皖西学院电磁场与电磁波试卷及复习提纲

1《电磁场与电磁波》学习提要第一章场论简介1、方向导数和梯度的概念；方向导数和梯度的关系。2、通量的定义；散度的定义及作用。3、环量的定义；旋度的定义及作用；旋度的两个重要性质。4、场论的两个重要定理：高斯散度定理和斯托克斯定理。第二章静电场1、电场强度的定义和电力线的概念。2、点电荷的场强公式及场强叠加原理；场强的计算实例。3、静电场的高斯定理；用高斯定理求场强方法与实例。4、电压、电位和电位差的概念；点电荷电位公式；电位叠加原理。5、等位面的定义；等位面的性质；电位梯度，电位梯度与场强的关系。6、静电场环路定理的积分形式和微分形式，静电场的基本性质。7、电位梯度的概念；电位梯度和电场强度的关系。8、导体静电平衡条件；处于静电平衡的导体的性质。9、电偶极子的概念。10、电位移向量；电位移向量与场强的关系；介质中高斯定理的微分形式和积分形式；求介质中的场强。11、介质中静电场的基本方程；介质中静电场的性质。12、独立导体的电容；两导体间的电容；求电容及电容器电场的方法与实例。13、静电场的能量分布，和能量密度的概念。第三章电流场和恒定电场1、传导电流和运流电流的概念。2、电流强度和电流密度的概念；电流强度和电流密度的关系。3、欧姆定律的微分形式和积分形式。4、电流连续性方程的微分形式和积分形式；恒定电流的微分形式和积分形式及其意义。5、电动势的定义。6、恒定电场的基本方程及其性质。第四章恒定磁场1、电流产生磁场，恒定电流产生恒定磁场。2、电流元与电流元之间磁相互作用的规律－安培定律。3、安培公式；磁感应强度矢量的定义；磁感应强度矢量的方向、大小和单位。4、洛仑兹力及其计算公式。5、电流元所产生的磁场元：比奥－萨伐尔定律；磁场叠加原理；磁感应线。计算磁场的方法和实例。6、磁通的定义和单位。7、磁通连续性原理的微分形式、积分形式和它们的意义。8、通量源和旋涡源的定义。9、安培环路定律的积分形式和微分形式。10、安培环路定律的应用。11、磁场强度的定义，磁场强度的单位，磁场强度矢量和磁感应强度矢量的关系。12、磁介质中的安培环路定律的积分形式微分形式。13、用安培环路定律的积分形式来计算磁感应强度。14、磁通、磁链和自感。求电感的方法和实例。15、互感；求互感的方法和实例。第五章时变电磁场1、法拉第电磁感应定律的积分形式和微分形式；感应电动势的正方向；感应电场的特点；感应电场电力线的特点；感应电动势的计算实例。2、位移电流密度；位移电流特点；推广的安培环路定律的积分形式和微分形式；全电流连续定律。3、麦克斯韦方程组的积分形式、微分形式和辅助方程；这些方程的物理意义。4、电磁场的边界条件及其推导方法。5、理想导体表面处的边界条件。6、电磁场的能量密度；坡印廷定理；坡印廷矢量。第六章电磁波的传播1、无源空间电磁波一维波动方程的解（即方程6.1-4a至6.1-4f）的物理意义；E0、H0、ω、v、λ和k的物理意义。2、平面电磁波的基本性质；波阻抗的概念。3、平面简谐电磁波的平均能量密度；平均能流密度矢量。4、传播常数、相位常数和衰减常数的概念。5、电磁波在均匀导电媒质中的传播规律；透入深度的概念6、圆极化波、椭圆极化波的特点。7、反射定律和折射定律。8、半波损失、布儒斯特角、光密媒质、光密媒质和全反射的概念。第七章传输线和波导1、自由电磁波的概念；导行波的概念。2、高频电磁波在传输线中传播时的特点；“长线”和“短线”的概念。3、横电磁波、横电波和横磁波的概念。4、同轴电缆的传输特性；矩形波导的传输特性5、波导壁面对传播波的作用；矩形波导中的主波TE10波场结构和面电流的特点。6、工作波长、波导波长、截止频率和截止波长的概念。7、截止波长与矩形波导几何尺寸的关系。第八章电磁波辐射1、辐射和天线的定义。2、滞后位和动态位的概念。3、近区和远区的概念；偶极子天线近区场和远区场的特点。4、天线辐射电阻、总辐射功率的概念及它们之间的关系。5、理想点源、方向性系数、天线效率和天线增益的概念。2《电磁场与电磁波》测验试卷﹙一﹚一、填空题（每题8分，共40分）1、在国际单位制中，电场强度的单位是________；电通量密度的单位是___________；磁场强度的单位是____________；磁感应强度的单位是___________；真空中介电常数的单位是____________。2、静电场E和电位Ψ的关系是E＝_____________。E的方向是从电位_______处指向电位______处。3、位移电流与传导电流不同，它与电荷___________无关。只要电场随__________变化，就会有位移电流；而且频率越高，位移电流密度___________。位移电流存在于____________和一切___________中。4、在两种媒质分界面的两侧，电场E的切向分量E1t－E2t＝________；而磁场B的法向分量B1n－B2n＝_________；电流密度J的法向分量J1n－J2n=___________。5、沿Z轴传播的平面电磁波的复数表示式为：_____________________E,____________________H。二、计算题（题，共60分）1、（15分）在真空中，有一均匀带电的长度为L的细杆，其电荷线密度为τ。求在其横坐标延长线上距杆端为d的一点P处的电场强度EP。2、（10分）已知某同轴电容器的内导体半径为a，外导体的内半径为c，在a﹤r﹤b(b﹤c)部分填充电容率为ε的电介质，求其单位长度上的电容。3、（10分）一根长直螺线管，其长度L＝1.0米，截面积S＝10厘米2，匝数N1＝1000匝。在其中段密绕一个匝数N2＝20匝的短线圈，请计算这两个线圈的互感M。4、（10分）某回路由两个半径分别为R和r的半圆形导体与两段直导体组成，其中通有电流I。求中心点O处的磁感应强度B。5、电场强度为)2106(7.378ZtCOSEYa伏／米的电磁波在自由空间传播。问：该波是不是均匀平面波？并请说明其传播方向。求：（1）波阻抗；（2）相位常数；（3）波长；（4）相速；（5）H的大小和方向；（6）坡印廷矢量。《电磁场与电磁波》测验试卷﹙二﹚（一）、问答题（共50分）1、（10分）请写出时变电磁场麦克斯韦方程组的积分形式和微分形式，并写出其辅助方程。2、（10分）在两种媒质的交界面上，当自由电荷面密度为ρs、面电流密度为Js时，请写出HBD,,,E的边界条件的矢量表达式。3、（10分）什么叫TEM波，TE波，TM波，TE10波？4、（10分）什么叫辐射电阻？偶极子天线的辐射电阻与哪些因素有关？5、什么是滞后位？请简述其意义。（二）、计算题（共60分）1、（10分）在真空里，电偶极子电场中的任意点M（r、θ、φ）的电位为20cos41rP（式中，P为电偶极矩，lqP），而000sin11rrrr。试求M点的电场强度E。2、（15分）半径为R的无限长圆柱体均匀带电，电荷体密度为ρ。请以其轴线为参考电位点，求该圆柱体内外电位的分布。3、（10分）一个位于Z轴上的直线电流I＝3安培，在其旁边放置一个矩形导线框，a＝5米，b＝8米，h＝5米。最初，导线框截面的法线与I垂直（如图），然后将该截面旋转900，保持a、b不变，让其法线与I平行。求：①两种情况下，载流导线与矩形线框的互感系数M。②设线框中有I′＝4安培的电流，求两者间的互感磁能。4、（10分）P为介质（2）中离介质边界极近的一点。已知电介质外的真空中电场强度为1E，其方向与电介质分界面的夹角为θ。在电介质界面无自由电荷存在。求：①P点电场强度2E的大小和方向；５、（１５分）在半径为Ｒ、电荷体密度为ρ的球形均匀带电体内部有一个不带电的球形空腔，其半径为ｒ，两球心的距离为ａ（ｒａＲ）。介电常数都按ε０计算。求空腔内的电场强度Ｅ。ROrax3《电磁场与电磁波》测验试卷﹙三﹚二、填空题（每题8分，共40分）1、真空中静电场高斯定理的内容是：_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。2、等位面的两个重要性质是：①_____________________________________________,②____________________________________________________________________。3、真空中的静电场是__________场和__________场；而恒定磁场是____________场和__________场。4、传导电流密度___________J。位移电流密度___________dJ。电场能量密度We＝___________。磁场能量密度Wm＝___________。5、沿Z轴传播的平面电磁波的三角函数式：E_____________________，H_________________________________；其波速V＝__________________________，波阻抗η＝__________________，相位常数β＝_______________________。（二）计算题（共50分）1、（10分）如图内外半径分别为r、R的同轴电缆，中间充塞两层同心介质：第一层ε1＝2ε0，其半径为r＇；第二层ε2＝3ε0。现在内外柱面间加以直流电压U。求：①电缆内各点的场强E。②单位长度电缆的电容。③单位长度电缆中的电场能。2、（10分）在面积为S、相距为d的平板电容器里，填以厚度各为d／2、介电常数各为εr1和εr2的介质。将电容器两极板接到电压为U0的直流电源上。求：①电容器介质εr1和εr2内的场强；②电容器极板所带的电量；③电容器中的电场能量。3、（10分）有一半径为R的圆电流I。求：①其圆心处的磁感应强度0B＝？②在过圆心的垂线上、与圆心相距为H的一点P，其B＝？4、（10分）在Z轴原点，安置一个电偶极子天线。已知电偶极子轴射场的表示式为：)(sin2000krtjrlIjEeQEH1求：①在Y轴上距O点为r处的平均能流密度。②和天线成450而距O点同样为r的地方的平均能流密度。5、（10分）有一根长L＝1m的电偶极子天线，，其激励波长λ＝10m，激励波源的电流振幅I＝5A。试求该电偶极子天线的辐射电阻Rr和辐射功率PΣ。复习资料：一，填空类0rrRεε12451.自由空间中原点处的源（J或）在t时刻发生变化，将在时刻影响到r处的位函数（A或）。2.均匀平面电磁波由空气中垂直入射到无损耗介质（0,4,00）表面上时，反射系数=，透射系数=。3.矩形波导管中只能传输波模和波模的电磁波。4.设海水为良导体，衰减常数为，则电磁波在海水中的穿透深度为，在此深度上电场的振幅将变为进入海水前的倍。5.极化强度为P的电介质中，极化体电荷密度p=，极化面电荷密度sp=。6.在球坐标系中，沿Z方向的电偶极子的辐射场（远区场）的空间分布与坐标r的关系为，与坐标的关系为。8.双线传输的负载电阻ZL=ZO时（特性阻抗），传输线工作在状态；而终端短路（ZL=0）时，则工作在状态。9.已知介质中有恒定电流J分布，则此介质中磁场强度H与J的关系为，而磁感应强度B的散度为。10.电磁波的极化一般的情况是椭圆极化波，它的两种特殊情况是极化波和-------------极化波。11.已知体积为V的媒质的磁导率为，其中的恒定电流J分布在空间，产生于该体积内的磁场分布为B和H，则该体积内的静磁能量密度为，体积内总