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《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。
K
?
解答:电流的连续性方程的微分形式为 J 0
? ? + ρ =
?
t
。
其积分形式为
∫ K K ∫∫∫
d
v
J dS dV
dt
? = ? ρ
S Ω
。
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) 电荷是电场的源;
? ? K =
D ρ
f
K
K
?
B
(2) E 变化的磁场产生电场;
?× = ?
?
t
(3)? ? BK = 0
磁场是无源场;
K
K K
?
D
(4) H J 传导电流以及变化的电场产生磁场。
?× = +
f
?
t
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AK
,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。
K
K
?
P
解答:极化电流与极化强度之间的关系式为 J ;
= P
?
t
磁化电流密度与磁化强度之间的关系式为 。
JK = ?× MK
M
6. 简述公式
? ∫ = ∫ K ? vK + v∫ K ? K
wdV f dV S d
σ
d
dt V V
的物理意义。
∫ K vK
d
解答: wdV f ? V 表
? ∫ 表示单位时间区域V 内电磁场能量的减少, d
dt V
V
示单位时间电磁场对该区域的电荷系统所作的功,v∫ SK ?dσK
表示单位时间流
出该区域的能量。所以,此公式的物理意义为:单位时间区域V 内电磁场
能量的减少,等于单位时间电磁场对该区域的电荷系统所作的功与流出该
区域的能量之和。它实际上就是区域V 内电磁场能量守恒的表达式。
7. 简述介质中静电场的唯一性定理。
解答:介质中静电场的唯一性定理为
设区域V 内给定自由电荷分布ρ(xK) ,在V 的边界S 上给定
(1)电势值
? ;或者(2)电势的法线方向导数
S
??
?
n
S
的值
则区域V 内电场唯一确定。
8. 写出无界空间、上半空间以及球外空间在第一类边值条件下的格林函
数。
解答:在第一类边值条件下的格林函数
K K ;
1
′ = (1) 无界空间为:G(x ,x)
4 (x x ) (y y ) (z z )
πε ? ′ + ? ′ + ? ′
2 2 2 0
(2)上半空间为:
? ? K K
1 1 1
′ = ? ? ? G(x ,x)
4 ( ? ′) + ( ? ′) + ( ? ′) ( ? ′) + ( ? ′) + ( + ′)
πε
? x x y y z z x x y y z z ?
2 2 2 2 2 2
? ?
0
(3)球外空间为:
K K ? ?,
1 1 R / R
G(x ,x) b
′ = ? ? ?
0
4 + ′ ? 2 ′cos ′ + ? 2 ′ cos
πε θ θ
? R R RR R b R b ?
2 2 2 2
0
R
2
= 。
0
R
9. 写出电偶极矩和电四极矩的定义式。
解答:电偶极矩的定义式为: 。
pK = ∑q xK′
i i i
K K K
K K K K K K K K K
电四极矩的定义式为: 3 或 3 ( )
D = ∑q x′ x′ D = ∑q ? x′ x′ ? x′? x′ E?
。
? ? i i i i i i i i
i i
10. 设体系的电荷密度分布为ρ(xK) ,则该体系在外场
? 中的能量是多
e
少?
解答:电荷密度分布为ρ(xK) 的体系在外场
? 中的能量为:
e
W ? ρ V
= ∫
d e
Ω
积分区域为电荷体系ρ(xK) 的分布区域。
11. 写出麦克斯韦方程组的积分形式,并写出其对应的在介质分界面上
的表达形式(即边值关系)。
解答:麦克斯韦方程组的积分形式为
v
∫ K K
(1) d
D ? S = Q
f
S
; (2)
v
∫ K K ∫ K K
d
E dl B dS
? = ? ?
dt
L S
;
v
∫ K K
(3) d 0; (4)
B ? S =
S
d
v
∫ K
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