電動(dòng)力學(xué)期末考試試題庫(kù)word版本

1、1） 麥克斯韋方程組是整個(gè)電動(dòng)力學(xué)理論的完全描述。1-1) 在介質(zhì)中微分形式為來(lái)自庫(kù)侖定律，說(shuō)明電荷是電場(chǎng)的源，電場(chǎng)是有源場(chǎng)。來(lái)自畢薩定律，說(shuō)明磁場(chǎng)是無(wú)源場(chǎng)。來(lái)自法拉第電磁感應(yīng)定律，說(shuō)明變化的磁場(chǎng)能產(chǎn)生電場(chǎng)。來(lái)自位移電流假說(shuō)，說(shuō)明變化的電場(chǎng)能產(chǎn)生磁場(chǎng)。1-2) 在介質(zhì)中積分形式為, , , 。2）電位移矢量和磁場(chǎng)強(qiáng)度并不是明確的物理量，電場(chǎng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度，兩者在實(shí)驗(yàn)上都能被測(cè)定。和不能被實(shí)驗(yàn)所測(cè)定，引入兩個(gè)符號(hào)是為了簡(jiǎn)潔的表示電磁規(guī)律。3）電荷守恒定律的微分形式為。4）麥克斯韋方程組的積分形式可以求得邊值關(guān)系，矢量形式為，具體寫(xiě)出是標(biāo)量關(guān)系，矢量比標(biāo)量更廣泛，所以教材用矢量來(lái)表示邊值關(guān)系。例

2、題（28頁(yè)）無(wú)窮大平行板電容器內(nèi)有兩層線性介質(zhì)，極板上面電荷密度為，求電場(chǎng)和束縛電荷分布。解：在介質(zhì)和下極板界面上，根據(jù)邊值關(guān)系和極板內(nèi)電場(chǎng)為0，得。同理得。由于是線性介質(zhì)，有，得，。在兩個(gè)介質(zhì)表面上，由于沒(méi)有自由電荷，由得介質(zhì)1和下表面分界處，有介質(zhì)2和上表面分界處，有5）在電磁場(chǎng)中, 能流密度為, 能量密度變化率為。 在真空中, 能流密度為。能量密度為。6) 在電路中，電磁場(chǎng)分布在導(dǎo)線和負(fù)載周圍的空間。負(fù)載和導(dǎo)線上的消耗的功率完全是在電磁場(chǎng)中傳輸?shù)?，而不是由?dǎo)線傳送的。例（32頁(yè)）同軸傳輸線內(nèi)導(dǎo)線半徑為，外導(dǎo)線半徑為，兩導(dǎo)線間為均勻絕緣介質(zhì)(如圖所示)導(dǎo)線載有電流，兩導(dǎo)線間的電壓為。忽略導(dǎo)

3、線的電阻，計(jì)算介質(zhì)中的能流和傳輸功率。解：以距對(duì)稱軸為的半徑作一圓周，應(yīng)用安培定律得，有。設(shè)導(dǎo)線電荷線密度為，應(yīng)用高斯定理得，有。能流密度為。設(shè)導(dǎo)線間電壓為，有。傳輸功率為。第二章 靜電場(chǎng)1）在靜電場(chǎng)時(shí)，電場(chǎng)不變化導(dǎo)致磁場(chǎng)不變化，有。麥?zhǔn)戏匠套優(yōu)楹?。由于的無(wú)旋性，就引入了電勢(shì)，即。這樣，求解靜電場(chǎng)問(wèn)題就變?yōu)楹?jiǎn)單：電場(chǎng)量滿足（1）泊松方程；（2）邊值關(guān)系；（3）邊界條件（介質(zhì)或?qū)w）。2) 對(duì)電荷分布不隨時(shí)間變化的體密度, 在介質(zhì)為的空間中, 其電場(chǎng)總能量為。例題 (41頁(yè)) 求均勻電場(chǎng)的勢(shì)。解: 選空間任意一點(diǎn)為原點(diǎn)，設(shè)該點(diǎn)的電勢(shì)為，則任意點(diǎn)處的電勢(shì)為由于可以看為無(wú)限大平行板電容產(chǎn)生，因此不能

4、選。選，擇有例題（46頁(yè)）兩同心導(dǎo)體求殼之間充滿良種介質(zhì)，左半球電容率為，有半球電容率為（如圖）。設(shè)內(nèi)球帶電荷，外球殼接地，求電場(chǎng)分布。解：在兩介質(zhì)分界面上有邊值關(guān)系，。內(nèi)導(dǎo)體球殼電荷為，邊界條件為。設(shè)左半部電場(chǎng)為，右半部電場(chǎng)為。兩個(gè)電場(chǎng)滿足邊值關(guān)系。帶入邊界條件，有。解得。左半部電場(chǎng)為，右半部電場(chǎng)為。例題（54頁(yè)）距接地?zé)o限大導(dǎo)體平行板處有一點(diǎn)電荷，求空間的電場(chǎng)。解：空間處有一點(diǎn)電荷，在上半平面內(nèi)有泊松方程為。在導(dǎo)體表面上，電場(chǎng)與表面正交，邊值關(guān)系為。導(dǎo)體是等勢(shì)體，邊界條件為。用鏡像法，假想在點(diǎn)有一點(diǎn)電荷。兩個(gè)點(diǎn)電荷在空間產(chǎn)生的電勢(shì)為。經(jīng)驗(yàn)證，電勢(shì)滿足泊松方程，邊值關(guān)系，邊界條件，根據(jù)唯一性

5、定理，解是正確唯一的。3）求解靜電場(chǎng)的方法大致有，分離變量法，鏡像法，格林函數(shù)法。第三章 靜磁場(chǎng)1）由于磁場(chǎng)的無(wú)源性，可引入一個(gè)矢量，使得。則稱為矢勢(shì)。2）矢勢(shì)的物理意義是它沿任一閉合回路的環(huán)量代表通過(guò)以該回路為界的任一曲面的磁通量。即：。3）阿哈羅諾夫波姆效應(yīng)（AB效應(yīng)）說(shuō)明：能夠完全恰當(dāng)描述磁場(chǎng)的物理量是相因子。4）超導(dǎo)體最重要的兩個(gè)宏觀性質(zhì)是超導(dǎo)電性和抗磁性。5）倫敦第一方程說(shuō)明：在恒定電流下，超導(dǎo)體內(nèi)的電流全部來(lái)自超導(dǎo)電子，沒(méi)有電阻效應(yīng)。6）倫敦第二方程說(shuō)明：超導(dǎo)電流可視為分布于超導(dǎo)體表面。第四章 電磁波的傳播1）電磁場(chǎng)的波動(dòng)方程推導(dǎo)過(guò)程如下：在，時(shí)，麥?zhǔn)戏匠虨椋?，。于是有，?？傻?，?/p>

6、中。 同理得。2）電容率和磁導(dǎo)率隨電磁波頻率而變的現(xiàn)象稱為介質(zhì)的色散。3）以一定頻率作正弦振蕩的波稱為時(shí)諧電磁波。（單色波）4）在時(shí)諧電磁波時(shí)，麥克斯韋方程化為亥姆霍茲方程，。5）平面電磁波的特征如下：（1）電磁波為橫波，和都與傳播方向垂直；（2）和互相垂直，沿波矢方向；（3）和同相，振幅比為。6）對(duì)于高頻電磁波，電磁場(chǎng)和高頻電流僅集中于表面很薄一層內(nèi)，這種現(xiàn)象稱為趨膚效應(yīng)。7）在金屬導(dǎo)體中，電磁波的能量主要是磁場(chǎng)能量。例題（129頁(yè)）證明兩平行無(wú)窮大導(dǎo)體平面之間可以傳播一種偏振的TEM電磁波。解：取平面電磁波傳播方向?yàn)椋矫骐姶挪ǖ暮痛怪眰鞑シ较?，有。XOZ平面為切向平面，電場(chǎng)切向分量為0，

7、邊值關(guān)系要求。所以電場(chǎng)必須有，否者無(wú)意義。邊界條件要求。因此，設(shè)，由平面電磁波性質(zhì)，得。8）諧振腔特征：對(duì)于，的諧振腔，其內(nèi)部可以傳播的電場(chǎng)量為，。其中，。常數(shù)滿足。若有，則最低頻率的諧振波模為，其諧振頻率為。9）在波導(dǎo)內(nèi)傳播的電磁波的特點(diǎn)為：電場(chǎng)和磁場(chǎng)不能同時(shí)為橫波。10）對(duì)于矩形波導(dǎo)管，在其內(nèi)能傳播的最大波長(zhǎng)為。第五章 電磁波的輻射1）在一般情況下，用勢(shì)描述電磁場(chǎng)為和。說(shuō)明在變化場(chǎng)中，必須把矢勢(shì)和標(biāo)勢(shì)作為一個(gè)整體來(lái)描述電磁場(chǎng)。2）由于電磁場(chǎng)的規(guī)范不變性，一般采用兩種規(guī)范，庫(kù)倫規(guī)范和洛倫茲規(guī)范。3）庫(kù)倫規(guī)范輔助條件為，洛倫茲規(guī)范輔助條件是。4）在洛倫茲規(guī)范下，麥?zhǔn)戏匠套優(yōu)檫_(dá)朗貝爾方程，例題（

8、157）求在洛倫茲規(guī)范下平面電磁波的勢(shì)和場(chǎng)量。解：平面電磁波在空間傳播，沒(méi)有電荷和電流分布，有。所以達(dá)朗貝爾方程為，。方程平面波解為，。根據(jù)洛倫茲規(guī)范，有。取，有，。5）一個(gè)簡(jiǎn)單的電偶極子輻射系統(tǒng)，輻射具有方向性。在赤道面上輻射最強(qiáng)，在兩極沒(méi)有輻射。6）一個(gè)簡(jiǎn)單的電偶極子輻射系統(tǒng)，振蕩頻率變高時(shí)，輻射功率迅速增大。7）對(duì)于短天線，其輻射電阻為，說(shuō)明它的輻射能力很小。8）對(duì)于半波天線，其輻射電阻為，說(shuō)明它的輻射能力相當(dāng)強(qiáng)。第六章 狹義相對(duì)論1）相對(duì)論的基本假設(shè)為：相對(duì)性原理和光速不變?cè)怼?）在相對(duì)論理論中，時(shí)間和空間都不是絕對(duì)的。但是能聯(lián)系時(shí)空的間隔是絕對(duì)的。3）洛倫茲變換。選慣性系軸和慣性系

9、軸重合，慣性系相對(duì)慣性系的速度為。慣性系中一點(diǎn)坐標(biāo)在慣性系中一點(diǎn)坐標(biāo)為，例題（198頁(yè)）如圖，在時(shí)刻，慣性系與慣性系原點(diǎn)重合，此時(shí)在原點(diǎn)有光信號(hào)發(fā)出。設(shè)慣性系相對(duì)慣性系的速度為。在慣性系中，時(shí)刻在點(diǎn)接收到光信號(hào)。求在慣性系中該點(diǎn)的時(shí)刻和位置。解：在慣性系中，點(diǎn)坐標(biāo)為。根據(jù)洛倫茲變換，在慣性系中該點(diǎn)的坐標(biāo)為，即：該點(diǎn)坐標(biāo)在慣性系中該點(diǎn)的坐標(biāo)為。4）相對(duì)論指出，運(yùn)動(dòng)時(shí)鐘將延緩，運(yùn)動(dòng)尺度將縮短。例題（204頁(yè)）慣性系相對(duì)靜止參考系以速度運(yùn)動(dòng)，在系中同一位置發(fā)生兩個(gè)事件，求在系中兩個(gè)事件的時(shí)間間隔并且說(shuō)明了什么。解：在系中同一位置發(fā)生兩個(gè)事件，可設(shè)坐標(biāo)為和且。在系中，根據(jù)洛倫茲變換，有，。得。因?yàn)椋?/p>

10、。即：在系中，兩個(gè)事件的時(shí)間間隔變大了。說(shuō)明運(yùn)動(dòng)的時(shí)鐘延緩了。例題（205頁(yè)）靜長(zhǎng)的物體置于系中，系相對(duì)靜止系以速度勻速運(yùn)動(dòng)（如圖）。求在系中物體長(zhǎng)度且說(shuō)明了什么？解：在系中，物體左端坐標(biāo)為，物體右端坐標(biāo)為，且有。在系中同時(shí)測(cè)量物體長(zhǎng)度，物體左端坐標(biāo)為，物體右端坐標(biāo)為，且有。根據(jù)洛倫茲變換，有，。得。因?yàn)?，得。說(shuō)明運(yùn)動(dòng)的尺度縮短了。5）系靜止，慣性系相對(duì)系勻速運(yùn)動(dòng)。系觀看系中時(shí)鐘將變慢，系觀看系中時(shí)鐘將變慢。6）在慣性系中兩個(gè)不同地點(diǎn)同時(shí)發(fā)生兩個(gè)事件，在慣性系中觀察，兩個(gè)事件可能同時(shí)，也可能不同時(shí)。7）速度變換公式：一個(gè)物體運(yùn)動(dòng)，在系中速度為，在系中觀察速度為。取特殊運(yùn)動(dòng)方向，系沿系軸運(yùn)動(dòng)速度為，如圖。速度合成公式為，逆變換為，例題：如圖，運(yùn)動(dòng)慣性系以速度沿靜止參考系的軸運(yùn)動(dòng)。在系中，一儀器發(fā)射出速度為的光波，則在系中，光波的速度多大？并將這個(gè)結(jié)果同伽利略時(shí)空觀的結(jié)果相比較，說(shuō)明了什么？解：以題意，光波的速度為，。按照以軸運(yùn)動(dòng)的速度變換公式，在系中光波的速度，。在伽利略時(shí)空觀中，系中光速為。這說(shuō)明了，光速在任何慣性系中不變。例題：如圖