(完整版)电磁场与电磁波复习习题 下载本文

2、在理想介质中,均匀平面波有哪些特点? 3、在导电媒质中,均匀平面波具有哪些特点? 4、写出坡印廷定理表达式?它的物理意义是什么?

5、坡印廷矢量是如何定义的?它的大小,方向各表示是什么意义?

6、简述时谐电磁场的概念,以及研究它的意义。 7、趋肤深度是如何定义的?它与衰减常数有何关系? 8、什么是群速?它与相速有何区别?

9、写出理想导体表面和理想介质表面的边界条件。

10、 时谐电磁场的复矢量是真实的场矢量吗?引入复矢量的意义何在? 四、计算题:

1、习题1.1,1.4,1.5 2、高斯定理求解球形电场的分布,安培环路定理求载流无限长同轴电缆产生的磁感应强度。 3、习题3.9,3.19 例题3.1.5,3.2.1

4、复矢量和瞬时矢量之间的相互转换。 例题:4.5.1,4.5.2

5、已知电场或磁场,求能量密度,能流密度 习题4.10

6、求相速,波长,波阻抗等参数 参考习题:(上个学期的考题) 1、说明下列均匀平面波的极化方式。 (6分)

E?exEmsin(?t?kz)?eyEmcos(?t?kz)

解:Exm?Eym,?x??????2,?y?0,????2为左旋圆极化波

2、给定三个矢量A、B、C如下:

?A?ex?ey2?ez3,B??ey4?ez,C?ex5?ez2,求:A?(B?C) (6分)

????????????解:B?C?0??ex5?ey?40??ez????1?8ex?5ey?20ez

?2??(ex?2ey?3ez)?(8ex?5ey?20ez)?8?10?60??42

3、将下列场矢量的瞬时值形式写为复数形式(6分)

??????E(z,t)?exExmcos(?t?kz??x)?eyEymsin(?t?kz??y)

?t?kz??x)?eyEymcos(?t?kz??y?解:E(z,t)?exExmcos(?j(?t?kz??y??/2)???j(?t?kz??x)?eyEyme ?Re?exExme ???????2)

Em(z)?exExme??j(?kz??x)?eyEyme?j(?kz??y??/2)?(exExme?j?x?eyjEyme?j?y)e?jkz

4、海水的电导率为4 S/m ,相对介电常数为 81 ,求频率为1 MHz 时,位移电流振幅与传导电流振幅的比值。(8分)

解:设电场随时间作正弦变化,表示为:

??E?exEmcos?t??

??DJd???ex??0?rEmsin(?t)?t则位移电流密度为: ?3其振幅值为:Jdm???0?rEm?4.5?10Em

传导电流的振幅值为:Jcm??Em?4Em 故:

Jdm?1.125?10?3 Jcm5、用高斯定理求解真空中均匀带电球体的场强分布。

已知球体半径为a,电荷密度为?0。(10分) 解:(1)球外某点的场强:

?S??q143?0a3E?dS??πa?0 E? (r≥a) 2?0?033?0r(2)求球体内一点的场强:

?S??1E?dS??0?V?0dV

4?r2E?1?0??0rq43?πrE? (r

常数。求:(1)磁场强度复矢量;(2)瞬时坡印廷矢量(3)平均坡印廷矢量。(12分) 解:(1) 由:??E??j??0H得:

??H(z)????E(z)??(ez)?(eyE0e?jkz)j??0j??0?z????kE??jkz0??(?exE0e)??exe?jkz

j??0?z??011

1?(2)电场和磁场的瞬时值为: E(z,t)?Re[E(z)e??j?t]?eyE0cos(?t?kz)

? H(z,t)?Re[H(z)e瞬时坡印廷矢量为:

???j?t]??ex?kE0??0cos(?t?kz)

S?E?H?eyE0cos(?t?kz)?[?ex????kE0??0cos(?t?kz)]?ez?kE02??0cos2(?t?kz)

(3)平均坡印廷矢量为:

Sav????kE2?kE0?jkz?11k2?jkz0?Re[eyE0e?(?exe)]?Re(ez)?ezE0 2??02??0??07、频率为9.4GHz的均匀平面波在聚乙烯中传播,设其为无耗材料,相对介电常数为εr = 2.26 。若磁场的振幅为7mA/m,求相速、波长、波阻抗和电场强度的幅值。(12分) 解:由题意?r?2.26;f?9.4?10Hz

9v?v0?r?v1.996?108?2.12m ?1.996?10m/s;???9f9.4?102.26v08????377?0??251?;Em?Hm??7?10?3?251?1.757 V/m ??r2.26??8、长为 a、宽为 b 的矩形环中有均匀磁场垂直穿过,B?exB0cos(?t)

矩形回路静止;求矩形环内的感应电动势。(8分)解:均匀磁场B 随时间作简谐变化,而

回路静止,因而回路内的感应电动势是由磁场变化产生的,故

???B???????in????dS????exB0cos(?t)??exdS??abB0sin(?t)s?ts?t??

9、用安培环路定理求载流无限长同轴电缆产生的磁感应强度。(12分)

解:选用圆柱坐标系,则:B?e?B(?)

??I?22????I2 (1)0???a应用安培环路定理得:I1?2?aa???I?I?22??B1??02B1?e?02(??a) a 2?a

??(2)a???b 2??B2??0I B2?e??0I 2??c2??2?I2(3)b???c I3?I?I2

c?b2c?b2?2?b2应用安培环路定理,得:2??B3???0I(c2??2)c2?b2?0Ic2??2?,B3?e? 2??c2?b2??(4)c???? I4?0,B4?0

10、已知真空中电磁场的电场强度和磁场强度矢量分别为:

E(z,t)?exE0cos(?t?kz),H(z,t)?eyH0cos(?t?kz)

其中E0,H0和k为常数。求:(1)w和wav;(2)S和Sav。(12分) 解:(1)E?exE0e???jkz????;D?ex?0E0e???jkz;H?eyH0e???jkz; B?ey????0H0ejkz

1????1w?we?wm?(E?D?B?H)?(?0E2??0H2)

2212222 ?[?0E0cos(?t?kz)??0H0cos(?t?kz)]

2wav?weav?wmav?????????1122?Re(E?D?B?H)?(?0E0??0H0) 44?S?E(z,t)?H(z,t)?ezE0H0cos2(?t?kz)

?????11?Re(E?H)?ezE0H0 22 Sav?111、均匀平面波的磁场强度的振幅为A/m,以相位常数为30 rad/m 在空气中沿?ez方

3?向传播。当t=0和z=0时,若H取向为?ey,试写出E和H的表示式,并求出频率和波长。(10分)

解:E(z,t)?ex40cos(90?10t?30z) V/m

??8????H(z,t)??ey??1cos(90?108t?30z) A/m 3???2??c?2??0.21 m 303?10845f????108?1.43?109 Hz

??/15?