电场与磁场同相位；电磁波的相速与频率无关；电场能量密度等于磁场能量密度；P19646.均匀平面波在导电煤质中，电场、磁场与传播方向之间相互垂直，仍然是横电磁波（TEM波）；电场与磁场的振幅呈指数衰减；波阻抗为复数，电场与磁场不同相位；电磁波的相速与频率有关；平均磁场能量密度大于平均电场能量密度；P20747.电磁波在良导体中，衰减常数随频率、煤质的磁导率和电导率的增加而增大；P20948.趋肤效应是良导体中的电磁波局限于导体表面附近区域；P20949.散度定理是体积分到面积分的变化；P2050.斯托克斯定理是面积分到线积分的变化；P2451.在无损耗煤质中，电磁波的相速与波的频率无关；52.标量场的梯度是一个矢量；P1353.高斯定理中，电场强度由闭合曲面内的电荷确定；54.均匀平面波在理想导体表面发生透射；55.反射系数和透射系数的差为1；P24456.在两种煤质中间插入四分之一波长的匹配层是为了消除煤质1的表面上的反射；P24057.静态场中的边值问题分为三类。

电磁场电磁波复习重点第一章矢量分析1、矢量的基本运算标量：一个只用大小描述的物理量。

矢量：一个既有大小又有方向特性的物理量，常用黑体字母或带箭头的字母表示。

2、叉乘点乘的物理意义会计算3、通量源旋量源的特点通量源：正负无旋度源：是矢量，产生的矢量场具有涡旋性质，穿过一曲面的旋度源等于（或正比于）沿此曲面边界的闭合回路的环量，在给定点上，这种源的（面）密度等于（或正比于）矢量场在该点的旋度。

4、通量、环流的定义及其与场的关系通量：在矢量场F中，任取一面积元矢量dS,矢量F与面元矢量dS的标量积F.dS定义为矢量F穿过面元矢量dS的通量。

如果曲面 S 是闭合的，则规定曲面的法向矢量由闭合曲面内指向外；环流：矢量场F沿场中的一条闭合路径C的曲线积分称为矢量场F沿闭合路径C的环流。

如果矢量场的任意闭合回路的环流恒为零，称该矢量场为无旋场，又称为保守场。

如果矢量场对于任何闭合曲线的环流不为零，称该矢量场为有旋矢量场，能够激发有旋矢量场的源称为旋涡源。

电流是磁场的旋涡源。

5、高斯定理、stokes定理静电静场高斯定理：从散度的定义出发，可以得到矢量场在空间任意闭合曲面的通量等于该闭合曲面所包含体积中矢量场的散度的体积分，即散度定理是闭合曲面积分与体积分之间的一个变换关系，在电磁理论中有着广泛的应用。

Stokes定理：从旋度的定义出发，可以得到矢量场沿任意闭合曲线的环流等于矢量场的旋度在该闭合曲线所围的曲面的通量，即斯托克斯定理是闭合曲线积分与曲面积分之间的一个变换关系式，也在电磁理论中有广泛的应用。

6、亥姆霍兹定理若矢量场在无限空间中处处单值，且其导数连续有界，源分布在有限区域中，则当矢量场的散度及旋度给定后，该矢量场可表示为亥姆霍兹定理表明：在无界空间区域，矢量场可由其散度及旋度确定。

第二章电磁场的基本规律1、库伦定律（大小、方向）说明：1）大小与两电荷的电荷量成正比，与两电荷距离的平方成反比；2）方向沿q1 和q2 连线方向，同性电荷相排斥，异性电荷相吸引；3）满足牛顿第三定律。

电磁场与电磁波总复习一、单项选择题 1．两个矢量的矢量积（叉乘）满足以下运算规律（ B ）A. 交换律A B B A⨯=-⨯ B. 分配率()A B C A B A C⨯+=⨯+⨯C. 结合率D. 以上均不满足2. 下面不是矢量的是（ C ） A. 标量的梯度B. 矢量的旋度C.矢量的散度D. 两个矢量的叉乘3. 下面表述正确的为（ B ）A. 矢量场的散度结果为一矢量场B. 标量场的梯度结果为一矢量(具有方向性，最值方向)C. 矢量场的旋度结果为一标量场D. 标量场的梯度结果为一标量4. 矢量场的散度在直角坐标下的表示形式为（ D ） A．A A A x y z∂∂∂++∂∂∂B ．y x z x y z A A A e e e x y z∂∂∂++∂∂∂ C ．x y z A A Ae e e x y z∂∂∂++∂∂∂D ．y x zA A A x y z∂∂∂++∂∂∂5. 散度定理的表达式为（ A ）体积分化为面积分 A.sVA ds AdV ⋅=∇⋅⎰⎰⎰⎰⎰ÒB.sVA ds A dV⨯=∇⋅⋅⎰⎰⎰⎰⎰ÒC.sVA ds A dV ⨯=∇⨯⋅⎰⎰⎰⎰⎰ÒD.sVA ds A dV ⋅=∇⨯⋅⎰⎰⎰⎰⎰Ò6. 斯托克斯定理的表达式为（ B ）面积分化为线积分A. ()LsA dl A ds ⋅=∇⋅⋅⎰⎰⎰Ñ B.()LsA dl A ds⋅=∇⨯⋅⎰⎰⎰ÑC. ()LsA dl A ds ⨯=∇⨯⋅⎰⎰⎰Ñ D.()LsA dl A ds ⋅=∇⋅⋅⎰⎰⎰Ñ7. 下列表达式成立的是（ C ） 两个恒等式()0A ∇∇⨯=g ，()0u ∇⨯∇=A. ()sVAds A dV =∇⨯⋅⎰⎰⎰⎰⎰Ò； B.()0u ∇∇=g ；C.()0A ∇∇⨯=g ； D.()0u ∇⨯∇=g8. 下面关于亥姆霍兹定理的描述，正确的是（ A ）（注：只知道散度或旋度，是不能全面反映场的性质的）A. 研究一个矢量场，必须研究它的散度和旋度，才能确定该矢量场的性质。

【基础知识归纳】大小和方向都做周期性变化的电流叫做振荡电流．能产生振荡电流的电路叫振荡电路，L C 电路是最简振荡电路中产生振荡电流的过程中，线圈中的电流、电容器极板上的电量及其与之相联系的磁场能、1．振荡原理：利用电容器的充放电和线圈的自感作用产生振荡电流，形成电场能和磁场能的周期性2．振荡过程：电容器放电时，电容器所带电量和电场能均减少，直到零；电路中的电流和磁场能均增大，直到最大值．充电时，情况相反．电容器正反向充放电一次，便完成一次振荡的全过程．图13—2—1图13—2—13．周期和频率：电磁振荡完成一次周期性变化所用的时间叫做电磁振荡的周期．1 s 内完成电磁振荡的次数叫做电磁振荡的频率．对LCT ＝LCπ2 f ＝LCπ21三、电磁场和电磁波1（1（2）不仅电流能够产生磁场，变化的电场也能产生2变化的电场和磁场总是相互联系的，形成一个不可分割的统一体，即为电磁场，电磁场由近及远的传3在真空中，任何频率的电磁波的传播速度都等于光速c ＝3.00×108 m/s ．其波速、波长、周期频率间关系为：c ＝Tλ＝f λ（1）麦克斯韦从理论上预言了电磁波的存在，赫兹用实验成功的证实了电磁波的存在． （2）在电磁波中，电场强度和磁感应强度是互相垂直的，且都和电磁波的传播方向垂直，所以电磁（3）电磁波的（41．调制：在无线电应用技术中，首先将声音、图象等信息通过声电转换、光电转换等方式转为电信号，这种电信号频率很低，不能用来直接发射电磁波．把要传递的低频率电信号“加”到高频电磁波上，1．电谐振：当接收电路的固有频率跟接收到的电磁波的频率相同时，接收电路中产生的振荡电流最2．调谐：调谐电路的固有频率可以在一定范围内连续改变，将调谐电路的频率调节到与需要接收的某个频率的电磁波相同，即，使接收电路产生电谐振的过程叫做调谐．3．检波：从接收到的高频振荡中分离出所携带的信号的过程叫做检波．检波是调制的逆过程，也叫4．无线电的接收：天线接收到所有的电磁波，经调谐选择出所需要的电磁波，再经检波取出携带的电视系统主要由摄像机和接收机组成．把图象各个部位分成一系列小点，称为像素，每幅图象至少要有几十万个像素．摄像机将画面上各个部分的光点，根据明暗情况逐点逐行逐帧地变为强弱不同的信号电中国电视广播标准采用每1 s传送25帧画面，每帧由625雷达是利用无线电波来测定物体位置的无线电设备，一般由天线系统、发射装置、接收装置、输出装【方法解析】麦克斯韦电磁理论是理解电磁场和电磁波的关键所在，应注意领会以下内容：变化的磁场可产生电场，产生的电场的性质是由磁场的变化情况决定的，均匀变化的磁场产生稳定的电场，非均匀变化的磁场产生【典型例题精讲】［例1］L C振荡电路中，某时刻磁场方向如图13—2—2所示，则下列说法错误的是图13—2—2ABCD．若电容器【解析】先根据安培定则判断出电流的方向，若该时刻电容器上极板带正电，则可知电容器处于充电阶段，电流应正在减小，知A若该时刻电容器上极板带负电，则可知电容器正在放电，电流正在增强，知B叙述正确，由楞次定律知D叙述亦正确．因而错误选项只有C【思考】（1）若磁场正在增强，则电场能和磁场能是如何转化的?电容器是充电还是放电?线圈两端的电压是增大还是减小?（2）若此时磁场最强（t＝0），试画出振荡电流ｉ和电容器上板带电量q随时间t变化的图象?（3）若使该振荡电路产生的电磁波的波长更短些，可采取什么措施?（包括：线圈匝数、铁芯、电介【思考提示】（1）磁场增强，磁场能增大，电场能减小，电容器放电，电容器两端电压降低，线圈（2LC，为减小λ，需减小L或C．（3）根据λ＝cT和T＝2π【设计意图】［例2］某电路中电场随时间变化的图象如图13—2—3所示，能发射电磁波的电场是图13—2—3【解析】变化的电场可产生磁场，产生的磁场的性质是由电场的变化情况决定的．均匀变化的电场图A中电场不随时间变化，不会产生磁场．图B和图C中电场都随时间做均匀的变化，在周围空间产生稳定的磁场，这个磁场不能再激发电场，所以不能激起电磁波．图D中电场随时间做不均匀的变化，能在周围空间产生变化的磁场，而这磁场的变化也是不均匀的，又能产生变化的电场，从而交织成一个不【设计意图】通过本例说明形成【达标训练】1．建立电磁场理论的科学家是_______．用实验证明电磁波存在的科学家是_______【答案】 麦克斯韦2 ABCD ．电磁波的传播速度总是3.0×108m/s【答案】B3A ．波长和频率BC ．波长和波速D【答案】C4A ．①③BC ．①④D【答案】A5．关于电磁波，下列说法中正确的是 ABC．电磁波由真空进D【解析】 任何频率的电磁波在真空中的传播速度都是c ，故AB 都错．电磁波由真空进入介质，波速变小，而频率不变，Ｃ对．变化的电场、磁场由变化区域向外传播就形【答案】C6．无线电广播的中波段波长的范围是187 m ～560 m ，为了避免邻近电台的干扰，两个电台的频率范围至少应差104 Hz，则在此波段中最多能容纳的电台数约为多少个【解析】f max ＝1871038min⨯=λcHz ＝1.6×106Hzf min ＝5601038max⨯=λcHz ＝0.54×106Hzn ＝466min max 101054.0106.1⨯-⨯=-f f f ∆＝106【答案】1067．某收音机接收电磁波的波长范围在577 m 到182 m【解析】 根据c ＝λff 1＝57710381⨯=λcHz ＝5.20×105Hzf 2＝18210382⨯=λcHz ＝1.65×106Hz所以，频率范围为5.20×105 Hz ～1.65×106Hz【答案】 5.20×105 Hz ～1.65×106Hz8．关于LCA BC D【答案】9．L C 振荡电路中，某时刻的电流方向如图13—2—4所示，则下列说法中正确的是A BCD ．【答案】D10．在L C 振荡电路中，电容器C 的带电量随时间变化的图象如图13—2—5所示，在1×10－6 s 到2×10－6s 内，关于电容器的充（或放）电过程及因此产生的电磁波的波长，正确的结论是A ．充电过程，波长为1200 m B ．充电过程，波长为1500 m C ．放电过程，波长为1200 m D ．放电过程，波长为1500 m【解析】 在1×10－6s 到2×10－6s 内，电容器带电量增大，属充电过程．产生的电磁波周期T ＝4×10－6s ，波长λ＝cT ＝3×108×4×10－6 m ＝1200 m【答案】 A11．L C 振荡电路中，某时刻磁场方向如图13—2—6所示，则下列说法错误的是图13—2—6A B C D【解析】 若该时刻电容器上极板带正电，则可知电容器处于充电阶段，电流应正在减小，知A 正确．若该时刻电容器上极板带负电，则可知电容器正在放电，电流正在增强，知B 正确，由楞次定律知D【答案】12．在L C 振荡电路中，电容C 两端的电压U C 随时间变化的图象如图13—2—7所示，根据图象可以确定振荡电路中电场能最大的时刻为_______，在T ／2～3T ／4时间内电容器处于_______状态，能量转化情况是_______【解析】 电容器两极板间电压最大时，电场能最大，由图可知电场能最大时刻为0，2T ，T ．在2T ～43T 时间内，两极板间电压变小，电容器处于放电状态，电场能正转化为磁场能．T【答案】0，2，T；放电；电场能转化为磁场能。

“电磁场与电磁波“复习提纲根本定义、根本公式、根本概念、根本计算一、场的概念〔§1-1〕 1. 场的定义2. 标量场与矢量场：等值面、矢量线 二、矢量分析1. 矢量点积与叉积的定义：〔第一次习题〕2. 三种常用正交坐标系3.标量的梯度〔§1-3〕 a) 等值面：例1-1 b) 方向导数：例1-2c) 梯度定义与计算：例1-3 4. 矢量场的通量与散度〔§1-4〕a) 矢量线的定义：例1-4b) 矢量场的通量：()()S e r F S r F n SSd d⋅=⋅=⎰⎰ψc) 矢量场的散度定义与计算：例1-5d) 散度定理〔高斯定理〕：⎰⎰⋅=⋅∇SVS F V Fd d5. 矢量场的环量与旋度〔§1-5〕a) 矢量场的环流〔环量〕：⎰⋅=ll F d Γb) 矢量场的旋度定义与计算：例1-6 c) 旋度定理〔斯托克斯定理〕：()⎰⎰⋅=⋅⨯∇CSl F S Fd d6. 无源场与无散场a) 旋度的散度()0≡⨯∇⋅∇A ，散度处处为0的矢量场为无源场，有A F⨯∇=b) 梯度的旋度()0≡∇⨯∇ϕ，旋度处处为0的矢量场为无旋场，有u F -∇=；c) 矢量场的分类 7. 拉普拉斯算子8. 亥姆霍兹定理：概念与意义 根本概念：1. 矢量场的散度和旋度用于描述矢量场的不同性质a) 矢量场的旋度是矢量，矢量场的散度是标量；b) 旋度描述矢量场中场量与涡旋源的关系，散度描述矢量场中场量与通量源的关系； c) 无源场与无旋场的条件；d) 旋度描述场分量在与其垂直方向上的变化规律；散度描述场分量沿各自方向上的变化规律 2. 亥姆霍兹定理概括了矢量场的根本性质a) 矢量场由其散度、旋度和边界条件唯一确定；b) 由于矢量的散度和旋度分别对应矢量场的一种源，故分析矢量场总可以从研究其散度和旋度着手； c) 散度方程和旋度方程是矢量场的微分形式，故可以从矢量场沿闭合面的通量和沿闭合路径的环流着手，得到根本方程的积分形式。

第1章 三种坐标系与场
概念：
| lim u
u u cos u cos u cos
l M0 l0 l x
y
z
Байду номын сангаас
2. 标量场的梯度
3. 矢量场的通量
d S F dS S F endS
F(x, y, z)
en
dS
面积元矢量
电磁场与电磁波
第1章 三种坐标系与场
4. 矢量场的散度
divF lim S F (x, y, z) dS
(1)式称为真空中的高斯定律。它表明在闭合面S的的通量 就等于闭合曲面S所包含自由电荷的总量。
(2)式称为静电系统的守恒定理，说明静电场是一种守恒性 的矢量场---保守场
电磁场与电磁波
第1章 三种坐标系与场
作用：
（1）已知 时根据高斯定理积分方程，求
（2）已知两微分方程，根据亥姆霍兹定理，在给定矢量场的散 度方程与旋度方程确定的条件下，该静电场唯一地确定。
IP R
R x
I
图2 磁介质1的镜 像线电流
2 h 2
z
I I R
x
P
图3 磁介质2 的镜像线电流
电磁场与电磁波
第1章 三种坐标系与场
1、法拉第电磁感应定律
2、位移电流
电磁场与电磁波
第1章 三种坐标系与场
32
3、 麦克斯韦方程组
磁场沿任意闭合回路的环流 ，等于穿过该闭合回路C包 围的任意曲面S的传导电流 与位移电流之和。
第1章 三种坐标系与场 静电场（ 区域） 恒定电场（电源外）
本构关系 位函数
边界条件
电磁场与电磁波
第1章 三种坐标系与场
第五章恒定磁场分析

S
第二类边值问题（纽曼问题） 已知场域边界面上的位函数的法向导数值，即 第三类边值问题（混合边值问题） 知位函数的法向导数值，即
|S f 2 ( S ) n
已知场域一部分边界面上的位函数值，而其余边界面上则已
|S1 f1 ( S1 )、 | f (S ) S 2 2 n 2
线处有无限长的线电流 I，圆柱外是空气（µ0 ），试求圆柱内 外的 B 、 H 和 M 的分布。 解：应用安培环路定理，得 H C dl 2 H I I H e 0 磁场强度 2π I e 0 a 2 π 磁感应强度 B I e 0 a 2 π 0 I B e 2π M H 磁化强度 0 0 0

C
F dl F dS
S
5、无旋场和无散场概念。 旋度表示场中各点的场量与旋涡源的关系。 矢量场所在空间里的场量的旋度处处等于零，称该场为无旋场（或保守场） 散度表示场中各点的场量与通量源的关系。 矢量场所在空间里的场量的散度处处等于零，称该场为无散场（或管形场） 。 6、理解格林定理和亥姆霍兹定理的物理意义 格林定理反映了两种标量场 （区域 V 中的场与边界 S 上的场之间的关系） 之间满足的关系。 因此，如果已知其中一种场的分布，即可利用格林定理求解另一种场的分布 在无界空间，矢量场由其散度及旋度唯一确定 在有界空间，矢量场由其散度、旋度及其边界条件唯一确定。 第二章 电磁现象的普遍规律 1、 电流连续性方程的微分形式。
D H J t B E t B 0 D
D ) dS C H dl S ( J t B E dl dS S t C SB dS 0 D dS ρdV V S

2
5.电容C
q q U 1 2 1 1 q2 2 （We qU CU ） 2 2 2C We
V
1 n 电场能量：We qii 2 i 1
1 E DdV 2
二、计算
1.基本计算：均匀媒质、2种媒质中带电体周围的 D、E、 ? 分析方法：使用高斯定律
C
0 4
B(r )
0 4

V
J ( r ') R dV ' 3 R
J mS M n
3.基本方程： H dl I H J 本构关系： B H 矢量磁位： B A 4.边界条件：B2 n B1n 5. 电感：L I M 12

一主要知识点概念主要结论第五章时变电磁场一主要知识点
第 1章
矢量分析要点
一 、概念 1.“场”：定义、分类、几何描述方法？ 2. 亥姆霍兹定理？ 二、标量场 G e e e
l
x
x
y
y
z
z
P0
cos cos cos G l 0 x y z
3.瞬时矢量与复矢量之间的转换规则？
( x, y, z)e jt ] E( x, y, z, t ) Re[E
波动方程的2种形式?复数波动方程的推导？ 二、计算： 1.场的瞬时形式与复矢量之间的转换？ 2.已知磁场，求电场： 已知电场，求磁场：
第六章
平面电磁波
一、主要知识点 均匀平面波传播特性；波的极化 1.均匀平面波定义 2.无耗介质中 E ex E0 e jkz E( z, t ) ex E0m cos(t kz 0 )
计算： ?

电磁场与电磁波复习资料标量：一个只用大小描述的物理量。

矢量：一个既有大小又有方向特性的物理量，常用黑体字 母或带箭头的字母表示。

矢量用坐标重量表示矢量的混合运算—— 分配律—— 分配律—— 标量三重积—— 矢量三重积1. 电荷体密度电荷连续分布于体积V 内，用电荷体密度来描述其分布依照电荷密度的定义，假如已知某空间区域V 中的电荷体密度，则区域V 中的总电量q 为2. 电荷面密度若电荷分布在薄层上的情形，当仅考虑薄层外，距薄层的距离要比薄层的厚度大得多处的电场，而不分析和运算该薄层内的电场时，可将该薄层的厚度忽略，认为电荷是面分布。

面分布的电荷可用电荷面密度表示。

单位: C/m2 (库仑/米2)假如已知某空间曲面S 上的电荷面密度，则该曲面上的总电量q 为 3. 电荷线密度在电荷分布在细线上的情形，当仅考虑细线外，距细线的距离要比细线的直径大得多处的电场，而不分析和运算线内的电场时，可将线的直径忽略，认为电荷是线分布。

单位: C/m2 (库仑/米2)假如已知某空间曲线上的电荷线密度，则该曲线上的总电量q 为 4. 点电荷点电荷的电荷密度表示电流 —— 电荷的定向运动而形成，用i 表示，其大小定义为：单位时刻内通过某一横截面S 的电荷量，即说明：电流通常时时刻的函数，不随时刻变化的电流称为恒定 电流，用I 表示。

zz y y x x e A e A e A A++=γβαcos cos cos A A A A A A z y x ===)cos cos cos (γβαz y x e e e A A ++=γβαcos cos cos z y x A e e e e ++=CB C A C B A⋅+⋅=⋅+)(CB C A C B A⨯+⨯=⨯+)()()()(B A C A C B C B A⨯⋅=⨯⋅=⨯⋅C B A B C A C B A)()()(⋅-⋅=⨯⨯Vr q V r q r V d )(d )(lim )(0 =∆∆=→∆ρ⎰=VV r q d )( ρSr q S r q r S S d )(d )(lim )(0 =∆∆=→∆ρ⎰=Ss S r q d )( ρl r q l r q r l l d )(d )()(lim0 ==→∆∆ρ∆⎰=Cl l r q d )(ρ)()(r r q r '-= δρ0lim ()d d t i q t q t ∆→=∆∆=形成电流的条件： • ①存在能够自由移动的电荷 •② 存在电场1、 体电流电荷在某一体积内定向运动所形成的电流称为体电流，用电流密度矢量 J 来描述。

电磁场与电磁波复习资料电磁场与电磁波期末复习资料第⼀章⼀、在直线坐标系中，过空间任意⼀点P （X 0，Y 0，Z 0）的三个互相正交的坐标单位⽮量e x ，e y ，e z 分别是x ，y ，和z 增加的⽅向，且遵循右⼿螺旋法则：e x ×e y =e z 、e y ×e z =e x ，e z ×e x =e y⼆、A 与B 的点积为：A ·B = (e x A x +e Y A y +e z A z )·(e x B x +e y B y +e z B z ) = A X B X + A Y B Y +A Z B Z三、A 与B 的叉积为：A XB = (e x Ax+e y A y +e z A z ) X (e x B x +e y B y +e z B z )=e x (A y B Z -A Z B Y ) + e y (A Z B X - A X B Z ) + e z (A X B Y - A Y B X )= x e y z xy xYZ e e A A Az B B B ?? ? ?四、场的⼀个重要属性是他占有⼀个空间，他把物理状态作为空间和时间的函数来描述，⽽且，在此空间区域中，除了有限个点或某些表⾯外，该函数是处处连续的。

若物理状态与时间⽆关，则为静态场；反之，则为动态场或时变场。

五、直⾓坐标系中梯度的表达式为：x y z u u zgrad u e e e x y y=++ 六、哈密顿算符“?”，在直⾓坐标系中： xy z e e e x y z=++??? 七、哈密顿算符?表⽰标量场的梯度u ： ()xy z grad u e e e u u x y z=++=? 例 1.3.1已知R = ，R = |R|。

证明：（1）RR R ?=；（2）31()R R R=- ；（3）()'()f R f R ?=-?。

其中：xy z e e e x y z =++???表⽰对x 、y 、z 的运算，''''x y z e e e x y z=++，表⽰对x ’、y ’、z 的运算。

6
三、掌握镜像法的应用
1．点电荷与无限大导体平面（包括求电位分布、表面感 应电荷密度、电荷所受力
(x,
y,
z)

Q 40

1

x2 y2 (z h)2
1


x2 y2 (z h)2


0

z
z0
推广到直角导体平面区域的点电荷
２．点电荷与导体球
t
２．边界条件 E1t E2t , J1n J2n
● J 的物理意义
第五章 恒定磁场
１．基本方程
积分形式： B dl I, H dS 0 其中 (B H )
l
S
微分形式： B J , H 0
２、掌握用积分形式的环路定理求解对称分布电流所产生的磁场。 主要对直长导线的计算，包含截面均匀和不均匀分布等

qi q q
i 40ri 40R1 40R2
镜像电荷 位置
q a q d a2 d
d
推广到导体球不带电和导体球带电Q
3．镜像法的依据是静电场唯一性原理的具体应用。（即满足方程和边界条件）
7
第四章 恒定电流场 f fc,mn 才能通过相应的波模
14
第九章 电磁波辐射
一、近区场 条件 kr 1 接近于稳定场称似稳场
二、远区场（辐射场）条件 kr 1
三、基本结论（辐射场）：
1. E, B 都与 r 一次方成反比；
2. 辐射场传播方向： e E e He ，所以也是横电磁波（ TEM波）；
S
l
（积分形式）
2. D E 0 （微分形式， 为自由电荷）

二、 静态场分析方法
无源区：
静 电 场 2 0 1、位函数方程 恒定电场 2 0
2
V
2
有源区：
恒定磁场 A 0
A J c
2
位函数满足一维微分方程时，可用直接积分法求解。
2、镜像法 a. 平面镜像 导体平面镜像
0
h
y
q l 0 Idl A 4 l R
电磁场与电磁波
总复习
5、麦克斯韦方程组
D l H dl S ( J C t ) dS B l E dl S t dS S D dS V V dV S B dS 0 V S JC dS V t dV
积分形式:
微分形式:
D H JC t B E t
D V B 0 V JC t
电磁场与电磁波
总复习
电场计算方法总结： （1）已知电荷分布用公式计算； 要求熟练掌握点电荷、线电荷的计算公式 （2）对称性的场用麦麦克斯韦积分方程计算；
电磁场与电磁波
总复习
二、基本计算
1、三个物态方程：
导体： J E C
电介质：
2、边界条件：
D r 0 E D 0 E P
磁介质：
ˆ n ( H1 H 2 ) J S
E1t E2t B1n B2n
D1n D2n s
l
电磁场与电磁波
总复习
8、重要的场论公式
a. 两个零恒等式 b. 拉普拉斯算子
2
( ) 0
2 ( )

1 4πε 0
（2.11） （2.12） （2.13） （2.14）
线密度分布电荷 3.静电场方程 积分形式 ：
∫
l
r −r' ρl ( r ')dl ' 3 r −r'
1 N ∑ qi ε 0 i =1
� ∫
S
E ( r )idS =
（2.15） （2.16） （2.17） （2.18）
� ∫ E ( r )idl = 0
1．坡印廷定理 坡印廷定理表征了电磁场能量守恒关系，其微分形式为
−∇i( E × H ) =
积分形式为
∂ 1 1 ( H i B + E i D) + E i J ∂t 2 2
（4.8）
d 1 1 ( H i B + E i D )dV + ∫ E i JdV （4.9） ∫ V dt V 2 2 坡印廷定理的物理意义：单位时间内通过曲面 S 进入体积 V 的电磁能量等于单位时间
ρ ( r ) = lim
C/m3 C/m 2 C/m
(2.1) (2.2) (2.3)
“点电荷”是电荷分布的一种极限情况。当电荷 q 位于坐标原点时，其体密度 ρ ( r ) 应 为
ρ ( r ) = lim
可用 δ 函数表示为
q ⎧ ⎪0 =⎨ ∆V → 0 ∆V ⎪ ⎩∞ ρ ( r ) = qδ ( r )
Wm =
（3.37） （3.38） （3.39）
L= M 21 = ψ 21 I1 µ M= 4π
ψ I
， M 12 =
（3.41） （3.42） （3.43）
∫
c1
ψ 12 I2 dl gdl ∫ c2 r12− r21

一、名词解释1.通量、散度、高斯散度定理通量：矢量穿过曲面的矢量线总数。

（矢量线也叫通量线，穿出的为正，穿入的为负）散度：矢量场中任意一点处通量对体积的变化率。

高斯散度定理：任意矢量函数A的散度在场中任意一个体积的体积分，等于该矢量函在限定该体积的闭合面的法线分量沿闭合面的面积分。

2.环量、旋度、斯托克斯定理环量：矢量A沿空间有向闭合曲线C的线积分称为矢量A沿闭合曲线l的环量。

其物理意义随 A 所代表的场而定，当 A 为电场强度时，其环量是围绕闭合路径的电动势；在重力场中，环量是重力所做的功。

旋度：面元与所指矢量场f之矢量积对一个闭合面S的积分除以该闭合面所包容的体积之商，当该体积所有尺寸趋于无穷小时极限的一个矢量。

斯托克斯定理:一个矢量函数的环量等于该矢量函数的旋度对该闭合曲线所包围的任意曲面的积分。

3.亥姆霍兹定理在有限区域 V 的任一矢量场，由他的散度，旋度和边界条件（即限定区域 V 的闭合面S 上矢量场的分布）唯一的确定。

说明的问题是要确定一个矢量或一个矢量描述的场，须同时确定其散度和旋度4.电场力、磁场力、洛仑兹力电场力：电场力：电场对电荷的作用称为电力。

磁场力：运动的电荷，即电流之间的作用力，称为磁场力。

洛伦兹力：电场力与磁场力的合力称为洛伦兹力。

5.电偶极子、磁偶极子电偶极子：一对极性相反但非常靠近的等量电荷称为电偶极子。

磁偶极子：尺寸远远小于回路与场点之间距离的小电流回路（电流环）称为磁偶极子。

6.传导电流、位移电流传导电流：自由电荷在导电媒质中作有规则运动而形成的电流。

位移电流：电场的变化引起电介质部的电量变化而产生的电流。

7.全电流定律、电流连续性方程全电流定律（电流连续性原理）：任意一个闭合回线上的总磁压等于被这个闭合回线所包围的面穿过的全部电流的代数和。

电流连续性方程：8.电介质的极化、极化矢量电介质的极化：把一块电介质放入电场中，它会受到电场的作用，其分子或原子的正，负电荷将在电场力的作用下产生微小的弹性位移或偏转，形成一个个小电偶极子，这种现象称为电介质的极化。

1. 写出非限定情况下麦克斯韦方程组的微分形式，并简要说明其物理意义。

2.答非限定情况下麦克斯韦方程组的微分形式为,,0,D BH J E B D t tρ∂∂∇⨯=+∇⨯=-∇⋅=∇⋅=∂∂，(3分)（表明了电磁场和它们的源之间的全部关系除了真实电流外，变化的电场（位移电流）也是磁场的源；除电荷外，变化的磁场也是电场的源。

1. 写出时变电磁场在1为理想导体与2为理想介质分界面时的边界条件。

2. 时变场的一般边界条件 2n D σ=、20t E =、2t s H J =、20n B =。

(或矢量式2n D σ= 、20n E ⨯=、2s n H J ⨯=、20n B = )1. 简述穿过闭合曲面的通量及其物理定义2.sA ds φ=⋅⎰⎰是矢量A 穿过闭合曲面S 的通量或发散量。

若Ф> 0，流出S 面的通量大于流入的通量，即通量由S 面内向外扩散，说明S 面内有正源若Ф< 0，则流入S 面的通量大于流出的通量，即通量向S 面内汇集，说明S 面内有负源。

若Ф=0，则流入S 面的通量等于流出的通量，说明S 面内无源。

1. 在直角坐标系证明0A ∇⋅∇⨯=2.()[()()()]()()()0y x x x z z x y z x y z y y x x z z AA A A A A A e e e e e e x y z y z z x x y A A A AA A x y z y z x z x y∇⋅∇⨯∂∂∂∂∂∂∂∂∂=++⋅-+-+-∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂=-+-+-=∂∂∂∂∂∂∂∂∂1. 简述亥姆霍兹定理并举例说明。

2. 亥姆霍兹定理研究一个矢量场，必须研究它的散度和旋度，才能确定该矢量场的性质。

例静电场0sD ds q ⋅=∑⎰⎰0D ρ∇⋅= 有源0lE dl ⋅=⎰0E ∇⋅= 无旋1. 已知 R r r '=- ，证明RR R R e R''∇=-∇==。

（整理）年电磁场与电磁波复习资料.⼀、名词解释通量、散度、⾼斯散度定理环量、旋度、斯托克斯定理亥姆霍兹定理电场⼒、磁场⼒、洛仑兹⼒电偶极⼦、磁偶极⼦传导电流、位移电流全电流定律、电流连续性⽅程电介质的极化、极化⽮量磁介质的磁化、磁化⽮量介质中的三个物态⽅程静态场、静电场、恒定电场、恒定磁场静电场的位函数满⾜的泊松⽅程、拉普拉斯⽅程对偶定理、叠加原理、唯⼀性定理电磁波、平⾯电磁波、均匀平⾯电磁波电磁波的极化损耗正切正常⾊散介质、⾮正常⾊散介质相速、群速⾊散介质、耗散介质趋肤效应、趋肤深度全反射、全折射⼆、简答题1.散度和旋度均是⽤来描述⽮量场的，它们之间有什么不同？2.写出直⾓坐标系下的散度、旋度和梯度公式3.亥姆霍兹定理的描述及其物理意义是什么？4.分别叙述麦克斯韦⽅程组微分形式的物理意义5.解释坡印廷⽮量及其物理意义、坡印廷定理及其物理意义6.试写出静电场基本⽅程的微分形式，并说明其物理意义。

7.请说明镜像法、分离变量法、有限差分法8.叙述什么是镜像法？其关键和理论依据各是什么？9.举例说明电磁波的极化的⼯程应⽤10.试写出波的极化⽅式的分类，并说明它们各⾃有什么样的特点。

11.简述唯⼀性定理，并说明其物理意义12.说明⾃由空间中均匀平⾯电磁波的传播特性13.说明平⾯电磁波在⾮理想介质中的传播特性14.试论述介质在不同损耗正切取值时的特性15.说明复数折射率的实部/虚部对电磁波传播的影响16.试论述介质的⾊散带来电磁波传播和电磁波接收的影响，在通信系统中⼀般采取哪些有效的措施17.两正交接地导体板构成的⾓形区域内有点电荷5q (c),如图⽰。

若拟⽤“镜像法”求解该⾓形区域内的电场分布，试正确标出镜像电荷的位置和电荷量⼤⼩。

18.如图所⽰，⼀个点电荷q放在60的接地导体⾓域内的点)0,1,1(处。

请画出所有镜像电荷的位置和⼤⼩？19. ⽤有限差分法求图中各个节点的电位，请列出各个节点电位的⽅程组。