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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。
电磁场与电磁波复习第一部分知识点归纳第一章矢量分析1、三种常用的坐标系（1）直角坐标系微分线元：dz a dy a dx a R d z y x →→→→++=面积元：⎪⎩⎪⎨⎧===dxdy dS dxdzdS dydzdS zyx ，体积元：dxdydzd =τ（2）柱坐标系长度元：⎪⎩⎪⎨⎧===dz dl rd dl drdl z r ϕϕ，面积元⎪⎩⎪⎨⎧======rdrdzdl dl dS drdz dl dl dS dz rd dl dl dS z zz r z r ϕϕϕϕ，体积元：dzrdrd d ϕτ=（3）球坐标系长度元：⎪⎩⎪⎨⎧===ϕθθϕθd r dl rd dl drdl r sin ，面积元：⎪⎩⎪⎨⎧======θϕθϕθθθϕϕθθϕrdrd dl dl dS drd r dl dl dS d d r dl dl dS r r r sin sin 2，体积元：ϕθθτd drd r d sin 2=2、三种坐标系的坐标变量之间的关系（1）直角坐标系与柱坐标系的关系⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧==+=⎪⎩⎪⎨⎧===z z x y yx r zz r y r x arctan,sin cos 22ϕϕϕ（2）直角坐标系与球坐标系的关系⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧=++=++=⎪⎩⎪⎨⎧===z yz y x z z y x r r z r y r x arctan arccos ,cos sin sin cos sin 222222ϕθθϕθϕθ（3）柱坐标系与球坐标系的关系⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=+=+=⎪⎩⎪⎨⎧===ϕϕθθϕϕθ22'22''arccos ,cos sin z r z zr r r z r r 3、梯度（1）直角坐标系中：za y a x a grad z y x∂∂+∂∂+∂∂=∇=→→→μμμμμ（2）柱坐标系中：za r a r a grad z r∂∂+∂∂+∂∂=∇=→→→μϕμμμμϕ1（3）球坐标系中：ϕμθθμμμμϕθ∂∂+∂∂+∂∂=∇=→→→sin 11r a r a r a grad r 4.散度（1）直角坐标系中：zA y A x A A div zy X ∂∂+∂∂+∂∂=→（2）柱坐标系中：z A A r rA r r A div zr ∂∂+∂∂+∂∂=→ϕϕ1)(1（3）球坐标系中：ϕθθθθϕθ∂∂+∂∂+∂∂=→A r A r A r rr A div r sin 1)(sin sin 1)(1225、高斯散度定理：⎰⎰⎰→→→→=⋅∇=⋅ττττd A div d A S d A S，意义为：任意矢量场→A 的散度在场中任意体积内的体积分等于矢量场→A 在限定该体积的闭合面上的通量。
电磁场与电磁波知识点整理一、电磁场的基本概念电磁场是有内在联系、相互依存的电场和磁场的统一体。
电荷产生电场，电流产生磁场。
电场是存在于电荷周围，能传递电荷之间相互作用的物理场。
它的基本特性是对置于其中的电荷有力的作用。
电场强度是描述电场强弱和方向的物理量，用 E 表示。
单位是伏特每米（V/m）。
磁场是一种看不见、摸不着的特殊物质，能对放入其中的磁体、电流产生力的作用。
磁感应强度是描述磁场强弱和方向的物理量，用 B 表示。
单位是特斯拉（T）。
二、库仑定律与安培定律库仑定律描述了真空中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，与它们距离的平方成反比。
其表达式为：＄F ＝k\frac{q_1q_2}｛r^2}＄，其中 k 是库仑常量，约为＄9×10^9N·m^2/C^2$ 。
安培定律则阐述了两个电流元之间的相互作用力。
电流元在磁场中所受到的安培力为＄dF ＝ I dl × B$ 。
三、麦克斯韦方程组麦克斯韦方程组是电磁场理论的核心，由四个方程组成。
高斯定律：＄＼oint_{S} E·dS ＝＼frac{q}｛ε_0}＄，表明电场的散度与电荷量成正比。
高斯磁定律：＄＼oint_{S} B·dS ＝ 0$ ，说明磁场是无源场。
法拉第电磁感应定律：＄＼oint_{C} E·dl ＝＼frac{d}｛dt}＼int_{S} B·dS$ ，揭示了时变磁场产生电场。
安培麦克斯韦定律：＄＼oint_{C} H·dl ＝ I ＋＼frac{d}｛dt}＼int_{S} D·dS$ ，指出时变电场产生磁场。
四、电磁波的产生与传播电磁波是由同相且互相垂直的电场与磁场在空间中衍生发射的振荡粒子波。
变化的电场和变化的磁场相互激发，形成在空间中传播的电磁波。
电磁波的产生通常需要一个振荡电路，比如 LC 振荡电路。
当电容器充电和放电时，电路中的电流和电荷不断变化，从而产生变化的电磁场，并向周围空间传播。
1、理解标量场与矢量场的概念；场是描述物理量在空间区域的分布和变化规律的函数。
2、理解矢量场的散度和旋度、标量场的梯度的概念，熟练掌握散度、旋度和梯度的计算公式和方法（限直角坐标系）。
梯度：x y z u u uu x y z∂∂∂∇=++∂∂∂e e e ， 物理意义：梯度的方向是标量u 随空间坐标变化最快的方向； 梯度的大小：表示标量u 的空间变化率的最大值。
y x z A A A x y z∂∂∂∇⋅=++∂∂∂A 散度：单位空间体积中的的通量源，有时也简称为源通量密度， 高斯定理： ()()V S dV d ∇⋅=⋅⎰⎰⎰⎰⎰A A S Ò，x y zy y x x z z x y z x y zA A A A A A x y z y z z x x y A A A ∂∂⎛⎫⎛⎫∂∂∂∂∂∂∂⎛⎫∇⨯==-+-+- ⎪ ⎪ ⎪∂∂∂∂∂∂∂∂∂⎝⎭⎝⎭⎝⎭e e e A e e e旋度：其数值为某点的环流量面密度的最大值，其方向为取得环量密度最大值时面积元的法线方向。
斯托克斯定理：()()S L d d ∇⨯⋅=⋅⎰⎰⎰A S A l Ñ 数学恒等式：()0u ∇⨯∇=，()0∇⋅∇⨯=A 3、理解亥姆霍兹定理的重要意义：若矢量场 A 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，则矢量场由其散度和旋度唯一地确定，并且矢量场 A 可表示为一个标量函数的梯度和一个矢量函数的旋度之和。
u =∇⨯-∇A F1、 理解静电场与电位的关系，QP u d =⋅⎰E l ，()()u =-∇E r r2、 理解静电场的通量和散度的意义，d d d 0V S V S V ρ⎧⋅=⎪⎨⋅=⎪⎩⎰⎰⎰D S E l ÑÑ，0Vρ∇⋅=⎧⎨∇⨯=⎩D E静电场是有散无旋场，电荷分布是静电场的散度源。
3、 理解静电场边值问题的唯一性定理，能用平面镜像法解简单问题；唯一性定理表明：对任意的静电场，当电荷分布和求解区域边界上的边界条件确定时，空间区域的场分布就唯一地确定的 镜像法：利用唯一性定理解静电场的间接方法。
关键在于在求解区域之外寻找虚拟电荷，使求解区域内的实际电荷与虚拟电荷共同产生的场满足实际边界上复杂的电荷分布或电位边界条件，又能满足求解区域内的微分方程。
点电荷对无限大接地导体平板的镜像：当两半无限大相交导体平面之间的夹角为α时，n =3600/α，n 为整数，则需镜像电荷数为1.XY 平面)4、 理解恒定磁场的环量和旋度的意义，0L d d I ⎧⋅=⎪⎨⋅=⎪⎩⎰⎰⎰⎰S B S H l ÒÒ, 0V ∇⋅=⎧⎨∇⨯=⎩B H J 表明磁场是无散有旋场，电流是激发磁场的旋涡源。
5、 理解矢量磁位的意义，并能根据矢量磁位计算磁场。
∇×A ，（库仑规范：0∇⋅=A ）0()(')()'4V V dV Rμπ=⎰⎰⎰J r A r 求 L C1、 掌握麦克斯韦方程组的微分形式，理解其物理意义。
熟练掌握正弦电磁场的复数表示法。
()()()()()))((, 0 l V l S S S V S V d d t d d dV d d t ρ∂⎛⎫⋅=+⋅∂⋅ ⎪∂⎝⎭⋅⋅⋅=-==∂⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰B E l D H l J S B D S S S ÑÑÒÒ表明：磁场是无源场，磁感线总是闭合曲表明：传导电流和变化的电场都能产生磁场表明：变化的磁场产线表生电场明：电荷⎧⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎪⎪⎪⎪⎪⎩以发散的方式产生电场，0V V t t ρ∂⎧∇⨯=+⎪∂⎪⎪⎨⎪∇∂∇⨯=-⋅=⎪⋅=∂⎪∇⎩B D J E H B D ，0V V j j ωεωμρε⎧∇⨯=+⎪∇⨯=-⎪⎪⎨∇⋅=⎪⎪∇⋅=⎪⎩H J E E H H E %%%%%%%% 本构关系：ε=D E ，σ=J E ，μ=B H ，复数表示：(,)e j t t R e ω⎡⎤=⎣⎦E r E %，Re (,)j t e t ω⎡⎤=⎣⎦H H r %2、正确理解和使用边界条件一般情况， 理想介质与理想介质， 理想介质与理想导体：()()()()1212121200S S ρ⨯-=⎧⎪⨯-=⎪⎨⋅-=⎪⎪⋅-=⎩n H H J n E E n B B n D D ， ()()()()121212120000⨯-=⎧⎪⨯-=⎪⎨⋅-=⎪⎪⋅-=⎩n H H n E E n B B n D D ， 111100SS ρ⨯=⎧⎪⨯=⎪⎨⋅=⎪⎪⋅=⎩n H J n E n B n D 3、掌握电磁场的波动方程，无源理想介质22222200t t εεμμ⎧∇-⎪⎪⎨⎪∇-∂=∂⎪⎩∂=∂EH E H ，亥姆霍兹方程222200k k ⎧∇+=⎨∇+=⎩E E H H %%%% 4、 理解坡印廷矢量的物理意义，并应用它分析计算电磁能量的传输情况。
S ：表示单位时间内通过垂直于能量流动方向单位面积上的的能量。
=⨯S E H ，*1Re[]2av S E H=⨯v v v %% 5、 理解矢量位A 和标量位ϕ的概念以及A 、ϕ满足的方程。
0∇⋅=⇒=∇⨯B B AE u t t∂∂∇⨯=-⇒+=-∇∂∂BA E v在洛伦兹规范下，0utμε∂∇⋅+=∂A 222222V Vuu t t ρεμεμεμ⎧∂∇-=-⎪⎪∂⎨∂⎪∇-=-⎪∂⎩A A J该方程表明矢位A 的源是电流密度，而标位u 的源是电荷。
时变场中电流密度和电荷是相互关联的。
1、 掌握均匀平面波的概念和表示方法。
了解研究均匀平面波的重要意义。
均匀平面波：等相位面上电场和磁场的方向、振幅都保持不变的平面波0(,,)jk r E x y z E e-⋅=v v v v %%，0(,,)jk rH x y z H e -⋅=v v v v %%，k =()0(;)cos eE r t E t k r ωϕ=-⋅+v v vv v ，()0(;)cos e H rt H t k r ωϕ=-⋅+vv v v v01H k E η=⨯v v v ，0E H k η=⨯vv v，η=20011Re 22av S E H E k η*⎡⎤=⨯=⎢⎥⎣⎦v v v v %%2、 理解并掌握均匀平面波在无界理想介质中的传播特性1）横电磁波2）无衰减3）波阻抗为实数4）无色散5）()()m av e av w w =3、 理解并掌握均匀平面波在无界有损耗媒质中的传播特性，00(,,)c jk r r j r E x y z E e E e e αβ-⋅-⋅-⋅==v v v v v v v v v %%%，001(,,)r j r cH x y z k E e e αβη-⋅-⋅=⨯v v v v v v v %%%，j c ce ϑηη=%% 1）是横电磁波2）有衰减3）波阻抗为复数4）有色散5）()()m av e av w w >4、 低耗介质和良导体1）低耗介质：1σωε<< 特点：衰减小；β≈；电场和磁场之间存在较小的相位差 2）良导体1σεω?趋肤效应：高频电磁波在良导体中衰减很快，以致于无法进入良导体深处，仅可存在其表面层内，这种现象称为趋肤效应。
趋肤深度(δ)：电磁波进入良导体后，场强振幅衰减到表面处振幅的1 时所传播的距离1δα=5、 理解波的极化概念，掌握电磁波极化方式的判断方法。
波的极化：电场强度矢量随时间变化的轨迹和形状。
对于沿+ z 方向传播的均匀平面波：0(),jkz x x E z E e -=%%0()j jkz y y E z E e e δ-=%% 线极化：d ＝0、±p 。
d ＝0，在1、3象限； d ＝±p ，在2、4象限。
圆极化： d ＝±p /2，＝ 。
取“＋”，左旋圆极化；取“－”，右旋圆极化。
椭圆极化：其它情况。
0 < d < p ，左旋；－p < d ＜0，右旋 。
1、 深刻理解均匀平面波对理想导体平面和对理想介质平面的垂直入射，要求熟练掌握分析方法和过程，理解所得结果所表征的物理意义；111111111000010011()()()1()()()c c c c c c c c jk z jk z jk z jk z i r i i r x x i jk z jk z jk z jk z i r i r yy z z z E e E e E e re E z z z E e E e e re ηη----⎧⎡⎤⎡⎤=+=+=+⎣⎦⎣⎦⎪⎪⎨⎡⎤⎡⎤=+=-=-⎪⎣⎦⎣⎦⎪⎩E E E e e H H H e e %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 222220000222()()()()c c c c jk z jk z t i t x x t i jk z jk z t y y z z E e tE e E tE z z e e ηη----⎧===⎪⎨===⎪⎩E E e e H H e e %%%%%%%%%%%%%% 反射系数：00r iE r E =%%，透射系数：00t i E t E =%% 1）对理想导体平面的垂直入射（驻波）：1r =-，0t =1111j j 1001j j 001111()(e e )j2sin 2cos ()(e e )k z k z i i x x i i k z k z y yz E E k zE E k z z ηη--=-=-=+=E e e H e e %%%%%% 2）对理想介质平面的垂直入射（行驻波）2121r ηηηη-=+，2212t ηηη=+，1r t +=1111001()(1)2sin jk z jk z jk z i i x x z E e re E r e j r k z --⎡⎤⎡⎤=+=++⎣⎦⎣⎦E e e %%%，振幅：122101()12cos 2iz E r r k z ⎡⎤=++⎣⎦E %11110011111()(1)2cos jk z jk z jk z i i y y z E e re E r e r k z ηη--⎡⎤⎡⎤=-=+-⎣⎦⎣⎦H e e %%%， 振幅：1221111()12cos 2i z E r r k z η⎡⎤=+-⎣⎦H % ()212112i i rav av av zE r η=+=-S S S e %，()222220222122i i avzz E t E ηηηη==+S e e %%2、 了解均匀平面波对分界面的斜入射的分析方法，理解反射定律和折射定律。
相位匹配条件：1i 1r 2t sin sin sin k k k θθθ==折射定律：12sin sin t i n n θθ== 3、 了解产生全反射现象和无反射现象的条件，了解其应用。
