工程电磁场第八版课后答案
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E2-9 在中心点位于原点,边长为L的媒质立方体内的极化强度矢量为()0e x y z P P e x e y e z =++,(a) 计算面和体束缚电荷密度; (b) 证明总束缚电荷为零。
解:据题,体束缚电荷密度为:03v e P P ρ=-∇⋅=- (公式y x zE E E E x y z∂∂∂∇⋅=++∂∂∂) 在2L x =的面002s x e L e P P x P ρ=⋅== 在2L x =-的面00()2s x e Le P P x P ρ=-⋅=-= 同理,在2Ly =和2L y =-的面,02s L P ρ=在2L z =和2L z =-的面,02s LP ρ=∴(a )六个面上的面束缚电荷密度均为:0/2P L ρ=s体束缚电荷密度为:03v P ρ=-∴ (b) 总束缚电荷为:23006()302s v LQ Q Q L P P L =+=-=E2-13 半径为a 的球内充满体电荷密度为f ρ的电荷。
已知球内外的电场强度是⎪⎩⎪⎨⎧≥+≤+=-)()()(24523a r rAa a a r Ar r E r求体电荷密度(全部空间的介电常数均为0ε)。
解:0f E ρε∇⋅=(1)在r a ≤的区域内:23221[()]E r r Ar r r∂∇⋅=⋅+∂ 254r Ar =+ 20(54)f r Ar ρε∴=+(2)在r a ≥的区域内:254221[()]E r a Aa r r r-∂∇⋅=⋅⋅+∂ = 0 0f ρ∴=∴体电荷密度为:20(54),(),()f r Ar r a r a ερ⎧+≤=⎨≥⎩E2-17 两媒质分界面为z=0面,已知1223r r εε==和,如果已知区域1中的123(5)x y z E e y e x e z =-++我们能求出区域2中哪些地方的2E 和2D 呢?能求出区域2中任意点的2E 和2D 吗? 解:(1)在两种媒质的分解面z=0上,由于没有电荷的存在,电位移矢量的法线方向连续。
习题1-10解:首先物理概念上分析电场强度为零的点一定是A 点,因为0<q<1,A 离-qp 近,离q 远,则二者即产生的AE v 会抵消,而B 点不行,这是因为离q 近离-pq 远,即产生的E v一大一小无法抵消。
令x 如图,则两点电荷在A 点产生的场强分别为:q: ()r x d q q E rv 2014+=π, -pq: ()r x pq E v v 2024πε−= 令A E v=021=+E E v r ,有()221xp x d =+ ()22x x d p =+ 两边开方取正值:d pp x −=1习题1-11解:分析知,只可能是A 点,Q 12q q >,∴A 点必须离1q 近、离2q 远才行 令x 如图示,据题意有()2231x d x +=,x=1.37d习题1-12解:在直角坐标系中,取棒中心在原点处,棒沿z 轴放置。
①因为求的点在y 轴上,所以棒上下的对称性决定了E r的z 分量被抵消了,只剩了y 分量,而且可只计算一半棒上的电荷在p 点产生的场强,乘2即为所求。
设棒长2L ,显然dz Lqdz dq 2==τ()∫+=Lr z dz L q E 02/32201.041.022πε()()2/122201.01.081.02Lz ZL q +×=πε课后答案网ww w.kh da w .c om=()⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡−+01.01.0*42/1220LLL qεπ 3.0*40πεq=m V /5.5994= y E v r 5.5994=∴②近似计算棒是无限长而保持电场线密度不变,计算结果是:m V q L qr E /9.59971.022200=⋅⋅==πεπτ L 并非无限长,还是取以前的31.0322≈−=L 它与上述的相对误差%0567.0%100*5.59945.59949.5997=−习题1-13解:已知一圆环产生的场强()i x r q qx E v v 232204+=π 此圆环可分为无数半径为r 的细圆环,其上微电荷 rdr dS dq πσσ2⋅==其产生的微元电场 ()i x r x rdr E d vv 2322042+⋅⋅=πεπσ 故r 从1R 到2R 积分即所有圆环产生的场强:()i x r x rdr E R R v v ∫+⋅⋅=212322042πεπσ()()i x r x r d x R R v ∫++=2123222204εσ()i x r x R R v 122122024+−=εσ课后ww w.kh da w .c om()()i x R xR x v ⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡+−+=21222212210112εσ 讨论:1)σ不变,01→R ,得()⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡+−=21222012x R xE εσ 2)又∞→xR 2得 02εσ=E 这相当于∞→2R 比x 快的多,即变成无限大带电平板。