電磁場(chǎng)與電磁波第二版答案陳抗生

1、電磁場(chǎng)與電磁波第二版答案陳抗生【篇一：2011版電磁場(chǎng)與電磁波 課程標(biāo)準(zhǔn)】xt課程編號(hào)：適用專業(yè)： 總學(xué)時(shí)數(shù)： 學(xué)分：07050021通信工程本科 理論32學(xué)時(shí)3一、課程目的及性質(zhì)電磁場(chǎng)與電磁波是通信技術(shù)的理論基礎(chǔ)，通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué) 生掌握電磁場(chǎng)的有關(guān)定理、定律、麥克斯韋方程等的物理意義及數(shù) 學(xué)表達(dá)式。使學(xué)生熟悉一些重要的電磁場(chǎng)問(wèn)題的數(shù)學(xué)模型（如波動(dòng) 方程、拉氏方程等）的建立過(guò)程以及分析方法。培養(yǎng)學(xué)生正確的思 維方法和分析問(wèn)題的能力，使學(xué)生學(xué)會(huì)用場(chǎng)的觀點(diǎn)去觀察、分析和 計(jì)算一些簡(jiǎn)單、典型的場(chǎng)的問(wèn)題。為后續(xù)課程打下堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。 二、本課程的基本內(nèi)容第一章矢量分析（一）教學(xué)目的與要求1、

2、理解矢量的標(biāo)積和矢積；2、理解標(biāo)量場(chǎng)的方向?qū)?shù)與梯度；3、理解矢量場(chǎng)的通量、散度與散度定理；4、理解矢量場(chǎng)旋度的散度，標(biāo)量場(chǎng)梯度的旋度；5、理解亥姆霍茲定理、正交曲面坐標(biāo)系。（二）教學(xué)的重點(diǎn)與難點(diǎn) 1、2、3、矢量場(chǎng)中的散度定理和斯托克斯定理；無(wú)散場(chǎng)、無(wú)旋場(chǎng)的含義；格林定理。（三）課時(shí)安排理論6課時(shí)（四）主要內(nèi)容第一節(jié)：標(biāo)量與矢量（1）課時(shí)1、2、3、矢量的代數(shù)運(yùn)算 矢量的標(biāo)積與矢積 標(biāo)量場(chǎng)的方向?qū)?shù)與梯度第二節(jié)：矢量場(chǎng) （1）課時(shí)1、矢量場(chǎng)的通量、散度與散度定理 2、矢量場(chǎng)的環(huán)量、旋度與旋度定理第三節(jié)：無(wú)散場(chǎng)與無(wú)旋場(chǎng)（1）課時(shí)1、矢量場(chǎng)旋度的梯度2、標(biāo)量場(chǎng)梯度的旋度 3、格林定理第四節(jié)：矢量

3、場(chǎng)的基本定義和坐標(biāo)系 1、格林定理2、矢量場(chǎng)的唯一性定義 3、亥姆霍茲定理4、正交曲面坐標(biāo)系 （3）課時(shí)第二章 靜電場(chǎng) （一）教學(xué)目的與要求 1、2、3、4、5、6、7、 8、（二）教學(xué)的重點(diǎn)與難點(diǎn) 1、2、3、4、電荷分布與電場(chǎng)強(qiáng)度、電位的關(guān)系式；靜電場(chǎng)邊界中：束縛電荷與電場(chǎng)，極化強(qiáng)度的關(guān)系；電場(chǎng)能量；虛位移方法在求解電場(chǎng)作用力的應(yīng)用。理解電通量定理，電場(chǎng)線及電場(chǎng)強(qiáng)度方向； 理解真空中靜電場(chǎng)的積分和微分形式；理解電荷的面密度和線密度與電位、電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系；理解束純電荷與極化強(qiáng)度的關(guān)系； 理解介質(zhì)中靜電場(chǎng)的微分與積分形式； 理解靜電場(chǎng)的邊界條件；理解電容與電場(chǎng)能量的關(guān)系；理解虛位移方法在求解作

4、用力的方法在常電荷，常電位系統(tǒng)中的應(yīng)用。（三）課時(shí)安排理論8課時(shí)（四）主要內(nèi)容 第一節(jié)：電場(chǎng)1、電場(chǎng)強(qiáng)度2、真空中靜電場(chǎng) （2）課時(shí) 第二節(jié)：電位和介質(zhì)極化 1、電位2、介質(zhì)的極化（2）課時(shí)第三節(jié)：介質(zhì)中的靜電場(chǎng)及邊界條件 1、介質(zhì)中的靜電場(chǎng)2、靜電場(chǎng)的邊界條件（2）課時(shí) 第四節(jié)：電容、電場(chǎng)能量、電場(chǎng)力和靜電場(chǎng)的應(yīng)用1、電容2、電場(chǎng)能量3、電場(chǎng)力4、靜電場(chǎng)的應(yīng)用第三章 靜電場(chǎng)的邊值問(wèn)題 （一）教學(xué)目的與要求 1、理解鏡像法 （二）教學(xué)的重點(diǎn)與難點(diǎn)1、等效電荷的引入如何滿足唯一性定理的內(nèi)在要求。（三）課時(shí)安排理論2課時(shí)（四）主要內(nèi)容1、鏡像法 第四章 恒定電流場(chǎng) （一）教學(xué)目的與要求1、理解傳

5、導(dǎo)電流和運(yùn)流電流；2、理解電源和導(dǎo)電介質(zhì)駐立電荷的運(yùn)動(dòng)規(guī)律；3、恒定電流場(chǎng)中電流密度的微分和積分形式；4、理解恒定電流場(chǎng)的邊界條件及導(dǎo)電介質(zhì)的損耗；（二）教學(xué)的重點(diǎn)與難點(diǎn) 1、駐立電荷的理解；2、功率損耗密度,（三）課時(shí)安排理論4課時(shí)（四）主要內(nèi)容 第一節(jié)：電流和電動(dòng)勢(shì) 1、電流2）課時(shí)（2）課時(shí)（2、電動(dòng)勢(shì) （2）課時(shí)3、恒定電流場(chǎng)第二節(jié)：恒定電流場(chǎng)的性質(zhì) 1、恒定電流場(chǎng)的邊界條件 2、導(dǎo)電介質(zhì) 的損耗功率3、恒定電流場(chǎng)的應(yīng)用 （2）課時(shí)第五章恒定磁場(chǎng) （一）教學(xué)目的與要求1、理解帶電粒子、電流元、電流環(huán)在磁場(chǎng)所受作用力；2、理解真空中恒定磁場(chǎng)的微分與積分形式；畢奧-薩伐定理；3、理解介質(zhì)磁

6、性分類；4、理解介質(zhì)中的恒定磁場(chǎng)及邊界條件。（二）教學(xué)的重點(diǎn)與難點(diǎn)1、線電流和電流環(huán)的磁通密度的計(jì)算；2、體分布和面分布的磁化電流的影響因素；3、面電流與磁化強(qiáng)度的關(guān)系；4、鏡像法在求解非均勻介質(zhì)中磁通密度的應(yīng)用。（三）課時(shí)安排理論6課時(shí)（四）主要內(nèi)容第一節(jié)：恒定磁場(chǎng)的基本概念 1、磁通密度2、真空中的恒定磁場(chǎng)第二節(jié)：磁位和磁化1、磁位2、介質(zhì)的磁化第三節(jié)：恒定磁場(chǎng)及邊界條件 1、介質(zhì)中的恒定磁場(chǎng)2、恒定磁場(chǎng)的邊界條件 第六章 電磁感應(yīng) （一）教學(xué)目的與要求1、 理解電磁感應(yīng)定律的物理內(nèi)涵及微積分形式；2）課時(shí) （2）課時(shí)2）課時(shí)（2、3、4、理解電感、互感、自感的定理；理解磁場(chǎng)能量、磁場(chǎng)能量

7、密度等概念；理解任意兩回路系統(tǒng)的作用力及虛位移方法求解作用力。1、利用磁能密度求解帶電體系的電感；2、利用虛位移方法求解帶電體系之間的作用力。（三）課時(shí)安排理論6課時(shí)（四）主要內(nèi)容第一節(jié)：電磁感應(yīng)基本原理 1、電磁感應(yīng)定律2、電感（2）課時(shí)第二節(jié)：磁場(chǎng)的性質(zhì)1、磁場(chǎng)的能量 （2）課時(shí)第三節(jié)：磁場(chǎng)力及應(yīng)用 1、磁場(chǎng)力2、恒定磁場(chǎng)的應(yīng)用（2）課時(shí)三、教學(xué)方法以教師講授為主，輔以多媒體教學(xué)手段，并結(jié)合學(xué)生的練習(xí)。四、成績(jī)考核方式本課程期終成績(jī)由期末閉卷考試與平時(shí)考核兩部分組成。五、教材與主要參考書目1、教材：楊儒貴.電磁場(chǎng)與電磁波.高等教育出版社.2007. 2、主要參考書目：1王增和、王培章、盧春

8、蘭編著.電磁場(chǎng)與電磁波.電子工業(yè)出版社.2001.1. 2馬冰然.電磁場(chǎng)與微波技術(shù).華南理工大學(xué)出版社.1999.93bhag singh guru, huseyin r. hiziroglu 等著， 周克定等譯 .機(jī)械工業(yè)出版社.2006.1 4陳抗生.電磁場(chǎng)與電磁波.高等教育出版社.2003.1 5謝處方，饒克謹(jǐn).電磁場(chǎng)與電磁波.高等教育出版社.2006.【篇二：哈爾濱工業(yè)大學(xué)2015年電磁場(chǎng)與電磁波（804）大綱】=txt考試科目名稱：電磁場(chǎng)與電磁波考試科目代碼：804一、考試要求：要求學(xué)生能夠系統(tǒng)地掌握電磁場(chǎng)與電磁波的基本概念，基本性質(zhì)， 基本規(guī)律以及求解電磁場(chǎng)問(wèn)題的基本方法，并能靈活

9、運(yùn)用，具備較 強(qiáng)的分析問(wèn)題與解決問(wèn)題的能力。二、考試內(nèi)容：1）矢量分析a:直角坐標(biāo)系下的梯度、散度、旋度，高斯散度定理，斯托克斯定理，亥姆霍茲定理；2）宏觀電磁運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律a：電荷；電流；高斯定律；安培定律；法拉第定律；電流連續(xù)性原理；b:介質(zhì)的極化和磁化，介質(zhì)中的靜態(tài)場(chǎng)方程c：麥克斯韋方程組；電磁場(chǎng)的邊界條件；d：波印廷矢量；時(shí)諧場(chǎng)中的媒質(zhì)特性；e：波動(dòng)方程3）電磁波的傳播a：各向同性、均勻、無(wú)耗及有耗、無(wú)界媒質(zhì)中的均勻平面波；b:平面電磁波的極化；c：平面波對(duì)理想介質(zhì)和理想導(dǎo)體的入射、反射與折射；d :電磁波在矩形波導(dǎo)中的傳播特性；矩形波導(dǎo)內(nèi)的te波和tm波4）電磁波的輻射a:電偶極子和

10、磁偶極子的輻射場(chǎng)b:天線的參數(shù)c：半波振子天線的輻射場(chǎng)和參數(shù)5）靜態(tài)場(chǎng)的分析a：靜電場(chǎng)、穩(wěn)恒電場(chǎng)和穩(wěn)恒磁場(chǎng)的方程與邊界條件b：標(biāo)量電位和矢量磁位及其微分方程6）靜態(tài)場(chǎng)解法a：鏡像法；b:分離變量法；三、試卷結(jié)構(gòu)：a）考試時(shí)間：180分鐘，滿分：150分b）題型結(jié)構(gòu)a：填空題（15分）b:選擇題（15分）c：簡(jiǎn)答與證明題（30分）d :計(jì)算題（90分）四、參考書目邱景輝，等.電磁場(chǎng)與電磁波（第 3版）.哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 2008 年趙家升，等.電磁場(chǎng)與波.成都電子科技大學(xué)出版社.1997年 陳抗生.電磁場(chǎng)與電磁波.高等教育出版社.2003年【篇三：電磁場(chǎng)6.6】txt>6.6.1 電磁

11、波的定向傳播電磁波的定向傳播是指電磁波離開(kāi)波源后沿給定路徑傳播到負(fù)載。電磁波的定向傳播主要有兩個(gè)作用，一是傳輸電能，用來(lái)驅(qū)動(dòng)電氣 設(shè)備作功；二是傳播信號(hào)，用來(lái)傳遞信息。把電磁波定向?qū)б霖?fù) 載的實(shí)體結(jié)構(gòu)有許多種，如圖 6-6-1所示，典型的有架空輸電線、電 纜、同軸線、波導(dǎo)以及光導(dǎo)纖維等。架空輸電線、電纜主要用于傳 輸電能，光導(dǎo)纖維用于傳播光信號(hào)，同軸線和波導(dǎo)既可以傳輸電能， 也可以傳播信號(hào)。（a）平行雙線單根導(dǎo)線（b）同軸電纜（c）矩形波導(dǎo)管（d）光導(dǎo)纖維圖6-6-1電磁波的導(dǎo)引結(jié)構(gòu)實(shí)體從傳播信號(hào)的角度看，當(dāng)傳播距離不長(zhǎng)而且波源頻率不高時(shí)，普通 的雙線傳輸線、電纜都能傳播信號(hào)，但當(dāng)傳播距離較

12、長(zhǎng)或波源頻率 較高時(shí)，它們就會(huì)向開(kāi)放的空間輻射電磁能而出現(xiàn)損耗，同時(shí)由導(dǎo)線所組成的回路又接收外界電磁波從而在回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流，干 擾傳播信號(hào)。為了克服這些缺點(diǎn)，可以使用同軸線。同軸線由線心 和同軸的中空導(dǎo)體管組成，它們之間絕緣。由于同軸線的外導(dǎo)體的 屏蔽作用，所以外部電磁場(chǎng)不會(huì)干擾同軸線內(nèi)的傳播信號(hào)，同時(shí)傳 播信號(hào)也不向外部輻射電磁波。同軸線的不足是不適合傳播高頻電 磁波。同軸線的焦耳損耗與頻率 f的關(guān)系近似按規(guī)律變化(見(jiàn)式(5-7-16),頻率越高損耗越大。當(dāng)頻率達(dá)到微波頻 段后，需要用波導(dǎo)傳播。波導(dǎo)是用來(lái)約束或?qū)б姶挪ǖ慕饘俟埽▽?dǎo)管的優(yōu)點(diǎn)是焦耳損耗和介質(zhì)(管內(nèi)介質(zhì)一般為空氣)損耗 小

13、，傳輸容量大，沒(méi)有輻射損耗，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于制造。隨著波源 頻率的提高，尤其是進(jìn)入光波波段，金屬就不再是良導(dǎo)體，而成了 損耗很高的介質(zhì)，這種情況下就需要光波導(dǎo)來(lái)傳播信號(hào)。光導(dǎo)纖維 是光波導(dǎo)的一種，它具有容量大、損耗低、質(zhì)量小、易彎曲、不受 電磁干擾、不產(chǎn)生電火花等優(yōu)點(diǎn)，目前已得到廣泛應(yīng)用。本節(jié)分析波導(dǎo)傳播電磁波的基本特點(diǎn)。6.6.2 波導(dǎo)中的電磁場(chǎng)邊值問(wèn)題習(xí)慣上，波導(dǎo)狹義地專指各種形式的空心金屬波導(dǎo)管和表面波波導(dǎo)， 前者又稱封閉波導(dǎo)，后者將引導(dǎo)的電磁波約束在波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的周圍， 又稱開(kāi)波導(dǎo)。為了解波導(dǎo)內(nèi)穩(wěn)態(tài)電磁場(chǎng)的分布情況，需要建立邊值問(wèn)題。邊值問(wèn)?作為求解對(duì)象時(shí)，在場(chǎng)源(即波題包括方程和邊界條件。

14、當(dāng)用電場(chǎng) 強(qiáng)度e源)外，電場(chǎng)的方程組為?k2e?0 (6-6-1) ?2e?0(6-6-2) ?e邊界條件包括內(nèi)邊界面上的邊界條件和外邊界面上的邊界條件。對(duì) 于波導(dǎo)管，管壁的電導(dǎo)率很高，一般用銅、鋁等良導(dǎo)體制成，有時(shí) 管壁上鍍有銀等。通常假定波導(dǎo)管的管壁是電導(dǎo)率無(wú)限大的理想導(dǎo) 體，因此管壁?0 o管壁就是場(chǎng)區(qū)的外邊界面。波導(dǎo)管內(nèi)一般是空氣，管內(nèi)場(chǎng)內(nèi) 電場(chǎng)e區(qū)只有外邊界面而沒(méi)有內(nèi)邊界面。外邊界面上的邊界條件為?0 (6-6-3) n?e式中n是外邊界面上指向場(chǎng)區(qū)外側(cè)的單位法向矢量。式(6-6-1)-(6-6-3)聯(lián)立，就組成了波源之外電磁場(chǎng)的邊值問(wèn)題。說(shuō)明：波導(dǎo)理論的建立以及人們對(duì)它的認(rèn)識(shí)經(jīng)歷了

15、一段曲折的過(guò)程。1897年，英國(guó)物理學(xué)家瑞利最早完成了空心金屬圓柱形波導(dǎo)內(nèi)電磁 波傳播模式的數(shù)學(xué)分析，他糾正了亥維賽關(guān)于沒(méi)有內(nèi)導(dǎo)體的金屬管 內(nèi)不能傳播電磁波的認(rèn)識(shí)。但此后35年中，因在產(chǎn)生高頻電磁波方面所遇到的 中國(guó)大百科全書波導(dǎo)”詞條。困難，瑞利的理論并沒(méi)有得到重視和傳播，在實(shí)踐方面也未獲得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。直到1932年3月，美國(guó)貝爾電話實(shí)驗(yàn)室的索思沃思(g. c. southworth, 1890-1972)觀察到充水的銅管可以傳輸電磁波，1933年他又發(fā)現(xiàn)20英尺長(zhǎng)的空心銅管也可以傳輸電磁波。在實(shí) 驗(yàn)成功之前，索思沃思進(jìn)行了理論研究工作，由于這與常識(shí)相背離， 貝爾電話實(shí)驗(yàn)室的一位主要數(shù)學(xué)家總

16、結(jié)性地寫下了不同的計(jì)算結(jié)論： 提出的系統(tǒng)是不可能實(shí)現(xiàn)傳輸?shù)摹?936年4月30日索思沃思向美國(guó)物理學(xué)會(huì)提交了一份學(xué)術(shù)報(bào)告，波導(dǎo)管被再次發(fā)現(xiàn)工此后，波導(dǎo)的理論、實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用才有了重大發(fā)展，并日趨完善。6.6.3 矩形波導(dǎo)內(nèi)電磁場(chǎng)的解波導(dǎo)管的橫截面可以做成各種形狀，如矩形、圓形、橢圓形和三角 形等，其中以矩形和圓形最簡(jiǎn)單、最常用。目前它們廣泛用在無(wú)線 電發(fā)射機(jī)與天線之間、無(wú)線電接收機(jī)與天線之間、微波爐的磁控管 與爐腔之間。1.邊值問(wèn)題的求解下面求解由理想導(dǎo)體波導(dǎo)壁組成的矩形波導(dǎo)內(nèi)的電磁場(chǎng)，具有其他 橫截面形狀的波導(dǎo)管內(nèi)的電磁場(chǎng)求解方法和電磁場(chǎng)特性也都與此類 似。矩形波導(dǎo)管的結(jié)構(gòu)如圖6-6-2所示。設(shè)

17、波導(dǎo)沿z軸方向無(wú)限長(zhǎng)，管 內(nèi)是真空(？?0 , ?0 , ?0 ,),橫截面是矩形，矩形的四個(gè)頂 點(diǎn)分別是a, b, c, o,兩邊長(zhǎng)分別為a和b。圖6-6-2矩形波導(dǎo)設(shè)電磁波沿z軸的正方向傳播。這樣，傳播矢量k?kzez ,波導(dǎo)管內(nèi) http:/wiki/george_clark_southwortheb/ol,2009-10-20的電場(chǎng)表達(dá)式應(yīng)為?x,y,z?e?x,y?e?jkzz (6-6-4) e0式中kz?0。實(shí)際上，若kz?0 ,說(shuō)明式(6-6-4)所表示的波是逆著ez 方向傳播，這相當(dāng)于反射波，在無(wú)限長(zhǎng)直均勻介質(zhì)中不可能存在反 射波；若kz是復(fù)數(shù)

18、，kz?j?0?,則表示波的振幅隨著 z的增大而衰減(?0)或增加(?0),寰減”意味著沒(méi)有波的傳播， 增加”意 味著場(chǎng)值成為無(wú)限大。因此 kz只能是正數(shù)。把式(6-6-4)代入方程(6-6-1)和(6-6-2),得?k2e?0 (6-6-5) ?2e0c0?jke?e?0 (6-6-6) ?e0z0z?并不表示電場(chǎng)強(qiáng)度，它只是式中kc2?k2?kz2 , k2?2?0?0。注意,符號(hào)e0 電場(chǎng)強(qiáng)度表達(dá)式(6-6-4)中的系數(shù)矢量 設(shè)系數(shù)矢量?x,y?e?x,y?e?e?x,y?e?e?x,y?e (6-6-7) e00xx0yy0zz?0 ,可得 由外邊界面上的邊界條件n?e平面 oa : e0x0z 平面 bc : e0x0z 平面 ob : e0z0y 平面 ac : e0z0y?(x,0)?0,e?(x,0)?0(0?x?a)(6-6-8