电磁场与电磁波第六章作业题解答
电磁场与电磁波课后习题及答案六章习题解答
第六章时变电磁场有一导体滑片在两根平行的轨道上滑动，整个装置位于正弦时变磁场之中，如题图所示。
滑片的位置由确定，轨道终端接有电阻，试求电流i.解穿过导体回路abcda的磁通为故感应电流为一根半径为a的长圆柱形介质棒放入均匀磁场中与z轴平行。
设棒以角速度绕轴作等速旋转，求介质内的极化强度、体积内和表面上单位长度的极化电荷。
解介质棒内距轴线距离为r处的感应电场为故介质棒内的极化强度为极化电荷体密度为极化电荷面密度为则介质体积内和表面上同单位长度的极化电荷分别为平行双线传输线与一矩形回路共面，如题图所示。
设、、，求回路中的感应电动势。
解由题给定的电流方向可知，双线中的电流产生的磁感应强度的方向，在回路中都是垂直于纸面向内的。
故回路中的感应电动势为式中故则有一个环形线圈，导线的长度为l，分别通过以直流电源供应电压U0和时变电源供应电压U（t）。
讨论这两种情况下导线内的电场强度E。
解设导线材料的电导率为，横截面积为S，则导线的电阻为而环形线圈的电感为L，故电压方程为当U=U0时，电流i也为直流，。
故此时导线内的切向电场为当U=U（t）时，，故即求解此微分方程就可得到。
一圆柱形电容器，内导体半径为a，外导体内半径为b，长为l。
设外加电压为，试计算电容器极板间的总位移电流，证明它等于电容器的传导电流。
解当外加电压的频率不是很高时，圆柱形电容器两极板间的电场分布与外加直流电压时的电场分布可视为相同（准静态电场），即故电容器两极板间的位移电流密度为则式中，是长为l的圆柱形电容器的电容。
流过电容器的传导电流为可见由麦克斯韦方程组出发，导出点电荷的电场强度公式和泊松方程。
解点电荷q产生的电场满足麦克斯韦方程和由得据散度定理，上式即为利用球对称性，得故得点电荷的电场表示式由于，可取，则得即得泊松方程试将麦克斯方程的微分形式写成八个标量方程：（1）在直角坐标中；（2）在圆柱坐标中；（3）在球坐标中。
解（1）在直角坐标中（2）在圆柱坐标中（3）在球坐标系中已知在空气中，求和。
电磁场与电磁波第六章作业题解答之欧阳家百创编
第六章 无界空间平面电磁波的传播 习题解答欧阳家百（2021.03.07）6-1．已知自由空间的电磁波的电场强度E 的瞬时值为试回答下列问题：（1）该电磁波是否属于均匀平面波？沿何方向传播？（2）该电磁波的频率、波长、相位常数和相速度各为多少？（3）该电磁波的磁场强度的瞬时表达式。
解 （1）均匀平面波等振幅面与等相位面重合，在垂直于传播方向上E 、H 的方向和大小都不变的电磁波。
由题给电磁波电场强度的表达式，可知电磁波沿-Z 方向传播，电场强度在垂直于传播方向+Y 方向，且振幅为常数，所以电磁波属于均匀平面波。
（2）与沿-Z 方向传播，且电场强度矢量沿y e 方向的均匀平面波的一般表达式相比较，可知因此，有频率 83.010()2f Hz ωπ==⨯ 波长 21()m k πλ==相速度 881 3.010 3.010(/)f m s ϕυλ==⨯⨯=⨯显然，自由空间电磁波的相速度等于光速。
（3）磁场强度H的瞬时表达式为而代入，得到6-2．理想介质（介质参数为μ=μ0，ε=εr ε0，σ=0）中有一均匀平面电磁波沿X方向传播，已知其电场瞬时表达式为试求：（1）该理想介质的相对介电常数；（2）该平面电磁波的磁场瞬时表达式；（3）该平面电磁波的平均功率密度。
解（1）根据有（2）磁场的瞬时表达式而理想介质中的波阻抗为所以，有（3）平均坡印廷矢量由电场强度E和磁场强度H的瞬时表达式可知，电场和磁场的复振幅矢量为有6-3．空气中一平面电磁波的磁场强度矢量为求：（1）波的传播方向；（2）波长和频率；（3）电场强度矢量E；（4）平均坡印廷矢量。
解（1）根据平面波的一般表达式比较可知有因此，波传播的单位矢量为（2）波长频率（3）电场强度矢量与磁场强度矢量的关系可由麦克斯韦方程得到将波矢量和磁场矢量代入，有（3）平均坡印廷矢量由电场强度E和磁场强度H的瞬时表达式可知，电场和磁场的复振幅矢量为代入得到6-7．在非磁性、有耗电介质中，一个300MHz的平面电磁波的磁场复振幅矢量为求电场、磁场矢量的时域表达式。
电磁场与电磁波课后习题及答案六章习题解答
第六章 时变电磁场6.1 有一导体滑片在两根平行的轨道上滑动，整个装置位于正弦时变磁场5cos mT z e t ω=B 之中，如题 6.1图所示。
滑片的位置由0.35(1cos )m x t ω=-确定，轨道终端接有电阻0.2R =Ω，试求电流i.解 5cos 0.2(0.7)cos [0.70.35(1cos )]0.35cos (1cos )z z d B ad ab t x t t t t ωωωωωΦ==⨯=⨯-=--=+⎰g g B S e e故感应电流为110.35sin (12cos ) 1.75sin (12cos )mAin d i R R dt t t t t R ωωωωωωΦ==-=-+-+E6.2 一根半径为a 的长圆柱形介质棒放入均匀磁场0z B =B e 中与z 轴平行。
设棒以角速度ω绕轴作等速旋转，求介质内的极化强度、体积内和表面上单位长度的极化电荷。
解 介质棒内距轴线距离为r 处的感应电场为00z r r r B φωω=⨯=⨯=E v B e e B e故介质棒内的极化强度为 00000(1)()e r r r r B r B εεεωεεω==-=-P E e e X极化电荷体密度为2000011()()2()P rP r B r r r rB ρεεωεεω∂∂=-∇⋅=-=--∂∂=--P极化电荷面密度为00()(P r r r a e r σεεωε==⋅=-⋅=-P n B e 则介质体积内和表面上同单位长度的极化电荷分别为220020012()212()P P PS P Q a a B Q a a B πρπεεωπσπεεω=⨯⨯=--=⨯⨯=-6.3 平行双线传输线与一矩形回路共面，如题6.3图所示。
设0.2a m=、0.1m b c d ===、71.0cos(210)A i t π=⨯，求回路中的感应电动势。
解 由题给定的电流方向可知，双线中的电流产生的磁感应强度的方向，在回路中都是垂直于纸面向内的。
电磁场与电磁波第6章习题答案
第6章习题答案6-1 在1=r μ、4=r ε、0=σ的媒质中，有一个均匀平面波，电场强度是)3sin(),(πω+-=kz t E t z E m若已知MHz 150=f ，波在任意点的平均功率流密度为2μw/m 265.0，试求：（1）该电磁波的波数?=k 相速?=p v 波长?=λ波阻抗?=η （2）0=t ，0=z 的电场?)0,0(=E（3）时间经过μs 1.0之后电场)0,0(E 值在什么地方？（4）时间在0=t 时刻之前μs 1.0，电场)0,0(E 值在什么地方？ 解：（1）)rad/m (22πεπμεω===r cfk )m/s (105.1/8⨯==r p c v ε)m (12==kπλ )Ω(60120πεμπη=rr＝（2）∵ 6200210265.02121-⨯===m rm av E E S εεμη∴ (V/m)1000.12-⨯=m E)V/m (1066.83sin)0,0(3-⨯==πm E E（3） 往右移m 15=∆=∆t v z p（4） 在O 点左边m 15处6-8微波炉利用磁控管输出的2.45GHz 频率的微波加热食品，在该频率上，牛排的等效复介电常数)j 3.01(40~-=rε。
求： （1）微波传入牛排的穿透深度δ，在牛排内8mm 处的微波场强是表面处的百分之几？（2）微波炉中盛牛排的盘子是发泡聚苯乙烯制成的，其等效复介电常数=r ε~ )103.0j 1(03.14-⨯-。
说明为何用微波加热时，牛排被烧熟而盘子并没有被毁。
解：（1）20.8mm m 0208.011211212==⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡-⎪⎭⎫ ⎝⎛+==-ωεσμεωαδ%688.20/8/0===--e e E E z δ（2）发泡聚苯乙烯的穿透深度(m)1028.103.1103.01045.22103212213498⨯=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⎪⎭⎫ ⎝⎛===-πμεωεσωμεσαδ可见其穿透深度很大，意味着微波在其中传播的热损耗极小，所以不会被烧毁。
电磁场与电磁波_章六习题答案
显然 。
解：⑴ ， ， ，
入射波电场的复数表示式和瞬时值表示式分别为
入射波磁场的复数表示式和瞬时值表示式分别为
⑵反射波电场的复数表示式和瞬时值表示式分别为
反射波磁场的复数表示式和瞬时值表示式分别为
⑶空气中合成波电场的复数表示式和瞬时值表示式分别为
空气中合成波磁场的复数表示式和瞬时值表示式分别为
⑷由 ，且离导体最近，得到 ，即z＝－3/2m
⑴反射系数、透射系数、驻波比。
⑵入射波、反射波和透射波的电场和磁场、
⑶入射波、反射波和透射波的平均功率密度。
解：设入射波为 方向上的线极化波，沿 方向传播。
1波阻抗为
，
反射系数、透射系数和驻波比分别为
， ，
2入射波、反射波和透射波的电场和磁场：
， ，
，
∴ ，
，
，
3入射功率、反射功率和透射波的平均功率密度为
第6章平面电磁波
点评：
1、6-8题坡印廷矢量单位， ，这里原答案有误！
2、6-13题第四问应为右旋圆极化波。
3、6-19题第三问和第四问，原答案错误。这里在介质一中，z<0。
4、矢量书写一定引起重视，和标量书写要分清，结果若是确切的数值则单位一定要标清楚。
5、马上期末考试,那些对参考答案借鉴过多的同学务必抓紧时间把每道题目弄懂！本章是考试重点，大家务必弄懂每道题。
合工大电磁场与电磁波第6章答案
第6章习题答案6-1在r 1、 r 4、0的媒质中，有一个均匀平面波，电场强度是E(z,t) E m sin( t kz —)3若已知f 150 MHz ，波在任意点的平均功率流密度为0.265卩w/m 2，试求:(1) 该电磁波的波数 k ?相速V p ?波长？波阻抗 ？(2)t 0, z 0的电场 E(0,0)?(3) 时间经过0.1 之后电场E(0,0)值在什么地方？(4) 时间在t 0时刻之前0.1 口 s ,电场E(0,0)值在什么地方？—2 f —解：(1) k .——.r 2 (rad/m) cv p c/. r 1.5 108(m/s)k 1(m)(4)在O 点左边15 m 处6-2 一个在自由空间传播的均匀平面波，电场强度的复振幅是—4 j 20 z— 4 j(520 z)八、，、［/ E 10 e je x 10 ee y 伏 / 米试求：(1)电磁波的传播方向？(2) 电磁波的相速V p ?波长 ？频率f ? (3) 磁场强度H ?(4) 沿传播方向单位面积流过的平均功率是多少？=12060 (Q )(2)： S a vE m0 60.265 10E m 1.00 10■. 0 r2(V/m)E(0,0)(3)往右移E m sin 8.66 103z v p t 15 m3(V/m )解：(1)电磁波沿z方向传播。
(2)自由空间电磁波的相速v p c 3 108 m/s••• k —20c20 c f —10c3 109Hz217j(20 z )z(3) H ^e z E 26510 7(e 2 e x e j20 z e y )(A/m)*(4)S av ^Re(EH *)^-^e z2.65 10 11e z (W/m 2)226-3证明在均匀线性无界无源的理想介质中，不可能存在 磁波。
证•/ EjkE °e jkz 0，即不满足Maxwell 方程不可能存在E E °e jkz e z 的均匀平面电磁波。
电磁场与电磁波(第4版)第6章部分习题参考解答
G ex
Erm
cos(ωt
+
β1
z
)
=
G ex
Eim
cos(2πft
+
β1
z
)
= =
eGxGηη22
−η1 + η1
−ex18.37
100 cos(2π ×109t + 20.93z) cos(2π ×109t + 20.93z) V/m
G H1r
(
z,
t
)
= =
1 ηG 1 ey
G (−ez × E1r ) = 0.049 cos(2π
距离导体平面最近的合成波电场 G
E1
为
0
的位置；(5) 距离导体平面最近的合成波磁场 H1 为 0 的位置。
解：(1) ω = 2πf = 2π ×108 rad/s
β
=
ω c
=
2π ×108 3 ×108
=
2 3
π
rad/m
η1 = η0 =
μ0 = 120π Ω ε0
G
G
则入射波电场 Ei 和磁场 Hi 的复矢量分别为
G Ei (x)
=
G
− j2 πx
ey10e 3
G V/m ， Hi (x)
=1 η1
G ex
G × Ei (x)
G = ez
1
− j2 πx
e3
12π
A/m
G
G
(2) 反射波电场 Er 和磁场 Hr 的复矢量分别为
G Er (x) =
G
j2 πx
−ey10e 3
G V/m ， Hr (x)
工程电磁场与电磁波_丁君版_答案第六章习题答案
6-1.解：E矢量为y 方向，电磁波沿-z 方向传播，)2106cos(7.37)2(8222z t z E y πππ+⨯⨯-=∂∂)2106cos(7.37)106(82822z t tE y πππ+⨯⨯⨯-=∂∂又π2=k ,μεω22=k ,8106⨯=πω 2222222228222)106()2(tE t E k t E z E y y y y ∂∂=∂∂=∂∂⋅⨯=∂∂∴μεωππ )2106cos(7.378z t E y ππ+⨯=∴符合均匀平面波的一维波动方程，所以它属于均匀平面波。
6-2.解：;10328Hz f ⨯==πω π2=k ；m k 12==πλ；s m kv P /1038⨯==ω；m uE H 1.0/77.3/===εη 波沿-z 轴传播；由右手螺旋法则，H 在x 方向上振动。
6-3. 解： (1)Hz vf 881092.461.0103⨯=⨯==λ (2)91003.2/1⨯==f T s (3)3.1061.022===πλπk (4)12.2377/800/===ηE HA/m 方向为y aˆ 6-4.解：由E 和 H的关系可知：y m x m a az t H aaz t H H ˆ)sin(ˆ)sin(-+--=ωωy m x m a az t E aaz t E ˆ)sin(/ˆ)sin(/00-⋅+-⋅-=ωηωη H E S⨯=z m m z m m a az t E az t E aaz t E az t E ˆ)sin(/)sin(ˆ)sin(/)sin(00-⋅⋅-+-⋅⋅-=ωηωωηω z m a az t E ⋅-=022/)(sin 2ηω6-5 解：Hz U f 98000105.212.0103⨯=⨯==λ5001.050111===H E η 又rrrru u u επεεη120001==πε120500=rru（1）在均匀媒质中有：11v v P = rr u Cf ελ=1 2981108105.2103-⨯⨯⨯⨯==∴λεf C u r r （2）由式（1）、（2）得 99.1=r u 13.1=r ε6-6 解：m V a a aE z y x 310)ˆ2ˆˆ4(⨯+-=1）333310)ˆ78ˆ24ˆ33(3186********ˆˆˆ⨯++-=-⨯-⨯=⨯z y x z y x a a aaaaH E322231078243310)ˆ78ˆ24ˆ33(ˆ⨯++⨯++-=z y x a a aaz y x a a a ˆ89.0ˆ27.0ˆ37.0++= 2）3ˆˆˆ(42)10jkr x y z E aa a e -=-+⨯ˆˆˆ(6183)jkr x y z H aa a e -=+-*311ˆˆˆRe[](332478)1022av x y z S E H aa a =⨯=-++⨯3）HE ur r ==επη1201 5.2=∴r ε6-7解： 1）不失一般性，可假设两圆极化波左旋：)ˆˆ(101y x jkz a j ae E E +=-右旋：)ˆˆ(202y x jkz a j ae E E -=-合成波：21E E E+==y jkz x jkz a e j E E a e E E ˆ)(ˆ)(20102010---++ =y jkz jx jkzae e E E aeE E ˆ)(ˆ)(220102010---++πy x E E+=y x E E ≠ 2πϕϕ-=-y xx E 与y E 振幅不等，相位相差2π为一个椭圆极化波故椭圆极化波可分解为一个左旋圆极化波和一个右旋圆极化波。
电磁场与电磁波第六章答案
v
20
则位移电流的瞬时表达式为： J D
a x 5 10 7 cos(6 10 9 t 20z ) 2
3.海水的电导率约为 0.4ms / m ，其相对介电常数为 81。求海水中位移电流密度等于传导 电流密度时的界限频率。 3 解答：
5 1 时的频率为界限频率。则得 f 8.9 10 Hz
6.若空气的磁感应强度如题 2 所示，求磁场强度和电场强度的复数形式、坡印廷矢量的 瞬时值及平均值。
6 解答
1 j 20z H aye
0
，E
1 a x e j 20z ， c
1 S EH a z cos 2 (6 109 t 20z ) ， 0c
7 解答：由 E j 0 H
得H
0 0 E ym e jkz a x E xm e jkz a y 0 0
瞬时形式为： H
0 0 E ym cos(t kz)a x E xm cos(t kz)a y 0 0
1 1 S av Re E H az 2 2 0 c
（c
3 108 m / s)
7.在空气中，已知电场强度 E Exm cos(t kz)ax E ym cos(t kz)a y 。求坡印廷矢 量的瞬时值 S 及平均值 S av 。
j ( kz 0 )
，其中
0 为常数， k 2 2 0 0 。①求两个波的坡印廷矢量的平均值 S av1 和 S av2 ；②证明空间
中总的 Sav Sav1 Sav2 。 11 解答：1）由 E j 0 H ，得
电磁场与电磁波第六章作业题解答
第六章 无界空间平面电磁波的传播 习题解答 6-1．已知自由空间的电磁波的电场强度E 的瞬时值为()()()8;37.7cos 6102V/m y z t t z ππ=⨯+E e试回答下列问题：（1）该电磁波是否属于均匀平面波？沿何方向传播？（2）该电磁波的频率、波长、相位常数和相速度各为多少？（3）该电磁波的磁场强度的瞬时表达式。
解 （1）均匀平面波等振幅面与等相位面重合，在垂直于传播方向上E 、H 的方向和大小都不变的电磁波。
由题给电磁波电场强度的表达式，可知电磁波沿-Z 方向传播，电场强度在垂直于传播方向+Y 方向，且振幅为常数，所以电磁波属于均匀平面波。
（2）与沿-Z 方向传播，且电场强度矢量沿y e 方向的均匀平面波的一般表达式()()()0;cos V/m y z t E t kz E e ω=+相比较，可知8610;2k ωππ=⨯=因此，有频率 83.010()2f Hz ωπ==⨯ 波长 21()m k πλ==相速度 881 3.010 3.010(/)f m s ϕυλ==⨯⨯=⨯ 显然，自由空间电磁波的相速度等于光速。
（3）磁场强度H 的瞬时表达式为()()()00011;cos A/m y z t E t kz H k E k e ωηη=⨯=⨯+而0;120()z k e ηπ=-==Ω 代入，得到()()()()()01;()cos A/m 1200.1cos A/m z y x z t E t kz t kz H e e e ωπω=-⨯+=+ 6-2．理想介质（介质参数为μ=μ0，ε=εr ε0，σ=0）中有一均匀平面电磁波沿X 方向传播，已知其电场瞬时表达式为()()()9;377cos 105V/m y x t t x =-E e试求：（1）该理想介质的相对介电常数；（2）该平面电磁波的磁场瞬时表达式；（3）该平面电磁波的平均功率密度。
解 （1）根据00r k有22282290015301022510rk ..（2）磁场的瞬时表达式()()()()()90911;377cos 105A/m 1377cos 105A/m x y z z t t x t x H k E e e eηηη=⨯=⨯-=-而理想介质中的波阻抗为011112012022515rr..所以，有()()()9; 1.5cos 105A/m z z t t x H e =-（3）平均坡印廷矢量1Re 2*av ⎡⎤=⨯⎣⎦S E H 由电场强度E 和磁场强度H 的瞬时表达式可知，电场和磁场的复振幅矢量为55377; 1.5j x j x y z e e E e H e --==有()5521Re 37715282752j x j x av y z x e .e .W /m -⎡⎤=⨯=⎣⎦S e e e 6-3．空气中一平面电磁波的磁场强度矢量为()()631;10cos A/m 22x y z t t x y z ωπ-⎡⎤⎛⎫⎛⎫=+++-- ⎪ ⎪⎢⎥⎝⎭⎝⎭⎣⎦H r e e e求：（1）波的传播方向；（2）波长和频率；（3）电场强度矢量E ；（4）平均坡印廷矢量。
电磁场与电磁波(西安交大第三版)第6章课后答案
第六章 平面电磁波 1.在εr=2, μr=1的理想介质中,频率为f =150MHZ 的均匀平面波沿y 方向传播,y=0处,E =zˆ10V/m,求E , E (y,t), H ,H (y,t) ,S c,υp.解：s m c cv rr p /2==εμ，m f c fv p 222===λπλπ22==kyj jkye z eE E π2010ˆ--==Z=120π/2Z e z yZ E k H yj /10ˆˆ/ˆ2π-⨯=⨯==-xˆ（2/12π）yj e π2-E (y,t)= zˆ102cos(2π*150*106t-2πy) H (y,t)= -xˆ/6πcos(2π*150*106t-2πy) Sc=*H E ⨯=yˆ52/6π2.在真空中H =xˆx H =x ˆ0H zj e π2求E ,E (z,t), λ, f ,Z, S c.解：Z=120πE =kH Z ˆ⨯=z j e H z x ππ20120)ˆ(ˆ-⨯=y ˆ120π0H z j e π2 k=2πλ=k π2=1m ，Hz c v f p 8103⨯===λλ Sc=*H E⨯=-zˆ120π0H 23.在理想介质中E (x,t)= y ˆ80π2cos(10*107πt+2πx)H (x,t)= -z ˆ2cos(10*107πt+2πx)求: f , εr, μr ,λ.解：71010⨯=πω，f =πω2=5*107Hz π2=k ，λ=kπ2=1m,m f c 60==λ由: k=2π=ω (εrμr)2/1及 Z=80π=120π(μr /εr)2/1 得：εr=9 ,μr=44.均匀平面电磁波在真空中沿kˆ=1/2(yˆ+z ˆ)方向传播, 0E =10x ˆ,求E ,E (y,z,t),H ,H (y,z,t), Sc解：则k=2π,E =0E r k j e ∙-=xˆ10))(2(z y j e +-πH =1/Z*⨯kˆE =2/24π(yˆ-z ˆ))(2z y j e +-πE (y,z,t)= xˆ102cos(2πc/λt-（2π）(y+z)) H (y,z,t)= 1/12π(y ˆ-z ˆ)cos(2πc/λt-（2π）(y+z)) Sc=*H E ⨯=（5/62π)(yˆ+z ˆ)5、在均匀理想介质中)sin(2ˆ)cos(2ˆ)(00kz t E y kz t E xt E -+-=ωω. 求)(t H及平均坡印亭矢量。
电磁场与电磁波第六章答案
6.2 自由空间中一均匀平面波的磁场强度为)cos()(0x wt H a a H z y π-+= m A /求：（1）波的传播方向；（2）波长和频率；（3）电场强度; （4）瞬时坡印廷矢量。
解：)cos()(0x wt H a a H z y π-+=m A /(1) 波沿+x 方向传播(2) 由题意得：k=π rad/m ， 波长m k 22==πλ ， 频率Hz c f 8105.1⨯==λ （3）)cos(120)(0x wt H a a a H E z y x ππη--=⨯= m v / （4）)(cos 24020x wt H a H E S x ππ-=⨯= 2/m w 6.3无耗媒质的相对介电常数4=r ε，相对磁导率1=r μ，一平面电磁波沿+z 方向传播，其电场强度的表达式为)106cos(80z t E a E y β-⨯=求：（1）电磁波的相速；（2）波阻抗和β；（3）磁场强度的瞬时表达式；（4）平均坡印廷矢量。
解：（1）s m cv r r p /105.118⨯===εμμε（2）)(6000Ω===πεεμμεμηrr ， m r a d c w w r r /4===εμμεβ （3）)4106cos(60180z t E a E a H x z -⨯-=⨯=πη m A / （4）π120]Re[2120*E a H E S z av =⨯= 2/m w6.4一均匀平面波从海水表面（x=0）沿+x 方向向海水中传播。
在x=0处，电场强度为m v t a E y /)10cos(1007π =，若海水的80=r ε，1=r μ，m s /4=γ。
求：（1）衰减常数、相位常数、波阻抗、相位速度、波长、趋肤深度；（2）写出海水中的电场强度表达式；（3）电场强度的振幅衰减到表面值的1%时，波传播的距离；（4）当x=0.8m 时，电场和磁场得表达式；（5）如果电磁波的频率变为f=50kHz ，重复（3）的计算。
电磁场与电磁波：第六章作业答案
都是实数，故 也是实数。
反射波的电场为
可见，反射波的电场的两个分量的振幅仍相等，相位关系与入射波相比没有变化，故反射波仍然是圆极化波。但波的传播方向变为-z方向，故反射波变为右旋圆极化波，而入射波是沿+z方向传播的左旋圆极化波。
透射波的电场为
式中， 是媒质2中的相位常数。可见，透射波是沿+z方向传播的左旋圆极化波。
（1）求每一区域中的波阻抗和传播常数；
（2）分别求两区域中的电场、磁场的瞬时形式。
解（1）波阻抗
得
对于无损耗介质
得
（2） 区的入射波为
反射波为
故合成波为
Ⅱ区只有透射波
6.9一圆极化波自空气中垂直入射于一介质板上，介质板的本征阻抗为 。入射波电场为 。求反射波与透射波的电场，它们的极化情况如何？
解设媒质1为空气，其本征阻抗为 ，故分界面上的反射系数和透射系数分别为
V/m
（1）应用麦克斯韦方程求相伴的磁场 ；
（2）若在波传播方向上 处放置一无限大的理想导体板，求 区域中的合成波电场 和磁场 ；
（3）求理想导体板表面的电流密度。
解（1）将已知的电场写成复数形式
由 得
写成瞬时值表示式
（2）均匀平面波垂直入射到理想导体平面上会产生全反射，反射波的电场为
即 区域内的反射波电场为
（1）入射波的频率 与波长 ；
（2） 和 的瞬时表达式
（3）入射角 ；
（4）反射波的 和 ；
（5）总场的 和 。
解（1）由已知条件知入射波的波矢量为
故波长为
频率为
（2）入射波传播方向的单位矢量为
入射波的磁场复数表示式为
其瞬时表示式
而电场的瞬时表示式为
电磁场与电磁波课后习题答案(杨儒贵编着)(第二版)第6章
第六章 电磁感应6-1 一个半径为a 的导体圆盘位于均匀恒定磁场0B 中，恒定磁场0B 的方向垂直于圆盘平面，若该圆盘以角速度ω绕其轴线旋转，求圆盘中心与边缘之间的电压。
解 将导体圆盘分割为很多扇形条，其半径为a ，弧长为φd a 。
当导体圆盘旋转时，扇形条切割磁力线产生的电动势等于圆盘中心与边缘之间的电压。
根据书中式（6-1-11），在离圆盘中心为r ，长度为r d 的线元中产生的电动势为0d d B v l ⋅⨯=e r r B d 0ω=因此，圆盘中心与边缘之间的电压为2000 21d a B r r Be aωω==⎰ 6-2 一个面积为b a ⨯的矩形 线圈位于双导线之间，位置 如习题图6-2所示。
两导线 中电流方向始终相反，其变 化规律为A )102sin(10921t I I ⨯==π， 试求线圈中感应电动势。
习题图6-2解 建立的坐标如图6-2所示。
在c b x c +<<内，两导线产生的磁感应强度为()x d c b I x I zz-+++=πμπμ222010e e Β 则穿过回路的磁通量为s Β⎰⋅=sm d Φx a x d c b x I z cb czd 11210e e ⋅⎪⎭⎫⎝⎛-+++=⎰+πμ ()()cdd b c b a I ++=ln 210πμ 则线圈中的感应电动势为te md d Φ-=()()t I cd d b c b a d d ln 210++-=πμ()()()V 10ln 102cos 1090⨯⎥⎦⎤⎢⎣⎡++⨯-=cd d b c b t a πμ 6-3 设带有滑条AB 的两根平行导线的终端并联电阻Ω2.0=R ，导线间距为0.2m ，如习题图6-3所示。
若正弦电磁场t B z sin 5ωe =垂直穿过该回路，当滑条AB 的位置以m ) cos 1(35.0t x ω-=规律变化时，试求回路中的感应电流。
解 建立的坐标如图6-3所示。
电磁场与电磁波理论第6章习题解答
电磁场与电磁波理论(第二版)(徐立勤,曹伟)第6章习题解答(总10页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--第6章习题解答已知空气中存在电磁波的电场强度为 ()80cos 6π102πy E e E t z =⨯+V /m试问：此波是否为均匀平面波传播方向是什么求此波的频率、波长、相速以及对应的磁场强度H 。
解：均匀平面波是指在与电磁波传播方向相垂直的无限大平面上场强幅度、相位和方向均相同的电磁波。
电场强度瞬时式可以写成复矢量j 0e kz y E e E -=。
该式的电场幅度为0E ，相位和方向均不变，且0z E e ⋅=⇒z E e ⊥，此波为均匀平面波。
传播方向为沿着z -方向。
由时间相位86π10t t ω=⨯ ⇒ 86π10ω=⨯ 波的频率Hz 1038⨯=f 波数2πk =波长2π 1 m k λ== 相速p 310 m/s v kω==⨯ 由于是均匀平面波，因此磁场为j 0w w1() e kz z x E H e E e Z Z -=-⨯=有一频率为600MHz 的均匀平面波在无界理想介质(r r 4,1εμ==)中沿x +方向传播。
已知电场只有y 分量，初相位为零，且010t t ==s 时，1x =m 处的电场强度值为800kV /m 。
试写出E 和H 的瞬时表达式。
解：根据题意，角频率812π10ω=⨯，r r 0028πk cωωεμεμεμ====，因此 80cos(12π108π)y E e E t x =⨯-由s 10=t ，m 1=x 处的电场强度值为kV/m 800，可以得到kV/m 8000=E8800cos(12π108π) kV/m y E e t x =⨯-根据电场的瞬时表达式可以写出电场的复矢量为j8π800e kV/m x y E e -=波阻抗为()0r w r 060π ΩZ μμμεεε===。
《第六章 电磁现象与电磁波》试卷及答案_高中物理必修 第三册_粤教版_2024-2025学年
《第六章电磁现象与电磁波》试卷(答案在后面)一、单项选择题（本大题有7小题，每小题4分，共28分）1、电磁场的传播速度在真空中的数值是？A、3×10^5 m/sB、3×10^7 m/sC、3×10^8 m/sD、3×10^9 m/s2、关于麦克斯韦方程组，以下正确的是？A、麦克斯韦方程组只能解释电场和磁场，无法描述电磁波B、麦克斯韦方程组是关于变化电场产生磁场的极化方程C、麦克斯韦方程组是关于变化磁场产生电场的感应方程D、麦克斯韦方程组包括高斯定律、安培定律、法拉第定律等，描述了电场、磁场、电荷密度和电流密度之间的关系，并预言了电磁波的存在3、在奥斯特实验中，当导线中的电流方向逆时针时，放置在导线附近的指南针将会（）A. 静止不动B. 指南针指向导线C. 指南针逆时针旋转D. 指南针顺时针旋转4、一个长度为0.5米的直导线，沿南北方向放置在地面上，通过导线向北的电流为5安培。
这时在地球表面，该导线受到的地球磁感应对导线的力为（）A. 0NB. 方向向东C. 方向向西D. 与电流和磁场垂直5、一个平行板电容器，当两板间距离为d时，电容器的电容为C。
若将两板间的距离增大到2d，则电容器的电容变为（）A. C/2B. C/4C. 2CD. 4C6、在匀强磁场中，一个电荷量为q的电子以速度v垂直于磁场方向进入磁场，电子在磁场中运动的轨迹是（）A. 直线B. 圆弧C. 抛物线D. 椭圆7、法拉第发现了电磁感应现象，这个现象揭示了哪种联系？A、电流与电流B、电流与磁场C、磁场与磁场D、磁场与电流二、多项选择题（本大题有3小题，每小题6分，共18分）1、下列说法中，正确的是（）A. 电磁感应只发生在磁场变化的情况下B. 楞次定律适用于任何闭合电路的电磁感应现象C. 感应电流的方向总是与原磁场的方向相同D. 电磁感应现象是由于电荷的运动而产生的2、一个线圈平面与磁感线方向垂直，当磁场变化时，以下说法错误的是（）A. 线圈中会出现感应电流B. 感应电流的方向与磁感线方向相反C. 线圈的磁通量发生变化D. 线圈中的感应电流大小与磁场的强度成正比3、以下关于电磁现象与电磁波的描述，正确的是：A、通电导线周围存在磁场，磁场的方向与电流方向垂直。
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第六章 无界空间平面电磁波的传播 习题解答 6-1．已知自由空间的电磁波的电场强度E 的瞬时值为 ()()()8;37.7cos 6102V/m y z t t z ππ=⨯+E e试回答下列问题：（1）该电磁波是否属于均匀平面波？沿何方向传播？（2）该电磁波的频率、波长、相位常数和相速度各为多少？（3）该电磁波的磁场强度的瞬时表达式。
解 （1）均匀平面波等振幅面与等相位面重合，在垂直于传播方向上E 、H 的方向和大小都不变的电磁波。
由题给电磁波电场强度的表达式，可知电磁波沿-Z 方向传播，电场强度在垂直于传播方向+Y 方向，且振幅为常数，所以电磁波属于均匀平面波。
（2）与沿-Z 方向传播，且电场强度矢量沿y e 方向的均匀平面波的一般表达式 ()()()0;cos V/m y z t E t kz E e ω=+ 相比较，可知8610;2k ωππ=⨯=因此，有频率 83.010()2f Hz ωπ==⨯ 波长21()m k πλ==相速度881 3.010 3.010(/)f m s ϕυλ==⨯⨯=⨯显然，自由空间电磁波的相速度等于光速。
（3）磁场强度H 的瞬时表达式为 ()()()00011;cos A/m y z t E t kz H k E k e ωηη=⨯=⨯+而0;120()z k e ηπ=-==Ω 代入，得到()()()()()01;()cos A/m 1200.1cos A/m z y x z t E t kz t kz H e e e ωπω=-⨯+=+ 6-2．理想介质（介质参数为μ=μ0，ε=εr ε0，σ=0）中有一均匀平面电磁波沿X 方向传播，已知其电场瞬时表达式为()()()9;377cos 105V/m y x t t x =-E e试求：（1）该理想介质的相对介电常数；（2）该平面电磁波的磁场瞬时表达式；（3）该平面电磁波的平均功率密度。
解 （1）根据 00r k有22282290015301022510rk ..（2）磁场的瞬时表达式()()()()()90911;377cos 105A/m 1377cos 105A/m x y z z t t x t x H k E e e e ηηη=⨯=⨯-=-而理想介质中的波阻抗为011112012022515rr..所以，有()()()9; 1.5cos 105A/m z z t t xH e =-（3）平均坡印廷矢量 1Re 2*av ⎡⎤=⨯⎣⎦S E H 由电场强度E 和磁场强度H 的瞬时表达式可知，电场和磁场的复振幅矢量为 55377; 1.5j xj x y z e e E e H e --==有()5521Re 37715282752j x j x av y z x e .e .W /m -⎡⎤=⨯=⎣⎦S e e e 6-3．空气中一平面电磁波的磁场强度矢量为()()631;10cos A/m 22x y z t t x y z ωπ-⎡⎤⎛⎫⎛⎫=+++--⎪ ⎪⎢⎥⎝⎭⎝⎭⎣⎦H r e e e 求：（1）波的传播方向；（2）波长和频率；（3）电场强度矢量E ；（4）平均坡印廷矢量。
解 （1）根据平面波的一般表达式 ()[]()0;cos A/m t t H r H k r ω=-⋅ 比较可知603110;22x y z x y z k x k y k z x y z H e e e k r π-⎛⎫⎛⎫=++⋅=++=--- ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭有;;2x y z k k k πππ=-==2x x y y z z x y z k k k k e e e e e e πππ=++=-++32k π==因此，波传播的单位矢量为 0221333y x z x y z x y z k k k k k k k k k e e e e e e ==++=-++ （2）波长 ()243m k πλ== 频率()883.010910434c f Hz ϕυλλ⨯====⨯（3）电场强度矢量与磁场强度矢量的关系可由麦克斯韦方程得到()011x y z xy z xyzym ym zm xm zm xm x y z x y z j k x k y k z x y z jjxy z H H H H H H H H H j y z z x x y k k k e A B Cωεωεωεηωεωε-++∂∂∂=-∇⨯=-∂∂∂⎡⎤⎛⎫⎛⎫∂∂⎛⎫∂∂∂∂=--+-+-⎢⎥ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪∂∂∂∂∂∂⎝⎭⎢⎥⎝⎭⎝⎭⎣⎦=-=-⨯=-⨯e e e E H e e e e e e k H k H将波矢量和磁场矢量代入，有()()0662213112010333221751120103632x y z x y z x y z ;t cos t x y z cos t x y z V /m ηπωππωπ--=-⨯⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎛⎫=-⨯-++⨯+++-- ⎪⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎝⎭⎣⎦⎡⎤⎡⎤⎛⎫=⨯--++-- ⎪⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎝⎭⎣⎦E r k He e e e e e e e e（3）平均坡印廷矢量 1Re 2*av ⎡⎤=⨯⎣⎦S E H 由电场强度E 和磁场强度H 的瞬时表达式可知，电场和磁场的复振幅矢量为126126175120103633102j x y z x y z j x y z x y z eeE e e e H e e e πππ⎡⎤⎛⎫-- ⎪⎢⎥-⎝⎭⎣⎦⎡⎤⎛⎫-- ⎪⎢⎥-⎝⎭⎣⎦⎡⎤=⨯--+⎢⎥⎣⎦⎛⎫=++ ⎪⎝⎭代入得到112266*********Re 1201010236321175312102363217112101122j x y z j x y z av x y z x y z x y z x y z x y z e e ...πππππ⎡⎤⎡⎤⎛⎫⎛⎫----- ⎪ ⎪⎢⎥⎢⎥--⎝⎭⎝⎭⎣⎦⎣⎦--⎡⎤⎡⎤⎛⎫=⨯--+⨯++⎢⎥⎪⎢⎥⎣⎦⎝⎭⎢⎥⎣⎦⎡⎤⎡⎤=⨯⨯--+⨯++⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎡⎤=⨯⨯-++=⎢⎥⎣⎦S e e e e e e e e e e e e e e e 1017102x y z π-⎡⎤⨯-++⎢⎥⎣⎦e e e 6-7．在非磁性、有耗电介质中，一个300MHz 的平面电磁波的磁场复振幅矢量为()()()294A/m y j y x z y j e e --=-H e e求电场、磁场矢量的时域表达式。
解 由磁场强度矢量的复振幅表达式知，平面波沿+Y 方向传播，即y k e而衰减常数和相位常数分别为 2;9αβ==根据α=β=221αωμε⎛⎫+= ⎪⎝⎭221βωμε⎛⎫-= ⎪⎝⎭ 求解可得22001r βαεωωμε⎡⎤⎛⎫⎛⎫=-⎢⎥ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎢⎥⎣⎦226792222220014300104101039277564 1.9βαωπεπππμ--⎡⎤⨯⨯⨯⨯⨯⨯⎣=⎦--==≈1112111010661770.47100.01564σπ---==⨯⨯=≈⨯⨯⨯≈由此得到()1/421/421/42111268.83c μσηεεω---⎤⎡⎤⎥⎛⎫=+=+⎢⎥⎪⎥⎝⎭⎢⎥⎣⎦⎥⎦⎤⎥=+≈Ω⎥⎥⎦011arg arg 221arg 2 3.67tg σϑεω=≈==电场强度矢量与磁场强度矢量的关系可由麦克斯韦方程得到，有 0η=-⨯E k H 则电场强度矢量复振幅为()()()()()()29299367292444268834y j y y j yy x z z x j y .j y j yy z x z x j e e j e e ej ee.j e eV /m θηηη---------=-⨯-=+=+=+E e e e e e e e e e 由复振幅的表达式得到()()()()()09367293672Re 26883426883Re 4j y .y j t z x j t y .y z x y;t .j e e e.e j eωω----+-⎡⎤=+⎢⎥⎣⎦⎡⎤=+⎢⎥⎣⎦E e e e e()()()20026883cos 93674sin 9367y z x .e t y .t y .V /m ωω-⎡⎤=-+--+⎣⎦e e()()()()()()()29922;Re 4Re 4cos 94sin 9A/m y j y j tx z j t y y x z y x z y t j e e e e j e e t y t y H e e e e e e ωωωω-----⎡⎤=-⎣⎦⎡⎤=-⎣⎦=-+-⎡⎤⎣⎦6-8．指出下列各平面波的极化方式： （1）()()3V/m jkzx y j e-=+E e e（2）()()32V/m jkz x y e -=+E e e（3）()334V/m j jkzx y e e E e e π-⎛⎫=+ ⎪⎝⎭（4）())()0.0423V/m j y zx y z e π--+=-++E e解 （1）由于 ()233j jkzjkzx y x y j e e e E e e e e π--⎛⎫=+=+ ⎪⎝⎭根据极化一般表达式00()j jkzx x y y z E E e eδ-⎡⎤=+⎣⎦E e e可知2003;,2jj x y E E e e πδπδ====由此得到()(;)3cos (;)3cos 2x yE z t t kz E z t t kz ωπω=-⎧⎪⎨⎛⎫=-+ ⎪⎪⎝⎭⎩选择z =0的平面，有(0;)3cos 3sin x y t t t E ee ωω=- 相应的模和相角为()(0;)3(0;)3sin 0;arctanarctan(0;)3cos y x t E t tt tE t tE ωψωω===-===-由此可见，电场矢量的模为常数，相角为时间的线性函数且随时间的增加，相角在减小。
这种波为左旋圆极化波。
（2）由()()32V/m jkzx y e -=+E e e可知003,2;0x y E E δ===选择z =0的平面，由此得到 (0;)3cos (0;)2cos x yE t tE t t ωω=⎧⎪⎨=⎪⎩(0;)x E t 和(0;)y E t 同相，有()(0;)3cos 2cos 32cos x y x y t t t t E e e e e ωωω=+=+ 电场矢量与X 方向的夹角为 ()0(0;)20;arctanarctan33.7(0;)3y x E t t E t ψ=== 显然，相角在第一象限且与时间无关，属线极化波。
（3）由()334V/m j jkzx y e e E e e π-⎛⎫=+ ⎪⎝⎭可知003,4;3x y E E πδ===选择z =0的平面，可得极化椭圆方程为22222(0;)(0;)(0;)(0;)2cos sin 3434y y x x E t E t E t E t δδ⎛⎫⎛⎫+-= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭由于sin032π=> 所以椭圆极化波为左旋。