电磁场与电磁波大作业
西电电磁场与电磁波大作业综合研究课题
综合研究课题
1.编制程序绘制电偶极子的电场与电位3D和2D空间分布图。
2.证明金属导体内的电荷总是迅速扩散到表面，弛豫时间？
3.实例展示静电场比拟法的2D和3D应用。
4.求置于无限大接地平面导体上方距导体面h处的点电荷q的电位，
绘制电位分布图；并求解、绘制无限大接地平面上感应电荷的分布图。
5.沿z向分布无限长线电荷等距置于x=0平面两侧，距离d，线密
度分别为ρl ，-ρl，求解电位且绘制等位面方程。
6.横截面如图所示的导体长槽，上方有一块与槽相互绝缘的导体盖
板，截面尺寸为a×b=10×10cm，槽体的电位为零，盖板的电位为U0=100V，采用有限差分法求此区域内的电位并绘制等位线。
7.设计计算机程序绘制无耗、无界、无源简单煤质中的均匀平面电
磁波传播的三维分布图（动态、静态均可）
8.编制计算机程序，动态演示电磁波的极化形式。
对于均匀平面电
磁波，当两个正交线极化波的振幅与初相角满足不同条件时，合成电磁波的电场强度矢量的模随时间变化的矢端轨迹。
9.以常用金属体（比如，铜、铝）为研究目标，讨论其表面电阻，
并计算绘制电磁波（电流密度）在其中传播时的衰减值及其变化规律。
10.推导并绘制三个半波长正交偶极子天线方向图（2D、3D）
（每个同学任意选择其中四道题，考试前提交结果）。
《电磁场与电磁波》大作业A 答案
内外的电场强度及电位分布。
解：采用球坐标系分析本题（只涉及了一个变量半径r ，并未涉及其他角度变量）。
在r<a 的区域，高斯面是一个与这个球体相同球心，以r 为半径的球面，所包围的电荷是343r πρ ，因此22304443ii r r i S d r E r E r ρπππε===⎰E S e e （r e 表示方向沿径向向外，下面省略了中间过程）所以3i rρε=r E e （V m ）在r>a 的区域，高斯面是一个与这个球体相同球心，以r 为半径的球面，所包围的电荷是343a πρ ，230443o r E a ρππε=3203o a rρε=rE e （V m ） 求解电势：由于电荷分布在有限区域，可选无穷远点为参考点。
则 在r<a 时2200(V)26a i i o rraa r dr E dr E dr ρρϕεε∞∞=⋅=+=-⎰⎰⎰E在r>a 时30(V)3o o ra dr r ρϕε∞=⋅=⎰E8、单匝矩形线圈置于时变场0sin y B t ω=B e 中，如图所示。
初始时刻，线圈平面的法向单位矢量n 与y 轴成0α角。
求：a) 线圈静止时的感应电动势；b) 线圈以速度ω绕x 轴旋转时的感应电动势。
答：a) 线圈静止时，穿过线圈的磁通为()()000sin sin cos y Sd t ab B ab t B Φωωα⋅⋅===⎰B Se n由式（2.59），故感应电动势为()00cos cos d abB t dt Φωωαε=-=-b) 线圈以角速度ω绕x 轴旋转时，法向单位矢量n 的方向随时间变化。
在t 时刻，n 与y 轴的夹角0t ααω=+,所以()()()000sin sin cos y Sd B t ab B ab t t Φωωαω⋅⋅===+⎰B Se n故感应电动势为()0cos 2d abB t dt Φωαωε=-=-+9、一个半径为a 的导体球的电位为U ，设无穷远处为零电位。
电磁场与电磁波大作业
电磁场与电磁波大作业雷达和隐形飞机一、摘要基于电磁场与电磁波技术，探讨隐形飞机中隐含的无线电技术，并且解释隐形飞机与雷达之间的各种机制原理，深层次了解隐形飞机究竟是如何隐身的。
电磁场技术是基于麦克斯韦方程组，主要探讨空间中电场与磁场－密不可分的关系。
本文从四个方面介绍有关雷达与隐形飞机，并联系其中包含的电磁场与电磁波技术。
二、关键字雷达、隐形飞机、隐形材料、电磁场、电磁波。
三、正文一、雷达雷达是利用电磁波发现目标,并测定其位置的电子设备。
发射电磁波对目标进行照射并接收其回波,由此获得目标至电磁波发射点的距离、距离变化率、径向速度、方位、高度等信息。
雷达由天线系统、发射装置、接收装置、防干扰设备、显示器、信号处理器和电源等组成。
其中天线是雷达实现天空域、多功能、多目标扫描的技术关键,信号处理器是雷达的核心组件。
雷达发射出的无线电波碰到飞机会被反射,并重新被雷达接收,通过处理即可显示飞机的方位。
上世纪五十年代,国际上便研制出脉冲多普勒雷达,可以探寻超音速飞机。
其中用到的一个重要原理就是多普勒效应,即反射回来的无线电波的频率会随飞机移动状态而变化。
二、隐形飞机的原理隐形飞机被形象地喻为“空中幽灵”,它们行踪诡秘,能有效地躲避雷达跟踪。
从原理上来说隐形飞机的隐形并不是让我们的肉眼都看不到,它的目的是让雷达无法侦察到飞机的存在。
隐形飞机之所以能“隐身”主要是通过降低飞机的电、光、声这些可探测特征,使雷达等防空红外探测器不能够早期发现来实现的。
采用两种技术,便能够减少雷达接收到的有效信号。
隐形飞机最重要的两种技术是形状和材料。
1 外形设计上隐形首先隐形飞机的外形上避免使用大而垂直的垂直面,最好采用凹面,这样可使散射的信号偏离力图接收它的雷达飞机在外形设计上采用了非常规布局,消除小于或等于90°的外形夹角发动机进气口置于机身背部或机翼上面,采用矩形设计并朝上翻。
2个垂直尾翼均向外斜置,机身与机翼融为一体,使飞机对所有雷达波形成镜面反射,减小雷达回波。
电磁场与电磁波作业(汇总)
电磁场与电磁波作业电子版071244146 朱志峰 071214121 周少波1.6 证明：如果C A B A ∙=∙和=⨯B A C A ⨯,则C B =。
解: C A B A ⨯=⨯，有)()(C A A B A A ⨯⨯=⨯⨯ C A A A C A B A A A B A ∙∙-∙=∙∙-∙∙)()()()(由C A B A ∙=∙同理有C A A B A A ∙∙=∙∙)()( ∴C B =1.14 利用直角坐标系证明：(∇uv)=u ∇v+v ∇u证明：u ∇v+v ∇u=u(zu v yu v xu v zv yv xv zyxz y x αααααααααααα+++++()()=)()()(yv v zv uyu v y v ux u v xv uy yz y yy x xx αααααααααααα+++++=)()()(z y x uv zuv yuv xαααααα++=)(uv ∇1.15 一球面S 的半径为5，球心在原点，计算s d er s∙⎰)sin 3(θ的值。
解：θϕθθrdrd drd r s d ==sin原式=θθθdrd rds er s⎰⎰=∙2sin 3sin 3=15⎰θθd er d er )5(sin =752π补充题 已知在直角坐标系中U(x,y ,z)，求证u duu df u f ∇=∇)()(。
证明：e yu f ye xu f xe uf ++=∇αααα)()()(zzu f αα)(=zu duu df ze yu duu df ye xu duu df xe αααααα∙+∙+∙)()()(=u duu df ∇)(kk e k e k e z k y k x k ze z k y k x k y e z k y k x k x e r k zk y k x k r k k e k e k e k yr xr xr zr zr yr z e y e x e r yr x r e x r z r e z r y r e ze y e x e r zr y r x rk z e y e x e r k r k z z y y x x z y x z z y x y z y x x z y x z z y y x x x y z x y z y x xy zz x y y x z y x z y x z y x=++=++∂∂+++∂∂+++∂∂=∙∇∴++=∙++==⨯∇∴=∂∂=∂∂=∂∂=∂∂=∂∂=∂∂∴++=∂∂-∂∂+∂∂-∂∂+∂∂-∂∂=⨯∇=++=∙∇∴++=∂∂+∂∂+∂∂=∙∇++==∙∇=⨯∇=∙∇)()()()(30r 0)()(r 23111r r 1)(30r 23r 123.1z z ，则）设（）（）（又）证明：（为一常矢量。
电磁场与电磁波作业(汇总)
电磁场与电磁波作业电子版071244146 朱志峰 071214121 周少波1.6 证明：如果C A B A ∙=∙和=⨯B A C A ⨯,则C B =。
解: C A B A ⨯=⨯，有)()(C A A B A A ⨯⨯=⨯⨯ C A A A C A B A A A B A ∙∙-∙=∙∙-∙∙)()()()(由C A B A ∙=∙同理有C A A B A A ∙∙=∙∙)()( ∴C B =1.14 利用直角坐标系证明：(∇uv)=u ∇v+v ∇u证明：u ∇v+v ∇u=u(zu v yu v xu v zv yv xv zyxz y x αααααααααααα+++++()()=)()()(yv v zv uyu v y v ux u v xv uy yz y yy x xx αααααααααααα+++++=)()()(z y x uv zuv yuv xαααααα++=)(uv ∇1.15 一球面S 的半径为5，球心在原点，计算s d er s∙⎰)sin 3(θ的值。
解：θϕθθrdrd drd r s d ==sin原式=θθθdrd rds er s⎰⎰=∙2sin 3sin 3=15⎰θθd er d er )5(sin =752π补充题 已知在直角坐标系中U(x,y ,z)，求证u duu df u f ∇=∇)()(。
证明：e yu f ye xu f xe uf ++=∇αααα)()()(zzu f αα)(=zu duu df ze yu duu df ye xu duu df xe αααααα∙+∙+∙)()()(=u duu df ∇)(kk e k e k e z k y k x k ze z k y k x k y e z k y k x k x e r k zk y k x k r k k e k e k e k yr xr xr zr zr yr z e y e x e r yr x r e x r z r e z r y r e ze y e x e r zr y r x rk z e y e x e r k r k z z y y x x z y x z z y x y z y x x z y x z z y y x x x y z x y z y x xy zz x y y x z y x z y x z y x=++=++∂∂+++∂∂+++∂∂=∙∇∴++=∙++==⨯∇∴=∂∂=∂∂=∂∂=∂∂=∂∂=∂∂∴++=∂∂-∂∂+∂∂-∂∂+∂∂-∂∂=⨯∇=++=∙∇∴++=∂∂+∂∂+∂∂=∙∇++==∙∇=⨯∇=∙∇)()()()(30r 0)()(r 23111r r 1)(30r 23r 123.1z z ，则）设（）（）（又）证明：（为一常矢量。
西电电磁场与电磁波大作业
电磁场与电磁波大作业班级：021231学号：02123023姓名：林名峰一，用柱面镜像法，针对圆柱上，求出电位及等位面方程线密度为l ρ的无限长线电荷平行置于接地无限大导体平面前，二者相距d ，求电位及等位面方程。
解：仿照点电荷的平面镜像法，可知线电荷的镜像电荷为l ρ-，位于原电荷的对应点。
以原点为参考点。
得线电荷电位为:++=r r l 00ln2περϕ同理得镜像电荷l ρ-的电位---=r r l 00ln2περϕ任一点（x,y ）的总电位-++=ϕϕϕ用直角坐标表示为22220)()(ln 4),(yd x yd x y x l +-++=περϕ其等位面方程为22222)()(m yd x y d x =+-++ m 为常数，方程可化为222222)12()11(-=+-+-m md y d m m x该方程表示圆心在)(0,0y x ，半径为0R 的一族圆。
|1|220-=m md R ，d m m x 11220-+=，00=y每给定一个m （m>0），对应一个等位圆，此圆电位是ml ln 20περϕ=二、源代码现用MATLAB画出不同m值时的等位圆图，设d=1，lρ=19⨯106.1-代码：[X,Y]=meshgrid(-1.5:0.01:1.5,-0.5:0.01:0.5);fi=1.6e-19/(4*pi*8.854e-12).*log(((X+1).^2+Y.^2)./((X-1).^2+Y.^2));%各点电位m=sqrt(((X+1).^2+Y.^2)./((X-1).^2+Y.^2));%m值，在workspace中可查看相应的值[c,h]=contour(X,Y,fi,'k');%画不同m值对应等位线clabel(c,h);hold ongrid onxlabel('Y')ylabel('X')d=1;for m=[1/100 1/60 1/30 1/15 1/8 1/3 1/2 2 3 8 15 30 60 100]x0=(m^2+1)/(m^2-1)*d;r0=2*m*d/abs(m^2-1);alpha=0:pi/10000:2*pi;x=r0*cos(alpha)+x0;y=r0*sin(alpha);title('²»Í¬mֵʱµÄµÈλÏßͼÐÎ(m=1/100 1/60 1/30 1/15 1/8 1/3 1/2 2 3 8 15 30 60 100)');plot(x,y);axis([-3 3 -3 3]);hold on;grid on;end运行结果：图中右半平面（x>0），对应m>1，电位为正，左半平面（x<0），对应m<1，电位为负，y轴对应m=1，电位为0，m=0对应点（-1,0），m=∞对应点（1,0）。
20年6月西南大学答案 电磁场与电磁波【1081】大作业(参考答案)
西南大学网络与继续教育学院课程考试试题卷学期：2020年春季课程名称【编号】：电磁场与电磁波【1081】A卷一、分析题（共15分）1、阐述任意理想介质中均匀平面电磁波的传播特性，阐述斜入射的均匀平面波可以分解为哪两个正交的线极化波，以及矩形波导的传播特性参数有哪些？1任意理想介质中均匀平面电磁波的传播特性：a）均匀平面电磁波的电场强度矢量和磁场强度矢量均与传播方向垂直，没有传播方向的分量，即对于传播方向而言，电磁场只有横向分量，没有纵向分量。
这种电磁波称为横电磁波或称为TEM波。
（b）电场、磁场和传播方向互相垂直，且满足右手定则。
（c）电场和磁场相位相同，波阻抗为纯电阻性。
（d）复坡印廷矢量为：从而得坡印廷矢量的时间平均值为平均功率密度为常数，表明与传播方向垂直的所有平面上，每单位面积通过的平均功率都相同，电磁波在传播过程中没有能量损失(沿传播方向电磁波无衰减)。
(e) 任意时刻电场能量密度和磁场能量密度相等，各为总电磁能量的一半。
2斜入射的均匀平面波可以分解为哪两个正交的线极化波？斜入射的均匀平面波都可以分解为两个正交的线极化波:一个极化方向与入射面垂直，称为垂直极化波;另一个极化方向在入射面内，称为平行极化波。
3矩形波导的传播特性参数传播常数、截止频率、相速度、群速度、波导波长、波阻抗等。
二、解释题（共5分）1、库仑定律库仑定律可表述为：真空中任意两个静止点电荷和之间作用力的大小与两个电荷的电荷量成正比，与两个电荷距离的平方成反比；作用力的方向沿两个电荷的连线方向，同性电荷相斥，异性电荷相吸。
三、计算题（共4题，每题20分，共80分）1、(1) 给定矢量9x y z=--A e e e，243y z=-+xB e e e，求⋅A B，解：(2) 一个半径为a 的球体均匀分布着体电荷密度ρ(3C m )的电荷，球体内外介电常数均为0ε，求球体内外的电场强度及电位分布。
解：解：采用球坐标系分析本题（只涉及了一个变量半径r ，并未涉及其他角度变量）。
《第四章2电磁场与电磁波》作业设计方案-高中物理人教版19选择性必修第二册
《电磁场与电磁波》作业设计方案（第一课时）一、作业目标本课时作业设计旨在帮助学生巩固电磁场与电磁波的基本概念，理解库仑定律、安培环路定律等基本原理，并能够运用所学知识解决实际问题。
通过作业练习，提高学生的物理思维能力和解题能力。
二、作业内容1. 理论知识回顾：要求学生复习电磁场的基本概念，包括电场强度、电势差等，以及电磁波的传播和形成原理。
2. 基础题目练习：设计一系列基础题目，包括选择题和填空题，主要围绕库仑定律的应用进行练习，如计算点电荷间的相互作用力等。
3. 实验模拟题：设计模拟实验题，让学生通过模拟实验过程，理解电磁波的传播过程和电磁场的变化规律。
4. 综合应用题：设计一道综合应用题，要求学生运用所学知识解决实际问题，如计算电磁波在介质中的传播速度等。
三、作业要求1. 认真审题：学生在做题前应认真阅读题目要求，明确题目所考察的知识点。
2. 规范作答：学生在答题时应遵循规范的解题步骤，确保答案的准确性。
对于计算题，应写出详细的解题过程。
3. 独立思考：学生应独立完成作业，避免抄袭他人答案。
在遇到问题时，应积极思考并尝试解决问题。
4. 及时反馈：学生应按时完成作业，并在规定时间内提交作业。
如有疑问或困难，应及时向老师请教。
四、作业评价1. 评价标准：根据学生完成作业的情况，从准确性、规范性、创新性等方面进行评价。
对正确率高、解题思路清晰、答案规范的优秀学生给予表扬和鼓励。
2. 互评与自评：鼓励学生进行互评和自评，让学生从不同的角度审视自己的解题过程和答案，以提高学习效果。
3. 教师点评：教师应对每份作业进行批改和点评，指出学生在解题过程中的优点和不足，并给出改进建议。
五、作业反馈1. 及时反馈：教师应在规定时间内完成作业批改，并及时将作业反馈给学生。
对于普遍存在的问题，应在课堂上进行讲解和指导。
2. 个性化辅导：针对学生在作业中出现的个别问题，教师可进行个性化辅导，帮助学生解决疑惑。
3. 总结反思：学生应根据教师的反馈和自己的解题过程进行总结反思，找出自己在知识掌握和解题思路上的不足，以便在后续学习中加以改进。
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（3）理想无线长双导体的电位和电场分布计算和图形显示（柱面镜像），要求提交 程序（matlab或者Maxwell 工程）和书面作业（Word版）；
4）给出电偶极子的电位和电场分布图，要求提交程序（matlab或者Maxwell 工程） 和书面作业（Word版）；
（5）给出磁偶极子的矢量磁位和磁场的分布图，要求提交程序（matlab或者 Maxwell 工程）和书面作业（Word版）
MAXWELL 2D Maxwell 2D 包括交流/ 直流磁场、静电场以及瞬态电磁场、温度场分析，参数化分析； 以及优化功能。此外，Maxwel2D 还可产生高精度的等效电路模型以供A n s o f t 的 SIMPLORER模块和其它电路分析像法的电位和电场分布计算和图形显示，要求提交程序（matlab 或者Maxwell 工程）和书面作业（Word版）； （2）球面镜像法的点位和电场分布计算和图形显示，要求提交程序（matlab或者 Maxwell 工程）和书面作业（Word版）；
（6）p114 例4.7 电位和电场计算及分布图，要求提交程序（matlab或者Maxwell 工程）和书面作业（Word版）； （7）p116例4.8 电位和电场计算及分布图，要求提交程序（matlab或者Maxwell 工程）和书面作业（Word版）； （8）p117 例4.9 电位和电场计算及分布图，要求提交程序（matlab或者Maxwell 工程）和书面作业（Word版）； （9）p119 例4.10 电位和电场计算及分布图，要求提交程序（matlab或者 Maxwell 工程）和书面作业（Word版）；
电磁场与电磁波 （大作业）
侯建强 2014.11.07
目录
一，作业要求 二，设计工具 三，作业题目 四，其他
一，作业要求
1，内容涉及所授课程及先修课程的多个知识点的综合理解和 运用； 2，课程考核前提交，计入总成绩5%； 3，共计10个题目，5-6人一组， 4, 提交程序及总结报告到houjq@.
（10）p144 习题4.2电位和电场计算及分布图，要求提交程序（matlab或者 Maxwell 工程）和书面作业（Word版）；
四，其他
大作业要求是二维图形，也可以给出三维的数值结果。
二，设计工具
电磁场电磁波大作业，从对场的概念的理解及软件仿真方面增 强学生对静电场、静磁场的概念的认识和理解。 根据题目可以选择MATLAB和ANSOFT MAXWELL 对题目进行 分析。
MATLAB® 是一种用于数值计算、可视化及编程的高级语言和交互式环境。使用 MATLAB，可以分 析数据，开发算法，创建模型和应用程序。借助其语言、工具和 内置数学函数，您可以探求多种方法，比电子表格或传统编程语言（如 C/C++ 或 Java™）更快地求取结果。
MATLAB 应用广泛，其中包括信号处理和通信、图像和视频处理、控制系统、测试 和测量、计算金融学及计算生物学等众多应用领域。在各行业和学术机构中，有一 百多万工程师和科学家使用 MATLAB 这一技术计算语言。
PDE toolbox
参考资料
MATLAB偏微分方程工具箱(PDE toolbox)可以实现对二维问题高速、准确的求解过 程，通过使用用户界面或者M文件，画出所需要的任何区域，输入方程类型和有关 系数，可以显示解的图形和数值解。