静电场
1．图示真空中有两个半径分别为R 1和R 2的同心导体球壳，设内、外导体球壳上分别带有净
电荷Q 1和Q 2，外球壳的厚度忽略不计，并以无穷远处为电位参考点，试求： (1）导体球壳内、外电场强度E 的表达式； (2）内导体球壳()r R =1的电位?。
题1图
2．真空中有一个半径为3cm 的无限长圆柱形区域内，有体密度ρ=10
mC m 3
均匀分布的电荷。求：r r r ===234cm, cm, cm
处的电场强度E 。
3．内导体半径为2cm 和外导体的内半径为4cm 的球形电容器，其间充满介电常数
ε=2
r
F m 的电介质。设外导体接地，而内导体带电，试求电容器介质内某点电位为内导体电位的一半时，该处的ε值。
4．图示平行板电容器，设给定了两极板上的总电荷量分别为
+Q 与-Q ，两种不同介质的介电常数分别为ε1与ε2，其介质
分界面垂直于极板，ε1与ε2介质相对应极板的面积分别为S 1与
S 2，试求：
(1)极板上电荷面密度σ1与σ2的值； (2)平行板电容器内电场强度E 的分布。
题4图 5．一同轴线内圆柱导体半径为a ，外圆柱导体半径为b ，其间填充相对介电常数ερr =a
的介质，当外加电压为U (外导体接地）时，试求：
(1)介质中的电通密度（电位移）D 和电场强度E 的分布； (2)介质中电位?的分布；
6．证明均匀介质分布的静电场中，电位?满足拉普拉斯方程或泊松方程。
O
x
S 1
S 2
ε1
ε2
σ2
-Q
+Q
σ1
7．如图所示，两根长为a 2的带电细导线，每根所带电荷量均为
Q
2
，且均匀带电，相距为a ，求图示O 点处的电场强度。
题7图
8．图示一无限长同轴电缆，其内、外圆柱导体的半径分别为a 和b ，内、外导体间的介质
为空气，且内导体的外表面和外导体的内表面的电荷面密度分别为σ和-σ，外导体接
部的电场强度E 的分布。
题8图
9．图示真空中有一半径为a 的长直圆柱导体，其轴线离地面的高度为h ，圆柱导体与地面
之间接有恒定电压源U 0。若忽略端部的边缘效应，并以地面为电位参考点，试求：
(1)圆柱导体与地面之间区域的电场强度E 和电位?的表达式； (2)
题9图
10．图示空气中一输电线距地面的高度3h m =，输电线的半径为5a mm =，输电线
的轴线与地面平行，旦对地的电压为3000U V =，试求地面上感应电荷分布的规律。(.)ε012
88510
=?-F m
a
O
x y
Q 2a 2
a 2Q 2
o
题10图
11．要使总电荷量为Q 的电荷在均匀分布于球面或均匀分布于球体内时的静电能量相 等，试确定球面的半径R 1与球体半径R 2之比。
12．长直圆柱形电容器内、外导体的半径分别为R 1、R 2。其间充满介电常数分别为ε1、ε2的两种介质，它们分别占据一半空间，如图所示，若内外导体之间电压为U 0，且外导体接地。请写出两种介质内电位函数所满足的微分方程和边界条件。
题12图
13．图示一无限长同轴电缆，其内圆柱导体的半径为a ，外圆柱导体的半径为b
，两层介质ε1与ε2分界面的圆柱半径为R ，试求同轴电缆单位长度电容C 0。
题13图
14．内导体半径为2cm 和外导体的内半径为4cm 的球形电容器，其间充满介电常数
ε=2
r
F m 的电介质。设外导体接地，而内导体带电，试求电容器介质内某点电位
为内导体电位的一半时，该处的ε值。
15．已知真空中静电场的电位2
()x U
x xV d
?ε=+
，求电场强度的分布及电荷体密度ρ。
16．自由空间有三块尺寸相同的薄金属板平行放置，1、2板和2、3板之间的距离均为
d
2
，
已知：1、3板间电压为U 0，金属板2带的电荷面密度为σ，如图5所示。用电位函数的边值问题求金属板间电位分布，以及1板和3板上的电荷面密度，(设1板接地，且忽略端部的边缘效应)。
U 0
13
2d
2
d
2
题16图
17．一个半径为R 介质球，介电常数为ε，球内的极化强度K
P e r
γ=
，其中K 为常数。计算:
1）束缚电荷体密度和面密度； 2）自由电荷密度；
3）球内、外的电场和电位分布。
18．空气中有一内外半径分别为a 和b 的带电介质球壳，介质的介电常数为ε，介质内有电
荷密度为2
A
ργ=
的电荷分布，其中系数A 为常数，求总电荷及空间电场强度、电位的
分布。若b a →，结果如何？
19．半径为R 的空心球金属薄壳内，有一点电荷q ，离球心距离为b ，b R <。设球壳为中
性，即壳内外表面总电荷为零，求壳内外的电场。
20．半径为a 的球形导体薄壳内、外分别充满着介电常数为ε、ε0的均匀介质，
已知离球心r 远处的电场强度E 的分布为
42
r r Ar e r a
E Ar e r a -?<=?>? 式中A 为常数。求: [1] 导体球壳内、外介质中的电荷体密度ρ()r [2] 导体球壳表面上的电荷面密度σ。 提示：22111()(sin )sin sin r A A r A A r r r r φ
θ
θθθθφ
?????=
-+???
题21图
21．如图1示真空中有一个半径为a 的介质球，其相对介电常数为εr =3，介质
球内分布着体密度为ρ的均匀自由电荷。已知球心处的电位01000V ?=(以无
穷远处为电位参考点)，球表面上介质一侧的电场强度E =10
4
V m 试求： [1] 介质球的半径a ； [2] 介质球内的电荷体密度ρ；
[3] 定性画出空间E f r =1()和?=f r 2()的大致变化的曲线。
题22图
22．在半径分别为a 和b 的两个同心导体球壳间有均匀的电荷分布，其电荷体
密度20(/)C m ρρ=。已知外球壳接地，内球壳的电位为0U ，求两导体球壳间的电场和电位分布。
23．平行板空气电容器(板的尺度远大于板间距离)中，有体密度为ρ的电荷均匀分布，已知
两板间电压值为U 0，且有一板接地，忽略端部的边缘效应，试用电位函数的边值问题求两板间电场的电位和电场强度。
24.已知半径为R 的无限长中空半圆柱面，均匀带电，电荷面密度为σ0，则在其轴线上产生的电场强度为0
y y E e σπε=-
。一个带有均匀分布的电荷体密度为ρ0的半圆柱，半径也为R ，问它在轴线上产生的电场强度是多少？
25图示空气中一根长直细导线(截面可忽略不计），单位长度所带电荷量为τ，平行放置于一块无限大导体平板上方，并与一块半无限大瓷介质()εε204=相邻，且已知长直细导线到导体平板与瓷介质的距离均为d ，画出求解空气中电场时，所需镜像电荷的个数、大小和位置(不要求解出电场）。
题25图
26两个半无限大平面夹角为β，但并未相交，其间有一无穷小的间隙，一块板电位为零，
另一块板电位为U 0，如图所示。求两板以外空间中电位和电场强度的分布。
提示：圆柱坐标系
?=
++2
2222211h h h h z
ρ?
?ρρ??ρρ??φ??() 题26图
1 z h h h h e e e z
ρφρρφ????=
++??? 27.真空中两个同号的点电荷Q Q 1=、Q Q 23=，相距为d ，以Q 1为原点，Q 1、Q 2的连线为
x 轴，如图所示。求：
（1） 则在两电荷的连线上，当x 为何值时该点的电场强度为零
半
无U 0
β
（2） 则在两电荷的连线上，当x 为何值时该点由两个点电荷所产生的电场强度量值相
等、方向相同。
题27图
28两个金属小球半径为R =1cm ，相距d =20cm 处于空气中。
（1） 若已知电位?1，?2，求电荷量Q Q 12, ；(2)若已知?1, 2Q ，求Q 1, ?2； （2） 欲使小球1带电荷量Q 18
10＝-C ，小球2不带电()Q 20=，应该采用什么方法？
29.有一截面为正方形的长直同轴电缆，如图所示，设内导体的电位为U 0，外导体接地。 1)写出内、外导体之间电位函数所满足的微分方程和边界条件。
2)利用场域的对称性，写出第一象限(即全域14/)场域中电位函数所满足的微分方程和边
界条件。
2b
题29图
30. 两块无限大接地导体平面分别置于0x =和x a =处，其间在00(0)x x x a =<<处有一
面密度为2
0/C m σ的均匀电荷分布。（1）写出边值问题；（2）利用边值问题求两导体板之间的电场和电位。
31.两块平行导体板间距离为d ,两板接恒压源U 0，设一板接地，平行板间充有电
荷体密度x αρρe 0=，如图所示，试用电位函数的边值问题，求板间电位和电场强度的分布。(忽略端部的边缘效应)。
?
?
Q 1Q 2
O d
x
题31图
如何描述线1周围的用来决定对线2作用力的力场？
Note that in the third case (perpendicular currents), I2 is in the same direction as H, so that their cross product (and the resulting force) is zero. The actual force computation involves a different field quantity, B, which is related to H through B = μ0H in free space. This will be taken up in a later lecture. Our immediate concern is how to find H from any given current distribution. 第三种情况，磁场与电流平行，叉乘=0
特别注意与距离的平方成反比, 而且叉矢量指向纸内（右手螺旋法则决定）Note the similarity to Coulomb’s Law a point charge of magnitude dQ1at Point 1 would generate electric field at Point 2 given by: The units of H are [A/m]
To determine the total field arising from the closed circuit path, we sum the contributions from the current elements that make up the entire loop, or The contribution to the field at P from any portion of the current will be just the above integral evalated over just that portion.
华侨大学2008 --- 2009学年第二学期工程电磁场试题 A卷 院系：_______________________________ 专业、班级：___________________________ 姓名：_______________________________ 学号：_________________________________ 考试说明 1. 请同学按监考老师指定的位子就坐。计算题要有简明过程，只有答案，本题得零分。 2. 本试卷包含2个大题，17个小题。全卷满分100分，考试用时120分钟。 一．填充题（在下列各题中，请将题中所要求的解答填入题干中的各横线上方内。本大题共20分，共计10小题，每小题2分） 1．麦克斯韦方程组的微分形式是、、 、。 2．静电场中，理想介质分界面两侧电场强度E满足的关系是，电位移矢量D满足的关系是。 3．极化强度为P的电介质中，极化（束缚）电荷体密度为ρP = ， 极化（束缚）电荷面密度为ζP= 。 4．将一理想导体置于静电场中，导体内部的电场强度为，导体内部各点电位，在导体表面，电场强度方向与导体表面法向方向是关系。5．已知体积为V的介质的磁导率为μ，其中的恒定电流J分布在空间形成磁场分布B和H，则空间的静磁能量密度为，空间的总静磁能量为。 6．在线性和各向同性的导电媒质中，电流密度J、电导率 和电场强度E之间的关系为，此关系式称为欧姆定律的微分形式。 7．为分析与解算电磁场问题的需要，在动态电磁场中，通常应用的辅助位函数为和；它们和基本场量B、E之间的关系分别为和 。 8．任意两个载流线圈之间都存在互感(互感系数)．对互感有影响的因素是，对互感没有影响的因素是。(可考虑的因素有：线圈的几何性质、线圈上的电流、两个线圈的相对位置、空间介质) 9．平均坡印廷矢量S av = ,其物理意义是。10．在自由空间传播的均匀平面波的电场强度为E ＝e x100cos(ωt-20z)V/m，则波传播方向为,相伴的磁场H = A/m。
2-5有两相距为d 的无限大平行平面电荷，电荷面密度分别为σ和σ-。求由这两 个无限大平面分割出的三个空间区域的电场强度。 解： 10 00 22E σ σσεεε??= --= ??? 20 0300 22022E E σσεεσσεε??=- --= ???= -= 2-7有一半径为a 的均匀带电无限长圆柱体，其单位长度上带电量为τ，求空间的 电场强度。 解：做一同轴单位长度高斯面，半径为r (1)当r ≦a 时，2 2 2 012112E r r a r E a τ πππετπε??=? ??= (2)当r>a 时，0 022E r E r τπετπε?= = 2-15有一分区均匀电介质电场，区域1（0z <）中的相对介电常数12r ε=，区域2（0z >）中的相对介电常数25r ε=。已知1234x y z =-+E e e e ，求1D ，2E 和2D 。 解：电场切向连续，电位移矢量法向连续 () () 11 222 1111 2 22122202020210220 20,10,505020,10,201050502010201050x y z r r x r y r z r r x r y r z r x y z r r x r y r z E E D D D E D e e e E e e e D e e e εεεεεεεεεεεεεεεεεε==-===-=∴=-+=-+ =-+ 2-16一半径为a 的金属球位于两种不同电介质的无穷大分界平面处，导体球的电位为0?，
求两种电介质中各点的电场强度和电位移矢量。
解：边界电场连续，做半径为r 的高斯面 ()()()()()()2212122 1202 121212002222222S a a r D dS r E E r E Q Q E r Q Q E dr dr r a Q a a E e r πεεπεεπεε?πεεπεεπεε??∞ ∞?=+=+=∴= +?===++∴=+∴=?? ? ? 1 2 1020 1222 10 20 112210 20 1020 ,,,r r p n p n a a D e D e r r D D a a p e p e a a ε?ε?ε?ε?σσεεεεσ?σ?= === == --=?=- =?=- 两介质分界面上无极化电荷。 4-6 解：当2d z <- 时，()02 y x K B e e μ=- 当22d d z -<<时，()02 y x K B e e μ=-- 当2d z >时，()02 y x K B e e μ=-+ 4-8 解：当1r R <时，20022 1122r rI rB I B R R μπμπππ=?= 当12R r R <<时，0022I rB I B r μπμπ=?= 当23R r R <<时，()()2222 20302 222 323222r R I R r rB I I B r R R R R πμπμππ??--??=-?=?--???? 当3r R >时，0B = 4-9 解：2 0022 RJ RB R J B μπμπ=??=
湖南大学课程考试试卷 s v ?????0u ??=； 0u ???=；关于距离矢量R r r '=-，下面表示正确的为 ） ）21R ? =； （B ）R ?=?考试中心填写：
6. 下面表述正确的为（ ） （A ）矢量场的散度仍为一矢量场； （B ）标量场的梯度结果为一标量； （C ）矢量场的旋度结果为一标量场；（D ）标量场的梯度结果为一矢量 7. 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 ） （C ）1 （D ） 0 8. 镜像法中的镜像电荷是( )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 9. 静电场中( )在通过分界面时连续。 （A ）E （B ）D （C ）E 的切向分量 （D ）J 10. 在使用镜像法解静电边值问题时，镜像电荷必须位于( ) （A ）待求场域内 （B ）待求场域外 （C ）边界面上 （D ）任意位置 11. 传导电流是由( )形成的。 （A ）真空中带电粒子定向运动 （B ）电介质中极化电荷v 运动 （C ）导体中自由电子的定向运动 （D ）磁化电流v 速移动 12. 矢量场的散度在直角坐标下的表示形式为（ ） （A ） Ax Ay Az x y z ???++??? （B ）x y z Ax Ay Az e e e x y z ???++??? （C ） x y z A A A e e e x y z ???++??? （D ）A A A x y z ???++??? 13. 非线性、非均匀、各向异性的磁介质，磁导率是（ ）： （A ）不随空间位置变化的标量 （B ）非标量 （C ） 与外加磁场有关的标量 （D ）与外加磁场无关的标量。 14. 关于导体，下列说法中错误的是（ ） （A ）静电场中，导体内部的电场强度处处为0； （B ）恒定电场中，导体内电位处处相等； （C ）静电场中，导体表面电场强度的方向与表面的法线方向平行； （D ） 金属导体的介电常数约等于真空中的介电常数； 15. 导电介质的复介电常数c ε为（ ）。 0ε01ε
《电磁场与电磁兼容》期末考试A及答案 1 / 8
————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期： 2 / 8
3 / 8 北 京 交 通 大 学 考 试 试 题 课程名称：《电磁场与电磁兼容》 2010年－2011年度第二学期 A 卷 （请考生注意：本试卷共有九道大题） 题号 一 二 三 四 五 六 七 八 九 总分 得 分 阅卷人 一、请写出电磁兼容的三要素（6分） 答：骚扰源、耦合途径、敏感设备 二、可用于近似分析架设在地面上的天线特性的基本原理是什么？该原理的主要 内容以及实质是什么？（6分） 答：镜像原理：架设在理想导电平面上的天线，在任一观测点的场强为直射波与反射波的叠加。可以用一个镜像天线作为反射波的等效源。镜像天线的电流大小与实际天线相等，方向为使反射波与直射波在导电平面上满足边界条件，垂直天线的镜像天线垂直，电流方向与实际天线相同，大小相等，水平天线的镜像天线水平，电流方向与实际天线方向相反，大小相等。 实质：用集中镜像电流代替分布感应场电流。 三、图示滤波器的安装是否正确？如果不正确应如何改进？（8分） 答：不正确。滤波器没有良好接地，通过细线接地，高频效果很差。改进：去掉地 所在学院……………… 班级……………… 姓
线，去掉绝缘层，使滤波器的金属外壳大面积地贴在金属机箱的导电表面上。 四、接地是解决电磁干扰问题的有效措施，但接地不良反而会增加干扰。请问为什 么？可以采用什么措施解决由地环路所引入的干扰？（8分） 答：（1.）地线存在阻抗，若接地不良，可能会引起地线阻抗干扰；地线可能会与设备构成环路，引起地环路干扰；此外多根地线之间或地线与设备之间还可能引起线间耦合干扰。（2）减小地线阻抗，以减小干扰电压；增加环路阻抗，以减小干扰电流，可通过隔离变压器、光电耦合器、共模扼流圈、平衡电路等来实现。 五、供电电源为50Hz、220V的台式计算机，要判定它的电磁兼容性能是否合格， 典型的需要对该计算机进行哪几项电磁兼容性能的测量？在抗扰度测试中，对被测计算机施加的干扰信号分别模拟实际应用中的哪些干扰？（10分） 答：（1）电磁骚扰发射测试和电磁抗扰度测试，其中电磁骚扰发射测试包括传导骚扰测试和辐射骚扰测试；电磁抗扰度测试包括静电抗扰度测试、浪涌抗扰度测试、电快速脉冲群抗扰度测试、射频辐射场抗扰度测试，射频场感应的传导抗扰度测试。（2）浪涌抗扰度测试模拟电源系统开关以及雷击的影响，感应雷 静电抗扰度测试模拟人体静电放电对设备的干扰 电快速脉冲群抗扰度测试模拟感应负载断电产生的干扰噪声 射频辐射场抗扰度测试模拟来自空间的电磁波产生的骚扰 射频场感应的传导抗扰度测试模拟低频电磁波在电缆上感应出共模电压或电流，以传导的方式对敏感设备造成的骚扰。 六、请画出测量空间某一点的电场强度的测量系统框图。已知天线在450MHz时的 天线校正系数是12dB，测量接收机的读数为37dBμV, 电缆损耗为3.2dB，求该测试点的电场强度是多少？（10分） 4 / 8
华北电力大学 2011-2012学年第二学期考试试卷(A) 班级: 姓名: 学号: 矢量表示为E ，标量表示为E ，表达式书写要规范；有单位的结果要写出单位；自由空间 介电常数为π ε36109 0-=F/m ，磁导率为70104-?=πμH/m 。 一、填空题（40分） 1、在麦克斯韦方程中，忽略___________即为电准静态场（准静态电场），忽略_________________即为磁准静态场（准静态磁场）。 2、自由空间中半径为a 的金属球的电容为__________________。若该金属球带电荷量q ，则其静电场能量为________________。 3、电偶极子（单元辐射子）远场区（辐射区）的电场强度与磁场强度相位差为 ，近场区的电场强度与磁场强度相位差为 。 4、电磁波在良导体中传播2个透入深度后，幅值衰减为原来的__________倍，相位滞后__________弧度。 5、已知静电场中电场强度y x e x e y E +=V/m ，以坐标原点（0,0,0）为电位参考点，则点 （1m,1m,1m ）的电位为_________，XOY 平面单位面积电位移通量为______________。 6、磁化强度的单位为 ，极化强度的单位为______________。 7、库仑规范为 ，洛仑兹规范为 。 8、空气（磁导率为0μ）与介质（相对磁导率为4）的分界面是z =0的平面，若已知空气中的磁感应强度24x z B e e →→→ =+（mT ），则在介质中的磁感应强度应为____________，空气中的B → ??为 。 9、平行板电容器的极板面积为S ，极板间距为d ，板间填充介质的介电常数为ε。若极板之间的电压为U 0，忽略边缘效应，则正极板上的自由电荷面密度为______________，极板之间吸引力的大小为____________。 10、导电媒质中恒定电流场电流密度x e J 2= A/m 2，电场强度x e E 5= V/m ，则电功率损耗的体密度为____________，媒质的电导率为______________。
《工程电磁场导论》练习题 一、填空题（每空*2*分，共30分） 1.根据物质的静电表现，可以把它们分成两大类：导电体和绝缘体。 2.在导电介质中（如导体、电解液等）中，电荷的运动形成的电流成为传导电流。 3.在自由空间（如真空中）电荷运动形成的电流成为运流电流。 4.电磁能量的储存者和传递者都是电磁场，导体仅起着定向导引电磁能流的作用，故通常称为导波系统。 5.天线的种类很多，在通讯、广播、雷达等领域，选用电磁辐射能力较强的 细天线。 6.电源是一种把其它形式的能量转换成电能的装置，它能把电源内导电原子或分子的正负电荷分开。 7.实际上直接危及生命的不是电压，而是通过人体的电流，当通过人体的工频电流超过8mA 时，有可能发生危险，超过30mA 时将危及生命。 8.静电场中导体的特点是：在导体表面形成一定面积的电荷分布，是导体内的电场为0，每个导体都成等位体，其表面为等位面。 9.恒定电场中传导电流连续性方程∮S J.dS=0 。 10.电导是流经导电媒质的电流与导电媒质两端电压之比。 11.在理想导体表面外侧的附近介质中，磁力线平行于其表面，电力线则与其表面相垂直。 12.如果是以大地为导线或为消除电气设备的导电部分对地电压的升高而接地，称为工作接地。 13. 电荷的周围，存在的一种特殊形式的物质，称电场。 14.工程上常将电气设备的一部分和大地联接，这就叫接地。如
果是为保护工作人员及电气设备的安全而接地，成为保护接地。 二、回答下列问题 1.库伦定律： 答：在无限大真空中，当两个静止的小带电体之间的距离远远大于它们本身的几何尺寸时，该两带电体之间的作用力可以表示为： 这一规律成为库仑定律。 2.有限差分法的基本思想是什么？ 答：把场域用网格进行分割，再把拉普拉斯方程用以各网格节点处的电位作为未知数的差分方程式来进行代换，将求拉普拉斯方程解的问题变为求联立差分方程组的解的问题。 3.静电场在导体中有什么特点？ 答：在导体表面形成一定的面积电荷分布，使导体内的电场为零，每个导体都成为等位体，其表面为等位面。 4.什么是击穿场强？ 答：当电场增大到某一数值时，使得电介质中的束缚电荷能够脱离它们的分子而自由移动，这时电介质就丧失了它的绝缘能力，称为被击穿。某种材料能够安全地承受的最大电场强度就称为该材料的击穿场强。 5. 什么叫静电屏蔽？ 答：在工程上，常常把不可受外界电场影响的带电体或不希望去影响外界的带电体用一个接地的金属壳罩起来，以隔离有害的的静电影响。例如高压设备周围的屏蔽网等，就是起静电屏蔽作用的。 6.分离变量法的基本思想是什么？ 答：把电位函数φ用两个或三个仅含一个坐标变量的函数乘积表示，带入偏微分
第一章 矢量分析与场论 1 源点是指 。 2 场点是指 。 3 距离矢量是 ，表示其方向的单位矢量用 表示。 4 标量场的等值面方程表示为 ，矢量线方程可表示成坐标形 式 ，也可表示成矢量形式 。 5 梯度是研究标量场的工具，梯度的模表示 ，梯度的方向表 示 。 6 方向导数与梯度的关系为 。 7 梯度在直角坐标系中的表示为u ?= 。 8 矢量A 在曲面S 上的通量表示为Φ= 。 9 散度的物理含义是 。 10 散度在直角坐标系中的表示为??=A 。 11 高斯散度定理 。 12 矢量A 沿一闭合路径l 的环量表示为 。 13 旋度的物理含义是 。 14 旋度在直角坐标系中的表示为??=A 。 15 矢量场A 在一点沿l e 方向的环量面密度与该点处的旋度之间的关系 为 。 16 斯托克斯定理 。 17 柱坐标系中沿三坐标方向,,r z αe e e 的线元分别为 ， ， 。 18 柱坐标系中沿三坐标方向,,r θαe e e 的线元分别为 ， ， 。 19 221111''R R R R R R ?=-?=-=e e
20 0(0)11''4() (0)R R R R R πδ≠???????=??=? ? ?-=????? 第二章 静电场 1 点电荷q 在空间产生的电场强度计算公式为 。 2 点电荷q 在空间产生的电位计算公式为 。 3 已知空间电位分布?，则空间电场强度E = 。 4 已知空间电场强度分布E ，电位参考点取在无穷远处，则空间一点P 处的电位P ?= 。 5 一球面半径为R ，球心在坐标原点处，电量Q 均匀分布在球面上，则点,,222R R R ?? ??? 处的电位等于 。 6 处于静电平衡状态的导体，导体表面电场强度的方向沿 。 7 处于静电平衡状态的导体，导体部电场强度等于 。 8处于静电平衡状态的导体，其部电位和外部电位关系为 。 9 处于静电平衡状态的导体，其部电荷体密度为 。 10处于静电平衡状态的导体，电荷分布在导体的 。 11 无限长直导线，电荷线密度为τ，则空间电场E = 。 12 无限大导电平面，电荷面密度为σ，则空间电场E = 。 13 静电场中电场强度线与等位面 。 14 两等量异号电荷q ，相距一小距离d ，形成一电偶极子，电偶极子的电偶极矩 p = 。 15 极化强度矢量P 的物理含义是 。 16 电位移矢量D ，电场强度矢量E ，极化强度矢量P 三者之间的关系 为 。 17 介质中极化电荷的体密度P ρ= 。 18介质表面极化电荷的面密度P σ= 。
《工程电磁场导论》练习题 1、填空题（每空*2*分，共30分） 1.根据物质的静电表现，可以把它们分成两大类：导电体和绝缘体 。 2.在导电介质中（如导体、电解液等）中，电荷的运动形成的电流成为传导电流。 3.在自由空间（如真空中）电荷运动形成的电流成为运流电流 。 4.电磁能量的储存者和传递者都是电磁场，导体仅起着定向导引电磁能流的作用，故通常称为导波系统。 5.天线的种类很多，在通讯、广播、雷达等领域，选用电磁辐射能力较强的 细天线 。 6.电源是一种把其它形式的能量转换成电能的装置，它能把电源内导电原子或分子的正负电荷分开。 7.实际上直接危及生命的不是电压，而是通过人体的电流，当通过人体的工频电流超过 8mA 时，有可能发生危险，超过 30mA 时将危及生命。 8.静电场中导体的特点是：在导体表面形成一定面积的电荷分布，是导体内的电场为0，每个导体都成等位体，其表面为等位面。 9.恒定电场中传导电流连续性方程∮S J.dS=0 。 10.电导是流经导电媒质的电流与导电媒质两端电压之比。 11.在理想导体表面外侧的附近介质中，磁力线平行于其表面，电力线则与其表面相垂直。 12.如果是以大地为导线或为消除电气设备的导电部分对地电压的升高而接地，称为工作接地。 13. 电荷的周围，存在的一种特殊形式的物质，称电场。
14.工程上常将电气设备的一部分和大地联接，这就叫接地。如 果是为保护工作人员及电气设备的安全而接地，成为保护接地 。 二、回答下列问题 1.库伦定律： 答：在无限大真空中，当两个静止的小带电体之间的距离远远大于它们本身的几何尺寸时，该两带电体之间的作用力可以表示为： 这一规律成为库仑定律。 2.有限差分法的基本思想是什么？ 答：把场域用网格进行分割，再把拉普拉斯方程用以各网格节点处的电位作为未知数的差分方程式来进行代换，将求拉普拉斯方程解的问题变为求联立差分方程组的解的问题。 3.静电场在导体中有什么特点？ 答：在导体表面形成一定的面积电荷分布，使导体内的电场为零，每个导体都成为等位体，其表面为等位面。 4.什么是击穿场强？ 答：当电场增大到某一数值时，使得电介质中的束缚电荷能够脱离它们的分子而自由移动，这时电介质就丧失了它的绝缘能力，称为被击穿。 某种材料能够安全地承受的最大电场强度就称为该材料的击穿场强。 5. 什么叫静电屏蔽？ 答：在工程上，常常把不可受外界电场影响的带电体或不希望去影响外界的带电体用一个接地的金属壳罩起来，以隔离有害的的静电影响。例
4. 5. A. D = W Q E 磁场能量密度等于（） C.D = aE 6. A. E Z) B. B H C.电场能量密度等于（） X. E D B. B H C. 7. C.原电荷和感应电荷 D.不确定 A.正比 B.反比 10.矢量磁位的旋度是（A） A.磁感应强度 B.电位移矢量 11.静电场能量We等于（） A. [ E DdV B.丄[E HdV Jv 2」" 12.恒定磁场能量Wm等于（）C?平方正比D?平方反比 c.磁场强度 D.电场强 度 1 f r C. -\ D EdV D.[E HdV 2 Ju Jv C. -[ E DdV ? Jv D. f E HdV Jv AJv；（B）V Vw = 0； 15.下列表达式成立的是（） A、jv A dS; B> V Vw = 0；(C) V(Vx,4) = 0； C、V (Vxw) = o； (D)Vx(Vw) = 0 D、Vx(V w) = 0 一、单项选择题 1.静电场是（） A.无散场 B.有旋场 C.无旋场 D.既是有散场又是有旋场 2.导体在静电平衡下，其内部电场强度（） A.为零 B.为常数 C.不为零 D.不确定 3.磁感应强度与磁场强度之间的一般关系为（） A.H = “B B. H = C. B = pH 电位移矢量与电场强度之间的一般关系为（） 镜像法中的镜像电荷是（）的等效电荷。 A.感应电荷 B.原电 荷 8.在使用镜像法解静电边值问题时，镜像电荷必须位于（） A.待求场域内 B.待求场域外 C.边界面上 D.任意位置 9.两个点电荷之间的作用力大小与两个点电荷之间距离成（）关系。 13.关于在一定区域内的电磁场，下列说法中正确的是（） （A）由其散度和旋度唯一地确定； （B）由其散度和边界条件唯一地确定； （C）由其旋度和边界条件唯一地确定； （D）由其散度、旋度和边界条件唯一地确定。 14.下列表达式不可能成立的是（）
电磁场与电磁波复习题 一、填空题 1、矢量的通量物理含义是矢量穿过曲面的矢量线总数，散度的物理意义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矢量场中任意一点处通量对体积的变化率。 2、 散度 在直角坐标系的表达式 z A y A x A z y x A A ?? ????++=??= div ； 散度在圆柱坐 标系下的表达 ； 3、矢量函数的环量定义矢量A 沿空间有向闭合曲线C 的线积分， 旋度的定义 过点P 作一微小曲面S,它的边界曲线记为L,面的法线方与曲线绕向成右手螺旋法则。当S 点P 时,存在极限环量密度。 二者的关系 n dS dC e A ?=rot ； 旋度的物理意义点P 的旋度的大小是该点环量密度的最大值；点P 的旋度的方向是该点最 大环量密度的方向。
4.矢量的旋度在直角坐标系下的表达式 。 5、梯度的物理意义标量场的梯度是一个矢量,是空间坐标点的函数。 梯度的大小为该点标量函数?的最大变化率，即该点最 大方向导数;梯度的方向为该点最大方向导数的方向,即与等值线（面）相垂直的方向，它指向函数的增加方向等值面、方向导数与梯度的关系是梯度的大小为该点标量函数?的最大变化率，即该点最 大方向导数;梯度的方向为该点最大方向导数的方向,即与等值线（面）相垂直的方向，它指向函数的增加方向.； 6、用方向余弦cos ,cos ,cos αβγ写出直角坐标系中单位矢量l e 的表达 式 ； 7、直角坐标系下方向导数 u l ??的数学表达式是cos cos cos l αβγ????????ｕｕｕｕ＝＋＋ｘｙｚ ，梯度的表达式x y z G e e e grad x y z φφφφφ???=++=?=???； 8、亥姆霍兹定理的表述在有限区域内，矢量场由它的散度、旋度及边界条件唯一地确定，说明的问题是矢量场的散度应满足的关系及旋度应满足的关系决定了矢量场的基本性质。
莆田学院期末考试试卷 （A ）卷 2011 — 2012 学年第 一 学期 课程名称： 电磁场与波 适用年级/专业： 09/电信 试卷类别 开卷（ ） 闭卷（√） 学历层次 本科 考试用时 120分钟 《．考生．．注意：答案要全部抄到答题纸上，做在试卷上不给分．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．》． 一、填空题（每空2分，共30分） 1.给定两个矢量z y x 32-+=，z y +-=4，则矢量的单位矢量为 ① ，矢量?= ② 。 2.高斯散度定理的积分式为 ① ，它广泛的用于将一个封闭面积分变成等价的体积分，或者将一个体积分变成等价的封闭面积分。 3.已知任意一个矢量场，则其旋度的散度为 ① 。 4.介质中恒定磁场的基本方程的积分式为 ① ， ② ， ③ 。 5.一个半径为a 的接地导体球，一点电荷q 位于距球心d 处，则其镜像电荷带电量为 ① ，位置位于 ② ；当点电荷q 向无限远处运动时，其镜像电荷向 ③ 运动。 6.标量场2),,(x xyz z y x +=ψ通过点P(1，1，2)的梯度为① 。 7.引入位移电流的概念后，麦克斯韦对安培环路定律做了修正，其修正后的微分式是 ① ，其物理含义是： ② 。 8.自由空间传播的电磁波，其磁场强度)sin(z t H m y βω-=，则此电磁波的传播方向是 ① ，磁场强度复数形式为 ② 。 二、单项选择题（每小题2分，共20分） 1.自由空间中的平行双线传输线，导线半径为a ，线间距为D ，则传输线单位长度的电容为 。 A ．)ln(0 1a a D C -= πε B. ) ln(201a a D C -= πε C. ) ln(2101a a D C -=πε 2.如果某一点的电场强度为零，则该点的电位为 。 A.一定为零 B.不一定为零 C.为无穷大
《工程电磁场》复习题 一.问答题 1什么是静电场？写出其基本方程并由此总结静电场的特点。 由静止电荷在其周围产生的电场。F=q1*q2∕4pi*R*R*eO静电场不随时间变化 2?什么是恒定电场？写出其基本方程并由此总结静电场的特点。恒定电流产生的电场。 3?什么是恒定磁场？写出其基本方程并由此总结静电场的特点。磁场强度和方向保持不变的磁场。 4. 如果区域中某点的电场强度为零，能否说明该点的电位也为零？为什么？ 电场强度E是一个随空间点位置不同而变化的矢量函数，仅与该点的电场有关。a,b为两个 电荷相等的正反电荷，在其中心点处电位为零，但场强不为零。 5. 如果区域中某点的电位为零，能否说明该点的电场强度也为零？举例说明？不能。a,b为两个相等正电荷，在其中心点处电场强度为零，但电位不为零。 6. 静电场的电力线会闭合的吗？恒定电场的电力线会闭合的吗？为什么？ 静电场的电力线不会闭合，起于正电荷止于负电荷。在变化的磁场产生的有旋电场中，电力线环形闭合，围绕着变化磁场。 7. 写出两种不同媒质分界面上恒定电场与恒定磁场的边界衔接条件。 恒定电场的边界衔接条件J*dS=O E*dl=0 恒定磁场的边界衔接条件B*dS=0 H*dl=l 8?什么是矢量磁位A?什么是磁感应强度B? B=O B=*A(*A)=0, 矢量磁位A是一个辅助性矢量。磁感应强度B是描述磁场强弱和方向的基本物理量9. 什么是磁导率？什么是介电常数？ 表示磁介质磁性的物理量。介质在外加电场时会产生感应电荷而削弱电场，原外加电场(真 空中)与最终介质中电场比值即为介电常数。 10. 导电媒质中恒定电场与静电场之间具有什么相似关系？ 二.填空题 1. 静止电荷产生的电场，称之为_静电场 ___________ 场。它的特点是有散无旋场，不 随时间变化 ____________________ 。 2. 高斯定律说明静电场是一个___________ 有散__________ 场。 3. 安培环路定律说明磁场是一个有旋场。 4. 电流密度是一个矢量，它的方向与导体中某点的—正电荷_________ 的运动方向相同。 5. 在两种不同导电媒质的分界面上，________ 磁感应强度______ 的法向分量越过分界面时连续， 电场强度的切向分量连续。 6. 磁通连续性原理说明磁场是一个_____ 场。 7. 安培环路定律则说明磁场是一个—有旋__________ 场。 6. 矢量磁位A的旋度为_____________ ,它的散度等于 ____________ 。 7. 矢量磁位A满足的方程是。 & 恒定电场是一种无—散___________ 和无______ 旋—的场。
电磁波与电磁场期末试题 一、填空题（20分） 1．旋度矢量的散度恒等与零，梯度矢量的旋度恒等与零。 2．在理想导体与介质分界面上，法线矢量n 由理想导体2指向介质1，则磁场满 足的边界条件：0 1=?B n ，s J H n =?1 。 3．在静电场中，导体表面的电荷密度σ与导体外的电位函数?满足的关系式 n ??=?ε σ-。 4．极化介质体积内的束缚电荷密度σ与极化强度P 之间的关系式为P ?-?=σ。 5．在解析法求解静态场的边值问题中，分离变量法是求解拉普拉斯方程的最基本方法；在某些特定情况下，还可用镜像法求拉普拉斯方程的特解。 6．若密绕的线圈匝数为N ，则产生的磁通为单匝时的N 倍，其自感为单匝的2N 倍。 7．麦克斯韦关于位移电流的假说反映出变化的电场要产生磁场。 8．表征时变场中电磁能量的守恒关系是坡印廷定理。 9．如果将导波装置的两端短路，使电磁波在两端来回反射以产生振荡的装置称为 谐振腔 。 10．写出下列两种情况下，介电常数为ε的均匀无界媒质中电场强度的量值随距离r 的变化规律：带电金属球（带电荷量为Q ）E = 2 4r Q πε；无限长线电荷（电荷线 密度为λ）E =r πελ 2。 11．电介质的极性分子在无外电场作用下，所有正、负电荷的作用中心不相重合， 而形成电偶极子，但由于电偶极矩方向不规则，电偶极矩的矢量和为零。在外电场作用下，极性分子的电矩发生转向，使电偶极矩的矢量和不再为零，而产生极化。
12．根据场的唯一性定理在静态场的边值问题中，只要满足给定的边界条件，则泊松方程或拉普拉斯方程的解是唯一的。 二、判断题（每空2分，共10分） 1．应用分离变量法求解电、磁场问题时，要求整个场域内媒质必须是均匀、线性的。（×） 2．一个点电荷Q 放在球形高斯面中心处。如果此电荷被移开原来的球心，但仍在球内，则通过这个球面的电通量将会改变。（×） 3．在线性磁介质中，由I L ψ= 的关系可知，电感系数不仅与导线的几何尺寸、 材料特性有关，还与通过线圈的电流有关。（×） 4．电磁波垂直入射至两种媒质分界面时，反射系数ρ与透射系数τ之间的关系为1+ρ=τ。（√） 5．损耗媒质中的平面波，其电场强度和磁场强度在空间上互相垂直、时间上同相位。（×） 三、计算题（75分） 1．半径为a 的导体球带电荷量为Q ，同样以匀角速度ω绕一个直径旋转，求球表面的电流线密度。（10分） 解：以球心为坐标原点，转轴（一直径）为Z 轴。设球面上任一点P 的位置矢量为r ，且r 与z 轴的夹角为θ，则p 点的线速度为 θ ωωφsin a e r v =?= 球面上电荷面密度为 2 4a Q πσ= 故 θ ωπθωπσφ φ sin 4sin 42 a Q e a a Q e v J s === 2．真空中长直线电流I 的磁场中有一等边三角形，边长为b ，如图所示，求三角形回路内的磁通。（10分） 解：根据安培环路定律，得到长直导线的电流I 产生的磁场： Z
《工程电磁场》复习题 一．问答题 1．什么是静电场?写出其基本方程并由此总结静电场的特点。 由静止电荷在其周围产生的电场。F=q1*q2/4pi*R*R*e0 静电场不随时间变化 2. 什么是恒定电场?写出其基本方程并由此总结静电场的特点。 恒定电流产生的电场。 3. 什么是恒定磁场?写出其基本方程并由此总结静电场的特点。 磁场强度和方向保持不变的磁场。 4. 如果区域中某点的电场强度为零，能否说明该点的电位也为零？为什么？ 电场强度E是一个随空间点位置不同而变化的矢量函数，仅与该点的电场有关。a,b为两个电荷相等的正反电荷，在其中心点处电位为零，但场强不为零。 5. 如果区域中某点的电位为零，能否说明该点的电场强度也为零？举例说明？ 不能。a,b为两个相等正电荷，在其中心点处电场强度为零，但电位不为零。 6．静电场的电力线会闭合的吗？恒定电场的电力线会闭合的吗？为什么？ 静电场的电力线不会闭合，起于正电荷止于负电荷。在变化的磁场产生的有旋电场中，电力线环形闭合，围绕着变化磁场。 7. 写出两种不同媒质分界面上恒定电场与恒定磁场的边界衔接条件。 恒定电场的边界衔接条件J*dS=0 E*dl=0 恒定磁场的边界衔接条件B*dS=0 H*dl=I 8. 什么是矢量磁位A? 什么是磁感应强度B? B=0 B=*A(*A)=0, 矢量磁位A是一个辅助性矢量。磁感应强度B是描述磁场强弱和方向的基本物理量 9. 什么是磁导率? 什么是介电常数? 表示磁介质磁性的物理量。介质在外加电场时会产生感应电荷而削弱电场，原外加电场（真空中）与最终介质中电场比值即为介电常数。 10. 导电媒质中恒定电场与静电场之间具有什么相似关系？ 二．填空题 1.静止电荷产生的电场，称之为_静电场__________场。它的特点是有散无旋场，不 随时间变化。 2.高斯定律说明静电场是一个有散场。 3.安培环路定律说明磁场是一个有旋场。 4.电流密度是一个矢量，它的方向与导体中某点的正电荷的运动方向相同。 5.在两种不同导电媒质的分界面上，磁感应强度的法向分量越过分界面时连续， 电场强度的切向分量连续。 6.磁通连续性原理说明磁场是一个无散场。 7.安培环路定律则说明磁场是一个有旋场。 6. 矢量磁位A的旋度为 B ，它的散度等于0 。 7. 矢量磁位A满足的方程是。 8．恒定电场是一种无散和无旋的场。
一、简答题（30分） 1.写出静电场的电位泊松方程，并给出其两种理想介质分界面的边界条件。 2ρ ?ε ?=-； 在两种完纯介质分界面上电位满足的边界条件： 12??= 12 12s n n ??εερ??-=-?? 2.讨论均匀平面波在无界空间传播时本征阻抗与波阻抗的区别。 3.写出均匀平面波在无界良导体中传播时相速的表达式。 4.写出时谐电磁场条件下亥姆霍兹方程。 5.写出传输线输入阻抗公式。 6.证明电场矢量和磁场矢量垂直。 证明：任意的时变场（静态场是时变场的特例）在一定条件下都可以通过Fourier 展开为不同频率正弦场的叠加。 垂直。 也与垂直 与垂直。 与乘定义，可知根据E H H X ∴=?-=?-??- =??B B E B E k B j E k j t B E ωω 7.写出线性各向同性的电介质、磁介质和导电介质的本构关系式。 E J H B E D σμε=== 8.写出均匀平面波在两介质分界面的发射系数和投射系数表达式。 9.写出对称天线的归一化方向函数。 10.解释TEM 、TE 、TM 波的含义。 二、计算题 1. （10分）已知矢量222 ()()(2)x y z x axz xy by z z czx xyz =++++-+-E e e e ，试确 2 1 21 2212rm im tm im E E E E ηηηηητηη-Γ==+== +
定常数a 、b 、c 使E 为无源场。 解 由(2)(2)(122)0x az xy b z cx xy ?=++++-+-= E ，得 2,1,2a b c ==-=- 2.已知标量函数22223326u x y z x y z =+++--。（1）求u ?；（2）在哪些点上u ?等于零。 解 （1）(23)(42)(66)x y z x y z u u u u x y z x y z ????=++=++-+-???e e e e e e ； （2）由(23)(42)(66)0x y z u x y z ?=++-+-=e e e ，得 32,12,1x y z =-== 3． 两块很大的平行导体板，板间距离为d ，且d 比极板的长和宽都小得多。两板接上直 流电压为U 的电源充电后又断开电源，然后在板间放入一块均匀介质板，它的相对介电常数为9r ε= ，厚度比d 略小一点，留下一小空气隙，如图所示。试求放入介质板前后，平行导体板间各处的电场强度。并由此讨论电介质的作用。（20分） 解： （1）建立坐标系如图。加入介质板前，因两极板已充电，板间电压为U ，间距d 远小于平板尺寸，可以认为极板间电场均匀，方向与极板垂直。所以板间电场为 0z U d =-E e 设两极板上所带自由电荷面密度分别为s ρ和s ρ-，根据高斯定理 s s s d d Q S ερ===???D S E S 即 000s D E S S ερ=?=? 得 0000 s U D E d ερε=== r ε =d U z
《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