第1和2章作业答案 (2)1.ppt

工 程 电 磁 场 作 业 答 案 旷 建 军 的 讲 义 1-1 试将直角坐标系中的矢量 转换为圆柱坐标系中表达的矢量。 解：由附录一可知：直角与圆柱两坐标系间的转换关系为： 代入之，即得： 然后再做单位矢量间的转换，即： 故在圆柱坐标系下，A的表达式为： 1-2 计算 ，式中R 为距离矢量R 的模，R≠0， 如图所示。 解：当R≠0时， 所以： 而： 故： 2-8 求下列情况下，真空中带电面间的电压： （1） 相距为a的两无限大平板，面电荷密度分别为+σ0和- σ0； （2） 无限长同轴圆柱面，半径分别为a和b（ba），每单位长度上的总电荷： 内园柱为 ，外柱为 ； （3） 半径分别为R1和R2的两同心球面（ R2 R1），带有均匀的面电荷，其总量分别为q0 （内球面）和-q0（外球面）。 解（1）此问题是均匀平行平面场问题，根据高斯定理，可得板间电场强度： 故板间电压为： （2）此问题是圆柱形对称平面场问题，根据高斯定理，可得两圆柱面间电场强度为： 两圆柱面间的电压为： （3）此问题是球形对称的场分布问题，根据高斯定理，可得 即两球面间的电场强度为： 两球面间的电压为： 2-10 以知一真空电场中的电位函数 ， 求在P点(6m, -2.5m, 3m)处的 、 E 、D 及 ρ。 解： 2-12 具有两层同轴介质的圆柱形电容器，内导体的直径为2cm，内层介质的相对介电常数εr1=3，外层介质的相对介电常数εr2=2，欲使两层介质中的最大场强相等，并且内外介质层所受的电压相等，试问两层介质的厚度各为多少？ 解： 根据题意，可列出以下二方程： 两层介质中的最大场强相等 两层介质所承受的电压相等 由方程（1），可得： 由方程（2），可得： 2-13 真空中置有两无限大介质层如图所示。设区域1中的电场强度 分别求1、 2、 3、 4四个区域中电场强度E与ez的夹角。 解:首先.由给定的E1,求E1对于分界面L1的法线方向(即ez所示的方向)的夹角α1 然后,依次在分界面L1、L2和L3上应用两种不同介质分界面上的折射定律,即 可求得相应的关于法线方向的夹角α2 、 α3 和α4 . 依次在各分界面上应用折射定律,可得: 2-16 位于均匀电场（E0）中的导电圆柱体（其半径为a），带有电荷（其线密度为τ）时，若电位参考点取在导电圆柱体上，试证明空间任意点P(ρ,ф)的电位为： 。 证明：按题意，确定坐标系如图所示。求解场域D为导电园柱体外的空间（ρ＞a）。基于唯一性定理，只需证明以下条件成立： 证（1）按题设电位函数的解答，应有： （2）同上理，应有： 2-21 空气中平行地放置两根长直导线，半径都是6cm，轴线间的距离为20cm。若导线间施加电压为1000V，求：（1）电场中的电位分布；（2）导线表面电荷密度的最大及最小值。 解：应用电轴法，因场分布的对称 性，可确定电位参考面，即建立坐 标系如图所示。由此可得： （1）场中任意场点P的电位为 基于题设两导线的电位分别为 ， 等效电轴τ与给定的导线间电压U0之间的关系可如下确定之，因为 因此所求场中的电位分布为： （2）由电场的基础知识，可确定点A，B分别对应于最大与最小电荷面密度的所在点，故首先计算： 然后，有导体表面的电荷面密度σ=Dn可知： 工 程 电 磁 场 作 业 答 案 旷 建 军 的 讲 义