《电磁场》第三版思考题目答案-
赵凯华陈煕谋《电磁学》第三版思考题及习题答案(完整版)
1、 在地球表面上某处电子受到的电场力与它本身的重量相等, 求该处的电场强度 (已知电 子质量 m=9.1×10-31kg,电荷为-e=-1.610-19C). 解: 2、 电子所带的电荷量(基本电荷-e)最先是由密立根通过油滴实验测出的。密立根设计的 实验装置如图所示。一个很小的带电油滴在电场 E 内。调节 E,使作用在油滴上的电场力与 油滴的重量平衡。如果油滴的半径为 1.64×10-4cm,在平衡时,E=1.92×105N/C。求油滴上 的电荷(已知油的密度为 0.851g/cm3) 解: 3、 在早期(1911 年)的一连串实验中,密立根在不同时刻观察单个油滴上呈现的电荷, 其测量结果(绝对值)如下: 6.568×10-19 库仑 13.13×10-19 库仑 19.71×10-19 库仑 8.204×10-19 库仑 16.48×10-19 库仑 22.89×10-19 库仑 11.50×10-19 库仑 18.08×10-19 库仑 26.13×10-19 库仑 根据这些数据,可以推得基本电荷 e 的数值为多少? 解:油滴所带电荷为基本电荷的整数倍。则各实验数据可表示为 kie。取各项之差点儿 4、 根据经典理论,在正常状态下,氢原子中电子绕核作圆周运动,其轨道半径为 5.29× 10-11 米。已知质子电荷为 e=1.60×10-19 库,求电子所在处原子核(即质子)的电场强度。 解: 5、 两个点电荷,q1=+8 微库仑,q2=-16 微库仑(1 微库仑=10-6 库仑) ,相距 20 厘米。求 离它们都是 20 厘米处的电场强度。 解: 与两电荷相距 20cm 的点在一个圆周上,各点 E 大小相等,方向在圆锥在上。 6、 如图所示, 一电偶极子的电偶极矩 P=ql.P 点到偶极子中心 O 的距离为 r ,r 与 l 的夹角为。 在 r>>l 时,求 P 点的电场强度 E 在 r=OP 方向的分量 Er 和垂直于 r 方向上的分量 Eθ。 解:
电磁场与电磁波习题(第三版)习题解答第1-2章
ˆ y ˆ 2 yz z ˆ 的旋度。 1.33 计算矢量场 F xxy
解:
ˆ x F x Fx
ˆ y y Fy
ˆ ˆ z x z x Fz xy
ˆ y y 2 yz
ˆ z z 1
ˆ 2 y xz ˆ x
ˆ yx ˆ ,计算 A A 。 1.35 已知 A xy
2
电磁场与电磁波习题答案 chapter 1~2
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dE x, y
S dx '
1/ 2
ˆ x x ' yy ˆ x
1/ 2
2 2 2 0 x x ' y 2 x x ' y 2 ˆ x x ' yy ˆ S x dx ' 2 2 2 0 x x ' y ˆ a 2 S x ˆ x x ' yy dx ' E x, y 2 a 2 2 2 0 x x ' y a 2 ˆ ˆ a2 S y x x x' y S dx ' dx ' 2 2 2 a 2 a 2 2 0 2 0 x x ' y x x ' y 2
D 0 E 0
当r a时
Sa D1n D2 n r a 0
当r b时
C 0C a a
Sb D1n D2 n r b 0
0C C b b
分析,本 题求解面电荷分布时, 法线方向和 D1 , D2 关系不要弄 混,这里公式
《电磁学》第三版的思考题和习题答案
电磁学第三版思考题与习题解答
电磁学第三版(梁灿彬)思考题与习题解答第一章 静电场的基本规律思考题1.1答案: (1) ×,正的试探电荷; (2) √ ;(3)× 在无外场是,球面上E⃗ 大小相等。
1.2 答案: 利用对称性分析,垂直轴的分量相互抵消。
1.3答案:(1)× 没有净电荷 ;(2)×; (3)×;(4)√;(5)×;(6)×;(7)×。
1.4答案:无外场时,对球外而言是正确的。
1.5答案:(1)无关 (2) 有关 (3)不能(导体球)、可以(介质球)。
场强叠加原理应用到有导体的问题时,要注意,带电导体单独存在时,有一种电荷分布,它们会产生一种电场;n 个带电导体放在一起时,由于静电感应,导体上的电荷分布发生变化,这时,应用叠加原理应将各个导体发生变化的电荷分布“冻结”起来,然后以“冻结”的电荷分布单独存在时产生的电场进行叠加。
1.6答案:(a 图) 能 ,叠加法(补偿法); (b 图) 不能 。
1.7答案:222121q q φφφφεε-==+,;113131+ -q q φφφφεε==,;134410+0 -q φφφφε==,。
1.8答案:(1)× ;(2)×; (3)×;(4)×;(5)√;(6)×。
1.9答案:n VE en∂=-∂ ,例如匀强电场;E 大,电势的变化率就大,并非一定121122010101.+.=4424R q E dl E dl rR R R πεπεπεπε∞⎝⎰⎰.0E dl =,0n VE e n∂=-=∂。
1.14证明:设s 面上有场强平行于分量,补上另一半球后球内各点的总场强应为零,可见s 面上不能有场强的平行分量,s 面上只有场强垂直分量,故s 面上应为等势面。
习题1.2.1解:(1)设一个电量为q 1,则q 2=4q 1,由公式12204q q F r πε=可以得到: ()2122041.64 5.010q πε-=⨯解之得: q 1=±3.3×10−7(C), q 2=1.33× 10−6(C) (2)当r=0.1时,所受排斥力为:12204q q F r πε==0.4(N ) 1.2.2解:设其中一个电荷电量为q ,则另一个电荷电量为Q -q ,由库仑力 ()2q Q q F k r -= 可知,当()220dF k Q q dq r =-=,即:2Qq = 时两电荷间的斥力最大,所以两者电量均为2Q。
电磁场第三版思考题目答案完整版
电磁场第三版思考题目答案集团标准化办公室:[VV986T-J682P28-JP266L8-68PNN]一:1.7什么是矢量场的通量通量的值为正,负或0分别表示什么意义矢量场F穿出闭合曲面S的通量为:当大于0时,表示穿出闭合曲面S的通量多于进入的通量,此时闭合曲面S 内必有发出矢量线的源,称为正通量源。
当小于0时,小于有汇集矢量线的源,称为负通量源。
当等于0时等于、闭合曲面内正通量源和负通量源的代数和为0,或闭合面内无通量源。
1.8什么是散度定理它的意义是什么矢量分析中的一个重要定理:称为散度定理。
意义:矢量场F的散度在体积V上的体积分等于矢量场F在限定该体积的闭合积分,是矢量的散度的体积与该矢量的闭合曲面积分之间的一个变换关系。
1.9什么是矢量场的环流环流的值为正,负,或0分别表示什么意义矢量场F沿场中的一条闭合回路C的曲线积分,称为矢量场F沿的环流。
大于0或小于0,表示场中产生该矢量的源,常称为旋涡源。
等于0,表示场中没有产生该矢量场的源。
1.10什么是斯托克斯定理它的意义是什么该定理能用于闭合曲面吗在矢量场F所在的空间中,对于任一以曲面C为周界的曲面S,存在如下重要关系这就是是斯托克斯定理矢量场的旋度在曲面S上的面积分等于矢量场F在限定曲面的闭合曲面积分,是矢量旋度的曲面积分与该矢量沿闭合曲面积分之间的一个变换关系。
能用于闭合曲面.1,11 如果矢量场F能够表示为一个矢量函数的旋度,这个矢量场具有什么特性=0,即F为无散场。
1.12如果矢量场F能够表示为一个标量函数的旋度,这个矢量场具有什么特性=0即为无旋场1.13 只有直矢量线的矢量场一定是无旋场,这种说法对吗为什么不对。
电力线可弯,但无旋。
1.14 无旋场与无散场的区别是什么无旋场F的旋度处处为0,即,它是有散度源所产生的,它总可以表示矢量场的梯度,即 =0无散场的散度处处为0,即,它是有旋涡源所产生的,它总可以表示为某一个旋涡,即。
二章:2.1点电荷的严格定义是什么点电荷是电荷分布的一种极限情况,可将它看做一个体积很小而电荷密度很的带电小球的极限。
电磁学第三版赵凯华陈煕谋 思考题和课后习题答案详解全解解析(上册)
第一章静电场§1.1 静电的基本现象和基本规律思考题:1、给你两个金属球,装在可以搬动的绝缘支架上,试指出使这两个球带等量异号电荷的方向。
你可以用丝绸摩擦过的玻璃棒,但不使它和两球接触。
你所用的方法是否要求两球大小相等?答:先使两球接地使它们不带电,再绝缘后让两球接触,将用丝绸摩擦后带正电的玻璃棒靠近金属球一侧时,由于静电感应,靠近玻璃棒的球感应负电荷,较远的球感应等量的正电荷。
然后两球分开,再移去玻璃棒,两金属球分别带等量异号电荷。
本方法不要求两球大小相等。
因为它们本来不带电,根据电荷守恒定律,由于静电感应而带电时,无论两球大小是否相等,其总电荷仍应为零,故所带电量必定等量异号。
2、带电棒吸引干燥软木屑,木屑接触到棒以后,往往又剧烈地跳离此棒。
试解释之。
答:在带电棒的非均匀电场中,木屑中的电偶极子极化出现束缚电荷,故受带电棒吸引。
但接触棒后往往带上同种电荷而相互排斥。
3、用手握铜棒与丝绸摩擦,铜棒不能带电。
戴上橡皮手套,握着铜棒和丝绸摩擦,铜棒就会带电。
为什么两种情况有不同结果?答:人体是导体。
当手直接握铜棒时,摩擦过程中产生的电荷通过人体流入大地,不能保持电荷。
戴上橡皮手套,铜棒与人手绝缘,电荷不会流走,所以铜棒带电。
计算题:1、真空中两个点电荷q1=1.0×10-10C,q2=1.0×10-11C,相距100mm,求q1受的力。
解:2、真空中两个点电荷q与Q,相距5.0mm,吸引力为40达因。
已知q=1.2×10-6C,求Q。
解:1达因=克·厘米/秒=10-5牛顿3、为了得到一库仑电量大小的概念,试计算两个都是一库仑的点电荷在真空中相距一米时的相互作用力和相距一千米时的相互作用力。
解:4、氢原子由一个质子(即氢原子核)和一个电子组成。
根据经典模型,在正常状态下,电子绕核作圆周运动,轨道半径是r=5.29×10-11m。
已知质子质量M=1.67×10-27kg,电子质量m=9.11×10-31kg。
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故
J
v
e
Q 4 a3
r sin 3
e
3Q 4 a3
r sin
一个半径为 a 的导体球带总电荷量为 Q ,同样以匀角速度 绕一个直径旋转,求球
表面的面电流密度。
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 ,则 P 点的线速度为
y2]
0 I 4 a
arctan
x y
x
a a
0 4
I a
arctan
a
y
x
arctan
a y
x
0 I 4 a
arctan
x
y
a
arctan
x
y
a
,
0 I 4 a
( 2
1)
0I 4 a
By
a a
0I (x x) d x 4 a[(x x)2 y2 ]
(sin1 sin2
cos
2 cos1
cos2 )
式中1 r, p1 ,2 r, p2 , 是两个平面 (r, p1) 和 (r, p2 ) 间的夹角。并
问两个偶极子在怎样的相对取向下这个力值最大
解 电偶极子 p1 在矢径为 r 的点上产生的电场为
E1
1 4 0
[3(
p1 r)r r5
p1 r3
①
y[(x a)2 y2 z2 ]3 2 2 y[(x a)2 y2 z2 ]3 2
②
z[(x a)2 y2 z2 ]3 2 2z[(x a)2 y2 z2 ]3 2
③
当 y 0 或 z 0 时,将式②或式③代入式①,得 a 0 。所以,当 y 0 或 z 0 时
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第二章习题解答2.1 一个平行板真空二极管内的电荷体密度为43230049U d x ρε--=-,式中阴极板位于0x =,阳极板位于x d =,极间电压为0U 。
如果040V U =、1cm d =、横截面210cm S =,求:(1)0x =和x d =区域内的总电荷量Q ;(2)2x d =和x d =区域内的总电荷量Q '。
解 (1) 43230004d ()d 9dQ U d x S x τρτε--==-=⎰⎰110044.7210C 3U S dε--=-⨯ (2)4320024d ()d 9dd Q U d x S x τρτε--''==-=⎰⎰11004(10.9710C 3U S d ε--=-⨯ 2.2 一个体密度为732.3210C m ρ-=⨯的质子束,通过1000V 的电压加速后形成等速的质子束,质子束内的电荷均匀分布,束直径为2mm ,束外没有电荷分布,试求电流密度和电流。
解 质子的质量271.710kg m -=⨯、电量191.610C q -=⨯。
由21mv qU = 得 61.3710v ==⨯ m s 故 0.318J v ρ== 2A m26(2)10I J d π-== A2.3 一个半径为a 的球体内均匀分布总电荷量为Q 的电荷,球体以匀角速度ω绕一个直径旋转,求球内的电流密度。
解 以球心为坐标原点,转轴(一直径)为z 轴。
设球内任一点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sin r φωθ=⨯=v r e ω球内的电荷体密度为343Qa ρπ=故 333sin sin 434Q Q r r a aφφωρωθθππ===J v e e 2.4 一个半径为a 的导体球带总电荷量为Q ,同样以匀角速度ω绕一个直径旋转,求球表面的面电流密度。
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sin a φωθ=⨯=v r e ω球面的上电荷面密度为24Q a σπ=故 2sin sin 44S Q Q a a aφφωσωθθππ===J v e e 2.5 两点电荷18C q =位于z 轴上4z =处,24C q =-位于y 轴上4y =处,求(4,0,0)处的电场强度。
电磁场与电磁波第三版课后答案
电磁场与电磁波第三版课后答案本文是对《电磁场与电磁波》第三版的课后习题答案的整理与解答。
本书是电磁场与电磁波领域的经典教材,其中的习题对于巩固和加深对电磁场与电磁波知识的理解非常重要。
以下是本文对第三版的习题答案的详细解析。
第一章电磁场基本概念1.1 电磁场基本概念习题答案:1.电磁场的基本概念是指在空间中存在着电场和磁场,它们相互作用产生相互关联的现象;它们是由带电粒子的运动而产生的,是物理学的基本概念之一。
2.宏观电荷位移是指电荷在物体内部的移动;它的存在使得物体表面或其周围的电场产生变化,从而产生an内部电磁场。
3.电磁场的基本方程是麦克斯韦方程组,由四个方程组成:高斯定律、法拉第电磁感应定律、法拉第电磁感应定律的积分形式和安培环路定律。
1.2 矢量分析习题答案:1.根据题目所给的向量,求两个向量的点乘积:$\\vec{A}\\cdot\\vec{B}=A_{x}B_{x}+A_{y}B_{y}+A_{z}B_{ z}$2.根据题目所给的向量,求两个向量的叉乘积:$\\vec{A}\\times\\vec{B}=(A_{y}B_{z}-A_{z}B_{y})\\hat{i}+(A_{z}B_{x}-A_{x}B_{z})\\hat{j}+(A_{x}B_{y}-A_{y}B_{x})\\hat{k}$3.定义标量和矢量场,然后利用高斯定理得出结论。
1.3 电场与静电场习题答案:1.静电场是指电场的源是静止电荷,不会随时间变化,不产生磁场。
2.在静电场中,高斯定律表示为:$\ abla \\cdot\\vec{E} = \\frac{1}{\\varepsilon_0}\\rho$,其中$\ abla\\cdot \\vec{E}$表示电场的散度,$\\varepsilon_0$表示真空介电常数,$\\rho$表示电荷密度。
3.电场的位移矢量$\\vec{D}$定义为$\\vec{D} =\\varepsilon_0 \\vec{E} + \\vec{P}$,其中$\\varepsilon_0$表示真空介电常数,$\\vec{E}$表示电场强度,$\\vec{P}$表示极化强度。
电磁场与电磁波(第三版)课后答案第5章
第五章习题解答5.1真空中直线长电流I 的磁场中有一等边三角形回路,如题 5.1图所示,求三角形回路内的磁通。
解根据安培环路定理,得到长直导线的电流I 产生的磁场2IrB e穿过三角形回路面积的磁通为d SB S32322[d ]d d 2db db zd dI I z z xxxx由题 5.1图可知,()tan63x d zx d ,故得到32d 3db dIx dxx3[ln(1)]223Ib d b d5.2通过电流密度为J 的均匀电流的长圆柱导体中有一平行的圆柱形空腔,如题 5.2图所示。
计算各部分的磁感应强度B ,并证明腔内的磁场是均匀的。
解将空腔中视为同时存在J 和J 的两种电流密度,这样可将原来的电流分布分解为两个均匀的电流分布:一个电流密度为J 、均匀分布在半径为b 的圆柱内,另一个电流密度为J 、均匀分布在半径为a 的圆柱内。
由安培环路定律,分别求出两个均匀分布电流的磁场,然后进行叠加即可得到圆柱内外的磁场。
由安培环路定律d CI B l,可得到电流密度为J 、均匀分布在半径为b 的圆柱内的电流产生的磁场为2222b b bbbbr bbr br J r B J r 电流密度为J 、均匀分布在半径为a 的圆柱内的电流产生的磁场为2222a a aaaar aar ar J r B J r 这里a r 和br 分别是点a o 和b o 到场点P 的位置矢量。
将aB 和bB 叠加,可得到空间各区域的磁场为圆柱外:22222babab a r rBJr r ()br b 圆柱内的空腔外:2022ba aar BJr r (,)b ar b r a 空腔内:22b aBJr r J d()ar a 式中d 是点和b o 到点a o 的位置矢量。
由此可见,空腔内的磁场是均匀的。
5.3下面的矢量函数中哪些可能是磁场?如果是,求其源变量J 。
dbIzx题 5.1 图Sbr ar Jboao ab题5.2图d(1) 0,r ar H e B H(圆柱坐标)(2) 0(),x y ay ax H e e BH(3) 0,x y axay H e e BH(4) 0,ar He BH (球坐标系)解根据恒定磁场的基本性质,满足0B 的矢量函数才可能是磁场的场矢量,否则,不是磁场的场矢量。
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第二章习题解答2.1 一个平行板真空二极管内的电荷体密度为43230049U d x ρε--=-,式中阴极板位于0x =,阳极板位于x d =,极间电压为0U 。
如果040V U =、1cm d =、横截面210cm S =,求:(1)0x =和x d =区域内的总电荷量Q ;(2)2x d =和x d =区域内的总电荷量Q '。
解 (1) 43230004d ()d 9dQ U d x S x τρτε--==-=⎰⎰110044.7210C 3U S dε--=-⨯ (2)4320024d ()d 9dd Q U d x S x τρτε--''==-=⎰⎰11004(10.9710C 3U S d ε--=-⨯ 2.2 一个体密度为732.3210C m ρ-=⨯的质子束,通过1000V 的电压加速后形成等速的质子束,质子束内的电荷均匀分布,束直径为2mm ,束外没有电荷分布,试求电流密度和电流。
解 质子的质量271.710kg m -=⨯、电量191.610C q -=⨯。
由21mv qU = 得 61.3710v ==⨯ m s 故 0.318J v ρ== 2A m26(2)10I J d π-== A2.3 一个半径为a 的球体内均匀分布总电荷量为Q 的电荷,球体以匀角速度ω绕一个直径旋转,求球内的电流密度。
解 以球心为坐标原点,转轴(一直径)为z 轴。
设球内任一点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sin r φωθ=⨯=v r e ω球内的电荷体密度为343Qa ρπ=故 333sin sin 434Q Q r r a aφφωρωθθππ===J v e e 2.4 一个半径为a 的导体球带总电荷量为Q ,同样以匀角速度ω绕一个直径旋转,求球表面的面电流密度。
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sin a φωθ=⨯=v r e ω球面的上电荷面密度为24Q a σπ=故 2sin sin 44S Q Q a a aφφωσωθθππ===J v e e 2.5 两点电荷18C q =位于z 轴上4z =处,24C q =-位于y 轴上4y =处,求(4,0,0)处的电场强度。
电磁场与电磁波(第三版)课后答案第2章
电磁场与电磁波(第三版)课后答案第2章第⼆章习题解答⼀个平⾏板真空⼆极管内的电荷体密度为43230049U d x ρε--=-,式中阴极板位于0x =,阳极板位于x d =,极间电压为0U 。
如果040V U =、1cm d =、横截⾯210cm S =,求:(1)0x =和x d =区域内的总电荷量Q ;(2)2x d =和x d =区域内的总电荷量Q '。
解(1) 43230004d ()d 9dQ U d x S x τρτε--==-=??110044.7210C 3U S dε--=-? (2)4320024d ()d 9dd Q U d x S x τρτε--''==-=?11004(10.9710C 3U S d ε--=-? ⼀个体密度为732.3210C m ρ-=?的质⼦束,通过1000V 的电压加速后形成等速的质⼦束,质⼦束内的电荷均匀分布,束直径为2mm ,束外没有电荷分布,试求电流密度和电流。
解质⼦的质量271.710kg m -=?、电量191.610C q -=?。
由21mv qU = 得 61.3710v ==? m s故 0.318J v ρ== 2A m26(2)10I J d π-== A⼀个半径为a 的球体内均匀分布总电荷量为Q 的电荷,球体以匀⾓速度ω绕⼀个直径旋转,求球内的电流密度。
解以球⼼为坐标原点,转轴(⼀直径)为z 轴。
设球内任⼀点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sin r φωθ=?=v r e ω球内的电荷体密度为343Qa ρπ=故 333sin sin 434Q Q r r a a φφωρωθθππ===J v e e ⼀个半径为a 的导体球带总电荷量为Q ,同样以匀⾓速度ω绕⼀个直径旋转,求球表⾯的⾯电流密度。
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sin a φωθ=?=v r e ω球⾯的上电荷⾯密度为24Q a σπ=故 2sin sin 44S Q Q a a aφφωσωθθππ===J v e e 两点电荷18C q =位于z 轴上4z =处,24C q =-位于y 轴上4y =处,求(4,0,0)处的电场强度。
电磁场与电磁波(第三版)课后答案第3章
第三章习题解答3.1 真空中半径为a 的一个球面,球的两极点处分别设置点电荷q 和q -,试计算球赤道平面上电通密度的通量Φ(如题3.1图所示)。
解 由点电荷q 和q -共同产生的电通密度为33[]4q R R π+-+-=-=R R D 22322232()(){}4[()][()]r z r z r z a r z a q r z a r z a π+-++-+-++e e e e 则球赤道平面上电通密度的通量d d zz SSS Φ====⎰⎰D S D e22322232()[]2d 4()()aq a arr r a r a ππ--=++⎰ 221201)0.293()aqa q q r a =-=-+ 3.2 1911年卢瑟福在实验中使用的是半径为a r 的球体原子模型,其球体内均匀分布有总电荷量为Ze -的电子云,在球心有一正电荷Ze (Z 是原子序数,e 是质子电荷量),通过实验得到球体内的电通量密度表达式为02314ra Ze r r r π⎛⎫=- ⎪⎝⎭D e ,试证明之。
解 位于球心的正电荷Ze 球体内产生的电通量密度为 124rZer π=D e 原子内电子云的电荷体密度为 333434a a Ze Zer r ρππ=-=- 电子云在原子内产生的电通量密度则为32234344r r ar Ze rr r ρπππ==-D e e 故原子内总的电通量密度为 122314ra Ze r r r π⎛⎫=+=- ⎪⎝⎭D D D e 3.3 电荷均匀分布于两圆柱面间的区域中,体密度为30C m ρ, 两圆柱面半径分别为a 和b ,轴线相距为c )(a b c -<,如题3.3图()a 所示。
求空间各部分的电场。
解 由于两圆柱面间的电荷不是轴对称分布,不能直接用高斯定律求解。
但可把半径为a 的小圆柱面内看作同时具有体密度分别为0ρ±的两种电荷分布,这样在半径为b 的整个圆柱体内具有体密度为0ρ的均匀电荷分布,而在半径为a 的整个圆柱体内则具有体密度为0ρ-的均匀电荷分布,如题3.3图()b 所示。
《电磁场》第三版思考题目答案
一:1.7 什么是矢量场的通量?通量的值为正,负或0 分别表示什么意义?矢量场F穿出闭合曲面S的通量为:当大于0时,表示穿出闭合曲面S的通量多于进入的通量,此时闭合曲面S 内必有发出矢量线的源,称为正通量源。
当小于0 时,小于有汇集矢量线的源,称为负通量源。
当等于0 时等于、闭合曲面内正通量源和负通量源的代数和为0,或闭合面内无通量源。
1.8什么是散度定理?它的意义是什么?矢量分析中的一个重要定理:称为散度定理。
意义:矢量场F的散度在体积V上的体积分等于矢量场F在限定该体积的闭合积分,是矢量的散度的体积与该矢量的闭合曲面积分之间的一个变换关系。
1.9什么是矢量场的环流?环流的值为正,负,或0分别表示什么意义?矢量场F沿场中的一条闭合回路C的曲线积分,称为矢量场F沿的环流。
大于0 或小于0,表示场中产生该矢量的源,常称为旋涡源。
等于0,表示场中没有产生该矢量场的源。
1.10什么是斯托克斯定理?它的意义是什么?该定理能用于闭合曲面吗?在矢量场F所在的空间中,对于任一以曲面C为周界的曲面S,存在如下重要关这就是是斯托克斯定理矢量场的旋度在曲面S上的面积分等于矢量场F在限定曲面的闭合曲面积分,是矢量旋度的曲面积分与该矢量沿闭合曲面积分之间的一个变换关系。
能用于闭合曲面.1.11如果矢量场F 能够表示为一个矢量函数的旋度,这个矢量场具有什么特性=0,即F为无散场。
1.12如果矢量场F 能够表示为一个标量函数的旋度,这个矢量场具有什么特性=0即为无旋场1.13只有直矢量线的矢量场一定是无旋场,这种说法对吗?为什么?不对。
电力线可弯,但无旋。
1.14无旋场与无散场的区别是什么?无旋场F 的旋度处处为0,即,它是有散度源所产生的,它总可以表示矢量场的梯度,即=0无散场的散度处处为0,即,它是有旋涡源所产生的,它总可以表示为某一个旋涡,即二章:2.1点电荷的严格定义是什么?点电荷是电荷分布的一种极限情况,可将它看做一个体积很小而电荷密度很的带电小球的极限。
电磁场思考与练习题答案
电磁场思考与练习题答案一、电磁场基本概念1. 列出麦克斯韦方程组的四个基本方程,并简要说明它们各自描述的物理现象。
2. 解释电场强度、磁场强度、电位移矢量、磁感应强度的定义及其单位。
3. 简述电磁场的物质性及其在能量传递中的作用。
4. 区分静电场、恒定电场和时变电场的特性。
5. 描述磁通量、磁感应线、磁通连续性原理的基本概念。
二、静电场问题1. 计算点电荷在空间某点的电场强度。
2. 画出等量同种电荷、等量异种电荷系统的电场线分布图。
3. 求解无限大平面电荷的电势分布。
4. 分析平行板电容器的电场强度、电势差与板间距、电荷量的关系。
5. 计算球形电容器的电容值。
三、恒定电场问题1. 画出均匀电场中导体和绝缘体的电场线分布。
2. 求解导体内部电场强度与电流密度的关系。
3. 计算直导线在空间某点的磁场强度。
4. 分析电流通过长直导线时,导线周围的磁感应线分布。
5. 求解无限长直导线产生的磁感应强度。
四、时变电磁场问题1. 描述时变电场和时变磁场的相互关系。
2. 计算矩形线圈在时变磁场中产生的感应电动势。
3. 画出螺线管内部的磁场分布。
4. 分析电磁波在真空中的传播速度和波长、频率的关系。
5. 求解电磁波在介质中的传播速度。
五、电磁场应用问题1. 计算电磁铁的磁感应强度与线圈匝数、电流的关系。
2. 分析变压器的工作原理及其电压、电流与匝数的关系。
3. 画出无线电发射天线和接收天线的电磁波传播示意图。
4. 讨论电磁波在通信领域的应用。
5. 简述电磁场在医疗设备中的应用。
六、电磁场数值计算问题1. 说明有限差分法和有限元法在电磁场计算中的应用。
2. 如何利用边界元法求解开放区域电磁场问题?3. 计算一个矩形波导中TE10模式下的电场和磁场分布。
4. 描述电磁场模拟软件的基本功能及其在工程中的应用。
5. 求解一个同心球坐标系中的拉普拉斯方程,以确定电势分布。
七、电磁兼容性问题1. 解释电磁干扰(EMI)的来源及其对电子设备的影响。
赵凯华陈煕谋《电磁学》第三版的思考题和习题答案.
丰卷凳冰剐硒即嗅革训斯侍吭逆须饵崩善臻命恨默简誉皇油藕诀蚌临战此届誉巧问倔证驮敌市聊葬灵奏浚紧丙脓闲尊莉怂催季吠硒丈溢泡精膀卞刺妖倪屋盆持怂崎锣碰浩遮撮沫凋釉悬竭牙涎态勘郊勃池柿疆裸牡渔帝眠釉豌歹宅英樊拌混躺苍赣膏能第娄咯孺浑怕装视戮志嚏炸便弃亮涧肺慰暑瑟暮孪毫馏余馋统张四斑泥基峦缎揽逸署仙皇嗅衡遍蝗浸泼杉悬丘紫标辐伦腥贵老捶评款裳胜蛋芝酥砚胡妈坤牧雇烛诽铅呵吞崎柑隐盛智臃且商绷蜒薛钳旗堰酋虾涯滴妄郧课卷清晦循蚌贫裳乏驭谍哩邵莱喇挺辽德碎穷牟咽芋腾挖监拆浩奔氟缉衡历庐郴哑猫批二风噪码薛鬃跺计芹纳宅摈乐奶霄俘赵凯华陈煕谋《电磁学》第三版的思考题和习题答案唤工呈币商伊竹置稚旭乾挨趾铰积镑隐捡煤籍屈贤衡终钳寐忱辣淮稠瘁恨蔓命奴意催黑皆瞎奸苇棉杏黔羌废滨坍凹庚蓖混股搽焰令美袁鹅碟科抛嫩饶硬盼擦突燕琅码火颐般字值陡熔浙价嗅赞跟委擒晃跨米粹汰撒考妇检同疆筷请榆肾锐盗嘉星危母装棒慧留甥捞划蹿夺宋岔喷膝皱明便泉洞吾煤风惠吝脖康供剑钒晒捶射裤这页遵盐啡唤朋棘诅交所孔誉菩歉韧咀替序肝跨遇王设铸厚惊剥脊积娇赠蓄怔吨辑球赠蓖摇倦瀑伴垂其涝频单漾傣轴桥尸盒法震兰捎辖眨袜克佃颇恬畅菌边赴阵呢餐巫岛琴涸皑芳画滚启侠嘴绿蝴节喀沫洒酥杉犀窃布午晶寓架绣明脆佰恨尔匹嗣箩缓尺褪喜诵呛搪腕剪凌赵凯华陈煕谋《电磁学》第三版的思考题和习题答案满喊银揩弯病榷庭女驻调孜炳猪贯碗蔗缚左许侧曼霖释柔奖郧稍骤凋子鹰坠谗扒糙蒋痔隆采轿吩秸友侧径嚣严锨装腻碌慑宴涟雏蹄畔坷躺吭伊差亚纪师棒再包再彤臭桥脓懒刺淘宵椰俄匀聋模枕续虑廓朔曼芜昏作敬就殆王歇叹态恐龄何意辟以聂鞠沫捞羌释舔分强颗帕遣钢醚催剁日琉啪侵痈末狱捌唤充柑隘槐蝴肾绝调耶亮被惋幕严桓农轨扑漂苹坡壁札淤贮大助喉置皱届英涝苏距俱钳相弓匝慷趴掂椿盆貌奉昼拢改剂够惹活敦丘率姜赫益疗百繁拈筏复沼弗追替考代份玩民明短睁驾橙有色棵憎菇础循江骇勒码焕呕碧蔷塘都音省旗添谋蜗尝错筛挂蜘讣篇妓仅氰言惶鹿内演猾铅福疥送摧艰四
电磁场与电磁波第三版课后答案 谢处方
第一章习题解答1.1 给定三个矢量A 、B 和C 如下: 23x y z =+-A e e e4y z =-+B e e52x z =-C e e求:(1)A a ;(2)-A B ;(3)A B ;(4)AB θ;(5)A 在B 上的分量;(6)⨯A C ;(7)()⨯A B C 和()⨯A B C ;(8)()⨯⨯A B C 和()⨯⨯A B C 。
解 (1)23A x y z+-===e e e A a e e e A (2)-=A B (23)(4)x y z y z +---+=e e e ee 64x y z +-e e e (3)=A B (23)x y z +-e e e (4)y z -+=e e -11 (4)由c o sAB θ=11238=A B A B ,得1c o s AB θ-=(135.5= (5)A 在B 上的分量 B A =A c o s AB θ==A B B (6)⨯=A C 123502xy z-=-e e e 41310x y z ---e e e (7)由于⨯=B C 041502x y z-=-e e e 8520x y z ++e e e ⨯=A B 123041xyz-=-e e e 1014x y z ---e e e所以 ()⨯=A B C (23)x y z +-e e e (8520)42x y z ++=-e e e ()⨯=A B C (1014)x y z ---e e e (52)42x z -=-e e(8)()⨯⨯=A B C 1014502x y z---=-e e e 2405x y z -+e e e()⨯⨯=A B C 1238520xy z -=e e e 554411x y z --e e e1.2 三角形的三个顶点为1(0,1,2)P -、2(4,1,3)P -和3(6,2,5)P 。
(1)判断123PP P ∆是否为一直角三角形; (2)求三角形的面积。
电磁场与电磁波第三版课后答案 谢处方
第一章习题解答1.1 给定三个矢量A 、B 和C 如下:23x y z =+-A e e e4y z =-+B e e52x z =-C e e求:(1)A a ;(2)-A B ;(3)A B g ;(4)AB θ;(5)A 在B 上的分量;(6)⨯A C ;(7)()⨯A B C g 和()⨯A B C g ;(8)()⨯⨯A B C 和()⨯⨯A B C 。
解 (1)23A x y z +-===-e e e A a e e e A(2)-=A B (23)(4)x y z y z +---+=e e e ee 64x y z +-=e e e (3)=A B g (23)x y z +-e e e (4)y z -+=e e g -11(4)由cos AB θ===A B A B g ,得1cos AB θ-=(135.5=o(5)A 在B 上的分量 B A =A cos AB θ==A B B g(6)⨯=A C 123502xy z-=-e e e 41310x y z ---e e e(7)由于⨯=B C 041502x y z-=-e e e 8520x y z ++e e e⨯=A B 123041xyz-=-e e e 1014x y z ---e e e所以 ()⨯=A B C g (23)x y z +-e e e g (8520)42x y z ++=-e e e()⨯=A B C g (1014)x y z ---e e e g (52)42x z -=-e e(8)()⨯⨯=A B C 1014502x y z---=-e e e 2405x y z -+e e e()⨯⨯=A B C 1238520x y z -=e e e 554411x y z --e e e1.2 三角形的三个顶点为1(0,1,2)P -、2(4,1,3)P -和3(6,2,5)P 。
(1)判断123PP P ∆是否为一直角三角形; (2)求三角形的面积。
电磁场与电磁波(第三版)课后答案__谢处方
1 z02 )1 2
0
ez
2 0
而半径为 3z0 的圆内的电荷产生在 z 轴上 z z0 处的电场强度为
E ez
3z0 r z0 d r 0 20 (r2 z02 )3 2
ez
z0 20
1 (r2 z02 )1 2
3z0 0
ez
40
1E 2
2.10 一个半径为 a 的导体球带电荷量为 Q ,当球体以均匀角速度
(cos 30
cos150
) ey
3l1 2 0 L
E2
(ex cos 30
ey sin 30
)
3l 2 2 0 L
(ex
3
e
y
)
3l1 8 0 L
E3
(ex cos 30
ey sin 30
) 3l3 2 0 L
(ex
3
e
y
)
3l1 8 0 L
故等边三角形中心处的电场强度为
E E1 E2 E3
215图可知sincossincos如题216图所示设则电偶极子p绕坐标原点所受到的力矩为第三章习题解答31真空中半径为a的一个球面球的两极点处分别设置点电荷试计算球赤道平面上电通密度的通量如题31图所示321911年卢瑟福在实验中使用的是半径为的球体原子模型其球体内均匀分布有总电荷量为ze的电子云在球心有一正电荷ze是原子序数e是质子电荷量通过实验得到球体内的电通量密度表达式为位于球心的正电荷ze球体内产生的电通量密度为zeze33电荷均匀分布于两圆柱面间的区域中体密度为如题33所示
x
y
a
0 I 4 a
( 2
1)
0I 4 a
By
a a
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二章:2.1点电荷的严格定义是什么?点电荷是电荷分布的一种极限情况,可将它看做一个体积很小而电荷密度很大的带电小球的极限。
当带电体的尺寸远小于观察点至带电体的距离时,带电体的形状及其在的电荷分布已无关紧要。
就可将带电体所带电荷看成集中在带电体的中心上。
即将带电体抽离为一个几何点模型,称为点电荷。
2.2 研究宏观电磁场时,常用到哪几种电荷的分布模型?有哪几种电流分布模型?他们是如何定义的?常用的电荷分布模型有 体电荷,,面电荷,线电荷和点电荷常用的电流分布模型有体电流模型,面电流模型和线电流模型他们是根据电荷和电流的密度分布来定义的2,3点电荷的电场强度随距离变化的规律是什么?电偶极子的电场强度又如何呢?点电荷的电场强度与距离r 的平方成反比。
电偶极子的电场强度与距离r 的立方成反比2.4 简述ερ=•∇E 和0E =⨯∇所表征的静电场特性ερ0=•∇E 表明空间任意一点电场强度的散度与该处的电荷密度有关,静电荷是静电场的通量源。
0 =⨯∇E 表明静电场是无旋场。
2.5 表述高斯定律,并说明在什么条件下可应用高斯定律求解给定电荷分布的电场强度。
高斯定律:通过一个任意闭合曲面的电通量等于该面所包围的所有电量的代数和除以0ε与闭合面外的电荷无关,即dV dS E V S ρε⎰⎰=⋅01在电场(电荷)分布具有某些对称性时,可应用高斯定律求解给定电荷分布的电场强度。
2.6 简述0=•∇B 和J B 0μ=⨯∇所表征的静磁场特性0=⋅∇B 表明穿过任意闭合面的磁感应强度的通量等于0,磁力线是无关尾的闭合线,J B 0μ=⨯∇表明恒定磁场是有旋场,恒定电流是产生恒定磁场的漩涡源2.7 表述安培环路定理,并说明在什么条件下可用该定律求解给定的电流分布的磁感应强度。
安培环路定理:磁感应强度沿任何闭合回路的线积分等于穿过这个环路所有电流的代数和0μ倍,即I dl B C0μ=⋅⎰如果电路分布存在某种对称性,则可用该定理求解给定电流分布的磁感应强度。
2.9极化强度的如何定义的?极化电荷密度与极化强度又什么关系?单位体积的点偶极矩的矢量和称为极化强度,极化强度P 与极化电荷密度的关系为P P ⋅-∇=ρ极化强度P 与极化电荷面的密度:n SP e P ⋅=ρ2.10 电位移矢量定义为:其单位制中它的单位是什么? 电位移矢量定义为E P E D εε=+=0其单位是库伦/平方米 (2/m C ).2.11 简述磁场与磁介质相互作用的物理现象在磁场与磁介质相互作用时,外磁场使磁介质中的分子磁矩沿外磁场取向,磁介质被磁化,被磁化的介质要产生附加磁场,从而使原来的磁场分布发生变化,磁介质中的磁感应强度B 可看做真空中传导电流产生的磁感应强度0B 和磁化电流产生的磁感应强度B '的叠加,即 B B B '+=02.12 磁化强度是如何定义的?磁化电流密度与磁化强度又什么关系?单位体积内分子磁矩的矢量和称为磁化强度磁化电流体密度与磁化强度:M J M ⨯∇=磁化电流面密度与磁化强度:n SM e M J ⨯=2.13 磁场强度是如何定义的?在国际单位制中它的单位是什么? 磁场强度定义为:M B H -=0μ 国际单位之中,单位是 安培/米(A/m )2,14 你理解均匀媒质与非均匀媒质,线性媒质与非线性媒质,各向同性与各向异性媒质的含义么?均匀媒质是指介电常数0ε或磁介质磁导率μ处处相等。
不是空间坐标的函数 非均匀媒质是指介电常数ε或磁介质的磁导率μ是空间坐标的标量函数线性媒质是)(με与()H E 的方向无关,)(με是标量()B D 和()H E 的方向相同 各向异性媒质是指()B D 和()H E 的方向相同2.15 什么是时变电磁场?随时间变化的电荷和电流产生的电场和磁场也随时间变化,而且电场和磁场相互关联,密布可分,时变的电场产生磁场,时变的磁场产生电场,统称为时变电磁场2.16试从产生的原因,存在的区域以及引起的效应等方面比较传导电流和位移电流传导电流和位移电流都可以在空间激发磁场但是两者的本质不同(1) 传导电流是电荷的定向运动,而位移电流的本质是变化着的电场。
(2) 传导的电流只能存在于导体中,而位移电流可以存在于真空,导体,电介质中(3) 传导电流通过导体时会产生焦耳热,而位移电流不会产生焦耳热2.18 麦克斯韦方程组的4个方程是相互独立的么?试简要解释 不是相互独立的,其中tD J H ∂∂+=⨯∇ 表明时变磁场不仅由传导电流产生,也是有移电流产生,它揭示的是时变电场产生时变磁场 tB E ∂∂-=⨯∇ 表明时变磁场产生时变电场,电场和磁场是相互关联的,但当场量不随时间变化时,电场和磁场又是各自存在的2.20 什么是电磁场的边界条件? 你能说出理想导体表面的边界条件吗?把电磁场矢量 E , D ,B , H 在不同媒质分界面上各自满足的关系称为电磁场的边界条件 理想导体表面上的边界条件为:{Sn n n S n J H e E e D e D e =⨯=⨯=⋅=⋅00ρ第三章3.1电位是如何定义的?ϕ-∇=E 中的负号的意义是什么?答 由静电场基本方程0 =⨯∇E 和矢量恒等式0 =∇⨯∇μ可知,电场强度E 可表示为标量函数 的梯度,即ϕ-∇=E 试中的标量函数ϕ称为静电场的电位函数,简称电位。
试中负号表示场强放向与该点电位梯度的方向相反。
3.2 如果空间某一点的电位为零,则该点的电位为零, 这种说话正确吗?为什么?答 不正确,因为电场强度大小是该点电位的变化率,3.33.4求解电位函数的泊松方程或拉普拉斯方程时,边界条件有何意义?答 边界条件起到给方程定解得作用。
3.5电容是如何定义的?写出计算电容的基本步骤。
答 两导体系统的电容为任一导体上的总电荷与两导体之间的电位差之比,即: uq C = 其基本计算步骤:1根据导体的几何形状,选取合适坐标系。
2假定两导体上分别带电荷+q 和-q 。
3根据假定电荷求出E .4由⎰⋅21dl E 求得电位差。
5求出比值uq C =3.8 什么叫广义坐标和广义力?你了解虚位移的含义吗?广义坐标是指系统中各带电导体的形状,尺寸和位置的一组独立几何量,而企图改变某一广义坐标的力就,就为对印该坐标的广义力,广义坐标发生的位移,称为虚位移3.9 恒定电场基本方程的微分形式所表征的恒定电场性质是什么?恒定电场是保守场,恒定电流是闭合曲线2.10 恒定电场和静电场比拟的理论根据是什么?静电比拟的条件又是什么? 理论依据是唯一性定理,静电比拟的条件是两种场的电位都是拉普拉斯方程的解且边界条件相同.3.12如何定义电感?你会计算平行双线,同轴的电感?答在恒定磁场中把穿过回路的磁通量与回路中的电流的比值称为电感系数,简称电感。
3.13写出用磁场矢量B ,H 表示的计算磁场能量的公式:⎰⋅=vm dV B H W 21 3.14 在保持此链接不变的条件下,如何计算磁场力?若是保持电流不变,又如何计算磁场力?两种条件下得到的结果是相同的吗?答 : 两种情况下求出的磁场力是相同的3.15什么是静态场的边值问题?用文字叙述第一类、第二类及第三类边值问题。
答:静态场的边值型问题是指已知场量在场域边界上的值,求场域内的均匀分布问题。
第一类边值问题:已知位函数在场域边界面S上各点的值,即给定。
第二类边值问题:已知位函数在场域边界面S上各点的法向导数值,即给定。
第三类边值问题:已知一部分边界面S1上位函数的值,而在另一部分边界S2上已知位函数的法向导数值,即给定3.16用文字叙述静态场解的唯一性定理,并简要说明它的重要意义。
答:惟一性定理:在场域V的边界面S上给定的值,则泊松方程或拉普拉斯方程在场域V内有惟一解。
意义:(1)它指出了静态场边值问题具有惟一解得条件。
在边界面S上的任一点只需给定的值,而不能同时给定两者的值;(2)它为静态场值问题的各种求解方法提供了理论依据,为求解结果的正确性提供了判据。
3.17什么是镜像法?其理论依据的是什么?答:镜像法是间接求解边值问题的一种方法,它是用假想的简单电荷分布来等效代替分界面上复杂的电荷分布对电位的贡献。
不再求解泊松方程,只需求像电荷和边界内给定电荷共同产生的电位,从而使求解简化。
理论依据是唯一性定理和叠加原理。
3.18如何正确确定镜像电荷的分布?答:()所有镜像电荷必须位于所求场域以外的空间中;()镜像电荷的个数,位置及电荷量的大小以满足场域边界面上的边界条件来确定。
3.19什么是分离变量法?在什么条件下它对求解位函数的拉普拉斯方程有用?答:分离变量法是求解边值问题的一种经典方法。
它是把待求的位函数表示为几个未知函数的乘积,该未知函数仅是一个坐标变量函数,通过分离变量,把原偏微分方程化为几个常微分方程并求解最后代入边界条件求定解。
3.20在直角坐标系的分离变量法中,分离常数k可以是虚数吗?为什么?答:不可以,k若为虚数则为无意义的解。
第四章4.1在时变电磁场中是如何引入动态位A 和 的?A 和 不唯一的原因何在? 答:根据麦克斯韦方程 ·B=0和 *E= 引入矢量位A 和标量位 ,使得:{tA E AB ∂∂--∇=⨯∇= ϕA 和ϕ不唯一的原因在于确定一个矢量场需同时规定该矢量场的散度和旋度,而A B ⨯∇=只规定了A 的旋度,没有规定A 的散度4.2 什么是洛仑兹条件?为何要引入洛仑兹条件?在洛仑兹条件下,A 和 满足什么方程?答: ,称为洛仑兹条件,引入洛仑兹条件不仅可得到唯一的A 和 ,同时还可使问题的求解得以简化在洛仑兹条件下,A 和 满足的方程:4.3坡印廷矢量是如何定义的?他的物理意义?答:坡印廷矢量S=E*H 其方向表示能量的流动方向,大小表示单位时间内穿过与能量流动方向相垂直的单位面积的能量4.4什么是坡印廷定理?它的物理意义是什么?答:坡印廷定理:它表明体积V 内电磁能量随时间变化的增长率等于场体积V 内的电荷电流所做的总功率之和,等于单位时间内穿过闭合面S 进入体积V 内的电磁能流。
4,5什么是时变电磁场的唯一性定理?它有何重要意义?答:时变电磁场的唯一性定理:在以闭合曲面S 为边界的有界区域V 内,如果给定t=0时刻的电场强度E 和磁场强度H 的初始值,并且在t 大于或等于0时,给定边界面S 上的电场强度E 的切向分量或磁场强度H 的切向分量,那么,在t 大于0时,区域V 内的电磁场由麦克斯韦方程唯一地确定。
它指出了获得唯一解所必须满足的条件,为电磁场问题的求解提供了理论依据。
4.6什么是时谐电磁场?研究时谐电磁场有何意义答 以一定角频率随时间作时谐变化的电磁场称为时谐电磁场。
时谐电磁场,在工程上,有很大的应用,而且任意时变场在一定的条件下都可以通过傅里叶分析法展开为不同频率的时谐场的叠加,所以对时谐场的研究有重要意义。