《電磁場(chǎng)與電磁波》期末復(fù)習(xí)題-綜合.doc

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1、《電磁場(chǎng)與電磁波》平時(shí)測(cè)試題1 1、由麥克斯韋方程出發(fā)，試導(dǎo)出靜電場(chǎng)中點(diǎn)電荷的電場(chǎng)強(qiáng)度和泊松方程。（20分） 2、某半徑為a的帶電導(dǎo)體球，已知球體電位為U，求空間電位分布及電場(chǎng)強(qiáng)度分布。（要求利用分離變量法求解）（20分） 3、填充有兩層介質(zhì)的同軸電纜，內(nèi)導(dǎo)體半徑為，外導(dǎo)體內(nèi)半徑為，介質(zhì)的分界面半徑為。兩層介質(zhì)的介電常數(shù)為和，電導(dǎo)率為和。設(shè)內(nèi)導(dǎo)體的電壓為，外導(dǎo)體接地。求：（1）兩導(dǎo)體之間的電流密度和電場(chǎng)強(qiáng)度分布；（2）同軸線單位長(zhǎng)度的電容及漏電阻。（20分） 4、真空中長(zhǎng)直線電流的磁場(chǎng)中有一等邊三角形回路，如題4圖所示，求直導(dǎo)線與三角回路之間的互感。（20分）

2、 第4題圖 第5題圖 下面3題選做1題。 5、（選做）計(jì)算半球形接地器的電容。（請(qǐng)自己建立物理模型）（20分） 6、（選做）同軸線的內(nèi)導(dǎo)體是半徑為的圓柱，外導(dǎo)體是半徑為的薄圓柱面。內(nèi)、外導(dǎo)體間充有磁導(dǎo)率分別為和兩種不同的磁介質(zhì)，如題5圖所示。設(shè)同軸線中通過(guò)的電流為，試求：（1）同軸線中單位長(zhǎng)度所儲(chǔ)存的磁場(chǎng)能量；（2）單位長(zhǎng)度的自感。（20分） 7、（選做）真空中，電荷按體密度分布在半徑為的球形區(qū)域內(nèi)，其中為常數(shù)。試計(jì)算球內(nèi)、外的電場(chǎng)強(qiáng)度和電位函數(shù)。（20分） 《電磁場(chǎng)與電磁波》平時(shí)測(cè)試題1參考答案

3、 1、由麥克斯韋方程出發(fā)，試導(dǎo)出靜電場(chǎng)中點(diǎn)電荷的電場(chǎng)強(qiáng)度和泊松方程。（20分） 解：對(duì)于靜電場(chǎng)，不存在位移電流，由麥克斯韋方程，有 即 （5分） 根據(jù)上式，利用球坐標(biāo)，則對(duì)于孤立的、位于原點(diǎn)的點(diǎn)電荷有，所以距離該點(diǎn)電荷處的電場(chǎng)強(qiáng)度為 （5分） 靜電場(chǎng)為無(wú)旋場(chǎng)，因此有 ， （ 5分） 則 所以有 （5分） 2、 某半徑為a的帶電導(dǎo)體球，已知球體電位為U，求空間電位分布及電場(chǎng)強(qiáng)度分布。（要求利用分離變量法求解）（20分） 解：

4、 （2分） （8分） （5分） （5分） 3、填充有兩層介質(zhì)的同軸電纜，內(nèi)導(dǎo)體半徑為，外導(dǎo)體內(nèi)半徑為，介質(zhì)的分界面半徑為。兩層介質(zhì)的介電常數(shù)為和，電導(dǎo)率為和。設(shè)內(nèi)導(dǎo)體的電壓為，外導(dǎo)體接地。求：（1）兩導(dǎo)體之間的電流密度和電場(chǎng)強(qiáng)度分布；（2）同軸線單位長(zhǎng)度的電容及漏電阻。 解 （1）設(shè)同軸電纜中單位長(zhǎng)度的徑向電流為，則由 可得電流密度 （3分） 介質(zhì)中的電場(chǎng) （2分） （2分） 由于 （3分） 于是得到 （2分） 故兩種介質(zhì)中的電流密度和電場(chǎng)強(qiáng)度分別為 （1分） （1分）

5、 （1分） （2）同軸線單位長(zhǎng)度的漏電阻為（2分） 由靜電比擬，可得同軸線單位長(zhǎng)度的電容為（3分） 4、真空中長(zhǎng)直線電流的磁場(chǎng)中有一等邊三角形回路，如圖所示，求直導(dǎo)線與三角回路之間的互感。 解 直線電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)（4分） 則磁通（4分） 如圖所示，三角形面積為 題4 圖 對(duì)上式兩邊取微分，得 ，（4分） （5分） 因此，直導(dǎo)線與三角回路之間的互感為（3分） 5、（選做）計(jì)算半球形接地器的電容。（請(qǐng)自己建立物理模型）（20分） 解：設(shè)大地的電導(dǎo)率為，流入接地器的電流為I，半球接地器的半徑為a，（4分） 則大地中的電流密

6、度為：，（6分） ，（6分） 由靜電比擬法得（4分） 6、（選做）同軸線的內(nèi)導(dǎo)體是半徑為的圓柱，外導(dǎo)體是半徑為的薄圓柱面。內(nèi)、外導(dǎo)體間充有磁導(dǎo)率分別為和兩種不同的磁介質(zhì)，如題圖所示。設(shè)同軸線中通過(guò)的電流為，試求：（1）同軸線中單位長(zhǎng)度所儲(chǔ)存的磁場(chǎng)能量；（2）單位長(zhǎng)度的自感。 解 （1）同軸線的內(nèi)外導(dǎo)體之間的磁場(chǎng)沿方向，在兩種磁介質(zhì)的分界面上，磁場(chǎng)只有法向分量。根據(jù)邊界條件可知，兩種磁介質(zhì)中的磁感應(yīng)強(qiáng)度相同，但磁場(chǎng)強(qiáng)度不同。 根據(jù)安培環(huán)路定理， 當(dāng)時(shí)，有 所以 （4分） 當(dāng)時(shí)，有 由于，以及，所以得到

7、 題5圖 （4分） 同軸線中單位長(zhǎng)度儲(chǔ)存的磁場(chǎng)能量為 （6分） （2）由，得到單位長(zhǎng)度的自感為（6分） 7、 （選做）真空中，電荷按體密度分布在半徑為的球形區(qū)域內(nèi)，其中為常數(shù)。試計(jì)算球內(nèi)、外的電場(chǎng)強(qiáng)度和電位函數(shù)。 解：由于電荷分布具有球?qū)ΨQ分布，電場(chǎng)也應(yīng)具有球?qū)ΨQ分布，因此，沿半徑方向，且只是的函數(shù)。作一半徑為的同心球面，應(yīng)用高斯定律的積分形式可得。 當(dāng)時(shí) （2分） 而為球面包圍的總電荷，即球形區(qū)域內(nèi)的總電荷。 （3分

8、） 因此 （1分） 當(dāng)時(shí) （ 2分） （ 2分） 取無(wú)窮遠(yuǎn)的電位為零，得球外的電位分布為 （3分） 球面上的電位為 （2分） 當(dāng)時(shí) （4分） 《電磁場(chǎng)與電磁波》平時(shí)測(cè)試題2 1.頻率為=300MHz的線極化均勻平面電磁波，。從空氣（）中垂直投射到的有耗媒質(zhì)（）中。求界面上的反射系數(shù),駐波比，反射波及透射波。 解：設(shè)空氣的特性

9、阻抗為，有耗媒質(zhì)的特性阻抗為， 則界面上的反射系數(shù)、駐波比為 ， 因?yàn)槿肷洳椋苑瓷洳巴干洳? ， 其中 ，， 2、均勻平面波的磁場(chǎng)強(qiáng)度的振幅為，以相位常數(shù)在空氣中沿方向傳播，當(dāng)和時(shí)，若取向?yàn)?，試寫出的瞬時(shí)表達(dá)式，并求出頻率和波長(zhǎng)。 解：以余弦為基準(zhǔn)，直接寫出 因，故 則 3、在自由空間中，某均勻平面波的波長(zhǎng)為，當(dāng)該波進(jìn)入到某無(wú)損耗媒質(zhì)時(shí)，其波長(zhǎng)變?yōu)椋乙阎藭r(shí)的，求平面波的頻率及無(wú)損耗媒質(zhì)的。 解： 在無(wú)損耗的媒質(zhì)中的波長(zhǎng)

10、為 故波速為 而無(wú)損耗媒質(zhì)的本征阻抗為 聯(lián)解兩式 得 4、設(shè)邊界平面兩邊均為理想介質(zhì)，參數(shù)分別為、，。均勻平面波從理想介質(zhì)中垂直入射到邊界面，其電場(chǎng)振幅為，角頻率為。求理想介質(zhì)中的駐波比，入射波、反射波、折射波的表示式及其平均能流密度。 圖 垂直入射到兩種理想介質(zhì)交界面 解：取如圖所示的坐標(biāo)系 傳播常數(shù)： ， 波阻抗： ， 反射系數(shù)： 折射系數(shù)： 駐波比： 入射波： ， 反射波： ， 折射波： ， 5、 在垂直于基本電振子天線（元天線）的軸線方向上，距離100k

11、m處，為得到電場(chǎng)強(qiáng)度振幅值不小于100，問(wèn)天線至少應(yīng)輻射多大的功率？ 解：依題意，距離r=100km，處于基本元天線的遠(yuǎn)區(qū)輻射場(chǎng)，場(chǎng)強(qiáng)可表示為 式中，為媒質(zhì)波阻抗，空氣時(shí)，，為電場(chǎng)強(qiáng)度振幅。 基本電振子平均功率流密度 ＝= 則輻射功率 依題意，當(dāng)時(shí) 代入輻射功率P的表達(dá)式可求出結(jié)果 6、 已知某電流元的，求它的輻射功率和輻射電阻。 解： 先計(jì)算 ＝ 則輻射功率 由輻射電阻定義

12、 7、微波爐利用磁控管輸出的的微波爐加熱食品。在該頻率上，牛排的等效復(fù)介電常數(shù)。求微波傳入牛排的趨膚深度，在牛排內(nèi)處的微波場(chǎng)強(qiáng)是表面處的百分之幾；微波爐中盛牛排的盤子是用發(fā)泡聚苯乙烯制成的，其等效復(fù)介電常數(shù)和損耗角正切分別為。說(shuō)明為何用微波加熱時(shí)牛排被燒熟而盤子并沒(méi)有被燒毀。 解：根據(jù)牛排的損耗角正切知，牛排為不良導(dǎo)體，得 可見，微波加熱與其他加熱方法相比的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，微波能直接對(duì)食品的內(nèi)部進(jìn)行加熱。同時(shí)，微波場(chǎng)分布在三維空間中，所以加熱得均勻而且快。 發(fā)泡聚苯乙烯是低耗介質(zhì)，所以其趨膚深度為 可見其趨膚深度很大，意味著微波在其中傳播的熱損耗很小，因此稱這種材料對(duì)微波是“透明”的。它所消耗的熱極小，因而盤子不會(huì)被燒掉。