电磁场模拟试题(A)
一、选择题（在每个小题四个备选答案中选出一个正确答案）（本大题共10
小题，每小题2分，总计20分）
1.磁通Φ的单位为(B)
A.特斯拉
B.韦伯
C.库仑
D.安匝
2.导体在静电平衡下，其内部电场强度(B )
A.为常数
B.为零
C.不为零
D.不确定
3.真空中介电常数ε0的值为(D )
A.8.85×10-9F/m
B.8.85×10-10F/m
C.8.85×10-11-11F/m
D.8.85×10-12F/m
4.磁感应强度B与磁场强度H的一般关系为(B )
A.H=μB
B. B=μH
C.H=μr B
D.B=μ0H
5.矢量磁位的旋度是(A)
A.磁感应强度
B.磁通量
C.电场强度
D.磁场强度
6.平板电容器的电容量与极板间的距离( B)
A.成正比
B.成反比
C.成平方关系
D.无关
7.相同尺寸和匝数的空心线圈的电感系数与铁心线圈的电感系数之比( C)
A.大于1
B.等于1
C.小于1
D.无确定关系
8.真空中均匀平面波的波阻抗为(A)
A.377Ω
B.237Ω
C.277Ω
D.337Ω
9.交变电磁场中，回路感应电动势与回路材料电导率的关系为(D)
A.电导率越大，感应电动势越大
B.电导率越小，感应电动势越大
C.电导率越大，感应电动势越小
D.感应电动势大小与导电率无关
10.下面说法正确的是( A)
A.凡是有磁场的区域都存在磁场能量
B.仅在无源区域存在磁场能量
C.仅在有源区域存在磁场能量
D.在无源、有源区域均不存在磁场能量
二、辨析题（判断正误并简单分析原因）（15分）
1.甲处电位是2000V，乙处电位是10V，因此甲处的电场强度大于乙处。错。电位和电场强度之间是梯度关系，不是比例关系，而且电位的值和参考点选取有关系
2.电位为零的导体不带电。
错。当导体接地时，可能带有负的电荷，正电荷流入大地，导体接地只是意味着电位为零，而不是不带电。
3．只有时变的电场能产生磁场。
错。时变的电场和恒定的电流都能产生磁场
4．洛仑兹力能对电荷做功。
错。洛仑兹力与电荷运动方向垂直，不会对电荷做功，只是改变电荷运动的方向
5．时变场中的E线和静电场中的E线是一样的，都是起于正电荷终止于负电荷。
错。时变场中的E线是毕合的曲线，因为在时变场中，变化的磁场产生电场，E的旋度不等于零。
三、名词解释题(本大题共5小题，每小题2分，共10分)
1.电偶极子：相距很近的两个符号相反而量值相等的电荷。
2.体电流密度：以体密度ρ分布的电荷,按速度v作匀速运动时,形成体电
流密度向量
3.束缚电流：由运动的束缚电荷形成的环行电流。
4.磁化：导磁媒质中的磁偶极子在外磁场作用下力图使它自己与外磁场方
向一致，力图增强外磁场，使媒质中的磁场与真空中不一样，这种过程称为磁化。
5.似稳区：当场点和源点距离小于电磁波波长时，可忽略推辞效应，认为
源点和场点同相，在这个区域称为似稳区
四、简答题(25分)
1. 如何由电位求电场强度?试写出直角坐标系下的表达式?(5分)
2. 传导电流、位移电流如何定义的?各有什么特点?（5分）
3. 写出毕奥—沙伐定律的数学表达式。说明它揭示了哪些物理量之间的关系? (5分)
4. 写出时变场基本方程组的积分形式、微分形式，边界条件并阐述积分形式方程的物理意义？（10分）
解：1. 如何由电位求电场强度?试写出直角坐标系下的表达式?(5分)
E=?
-,对电位求梯度的相反数
?
E =
k z
j y i x ??+??+????? 2. 传导电流、位移电流、运流电流是如何定义的?各有什么特点?（5分）
传导电流密度E c γδ=在导电媒质中存在,电流和电场恒定由电源产生 位移电流密度t
D
D ??=
δ由变化的电场产生 运流电流密度V v ρδ=由空间的运动电荷产生
3. 写出毕奥—沙伐定律的数学表达式。说明它揭示了哪些物理量之间的关 系? (5分)
??=204r r dl I B
πμ,或??=204r r dv B δπμ ,或??=
20
4r r ds K B
π
μ,它揭示了电流密度和磁感应
强度之间的联系,同时也说明了恒定的电流能够产生磁场.
4. 写出时变场基本方程组的积分形式、微分形式，边界条件并阐述积分形式方程的物理意义？（10分） 积分形式:
??
??+??+=S s
s
c l
Vds ds t
D
ds Hdl ρδ 磁场不仅由实体电荷产生而且也可由变动的电场产生
ds t
B
Edl s
l
?
???-= 变化的磁场产生电场，时变场中E 线可构成闭合曲线 0=?s
Bds 自然界中无磁荷存在 q Dds s
=?静电场直接推广到时变场
微分形式： t D H C ??+
=??δ t
B
E ??-=??
0=??B
ρ=??D
分界面边界条件： E 1t =E 2t
D 1n -D 2n =σ H 1t -H 2t =K B 1n =B 2n
五、计算题(30分)
1. 真空中有一密度为2π纳库/米的无限长电荷沿Y 轴放置，另有密度分别为0.1纳库/米2和-0.1纳库/米2的无限大带电平板分别位于Z=4米和Z=-5米处。试求P 点（0，0，2）的电场强度E P 。（6分）
解：无限大带电平板产生的电场强度E 1=
220
?εσ
=0.190101-?ε
无限长直电荷在P 点产生的电场强度为E 2=r 02πετ=0
9
092104102επεπ--=
? 最后在P 点合成的电场强度因为方向都在Z 轴上,所以有:E P =E 1+E 2=0.60ε910-? C
2．球形电容器的内半径R 1=5cm ，外半径R 2=10cm ，有两层电介质，分界面
也为球面，半径R 0=8cm 。若米西门子/10101-=γ，米西门子/1092-=γ，如图1所示求：、
（1）球面之间的E ，δ和?： （2）漏电导（8分）
图1
解：（1）设该电容器的漏电流为I ，由分界面的边界条件可知电流具有连续性,电场强
度只有径向方向则其电流密度
δ=
24r I π 电场强度E=δ/γ=γ
π2
4r I (R 1 24r I π E 1=δ/γ1 =124γπr I (R 0 24r I π E 1=δ/γ2=2 2 4γπr I U 0=?0 1 1R R dr E +?2 2R R dr E = )]1 1(1)11(1[42 02011R R R R I -+-γγπ 则 π 4I =1.29×10-8 δ= 2 4r I π=1.29×10-8（A/m 2 ） E 1=129 / r 2 (V/m) (方向为径向) E 2=12.9 / r 2 (V/m) (方向为径向) 以外导为电位参考点,则电位分别为 : ?=22)(R r dr r E ?=1.29（101-r ） (V) (以外壳为参考点) (R 0 ?=01)(R r dr r E ?=129（5.121-r ） (V) (以外壳为参考点) (R 1 （2）漏电导G= U I =0.162×10-9 S 3．已知参数如图2.所示，计算无限长直导线对线框的互感。（6分） 图2 解:以导线的轴线为原点建立坐标系 无限长直电流产生的磁感应强度为B=x I πμ20 ds= c dx = =ΦBds d x I πμ20cdx 因为线圈仅有一匝故? +++= =b a R a R φψx I πμ20 cdx=a R b a R Ic +++ln 20πμ 故M= = I ψ a R b a R c +++ln 20πμ 4. 已知自由空间中的电磁波的两个分量为 E +x (z,t)=2000cos(ωt-βz) H +y (z,t)=2.65cos(ωt-βz) 式中f=20MHz, β=ωε00·u =0.42弧度/米 图3 1) 求瞬时坡印亭矢量。 2) 求平均坡印亭矢量。 3）流如图3所示平行六面体（长为1m ，横截面积为0.25m 2 ）体积中的净功率。（10分） 解：（1）由题可知： =2000cos(ωt-βz)i ， =2.65cos(ωt-βz) 因为E 与H 方向互相垂直 由坡印亭矢量公式?= =2000cos(ωt-βz) 2.65cos(ωt-βz)sin 90 =2650cos 2)(z t βω- =1325（1+cos （4πft —0.84z ））(W/m 2) 2) 坡印亭矢量平均值?-+=T av dt z ft T S 0 )84.04cos(1(13251 π =1325+?-T dt z ft T 0 )84.04cos(1 π =1325(W/m 2) 3)根据右手定则,坡印亭矢量方向与Z 轴平行,故在长方体的前后上下面的面积分为0,只有在左右两个侧面有分量 其中负号表示流出,S 1,S 2分别表示左侧面和右侧面的坡印亭矢量 Z=0时 S 1=1325（1+cos4πft ）(W/m 2) Z=1时 S 2=1325（1+cos （4πft —0.84））(W/m 2 ) 流入净功率流为流入的减去流出的,故 )(21S d S S d S S d s s s ?-?-=?-? ?? =))((21S d S S s ?--? =-1325)]84.04cos(4[cos 25.0--??ft ft ππ =270.1ft )42.04sin(-π(W) 一、填空 1.方程▽2φ=0称为静电场的（拉普拉斯（微分））方程 2.在静电平衡条件下，导体内部的电场强度E 为（0） 3.线性导电媒质是指电导率不随（空间位置）变化而变化 4.局外电场是由（局外力）做功产生的电场 5.电感线圈中的磁场能量与电流的平方（成正比） 6.均匀平面电磁波中，E 和I 均与波的传播方向（垂直） 7.良导体的衰减常数α≈（β≈2ωμγ ） 8.真空中，恒定磁场安培环路定理的微分形式（▽x B=0μJ ） 9.在库伦规范和无穷远参考点前提下，面电流分布的矢量的磁位公式 （A=?R Idl 40 πμ）公式3-43 10.在导体中，电场力移动电荷所做的功转化为（热能） 11. 在静电平衡条件下，由导体中E=0，可以得出导体内部电位的梯度为（0 ）（p4页） 12.电源以外的恒定电场中，电位函数满足的偏微分方程为----- （p26 页） 13.在无源自由空间中，阿拉贝尔方程可简化为----------波动方程。 瞬时值矢量齐次 （p145页） 14.定义位移电流密度的微分表达式为------------ t ??D =0εt ??E +t P ?? （p123页） 15.设电场强度E=4，则0 P12页 16.在单位时间内，电磁场通过导体表面流入导体内部的能量等于导线电阻消耗的（热能） 17.某一矢量场，其旋度处处为零，则这个矢量场可以表示成某一标量函数的（梯度） 18.电流连续性方程的积分形式为（???s dS j =-dt dq ） 19.两个同性电荷之间的作用力是（相互排斥的） 20.单位面积上的电荷多少称为（面电荷密度） 21.静电场中，导体表面的电场强度的边界条件是：（D1n-D2n=ρs ） 22.矢量磁位A 和磁感应强度B 之间的关系式：（ B =▽ x A ） 23.E （Z ，t ）=e x E m sin （wt-kz-错误！未找到引用源。）+ e y E m cos （wt-kz+错误！未找到引用源。），判断上述均匀平面电磁波的极化方式为：（圆极化）（应该是 90％确定） 24.相速是指 均匀平面电磁波在理想介质中的传播速度。 25.电位移矢量D=ε0E+P 在真空中 P 的值为（0） 《电磁场与电磁波》仿真实验 2016年11月 《电磁场与电磁波》仿真实验介绍 《电磁场与电磁波》课程属于电子信息工程专业基础课之一，仿真实验主要目的在于使学生更加深刻的理解电磁场理论的基本数学分析过程，通过仿真环节将课程中所学习到的理论加以应用。受目前实验室设备条件的限制，目前主要利用 MATLAB 仿真软件进行，通过仿真将理论分析与实际编程仿真相结合，以理论指导实践，提高学生的分析问题、解决问题等能力以及通过有目的的选择完成实验或示教项目，使学生进一步巩固理论基本知识，建立电磁场与电磁波理论完整的概念。 本课程仿真实验包含五个内容： 一、电磁场仿真软件——Matlab的使用入门 二、单电荷的场分布 三、点电荷电场线的图像 四、线电荷产生的电位 五、有限差分法处理电磁场问题 目录 一、电磁场仿真软件——Matlab的使用入门 (4) 二、单电荷的场分布 (10) 三、点电荷电场线的图像 (1) 2 四、线电荷产生的电位 (14) 五、有限差分法处理电磁场问题 (17) 实验一电磁场仿真软件——Matlab的使用入门 一、实验目的 1. 掌握Matlab仿真的基本流程与步骤； 2. 掌握Matlab中帮助命令的使用。 二、实验原理 （一）MATLAB运算 1.算术运算 (1)．基本算术运算 MATLAB的基本算术运算有：＋(加)、－(减)、*(乘)、/(右除)、\(左除)、^(乘方)。 注意，运算是在矩阵意义下进行的，单个数据的算术运算只是一种特例。 (2)．点运算 在MATLAB中，有一种特殊的运算，因为其运算符是在有关算术运算符前面加点，所以叫点运算。点运算符有.*、./、.\和.^。两矩阵进行点运算是指它们的对应元素进行相关运算，要求两矩阵的维参数相同。 例1：用简短命令计算并绘制在0≤x≦6范围内的sin(2x)、sinx2、sin2x。 程序：x=linspace(0,6) 1. 如图所示， 有一线密度 的无限大电流薄片置于平面上，周 围媒质为空气。试求场中各点的磁感应强度。 解： 根据安培环路定律, 在面电流两侧作一对称的环路。则 由 2. 已知同轴电缆的内外半径分别为 和 ,其间媒质的磁导率 为，且电缆 长度 ， 忽略端部效应， 求电缆单位长度的外自感。 解： 设电缆带有电流则 3. 在附图所示媒质中，有一载流为的长直导线，导线到媒质分界面的距离为。 试求载流导线单位长度受到 的作用力。 解： 镜像电流 镜像电流在导线处产生的值为 单位长度导线受到的作用力 力的方向使导线远离媒质的交界面。 4. 图示空气中有两根半径均为a ，其轴线间距离为 d 的平行长直圆柱导体，设它们单位长度上所带的电荷 量分别为和 ， 若忽略端部的 边缘效应，试求 (1) 圆柱导体外任意点p 的电场强度的电位的表达式 ； (2) 圆柱导体面上的电荷面密度与值。 解： 以y 轴为电位参考点，则 5. 图示球形电容器的内导体半径 ， 外导体内径 ，其间充有 两种电介质与， 它们的分界面的半径为。 已知与的相对 6. 电常数分别为 。 求此球形电容器的电 容。 解 6. 一平板电容器有两层介质，极板面积为,一层电介质厚度，电导率，相对介电常数，另一层电介质厚度，电导率。相对介电常数，当电容器加有电压 时，求 (1) 电介质中的电流； (2) 两电介质分界面上积累的电荷； (3) 电容器消耗的功率。 解： (1) (2) (3) 7. 有两平行放置的线圈，载有相同方向的电流，请定性画出场中的磁感应强度分布(线)。 解：线上、下对称。 2010-2011 学年第 1 学期末考试试题（A 卷） 电磁场与电磁波 使用班级： 08050641X-3X 一、简答题（30分，每题6分） 1 根据自己的理解，解释什么是场？标量场？矢量场？并举例说明。 场是某一物理量在空间的分布； 具有标量特征的物理量在空间的分布形成标量场；如电位场、温度场。 具有矢量特征的物理量在空间的分布形成矢量场；如电场、磁场。 2写出电流连续性方程，并说明其意义。 ()()t t r t r J ??- =??,,ρ 电荷守恒定理 3 写出坡印廷定理，并说明各部分的意义。 ? ???+?+?=??-V V S V V t d d )2121(d d d )(J E B H D E S H E 等式左边表示通过曲面S 进入体积V 的电磁功率。 等式右边第一项表示单位时间内体积V 中所增加的电磁能量 等式右边第二项表示单位时间内电场对体积V 中的电流所做的功； 在导电媒质中，即为体积V 内总的损耗功率。 4 根据自己的理解，解释镜像法的基本原理。 用位于场域边界外虚设的较简单的镜像电荷分布来等效替代该边界上未知的较为复杂的电荷分布，在保持边界条件不变的情况下，将边界面移去，从而将原含该边界的非均匀媒质空间变换成无限大单一均匀媒质的空间，使分析计算过程得以明显简化的一种间接求解法。 5 写出麦克斯韦方程组，并说明每个方程的意义。 麦克斯韦第一方程，表明传导电流和变化的电场都能产生磁场 麦克斯韦第二方程，表明变化的磁场产生电场 麦克斯韦第三方程表明磁场是无源场，磁感线总是闭合曲线 麦克斯韦第四方程，表明电荷产生电场 ??? ?????? ? ?=??=????-=????+=??ρD B t B E t D J H 武汉大学 工程电磁场及高电压综合实验 一、题目 有一极长的方形金属槽，边宽为1cm，除顶盖电位为100sinπxV外，其他三面的电位均为零，试用差分法求槽内电位的分布。 二、解题原理：均匀媒质中的有限差分法 我们在求解场的分布时，当边界形状比较复杂时，解析分析法不再适合了，我们可以采用数值计算的方法，数值计算法的基本思想，是将整体连续的场域划分为若干个细小区域，一般称之为网格或单元，如图1所示，然后用所求的网格交点（一般称为节点或离散点）的数值解，来代替整个场域的真实解。因而数值解，即是所求场域离散点的解。虽然数值解是一种近似解法，但当划分的网格或单元愈密时，离散点数目也愈多，近似解（数值解）也就愈逼近于真实值。 实解。在此处键入公式。 图1场域的剖分，网格节点及步长 (一）、场域的剖分、网格节点及步长 由边界Γ所界定的二维平行平面场（见图1），若采用直角坐标系则可令该场处在xoy 平面内。 所谓场域的剖分就是场域的离散化，即将场域剖分为若干个网格或单元。最常见最简单的剖分为正方形剖分，这种剖分就是在xy 平面上作许多分别与x 轴及y 轴平行的直线，称为网格线。网格线的交点称为节点或离散点，场域内的节点称为内节点，场域边界上的节点称为边界节点。两相邻网格线间距离称为步长，一般以h 表示。若步长相等则整个场域就被剖分为许多正方形网格，这就是正方形剖分。节点（离散点）的布局不一定采用正方形剖分，矩形剖分也常采用，正三角形剖分偶尔也被应用，不过最常见的最简单的仍然是正方形剖分。 （二）、差分与微分 从前面的分析可知，稳恒电、磁场的求解问题，归根到底是求解满足给定边界条件的偏微分方程（泊松方程或拉普拉斯方程）的解的问题所谓差分方法，就是用差商近似代替偏微商，或者说用差分代替微分，从而把偏微分方程转换为差分方程，后者实际上为代数方程。因此这种转化有利于方程的求解。 下面分别对一阶及二阶的差分公式进行推导。首先回顾有关偏导数的定义，有 00(,)(,)(,)(,) lim lim x x f f x x y f x y f x y f x x y x x x →→?+---==? (1) 因此当|x| 充分小时，可近似地用(,)(,)f x x y f x y x +- 或(,)(,) f x y f x x y x -- 代 替 f x ??，所谓差分公式，即是基于上述观点推得的。 设图1所示场域中的位函数为A ，任取一网格节点0，它在xy 平面上的坐标为（x ,i i y ），记节点0的矢量磁位为,i j A ，并把与节点0相邻的其他四个节点1、2、3、4的矢量磁位分别记为1,i j A +、,1i j A +、1,i j A -、,1i j A -，将节点0处函数A 的 一阶偏微商A x ??，用1、0两点函数值的差商1,,i j i j A A h +-近似代替，则有 《电磁场与电磁波基础》复习题 一、 填空题： （第一章）（第二章）（第三章）（第四章）（第五章）（第六章） （第一章） 1、直角坐标系下，微分线元表达式 z e y e x e l z y x d d d d 面积元表达式 2、圆柱坐标系下，微分线元表达式z e e e l z d d d d ， 面积元表达式z e l l e S z d d d d d z e l l e S z d d d d d d d d d d z z z e l l e S 3、圆柱坐标系中， e 、e r 随变量 的变化关系分别是 e e ， e -e 4、矢量的通量物理含义是 矢量穿过曲面的矢量线的总和； 散度的物理意义是 矢量场中任意一点处通量对体积的变化率； 散度与通量的关系是 散度一个单位体积内通过的通量。 5、散度在直角坐标系 F z F y F x F V S d F F div Z Y X S V 0lim 散度在圆柱坐标系 z F F F F div Z 1)(1 6、矢量微分算符（哈密顿算符） 在直角坐标系的表达式为 z z y y x x e e e 圆柱坐标系 z e z e e 球坐标系分别 sin e e r e r r r 7、高斯散度定理数学表达式 V s S d F dV F ，本课程主要应用的两个方面分别是 静电场的散度 、 恒定磁场的散度 ； 8、矢量函数的环量定义 C l z y x F d ),,(；旋度的定义MAX l S S l d F F rot lim 0； 二者的关系 ? ? C S l d F S d F )(；旋度的物理意义：描述矢量场中某一点漩涡源密度。 9、旋度在直角坐标系下的表达式F =)()()(y F x F e x F z F e z F y F e z y z z x y y Z x 10、旋度的重要恒等式，其物理意义是旋涡源密度矢量； 11、斯托克斯定理数学表达式 ? ? C S l d F S d F )(，本课程主要应用的两个方面分别是 静电场的旋度 、 恒定磁场的旋度 ； 12、梯度的物理意义 描述标量场在某点的最大变化率及其变化最大的方向；等值面、方向导数与梯度的关系是 空间某一点的梯度垂直过该点的等值面；梯度在某方向上的投影即为方向导数； 13、用方向余弦cos ,cos ,cos 写出直角坐标系中单位矢量l e r 的表达式 cos cos cos e l z y x e e e ； 14、直角坐标系下方向导数的数学表达式l M u M u M )()(lim |l u 00l 0， 梯度的表达式； 15、梯度的一个重要恒等式u u grad ，其主要应用是求出任意方向的方向导数 ； 16、亥姆霍茨定理表述在有限区域的任一矢量场由它的散度，旋度以及边界条件唯一地确定； 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 17、描述一个矢量场的矢量函数能够用一个标量函数来描述的必要条件是 旋度 处处为零 ，这是因为恒等式 0u F 。 《电磁场与电磁波》期末考试试题A 卷 一：（16分）简答以下各题： 1. 写出均匀、理想介质中，积分形式的无源（电流源、电荷源）麦克斯韦方程组；（4分） d d d d d 0d 0l S l S S S t t ?? ?=???? ???=-???? ? ?=?? ?=????????D H l S B E l S D S B S 2. 假设两种理想介质间带有面密度为S ρ的自由电荷，写出这两种介质间矢量形式的交变电磁场边界条件；（4分） ()()()()12121212000 S ρ?-=?? ?-=?? ?-=???-=?n D D n B B n E E n H H 3. 矩形金属波导中采用TE 10模（波）作为传输模式有什么好处（3点即可）；（4分） 4. 均匀平面波从媒质1（ε1，μ1=μ0，σ1=0）垂直入射到与媒质2（ε2，μ2=μ0， σ2=0）的边界上。当ε1与ε2的大小关系如何时，边界上的电场振幅大于入射波电场振幅？当ε1与ε2的大小关系如何时，边界上的电场振幅小于入射波电场振幅？（4分） 答：（1）电场在边界上振幅与入射波振幅之比是1+R ，所以问题的关键是判的R 的正负。第一问答案ε1 < ε2 ，第二问答案 ε1> ε2 二、(16分)自由空间中平面波的电场为：() 120e j t kx z ω+=πE e ，试求： 1. 与之对应的H ；（5分） 2. 相应的坡印廷矢量瞬时值；（5分） 3. 若电场存在于某一均匀的漏电介质中，其参量为（0ε, 0μ，σ），且在频率为9kHz 时其激发的传导电流与位移电流幅度相等，试求电导率σ。（6分） 解： 1．容易看出是均匀平面波，因此有 ()()()j j 01120e e 120t kx t kx x x z y ωωπηπ++??-=?= -??= ???e H E e e e （A/m ） 或者直接利用麦克斯韦方程也可以求解：( )j 0 e j t kx y ωωμ+??==-E H e 2．若对复数形式取实部得到瞬时值，则 ()120cos z t kx =πω+E e ，()cos y t kx =ω+H e ， ()()()2 120cos cos 120cos z y x t kx t kx t kx πωωπω??=?=+?+=-+?????? S E H e e e （W/m 2）。若瞬时值是取虚部，则结果为 ()2 120sin x t kx πω=-+S e 。 3．根据条件可知 397 01 29101051036σωεππ--==??? ?=?（S/m ） 三、（10分）空气中一均匀平面波的电场为 ()(1.6 1.2) 34j x y x y z A e --=++E e e e ,问欲使其为左旋圆极化波， A ＝？欲使其为右旋圆极化波，A ＝？ 解：（1）左旋圆极化波时，5A j = （2）右旋圆极化波时，5A j =- 由于 345 x y +=e e ，所以5A =。在xoy 平面上画出34x y +e e 和43x y -k =e e ，由 z e 向34x y +e e （相位滞后的方向）旋转，拇指指向k ，符合左手螺旋，因此 《电磁场与电磁波》试题2 一、填空题（每小题1分，共10分） 1．在均匀各向同性线性媒质中，设媒质的介电常数为ε，则电位移矢量D 和电场E 满足的 方程为： 。 2．设线性各向同性的均匀媒质中电位为φ，媒质的介电常数为ε，电荷体密度为V ρ，电位所满足的方程为 。 3．时变电磁场中，坡印廷矢量的数学表达式为 。 4．在理想导体的表面，电场强度的 分量等于零。 5．表达式()S d r A S ??称为矢量场)(r A 穿过闭合曲面S 的 。 6．电磁波从一种媒质入射到理想导体表面时，电磁波将发生 。 7．静电场是保守场，故电场强度沿任一条闭合路径的积分等于 。 8．如果两个不等于零的矢量的点积等于零，则此两个矢量必然相互 。 9．对横电磁波而言，在波的传播方向上电场、磁场分量为 。 10．由恒定电流产生的磁场称为恒定磁场，恒定磁场是 场，因此，它可用磁矢位函数的旋度来表示。 二、简述题 （每小题5分，共20分） 11．试简述磁通连续性原理，并写出其数学表达式。 12．简述亥姆霍兹定理，并说明其意义。 13．已知麦克斯韦第二方程为S d t B l d E S C ???-=???，试说明其物理意义，并写出方程的微 分形式。 14．什么是电磁波的极化？极化分为哪三种？ 三、计算题 （每小题10分，共30分） 15．矢量函数z x e yz e yx A ??2 +-= ，试求 （1）A ?? （2）A ?? 16．矢量z x e e A ?2?2-= ，y x e e B ??-= ，求 （1）B A - （2）求出两矢量的夹角 17．方程2 2 2 ),,(z y x z y x u ++=给出一球族，求 （1）求该标量场的梯度； （2）求出通过点()0,2,1处的单位法向矢量。 四、应用题 （每小题10分，共30分） 18．放在坐标原点的点电荷在空间任一点r 处产生的电场强度表达式为 r e r q E ?42 0πε= （1）求出电力线方程；（2）画出电力线。 19．设点电荷位于金属直角劈上方，如图1所示，求 （1） 画出镜像电荷所在的位置 （2） 直角劈任意一点),,(z y x 处的电位表达式 20．设时变电磁场的电场强度和磁场强度分别为： )cos(0e t E E φω-= )cos(0m t H H φω-= （1） 写出电场强度和磁场强度的复数表达式 （2） 证明其坡印廷矢量的平均值为：) cos(2100m e av H E S φφ-?= 五、综合题 （10分） 21．设沿z +方向传播的均匀平面电磁波垂直入射到理想导体，如图2所示，该电磁波电场 只有x 分量即 z j x e E e E β-=0? (1) 求出反射波电场的表达式； (2) 求出区域1 媒质的波阻抗。 图1 《电磁场与电磁波》试卷1 一. 填空题（每空2分,共40分） 1．矢量场的环流量有两种特性：一是环流量为0，表明这个矢量场 无漩涡流动 。另一个是环流量不为0，表明矢量场的 流体沿着闭合回做漩涡流动 。 2．带电导体内静电场值为 0 ，从电位的角度来说，导体是一个 等电位体 ，电荷分布在导体的 表面 。 3．分离变量法是一种重要的求解微分方程的方法，这种方法要求待求的偏微分方程的解可以表示为 3个 函数的乘积，而且每个函数仅是 一个 坐标的函数，这样可以把偏微分方程化为 常微分方程 来求解。 4．求解边值问题时的边界条件分为3类，第一类为 整个边界上的电位函数为已知 ，这种条件成为狄利克莱条件。第二类为已知 整个边界上的电位法向导数 ，成为诺伊曼条件。第三类条件为 部分边界上的电位为已知，另一部分边界上电位法向导数已知 ，称为混合边界条件。在每种边界条件下，方程的解是 唯一的 。 5．无界的介质空间中场的基本变量B 和H 是 连续可导的 ，当遇到不同介质的分 界面时，B 和H 经过分解面时要发生 突变 ，用公式表示就是 12()0n B B ?-=，12()s n H H J ?-=。 6．亥姆霍兹定理可以对Maxwell 方程做一个简单的解释：矢量场的 旋度 ，和 散度 都表示矢量场的源，Maxwell 方程表明了 电磁场 和它们的 源 之间的关系。 二．简述和计算题（60分） 1．简述均匀导波系统上传播的电磁波的模式。（10分） 答：（1）在电磁波传播方向上没有电场和磁场分量，即电场和磁场完全在横平面内，这种模式的电磁波称为横电磁波，简称TEM 波。 （2）在电磁波传播方向上有电场和但没有磁场分量，即磁场在横平面内，这种模式的电磁波称为横磁波，简称TM 波。因为它只有纵向电场分量，又成为电波或E 波。 （3）在电磁波传播方向上有磁场但没有电场分量，即电场在横平面内，这种模式的电磁波称为横电波，简称TE 波。因为它只有纵向磁场分量，又成为磁波或M 波。 从Maxwell 方程和边界条件求解得到的场型分布都可以用一个或几个上述模式的适当幅相组合来表征。 2．写出时变电磁场的几种场参量的边界条件。（12分） 解：H 的边界条件 12()s n H H J ?-= E 的边界条件 期末考试 ?电磁场与微波技术?试卷A 一、单项选择题(在每小题的四个备选答案中，选出一个正确答案，并将正确答案的序号填在题干的括号内。每小题2分，共20分) 1. 静电场是(C) A. 无散场 B. 旋涡场 C.无旋场 D. 既是有散场又是旋涡场 2. 已知(23)()(22)x y z D x y e x y e y x e =-+-+- ，如已知电介质的介电常数为0ε，则自由电荷密度ρ为( ) A. B. 1/ C. 1 D. 0 3. 磁场的标量位函数的单位是( C) A. V/m B. A C. A/m D. Wb 4. 导体在静电平衡下，其内部电场强度( A ) A.为零 B.为常数 C.不为零 D.不确定 5. 磁介质在外部磁场作用下，磁化介质出现(C ) A. 自由电流 B. 磁化电流 C. 传导电流 D. 磁偶极子 6. 磁感应强度与磁场强度的一般关系为( C ) A.H B μ= B.0H B μ= C.B H μ= 0ε0 ε D.0B H μ= 7. 极化强度与电场强度成正比的电介质称为(C)介质。 A.各向同性 B. 均匀 C.线性 D.可极化 8. 均匀导电媒质的电导率不随(B)变化。 A.电流密度 B.空间位置 C.时间 D.温度 9. 磁场能量密度等于(D) A. E D B. B H C. 21E D D. 2 1B H 10. 镜像法中的镜像电荷是(A)的等效电荷。 A.感应电荷 B.原电荷 C. 原电荷和感应电荷 D. 不确定 二、填空题(每空2分，共20分) 1. 电场强度可表示为_标量函数__的负梯度。 2. 体分布电荷在场点r 处产生的电位为_______。 3. 一个回路的自感为回路的_自感磁链_与回路电流之比。 4. 空气中的电场强度5sin(2)x E e t z πβ=- V/m ，则位移电流密度 d J = 。 5. 安培环路定律的微分形式是 ，它说明磁场的旋涡源是 有旋场。 6. 麦克斯韦方程组的微分形式是 ， ， ， 。 三、简答题(本大题共2小题，每小题5分，共10分) 三、简答题 1、说明静电场中的电位函数，并写出其定义式。 答：静电场是无旋的矢量场，它可以用一个标量函数的梯度表示，此标量函数称为电位函数(3 分)。静电场中，电位函数的定义为grad ??=-=-?E (3 分) 2、什么叫集肤效应、集肤深度？试写出集肤深度与衰减常数的关系式。 高频率电磁波传入良导体后，由于良导体的电导率一般在107S/m 量级，所以电磁波在良导体中衰减极快。 电磁波往往在微米量级的距离内就衰减得近于零了。因此高频电磁场只能存在于良导体表面的一个薄层内， 这种现象称为集肤效应(Skin Effect)。电磁波场强振幅衰减到表面处的1/e 的深度，称为集肤深度(穿透深度)， 以δ表示。 集肤深度 001E e E e αδ-=? ? 1 δα= 3、说明真空中电场强度和库仑定律。 答：电场强度表示电场中某点的单位正试验电荷所受到的力，其定义式为： () ()r r q = F E (3 分)。库仑定律是描述真空中两个静止点电荷之间相互作用的规律，其表达式为：'20=4R q q R e πεF (3 分)。 4、用数学式说明梯度无旋。 答：x y z x y z ????????= ++???e e e (2 分) ()x y z x y z x y z ??????? ???= ?????????e e e (2 分) 222222()()()x y z z y z y x z x z x y x y ????????????=---+-????????????e e e (2 分)电磁场试题及答案
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