相对论电动力学作业答案

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电动力学习题解答1

电动力学习题解答若干运算公式的证明ϕψψϕϕψψϕϕψψϕϕψ∇+∇=∇+∇=∇+∇=∇c c c c )()()(f f f f f f f ⋅∇+⋅∇=⋅∇+⋅∇=⋅∇+⋅∇=⋅∇ϕϕϕϕϕϕϕ)()()()()(c c c c f f f f f f f ⨯∇+⨯∇=⨯∇+⨯∇=⨯∇+⨯∇=⨯∇ϕϕϕϕϕϕϕ)()()()()(c c c c )()()(g f g f g f ⨯⋅∇+⨯⋅∇=⨯⋅∇c c )()(g f f g ⨯∇⋅-⨯∇⋅=c c)()(g f g f ⨯∇⋅-⋅⨯∇=)()()(g f g f g f ⨯⨯∇+⨯⨯∇=⨯⨯∇c cg f f g g f f g )()()()(∇⋅-⋅∇+⋅∇-∇⋅=c c c cg f f g g f f g )()()()(∇⋅-⋅∇+⋅∇-∇⋅=)()()(c c g f g f g f ⋅∇+⋅∇=⋅∇)()(c c g f f g ⋅∇+⋅∇=（利用公式b a c b a c c b a )()()(⋅+⨯⨯=⋅得）f g f g g f g f )()()()(∇⋅+⨯∇⨯+∇⋅+⨯∇⨯=c c c cf g f g g f g f )()()()(∇⋅+⨯∇⨯+∇⋅+⨯∇⨯=第一章电磁现象的普遍规律1. 根据算符∇的微分性与向量性，推导下列公式：B A B A A B A B B A )()()()()(∇⋅+⨯∇⨯+∇⋅+⨯∇⨯=⋅∇ A A A A )()(221∇⋅-∇=⨯∇⨯A解：（1）)()()(c c A B B A B A ⋅∇+⋅∇=⋅∇B A B A A B A B )()()()(∇⋅+⨯∇⨯+∇⋅+⨯∇⨯=c c c cB A B A A B A B )()()()(∇⋅+⨯∇⨯+∇⋅+⨯∇⨯=（2）在（1）中令B A =得：A A A A A A )(2)(2)(∇⋅+⨯∇⨯=⋅∇，所以 A A A A A A )()()(21∇⋅-⋅∇=⨯∇⨯即 A A A A )()(221∇⋅-∇=⨯∇⨯A2. 设u 是空间坐标z y x ,,的函数，证明：u uf u f ∇=∇d d )( ， uu u d d )(A A ⋅∇=⋅∇， uu u d d )(A A ⨯∇=⨯∇ 证明：（1）z y x z u f y u f x u f u f e e e ∂∂+∂∂+∂∂=∇)()()()(z y x zu u f yu u f x u u f e e e ∂∂+∂∂+∂∂=d d d d d du uf zu y u xuu f z y x ∇=∂∂+∂∂+∂∂=d d )(d d e e e（2）zu A yu A xu A u z y x ∂∂+∂∂+∂∂=⋅∇)()()()(A zu u A y u u A x u u A z y x ∂∂+∂∂+∂∂=d d d d d d uu zu yu x u uA uA uA z y x z z y y x x d d )()d d d d d d (A e e e e e e ⋅∇=∂∂+∂∂+∂∂⋅++=（3）uA uA uA z u y u x u uu z y x zyxd /d d /d d /d ///d d ∂∂∂∂∂∂=⨯∇e e e A zx y y z x x y z y u u A x u u A x u u A z u u A z u u A y u u A e e e )d d d d ()d d d d ()d d d d (∂∂-∂∂+∂∂-∂∂+∂∂-∂∂=z x y y z x x y z yu A xu A xu A zu A zu A yu A e e e ])()([])()([])()([∂∂-∂∂+∂∂-∂∂+∂∂-∂∂=)(u A ⨯∇=3. 设222)'()'()'(z z y y x x r -+-+-=为源点'x 到场点x 的距离，r 的方向规定为从源点指向场点。

电动力学复习总结第六章狭义相对论答案

电动⼒学复习总结第六章狭义相对论答案第六章狭义相对论⼀、问答题1、简述经典⼒学中的相对性原理和狭义相对论中的相对性原理。

答:经典⼒学中的相对性原理：⼒学的基本运动定律对所有惯性系成⽴。

狭义相对论中的相对性原理：包括电磁现象和其他物理现象在内，所有参照系都是等价的。

不存在特殊的参照系.2、⽤光速不变原理说明迈克⽿孙—莫雷实验不可能出现⼲涉条纹的移动。

答：光速不变原理告诉我们，真空中的光速相对于任何惯性系沿任⼀⽅向恒为c ，并于光源运动⽆关。

因此在迈克尔逊——莫雷实验中，若使两臂长度调整⾄有效光程MM1=MM 2，则在⽬镜中，两束光同时到达，没有光程差，因此不产⽣⼲涉效应。

3、如何校准同⼀参考系中不同地点的两个钟? 答:设A,B 两个钟相距L ，把钟B 调到cLt B =（不动），0=A t 时送出⼀光讯号，B 钟接到讯号后开动。

4、如图6-4所⽰，当'∑和∑的原点重合时，从⼀原点发出⼀球形闪光，当∑观察者看到t 时刻波前到达P 点(),,x y z 时，也看到'∑中固定的点()'''',,x y z P 和P 点重合，情况有如在0t =时看到两原点重合⼀样，换句话说，∑观察者在t 时确定了⼀个重合点'P 的空间坐标()''',,x y z 。

问'∑观察者看本参考系的球⾯光波到达'P 的时刻't（1）是不是本参考系时钟指⽰的读数为''r t c=，'r =？（2）是不是⽤洛仑兹变换计算得的时刻为'2v t t x cγ?=-(,,,)x y z t P提⽰：同⼀光讯号事件的两个时空坐标为(),,,x y z t ，()'''',,,x y z t ，满⾜'2'2'22'2222220x y z c t x y z c t ++-=++-=，是通过指定点(),,x y z 和()''',,x y z 的球⾯，半径分别为'ct 和ct 。

《电动力学》简答题参考答案

《电动力学》简答题参考答案1. 分别写出电流的连续性方程的微分形式与积分形式,并简单说明它的物理意义。

解答:电流的连续性方程的微分形式为0J t ρ∂∇⋅+=∂K 。

其积分形式为d d d d S J S V t ρΩ⋅=−∫∫∫∫K K v 。

电流的连续性方程实际上就是电荷守恒定律的公式表示形式,它表示:当某区域内电荷减少时,是因为有电荷从该区域表面流出的缘故;相反,当某区域内电荷增加时,是因为有电荷通过该区域的表面流入的缘故。

2. 写出麦克斯韦方程组,并对每一个方程用一句话概括其物理意义。

解答:(1)f D ρ∇⋅=K 电荷是电场的源;(2)B E t∂∇×=−∂K K 变化的磁场产生电场; (3)0B ∇⋅=K 磁场是无源场;(4)f D H J t∂∇×=+∂K K K 传导电流以及变化的电场产生磁场。

3. 麦克斯韦方程组中的电场与磁场是否对称?为什么?解答:麦克斯韦方程组中的电场与磁场并不对称,因为电场是有源场,电荷是电场的源,而磁场是无源场,不存在磁荷。

4. 一个空间矢量场A K ,给出哪些条件能把它唯一确定?解答:由矢量场的唯一性定理:(1)位于空间有限区域内的矢量场,当它的散度,旋度以及它在区域边界上的场分布给定之后,该矢量场就被唯一确定;(2)对于无限大空间,如果矢量在无限远处减少至零,则该矢量由其散度和旋度唯一确定。

5. 写出极化电流与极化强度、磁化电流密度与磁化强度之间的关系式。

解答:极化电流与极化强度之间的关系式为P P J t ∂=∂K K ; 磁化电流密度与磁化强度之间的关系式为M J M =∇×K K 。

6. 简述公式d d d d d V V w V f V S tσ−=⋅+⋅∫∫∫v K K K K v 的物理意义。

解答:d d d Vw V t −∫表示单位时间区域V 内电磁场能量的减少,d V f V ⋅∫v K K 表示单位时间电磁场对该区域的电荷系统所作的功,d S σ⋅∫K K v 表示单位时间流出该区域的能量。

电动力学习题解答6

第六章狭义相对论1. 证明牛顿定律在伽利略交换下是协变的，麦克斯韦方程在伽利略变换下不是协变的。

证明：根据题意，不妨分别取固着于两参考系的直角坐标系，且令t =0时，两坐标系对应轴重合，计时开始后，'∑系沿Σ系的x 轴以速度v 作直线运动，根据伽利略变换有：vt x x -='，y y ='，z z ='，t t ='1）牛顿定律在伽利略变换下是协变的以牛顿第二定律22dt d m x F =为例，在Σ系下，22dtd m xF =Θvt x x -='，y y ='，z z ='，t t ='∴''']',','[],,[22222222F x x F ==+===dtd m dt z y vt x d m dt z y x d m dt d m 可见在'∑系中牛顿定律有相同的形式22''dt d m x F =，所以牛顿定律在伽利略变换下是协变的。

2）麦克斯韦方程在伽利略变换下不是协变的以真空中的麦氏方程t ∂-∂=⨯∇/B E 为例，设有一正电荷q 位于O 点并随'∑系运动，在'∑系中q 是静止的，故:r r qe E 20'4'πε=，（1）0'=B （2）于是方程'/'''t ∂-∂=⨯∇B E 成立，将（1）写成直角分量形式：])'''(')'''(')'''('[4''23222'23222'232220z y x z y x z z y x y z y x x q e e e E ++++++++=πε 由伽利略变换关系，在∑中有：y x z y vt x yz y vt x vt x qe e E 23222232220])[(])[({4++-+++--=πε }])[(23222z z y vt x ze ++-+ ])()()[(])[(34232220z y x y vt x vt x z z y z y vt x q e e e E --++-+-++--=⨯∇∴πε可见E ⨯∇不恒为零。

电动力学答案完整

1.7. 有一内外半径分别为 r 1 和 r 2 的空心介质球，介质的电容率为ε，使介质内均匀带静止由电荷f ρ求 1 空间各点的电场；2 极化体电荷和极化面电荷分布。

解（1）fsD ds dV ρ→⋅=⎰⎰，（r 2>r> r 1）即：()2331443fD r r r ππρ⋅=-∴()33133f r r E r rρε→-=，（r 2>r> r 1）由()3321043ff sQ E d s r r πρεε⋅==-⎰，（r> r 2） ∴()3321303f r r E r r ρε→-=，（r> r 2）r> r 1时， 0E = （2）()00000e P E E E εεεχεεεε-===- ∴ ()()()3331010330033303p f f f fr r r P r r r r r εερεερρεεεεεερρεε⎡⎤-⎛⎫-⎢⎥=-∇⋅=--∇⋅=-∇⋅- ⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦--=--=- （r 2>r>r 1）12p n n P P σ=-考虑外球壳时， r= r 2 ，n 从介质 1 指向介质 2 （介质指向真空），P 2n =0()()23333102110332133p n f f r r rr r r P rr r εσεερρεε=--⎛⎫==-=- ⎪⎝⎭ 考虑内球壳时， r= r 1()()13310303p f r r rr rr σεερε=-=--=1.11. 平行板电容器内有两层介质，它们的厚度分别为 l 1 和l 2，电容率为ε1和ε，今在两板接上电动势为 Ε 的电池，求（1）电容器两板上的自由电荷密度ωf （2）介质分界面上的自由电荷密度ωf若介质是漏电的，电导率分别为 σ 1 和σ 2 当电流达到恒定时，上述两问题的结果如何？解：在相同介质中电场是均匀的，并且都有相同指向则11221211220(0)n n f l E l E E D D E E εεσ-=⎧⎪⎨-=-==⎪⎩介质表面上故：211221EE l l εεε=+，121221EE l l εεε=+又根据12n n f D D σ-=，（n 从介质1指向介质2）在上极板的交面上，112f D D σ-= 2D 是金属板，故2D =0即：11211221f ED l l εεσεε==+而20f σ=3122f D D D σ'''=-=-，（1D '是下极板金属，故1D '=0）∴31121221f f El l εεσσεε=-=-+若是漏电，并有稳定电流时，由jE σ=可得111j E σ=， 222j E σ=又1212121212,()nn j j l l E j j j j σσ⎧+=⎪⎨⎪===⎩稳定流动得：121212E j j l l σσ==+ ，即1211122121221221j E E l l j E E l l σσσσσσσσ⎧==⎪+⎪⎨⎪==⎪+⎩1231221f E D l l εσσσσ==+上22212219f ED l l εσσσσ=-=-+下2112231221f D D E l l εσεσσσσ-=-=+中1.14、内外半径分别a 和b 的无限长圆柱形电容器，单位长度电荷为f λ，板间填充电导率为σ的非磁性物质。

电动力学试题及参考答案

电动力学试题及参考答案一、填空题（每空2分，共32分）1、已知矢径r，则 r = 。

2、已知矢量A 和标量φ，则=⨯∇)(Aφ 。

3、区域V 内给定自由电荷分布、，在V 的边界上给定或，则V 内电场唯一确定。

4、在迅变电磁场中，引入矢势A 和标势φ，则E= ,B= 。

5、麦克斯韦方程组的微分形式、、、。

6、电磁场的能量密度为 w = 。

7、库仑规范为。

8、相对论的基本原理为，。

9、电磁波在导电介质中传播时，导体内的电荷密度 = 。

10、电荷守恒定律的数学表达式为。

二、判断题（每题2分，共20分）1、由0ερ=⋅∇E 可知电荷是电场的源，空间任一点，周围电荷不但对该点的场强有贡献，而且对该点散度有贡献。

（）2、矢势A沿任意闭合回路的环流量等于通过以该回路为边界的任一曲面的磁通量。

（） 3、电磁波在波导管内传播时，其电磁波是横电磁波。

（） 4、任何相互作用都不是瞬时作用,而是以有限的速度传播的。

（）5、只要区域V 内各处的电流密度0=j，该区域内就可引入磁标势。

（）6、如果两事件在某一惯性系中是同时发生的，在其他任何惯性系中它们必不同时发生。

（）7、在0=B的区域，其矢势A 也等于零。

（）8、E 、D 、B 、H四个物理量均为描述场的基本物理量。

（）9、由于A B⨯∇=，矢势A 不同，描述的磁场也不同。

（）10、电磁波的波动方程012222=∂∂-∇E tv E 适用于任何形式的电磁波。

（）三、证明题（每题9分，共18分）1、利用算符的矢量性和微分性，证明0)(=∇⨯⋅∇φr式中r为矢径，φ为任一标量。

2、已知平面电磁波的电场强度i t z c E E )sin(0ωω-=，求证此平面电磁波的磁场强度为j t z cc E B )sin(0ωω-=四、计算题（每题10分，共30分）1、迅变场中，已知)cos(0t r K A A ω-⋅= , )cos(0t r K ωφφ-⋅= ，求电磁场的E 和B。

电动力学杨世平习题参考答案

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电动力学习题与参考解答
第1 章电动力学的数学基础与基本理论
1.1 A 类练习题 1.1.1 利用 ∇ 算符的双重性质，证明
u v dA = ∇u × du
1.1.3 从真空麦克斯韦方程出发，（1 ）导出电荷守恒定律的微分形式；（2 ）导出真空中的波动方程。证（1 ）已知麦克斯韦方程
r r r ∂E ∇ × B = µ0 J + ε 0 µ0 ∂t r ∇ ⋅ E = ρ / ε0
① ②
对①式两边取散度并利用②式得
因此
证
（1）根据 ∇ 算符的微分性质有
r r r ∇× (ϕ A) = ϕ ∇ϕ × A + (∇Aϕ ) × A
r
去掉算符的角标，即可得到要证明的等式。
r r r r r r r r r r r ∇ × (∇ × A) = ∇ (∇ ⋅ A) − (∇ ⋅∇ ) A r r r 注意：第一，∇ (∇ ⋅ A) 不能写成 (∇ ⋅ A)∇ ，否则将失去意义；第二，这里仅有一个函数 A ，
将洛伦兹规范条件 ∇ ⋅ A +
1 ∂ϕ 代入上两式，得到洛伦兹规范下的达朗贝尔方程 c 2 ∂t r r 1 ∂2 A r 1 ∂ 2ϕ ρ 2 ∇ A − 2 2 = −µ0 J ， ∇ 2ϕ − 2 2 = − c ∂t c ∂t ε0
r
将规范变换 A′ = A + ∇ψ ， ϕ ′ = ϕ − ∂ψ / ∂t 代入洛伦兹规范条件，得
r r r ∂r r ∂r r ∂r r x − x′ r y − y ′ r z − z ′ ∇′r = ex + ey + ez = −ex − ey − ez = − = −∇r ∂x′ ∂y ′ ∂z′ r r r r

电动力学习题集答案-1

电动力学第一章习题及其答案1. 当下列四个选项：(A.存在磁单级, B.导体为非等势体, C.平方反比定律不精确成立,D.光速为非普适常数)中的_ C ___选项成立时,则必有高斯定律不成立.2. 若a为常矢量, k z z j y y i x x r )'()'()'(-+-+-=为从源点指向场点的矢量,k E,0为常矢量,则)(2a r ⋅∇=a r a r a r a r a r r r dr dr ⋅=⋅=⋅∇=⋅∇=⋅∇22))()(222,()r r r r r zy x k j i z z y y x x k j i r=++=-+-+-++=∇∂∂∂∂∂∂z'-z y'-y x'-x 222)'()'()'(⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=-+-+-=-+-+-==-+-+--∂∂-∂∂--+-+--∂∂r z z z r y y yr x x z z y y x x x x x z z y y x x z z y y x x z z y y x x )'(222)'(222)'()'()'()'(2)'(2222)'()'()'(,)'()'()'(,)'()'()'(222同理，=⨯∇r 0'''=---∂∂∂∂∂∂z z y y x x e e e z y x xx x ， 3)z'-(z )y'-(y )x'-(x =++=⋅∇∂∂∂∂∂∂z y x r ，)()(=⨯∇⋅=⨯⋅∇r a r a ,0)(3211=⨯=⨯=⨯∇+⨯∇=⨯∇∇r r r r r r r r r rrr,a k j i r a za ya xa z y x =++=⋅∇∂∂∂∂∂∂)]z'-(z [)]y'-(y [)]x'-(x [)(，r r rr r rrr r r r 23113=+⋅-=⋅∇+⋅∇=⋅∇ ，=⨯∇⋅∇)(A __0___. =⋅⋅∇)]sin([0r k E )cos(0r k E k ⋅⋅, 当0≠r 时,=⨯∇)/(3r r __0__. =⋅∇⋅)(0r k i e E )exp(0r k i E k i ⋅⋅, =⨯∇)]([r f r _0_. =⋅∇)]([r f r dr r df r r f )()(3+3. 矢量场f的唯一性定理是说：在以s 为界面的区域V 内,若已知矢量场在V 内各点的旋度和散度,以及该矢量在边界上的切向或法向分量,则f在V内唯一确定.4. 电荷守恒定律的微分形式为0=∂∂+⋅∇tJ ρ,若J为稳恒电流情况下的电流密度,则J满足0=⋅∇J.5. 场强与电势梯度的关系式为，ϕ-∇=E.对电偶极子而言,如已知其在远处的电势为)4/(30r r P πεϕ ⋅=，则该点的场强为()⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⋅=350341r P rr r P Eπε.6. 自由电荷Q 均匀分布于一个半径为a 的球体内,则在球外)(a r >任意一点D的散度为 0,内)(a r <任意一点D的散度为 34/3a Q π.7. 已知空间电场为b a rrb r r a E ,(32 +=为常数），则空间电荷分布为______.)](4[)](423[)](42[)1(1120420320220023r b rar b r r r r a r b rrr r r a r b r r a E r b rr a E r r r δπερδπεδπεεερ+=⇒+⋅-=+∇⋅-⋅∇=∇-⋅∇=⋅∇=⇒∇-=⇒-=∇ 8. 电流I 均匀分布于半径为a 的无穷长直导线内，则在导线外)(a r >任意一点B的旋度的大小为 0 , 导线内)(a r <任意一点B的旋度的大小为20/a Iπμ.9. 均匀电介质（介电常数为ε）中,自由电荷体密度为f ρ与电位移矢量D的微分关系为f D ρ=⋅∇ , 束缚电荷体密度为Pρ与电极化矢量P 的微分关系为P P ρ-=⋅∇,则P ρ与f ρ间的关系为fP ρρεεε0--=.10. 无穷大的均匀电介质被均匀极化，极化矢量为P，若在介质中挖去半径为R 的球形区域，设空心球的球心到球面某处的矢径为R，则该处的极化电荷面密度为R R P /⋅-.11. 电量为q的点电荷处于介电常数为ε的均匀介质中，则点电荷附近的极化电荷为q )1/(0-εε.12. 某均匀非铁磁介质中,稳恒自由电流密度为f J,磁化电流密度为M J ,磁导率μ,磁场强度为H ，磁化强度为M ，则=⨯∇H f J ,=⨯∇M M J ,M J 与f J 间的关系为()f M J J1/0-=μμ.13. 在两种电介质的分界面上,E D ,所满足的边值关系的形式为()f D D n σ=-⋅12,RR P P P P n n P ⋅-=--=--=)0cos ()(12θ()012=-⨯E E n.14. 介电常数为ε的均匀各向同性介质中的电场为E . 如果在介质中沿电场方向挖一窄缝,则缝中电场强度大小为E . 15. 介电常数为ε的无限均匀的各项同性介质中的电场为E ，在垂直于电场方向横挖一窄缝，则缝中电场强度大小为,/0sin 00011201212εεθεετττE E E E E E E E D D n n =⇒⎩⎨⎧===⇒⎩⎨⎧=-=-缝缝. 16. 在半径为R 的球内充满介电常数为ε的均匀介质，球心处放一点电荷，球面为接地导体球壳，如果挖去顶点在球心的立体角等于2的一圆锥体介质，则锥体中的场强与介质中的场强之比为_1:1_.1:1:021221112=⇒===⇒==E E E E E E D D n n ττ17. 在半径为R 的球内充满介电常数为ε的均匀介质，球心处放一点电荷，球面为接地导体球壳，如果挖去顶点在球心的立体角等于2的一圆锥体介质，锥体处导体壳上的自由电荷密度与介质附近导体壳上的自由电荷密度之比为εε/0.εεσσεσεσεεττ::0021201201221112=⇒=⇒=⇒⎩⎨⎧=====D D E E E E D D n n 内球面上 18. 在两种磁介质的分界面上, B H,所满足的边值关系的矢量形式为()fH H n α=-⨯12,()012=-⋅B B n.19. 一截面半径为b 无限长直圆柱导体，均匀地流过电流I ，则储存在单位长度导体内的磁场能为__________________.,2202220b Ir b r B I r B πμππμπ=⇒=⋅ πμπμπμπμμμππ161640402122120442043204222200022I b b I b dr r I b br I b rdr rdr B W =====⎰⎰⎰20. 在同轴电缆中填满磁导率为21,μμ的两种磁介质，它们沿轴各占一半空间。

电动力学课后答案 (2)

电动力学课后答案本文档为电动力学课后习题的答案，旨在帮助学生理解和巩固所学的电动力学知识。

以下是习题的答案解析。

1. 高斯定律的应用（20分）题目：一半径为 R 的均匀带电球面，电荷密度为σ。

沿球面 A 点方向垂直放置一个圆环，半径为 r (r < R)，环面上均匀分布着电荷，电荷密度为ρ。

求圆环上的电场强度。

解析：根据高斯定律，可以得到球面上的电场强度公式：E * 4πR² = Q / ε₀其中 E 为电场强度，R 为球面的半径，Q 为球面内的总电荷量，ε₀ 为真空介电常数。

对于球面内的总电荷量 Q，可以通过球面的电荷密度σ求得：Q = σ * 4πR²将 Q 的值代入上式，可以得到球面上的电场强度：E = σ / ε₀对于圆环上的电场强度E₁，根据叠加原理，可以将整个圆环分割成无限小的电荷元素，然后将各个电荷元素对圆环上某一点的电场强度进行叠加：E₁ = ∫(k * dq / r²)其中 k 为库仑常数，dq 为圆环上无限小的电荷元素，r 为圆环上的点到电荷元素之间的距离。

将 dq 的值代入上式，进行积分计算，可以得到圆环上的电场强度。

2. 电势与电势能（15分）题目：一电荷为 Q 的点电荷静止在距离无限远处，根据库仑定律，可以得到电场强度公式。

根据电场强度 E，可以求出电势差V = ∫E · dr。

解析：根据库仑定律，点电荷 Q 在距离 r 处的电场强度 E 可以表示为：E = k * Q / r²其中 k 为库仑常数。

对于电势差V，可以定义为电场强度E 在两点之间的积分：V = ∫E · dr该积分表示沿路径的曲线积分，其中 E 为点电荷 Q 在路径上的电场强度，dr 为路径上的微小位移。

将 E 的表达式代入上式，并对路径进行处理，可以计算得到电势差 V。

3. 静电场的能量（25分）题目：两个点电荷Q₁ 和Q₂ 之间的电势能可以表示为 E = k * Q₁ * Q₂ / r，其中 k 为库仑常数，r 为两个点电荷之间的距离。

电动力学课后题解答

设Σ系两件事件间隔为S2，Σ'系中为S'2，假定满足S2=A S'2 由于时空各向同性，A 只依赖于参照系相对运动速度的大小而不依赖于方向，即：A=A(v)。

由于时间空间是均匀的每个点都是平权的，则反变换应为：S‘2=A(-v)S2。

因为相对运动方向不会影响物理规律，所以A(v)=A(-v)。

因此S2=A(v)S’2=A(v)A(-v)S2，可知A(v)与速度大小v 也无关。

考虑到恒等变换取A=1。

由此得到S2=S'2，即间隔为一不变量。

三同时的相对性1、同时同地事件结论：同时同地两事件，在任何惯性系中仍是同时同地事件2、同地不时同事件2121t t x x ≠=，设)0(12>∆>t t t )0(12>'∆'>'t t t 结论：同地不同时两事件，在其他惯性系中一般为不同地不同时事件，但时间顺序不会颠倒，即因果律不变。

3、同时不同地事件2121,xx t t ≠=若12x x >)0(12<'∆'<'t t t 若12x x <)0(12>'∆'>'t t t 结论：同时不同地两事件，在其他惯性系中一般为不同时、不同地事件。

2121x x t t '=''='，221c 'β-∆-∆=∆x v t t 同时的相对性：不同的惯性系时间不再统一，否定了绝对时空机动目录上页下页返回结束结论：有因果关系的事情在任何惯性系都不会改变。

例：在Σ系中观测石家庄和北京在同一时刻出生了两个小孩，在Σ'系（如坐飞船，v 接近光速）观测结果如何？又:一个生孩子的过程在不同惯性系的观测结果如何？飞船从石家庄→北京北京的小孩先出生。

12t t '<'⇒飞船从北京→石家庄12t t '>'⇒北京的小孩后出生。

电动力学习题答案

电动力学习题答案电动力学是物理学中研究电荷、电场、磁场和它们之间相互作用的分支。

以下是一些典型的电动力学习题及其答案。

# 习题一：库仑定律的应用问题：两个点电荷，一个带电为+3μC，另一个为 -5μC，它们之间的距离为 2m。

求它们之间的静电力大小。

解答：根据库仑定律，两个点电荷之间的静电力 \( F \) 由下式给出：\[ F = k \frac{|q_1 q_2|}{r^2} \]其中 \( k \) 是库仑常数，\( q_1 \) 和 \( q_2 \) 是电荷量，\( r \) 是它们之间的距离。

代入给定的数值：\[ F = 8.9875 \times 10^9 \frac{N \cdot m^2}{C^2} \times\frac{3 \times 10^{-6} C \times (-5 \times 10^{-6} C)}{(2 m)^2} \]\[ F = 37.5 N \]# 习题二：电场强度的计算问题：一个无限大均匀带电平面，电荷面密度为 \( \sigma \)。

求距离平面\( d \) 处的电场强度。

解答：对于无限大均匀带电平面，电场强度 \( E \) 垂直于平面，大小为：\[ E = \frac{\sigma}{2\epsilon_0} \]其中 \( \epsilon_0 \) 是真空电容率。

# 习题三：电势能的计算问题：一个点电荷 \( q \) 位于另一个点电荷 \( Q \) 产生的电场中，两者之间的距离为 \( r \)。

求点电荷 \( q \) 在该电场中的电势能。

解答：点电荷 \( q \) 在由点电荷 \( Q \) 产生的电场中的电势能 \( U \) 为：\[ U = -k \frac{qQ}{r} \]# 习题四：洛伦兹力的计算问题：一个带电粒子，电荷量为 \( q \)，以速度 \( v \) 进入一个垂直于其运动方向的磁场 \( B \) 中。

电动力学题库答案

一.有一电荷均匀体分布的刚性小球，总电荷Q,半径，以角速度0R ω绕自身某直径旋转a) 求它的磁矩b) 假定认为电子是上述的一个小球，由电子经典半径，其固有磁矩，试证明：如果把自旋理解为经典球自转，将与狭义相对论相矛盾。

cm R 130108.2−×≈高斯尔格实/109.020−×≈m c) 解：a) 如图，小球绕z 轴旋转，则φθωπωπρe Rsin R 43Q R R 43Q v j 33=×==Z 022f R 00f e 5QR dr d sin r )j r (221dv j x 21m 0ωθθππ=××=×=∫∫∫b) 设2020109.0m 5QR −×==实ω则220109.05QR −××=ω其中Q 是电子电量= 库仑19106.1−×而电子赤道表面的线速度vC /10108.2101.6/10109.05QR 109.05R v 111519-3200200秒〉米米库仑特斯拉）（焦耳≈××××××=××==−−−−ω 所以这是违反相对论的。

二.一枚铜币以其边缘为支点立于竖直方向的磁场B=20KG 中，给它一轻微的推力让其倒下，试估计倒下所需要的时间，设铜的，密度。

cm /1065Ω×=σ39−=gmcm ρ解：分析：如果没有磁场，则铜币一旦偏离竖直位置，就会在重力矩的作用下有加速的倒下，若有磁场时，在人为让它偏离后，运动过程中，磁场使铜币感应而产生磁矩，磁矩在外场中有力矩，磁力矩阻此铜币倒下，二个力矩在运动中平衡，所以迟延了铜币倒下的时间，设在倒下的过程中，币面与竖直面的夹角为θ，磁场对铜币的感应可以看成许多小电流圈，考虑小圆环，r+dr,通过该环的磁通θπθφsin )(2B r =感生电动势==dtd φεdtd Bco r θθπ2感应电流hdr dtd Br hdr r dt d B r Rdi σθθσπθθπεcos 21/2cos 2===h 是铜币的厚度hdr电流环的磁力矩hdr dL m =铜币的总磁力矩（设铜币的半径为）0r h dt d B r dr hr dtd B dL L r r m m σθθπσθθπ22403220cos 81cos 2100===∫∫说明：磁力矩使铜币转向原来的竖直位置，因为电或磁偶极子在外场中总趋于能量最低的位置，在本题中磁偶极子是因外场感应而引起的，在运动过程中是变化的，例如处在竖直位置时，B m v m ⋅==,0，这跟纯磁偶极子不同，为要的运动中的电流圈磁矩不变，必须加外电流。

电动力学习题答案

电动力学习题答案
电动力学学习题答案
电动力学是物理学中的一个重要分支，研究电荷和电场之间的相互作用以及电
荷在电场中的运动规律。

在学习电动力学的过程中，我们经常会遇到各种各样
的习题，下面就为大家整理了一些常见的电动力学学习题答案，希望能够帮助
大家更好地理解和掌握电动力学的知识。

1. 两个带电粒子分别带有正电荷和负电荷，它们之间的相互作用力是吸引力还
是斥力？
答：两个带电粒子之间的相互作用力是吸引力，正电荷和负电荷之间会相互吸引。

2. 一个点电荷在电场中受到的力的大小与什么有关？
答：一个点电荷在电场中受到的力的大小与电场强度和电荷本身的大小有关。

3. 电场线的方向与电场中的电荷运动方向有什么关系？
答：电场线的方向与电场中的电荷运动方向相反，即电场线从正电荷指向负电荷。

4. 电势能和电势的关系是什么？
答：电势能是电荷在电场中由于位置而具有的能量，而电势是单位正电荷在电
场中所具有的电势能，即电势能和电势的关系可以用公式 U=qV 来表示。

5. 电容器中的电荷与电压的关系是怎样的？
答：电容器中的电荷与电压的关系可以用公式 Q=CV 来表示，其中 Q 表示电荷，C 表示电容，V 表示电压。

以上就是一些常见的电动力学学习题答案，希望能够帮助大家更好地理解和掌
握电动力学的知识。

在学习电动力学的过程中，多做习题，多思考，相信大家一定能够取得更好的成绩。

电动力学作业及参考解答

习题与参考答案第1章电动力学的数学基础与基本理论1.1 A 类练习题1.1.1 利用∇算符的双重性质，证明（1）()A A A ϕϕϕ∇×=∇×+∇×r r r（2）2()()A A A ∇×∇×=∇∇⋅−∇r r r1.1.2 证明以下几个常用等式，其中()x r x x e ′=−r r ()()y z y y e z z e ′′+−+−r r ,a r为常矢量，(,,)u u x y z =。

（1）3r r ′∇⋅=−∇⋅=r r ，（2）0r ∇×=r，（3）r r r r ′∇=−∇=r ，（4）31r r r ∇=−r ，（5）30r r∇×=r，（6）330r r r r ⋅⋅′∇=−∇=r r (0)r ≠，（7）()a r a ∇⋅=r r r，（8）()dA A u u du∇×=∇×r r 。

1.1.3 从真空麦克斯韦方程出发，导出电荷守恒定律的微分形式和真空中的波动方程。

1.1.4证明均匀介质中的极化电荷密度与自由电荷密度满足关系式0(1/)p f ρεερ=−−。

1.1.5 已知电偶极子电势304p R R ϕπε⋅=r r ，试证明电场强度53013()[4p R R p E R Rπε⋅=−r r r r r 。

1.1.6 假设存在孤立磁荷（即磁单极），试改写真空中的麦克斯韦方程组以包括磁荷密度m ρ和磁流密度m J r的贡献。

答案：D ρ∇⋅=ur ， m B ρ∇⋅=u r ， m B E J t ∂∇×=−−∂u r u r u r ， D H J t∂∇×=+∂ur uu r ur 。

1.1.7 从麦克斯韦方程出发导出洛伦茨规范下的达朗贝尔方程，并证明洛伦茨规范中的ψ满足齐次波动方程，即222210c tψψ∂∇−=∂。

1.1.8 证明：（1）在静电情况下，导体外侧的电场总是与表面垂直；（2）在稳恒电流的情况下，导体内侧的电场总是平行于导体表面。

电动力学狭义相对论答案

因为 v < c ，在 Σ 系中应满足 E > c B 。若在 Σ' 系中只观察到磁场 B ' ，即电场 E ' = 0 ，则有
E y − vBz = 0 即 v =
在 Σ 系中应满足 E < c B
Ey Bz
或 v=
E×B B2
6-14 解：（1）由电磁场的变换关系有 E x ' = E x = 0 ， E y ' = γ ( E y − vBz ) = −γvBz ， E z ' = γ ( E z + vBy ) = γvB y
= E x Bx + γ 2 ( E y − vBz )( B y −
即在惯性系 Σ' 中 E ' ⊥ B ' 6-13 解：令 Σ' 沿 Σ 系的 x 轴正向运动。按题意，在 Σ 系中 E × B 的方向沿 x 轴正向
v v E z ) + γ 2 ( E z + vBy )( Bz − 2 E y ) 2 c c = E x Bx + E y B y + E z Bz = E ⋅ B = 0
6-16 证：在激发态原子静止的参考系中，其能量 W0 = M 0 c ，动量 p = 0 ，发射的光子能
2
量为
ω ，动量为 k = ( ω c)k0 ，原子受到反冲将具有动量 p ' ，其能量变为
W=
2 4 p ' 2 c 2 + M '0 c
4
其中 M '0 = M 0 −
ΔW 为基态原子的静止质量。 c2
c
c
站在一尺子上测量另一尺子的长度为
x
v′ −2v c2 − v2 l = l0 1 − ( ) 2 = l0 1 − ( 2 2 ) 2 = l0 2 2 c c +v c +v

电动力学试题及其答案

一、填空题（每空2分，共32分）1、已知矢径r，则 r = 。

2、已知矢量A 和标量φ，则=⨯∇)(A φ 。

3、区域V 内给定自由电荷分布、，在V 的边界上给定或，则V 内电场唯一确定。

4、在迅变电磁场中，引入矢势A 和标势φ，则E = ,B = 。

5、麦克斯韦方程组的微分形式、、、。

6、电磁场的能量密度为 w = 。

7、库仑规范为。

8、相对论的基本原理为，。

9、电磁波在导电介质中传播时，导体内的电荷密度 = 。

10、电荷守恒定律的数学表达式为。

二、判断题（每题2分，共20分）1、由0ερ=⋅∇E 可知电荷是电场的源，空间任一点，周围电荷不但对该点的场强有贡献，而且对该点散度有贡献。

（） 2、矢势A 沿任意闭合回路的环流量等于通过以该回路为边界的任一曲面的磁通量。

（）3、电磁波在波导管内传播时，其电磁波是横电磁波。

（）4、任何相互作用都不是瞬时作用,而是以有限的速度传播的。

（）5、只要区域V 内各处的电流密度0=j ，该区域内就可引入磁标势。

（）6、如果两事件在某一惯性系中是同时发生的，在其他任何惯性系中它们必不同时发生。

（）7、在0=B 的区域，其矢势A 也等于零。

（）8、E 、D 、B 、H 四个物理量均为描述场的基本物理量。

（）9、由于A B ⨯∇=，矢势A 不同，描述的磁场也不同。

（）10、电磁波的波动方程012222=∂∂-∇E tv E 适用于任何形式的电磁波。

（）三、证明题（每题9分，共18分）1、利用算符的矢量性和微分性，证明式中r 为矢径，φ为任一标量。

2、已知平面电磁波的电场强度i t z cE E )sin(0ωω-=，求证此平面电磁波的磁场强度为四、计算题（每题10分，共30分） 1、迅变场中，已知)cos(0t r K A A ω-⋅= , )cos(0t r K ωφφ-⋅= ，求电磁场的E 和B 。

2、一长度为80厘米的杆，沿其长度方向以0.8 c 的速率相对观察者运动，求该杆首、尾端通过观察者时的时间间隔。

电动力学相对论习题答案

电动力学相对论习题答案电动力学相对论习题答案电动力学相对论是物理学中的一个重要分支，研究电磁场和电荷在相对论框架下的行为。

相对论的引入使得电动力学理论更加完善和准确。

本文将提供一些电动力学相对论习题的答案，帮助读者更好地理解和应用这一领域的知识。

1. 一个电子以0.8c的速度运动，求其相对于静止的观察者看到的电子的质量。

根据相对论质量的定义，质量随速度的增加而增加。

电子的相对论质量可以通过以下公式计算：m' = m / sqrt(1 - v^2/c^2)其中m是电子的静止质量，v是电子的速度，c是光速。

代入数值计算，可以得到：m' = m / sqrt(1 - (0.8c)^2/c^2)= m / sqrt(1 - 0.64)= m / sqrt(0.36)= m / 0.6因此，相对于静止观察者来说，电子的质量是其静止质量的1.67倍。

2. 一个电子以0.9c的速度运动，求其相对于静止的观察者看到的电子的动能。

根据相对论动能的定义，动能随速度的增加而增加。

电子的相对论动能可以通过以下公式计算：K' = (gamma - 1) * m * c^2其中gamma是洛伦兹因子，可以通过以下公式计算：gamma = 1 / sqrt(1 - v^2/c^2)代入数值计算，可以得到：gamma = 1 / sqrt(1 - (0.9c)^2/c^2)= 1 / sqrt(1 - 0.81)= 1 / sqrt(0.19)≈ 1.05K' = (1.05 - 1) * m * c^2= 0.05 * m * c^2因此，相对于静止观察者来说，电子的动能是其静止质量能量的0.05倍。

3. 一个电子以0.95c的速度运动，求其相对于静止的观察者看到的电子的长度。

根据相对论长度收缩的公式，长度随速度的增加而收缩。

电子的相对论长度可以通过以下公式计算：L' = L * sqrt(1 - v^2/c^2)代入数值计算，可以得到：L' = L * sqrt(1 - (0.95c)^2/c^2)= L * sqrt(1 - 0.9025)= L * sqrt(0.0975)≈ L * 0.312因此，相对于静止观察者来说，电子的长度是其静止长度的0.312倍。

1.电动力学课后习题答案_第一章

电动力学课后习题答案第一章电磁现象的普遍规律1．根据算符∇的微分性与向量性，推导下列公式：B A B A A B A B B A )()()()()(∇⋅+⨯∇⨯+∇⋅+⨯∇⨯=⋅∇A A A A )()(21∇⋅-∇=⨯∇⨯A 解：（1）由∇的微分性质得()∇⋅A B 可以变成两项，一次对A 作用()∇⋅A A B ，一次对B 作用()∇⋅B A B 。

由∇的矢量性质，()=()()⨯∇⨯∇⋅-⋅∇B A B A B A B ，可得()=()+()∇⋅⨯∇⨯⋅∇B A B A B A B 。

同理()=()+()∇⋅⨯∇⨯⋅∇A A B B A B A ，则：()=()+()=()()()()∇⋅∇⋅∇⋅⨯∇⨯+⋅∇+⨯∇⨯+⋅∇A BA B A B A B B A B A A B A B综上，原式得证。

（2）在（1）的结论式里令=A B ，得A A A A A A )(2)(2)(∇⋅+⨯∇⨯=⋅∇，即： 21()()2A ⨯∇⨯=∇-⋅∇A A AA2．设u 是空间坐标z y x ,,的函数，证明：u u f u f ∇=∇d d )( ， u u u d d )(A A ⋅∇=⋅∇， u u u d d )(AA ⨯∇=⨯∇ 解：（1）z y x z u f y u f x u f u f e e e ∂∂+∂∂+∂∂=∇)()()()(z y x z uu f y u u f x u u f e e e ∂∂+∂∂+∂∂=d d d d d d u uf z u y u x u u f z y x ∇=∂∂+∂∂+∂∂=d d )(d d e e e （2）z u A y u A x u A u z y x ∂∂+∂∂+∂∂=⋅∇)()()()(A zuu A y u u A x u u A z y x ∂∂+∂∂+∂∂=d d d d d d uu z u y u x u u A u A u A z y x z z y y x x d d )()d d d d d d (Ae e e e e e ⋅∇=∂∂+∂∂+∂∂⋅++= （3）()///()()()xy z x y z u xy z A u A u A u ∇⨯=∂∂∂∂∂∂e e e Az x y y z x x y z yu A x u A x u A z u A z u A y u A e e e ])()([])()([])()([∂∂-∂∂+∂∂-∂∂+∂∂-∂∂= z x y y z x x y z yu u A x u u A x u u A z u u A z uu A y u u A e e e )d d d d ()d d d d ()d d d d (∂∂-∂∂+∂∂-∂∂+∂∂-∂∂=d d u u=∇⨯A3．设222)'()'()'(z z y y x x r -+-+-=为源点'x 到场点x 的距离，r 的方向规定为从源点指向场点。