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电磁场试题集

2013年电磁场试题集

一、静电场与静态场

1、点电荷如=%位于点A(5A0);点电荷%=一2%位于点B(-5,0,0)处;

试计算:

(1)原点处的电场强度;

(2)试求一个电场为0的点。

2、真空中半径为狄的球内均匀充满分布不均匀的体密度电荷,设其体密度为p(r)o若电场

分布为:

―⑸7)

(5/+4/)尸

(rSa)

(厂〉a)

试求电荷体密度的大小。

3、在真空里,

电偶极于电场中的任意点M(•乩6的电位为①=

1PCOS&

4亦0r2

(式中,

6①f16①1—

P为电偶极矩"诃),而0"訂+;丽^歸护)。

试和点的

电场强度E。

4、P为介质

(2)中离介质边界极近的一点。

巳知电介质外的真空中电场强度为£,其方

向与电介质分界面的夹角为H。

在电介质界面无自由电荷存在。

求:

P点电场强度E?

的大小和方向。

5、半径为R的无限长圆柱体均匀带电,电荷体密度为©请以其轴线为参夸电位点,求该圆柱体内外电位的分布。

6、在半径为R、电荷体密度为Q的球形均匀带电体內部有一个不带电的球形空腔,其半径为

r,两球心的距离为氏(r

求空腔內的电场强度E。

7.半径为a的凰平面上均匀分布面密度为O■的面电荷,求圆平面中心垂直轴线上任意点处

的电位和电场强度。

8、在面积为S、相距为d的平板电容器里、這以厚度各为d/2、介电常数各为%和%的介

质。

将电容器两极板接到电压为U。

的直流电源上。

求:

①电容器介质%和%內的场强;

②电容器扱板所带的电呈;

9、真空中有两个同心金属球壳,內球壳半径为片•带电Q,厚度不计;内球壳半径为比,带电Q2,厚度AR2o求场中各点处的电场强度和电位。

10、电荷q均匀分布在内半径为%外半径为b的球壳形区域内,如图示:

a.求各区域内的电场强度;

b.若以r=oo处为电位参誇点,

试计算球心(广=0)处的电位。

11、在平行板电极上加直流电压极板间的电荷体密度为P=kxy式中k为常数;请应用泊松方程求出极板间任一点的电位0和电场强度E。

p=kx

0d

1广

题11图

12、真空中有一导体球A,内有两个介质为空气的球形空腔B和C。

其中心处分别放直点电荷Q和Q2,试求空间的电场分布。

13、中心位于原点,边长为L的电介质立方体的极化强度矢呈为

P=^(exx+eyy+e.z)o

(1)计算面束缚电荷密度和体束缚电荷密度;

(2)证明总的束缚电荷为零。

14、图示空气中有两根半径均为叭其轴线间距商为d(d>2a)的平行长直圆柱导体,设它

们单位长度上所带的电荷長分别为Y和一丁,若忽略端部的边缘效应,试求:

(1)圆柱导体外任意点p的电场强度和电位的表达式;

⑵圆柱导体面上的电荷面密度的杲大值和最小值。

题14图

 

15、图示球形电容器的内导体半径为Rl=lcm,外导体內径R2=6cm,其间充:

有两种电介质®

与匂,它们的分界面的半径为R=3cm0巳知习与匂的相对介电常数分别为£八=2点亡=2

求此球形电容器的电容凡电场强度。

其中,

=9x109o

 

Q

题15图

16、一平板电容器有两层介质,极板面积为25c卅一层电介质厚度4=°・5加,电导率

相对介电常数可=7

另一层电介质厚度心=5,电导率

6=10陀/加。

相对介电常数孤",当电容器加有电压1000V时,求⑴电介质中的

电流;

⑵两电介质分界面上积累的电荷;

⑶电容器消耗的功率。

17、一个半径为"薄导体球壳內表面涂覆了一薄层绝缘膜,球内充满总电荷長为Q为的体

电荷,球壳上又另充:

有电荷長Qo巳知球内部的电场为E=er(-)\设球内介质为真空。

a

计算

(1)球内的电荷分布;

(2)球壳外表面的电荷面密度。

18、图示极板面积为S、间距为d的平行板空气电容器内,平行地放入一块面积为S、厚度为纸介电常数为’的介质板。

设左右两极板上的电荷長分别为+Q与-Q。

苦忽珀端部的边缘效应,试求此电容器内电位移与电场强度的分布;

题18图

19、一个半径为R的介质球,介电常救为s球内的极化强度P=erK/r,其中K为一常教。

(1)计算束缚电荷体密度和面密度;

(2)计算自由电荷密度;(3)计算球内、外的电场和电位分布。

20、如图所示,在z<0的下半空间是介电常数为啲介质,上半空间为空气,距商介质平面距为h处有一点电荷qo求⑴2>0和zVO的两个半空间内的电位;

(2)介质表面上的极化电荷密度,并证明表面上板化电荷总电長等于镜像电荷Q。

题20图

21、接地导体凰柱壳(半径为R)内距商圆心为d(dvR)位宣处分市一线电荷,密度为用镜像法求圆柱内部空间的电位。

22、一个金属球半径为釘位于两种不同媒质的分界面上,导体球电位为①(>,

求上.下半空间中任意点处的电位。

题22图

23、如图,一导体球半径为比,其中有一球形空腔,球心为«•,半径为R"腔内有一点电荷q直于距◊'为d处,设导体球所带净电荷为零,求空间各个区域內的电位表示式。

R?

Ri

题23图

24、无穷大接地导体平面位于沪0平面上,上方存在一电偶极矩P=eyqd

电偶极矩中心位于

(0,0,a)处,如图所示。

求图中点A(0,a,a)处的电场与电位。

题24图

25、一个半径为R的导体球带有电荷長为Q,在球体外距离球心为D处有一个点电荷qo

(1)求点电荷q与导体球之间的静电力;

(2)证明当q与Q同号,且

QR&R

—v

q(Q2—巧D

成立时,F表现为吸引力。

26、接地空心导体球内外半径为&和g在球内离球心为狄(水&)处放直点电荷Q用竜像法求电位分布尺导体球上感应电荷的分布情况。

题26图

二、磁场

1、如图所示,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,且22“求中心点()处的磁感应强度

2、有一半径为R的圆电流]。

②在过圆心的垂线上、与圆心相距为H的一点P,其3=?

X

题2图

3、自由空间中存在一个内外半径分别为狄和b的圆筒形磁介质,磁导率为9“。

,介质内沿

轴向分布有电流密度为J=eJm(其中血为常数)的传导电流,计算空间各点处的矢長磁位、磁场强度及磁感应强度的大小。

4、如图所示,有一线密度Js=K.ez的无限大电流薄片畫于、=0平面上,周围媒质为空气。

5、已知同轴电缆的内外半径分别为□和其间媒质的磁导率为儿,且电缆长度

忽菇端部效应,求电缆单位长度的电感系教和磁场能長。

6、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商为ho试求载流导线单位长度受到的作用力和上下空间各点的磁场。

©

A

1

=•泌

7.若无限长半径为R的圆柱体中电流密度J=ez(r2+4r).r

应强度。

8、一个半径为d的导体球带电長为Q,以匀角速度。

绕一个直径旋转,求球心处的磁感应强度。

三、电磁场与电磁波

1、电场强度为E=ay75.4cos(6ttx108r+2^z)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;⑵相位常数;(3)波长;(4)相速;(5)仔的大小和方向;⑹

坡印廷矢長:

2、均匀平面波的磁场强度H的振幅为1/3兀A/m,以相位常30rad/m在空气中沿-玄方向传播。

当t=0和z=0时,若H的取向为-a,试写出E和H的表示式,并求出波的频率和波长。

3、频率为3GHz的均匀平面波在相对介电常教为9,相对磁导率为1的媒质中沿%方向传播,其电场沿、•方向极化。

电场最大值为50V/mo试计算:

(1)E的瞬时表达式;

(2)与E相伴的磁场H瞬时表达式;(3)该电磁波的波长、空间波数、波阻抗。

4、巳知自由空间(设其参数为£=久,“=如,b=0)中的磁场强度为

H=eyH()cos(ca-k7),式中的血、&均为常教。

求该空间中的位移电流密度刀和

电场强度Eo

5、表达式转换:

(1)复矢長转换成瞬时值形式:

E⑵=6占/"弓+匕2码「"气

其中E川和&为实常数。

(2)瞬时表达式转换成鱼矢長形式:

H(x,t)=eyH0sin(6/rxlO5t+kx)—e,5H()cos©龙xlO*+Ax+观)。

6、频率为3GHz的正弦均匀平面波在各向同性的均匀理想介质中沿(-2)方向传播,介质的

特性参数为q.=4,“.=l,cr=0。

设电场沿

方向,即E=exEx;当t=o,z=-m

时,电场等于其振幅值50V/mo试求:

(1)冃(z,r)和E(z,r);

(2)波的传播速度;

(3)平均波印廷矢長)7、巳知自由空间(设其参数为£=匂,“=心,<7=0)中的磁场强度为H=eyH0cos(3^xIO8/-2^z)A/m,式中的H。

、e、k均为常数。

求该空间中的位移电流密度险和电场强度左。

8、表达式转换:

(1)复矢長转换成瞬时值形式:

B(z)=eJB/fle~^,其中色“和R为实常数。

(2)瞬时表达式转换成复矢星形式:

ff(z,t)=exH0sin(

9、判别下列均匀平面波的极化形式:

(1)E(z,t)=et2sin(cot-kz-—)+ev2cos(cot-kz.+—)

44

(2)£(z,Z)=ex2cos(&Jt—kz)+ey2sin(«f—+—)

10、z<0的区域的媒质参数为:

6=£()、“1=“0、b]=0;z>0的区域的媒质参教为:

£2=5勻、“2=20")、6=0。

均匀平面波从媒质1垂直入射到z=0的平面上,若媒质1的电场强度为:

Ex(z,r)=ev[60cos(15x10"肝一5z)+20cos(l5x10"肝+5z)]v/m,

媒质2的电场强度为:

£2(zJ)=^Acos(15xl0s^r-50z)v/mo试求:

(1)A值大小;

(2)两个媒质中的磁场强度方各是多少;(3)验证磁场强度所满足的边界条件。

11、在自由空间传播的均匀平面波的电场强度复矢長为:

E=N10f"+gl(rV5坤(vim)

(1)平面波的传播方向;

(2)频率;

(3)波的极化方式;(4)磁场强度;(5)电磁波的平均坡印廷矢是。

12、无源真空中,已知时变电磁场的磁场强度/7(r,Z)为

H(y,t)=exAxcos(wt-/3y)+e.A2sin(vi7-/?

y)A/m;,其中Al、A2为常数,求位移电流密度厶。

13、有一线极化的均匀平面波在海水(£r=80,//r=1,b=4S/m)中沿+y方向传播,其磁场强度在y=0处为:

H=ex0.1sin(101(>^-/ry/3)A/m

(1)求衰减常数、相位常数.本征阻抗、相速.波长及透入深度;

(2)求出H的振幅为

0.01A/m时的位直;(3)写出E(y,t)和HQ)的表示式。

14、均匀平面波的磁场强度H的振幅为—A/m,以相位常教30rad/m在空气中沿-玄方向传

3兀“

播。

当「0和z=()时,H的去向为-试求波的频率与波长,并写出E和H的表达式。

15、一均匀平面波,频率为5GHz,媒质1(z<0)的参数为匂=4,”门=1。

=0;媒质2(z>0)的参数为%=2,坨=50,①=20S/in。

设入射波磁场为=eycos(vv/-k{z)A/m,试计算:

(1)入射波的电场;

(2)迸入媒质2的电场;(3)进入媒质2的平均功率密度。

16、电磁波在真空中传播,电场为:

左=(瓦一斥)1旷厂沁(V/m),求:

⑴工作频率;

(2)磁场强度矢長的复数形式;⑶

波印廷矢長的瞬时值和平均值;(4)此电磁波是何种极化?

旋转方向如何?

课后习题:

2.2,2.7,2」0,2」5,217,2.20,2.22,2.26,2.27,2.30,2.31

3.3,3.7,3.22,3.26,3.29

4.3,4.10,4.11,

5.1,5.2,5.5,5.6,5」2,5」4,5.195.205.22

6.2,6.4

书中例题:

例221,2.2.2,

2.3.1,

2.4.1,2.4.2,

2.4.3,2.4.4,2.5.3,

2.5.4,

2.7.1,

2.7.2,

2.7.3;

3.1.1,

3.1.3,

3.1.6,

3.3.1,

3.3.2,

3.3.7,3.5.1,3.5.2,

3.5.3,

3.5.4,

361,

3.6.2;

4.5.1,

4.5.2,

4.5.4,

5.1.1,

5.1.2,

5.1.3,5.1.4,521,

5.2.2;

6.1.1,

6.1.2

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