《电动力学》知识点归纳及典型例题分析(学生版)(2)

1970-01-01 08:00

?A?A??i?四维势矢量:A???A,??(7)反对称电磁场四维张量:F?????(8)

?x??x??c??w?四维波矢量:k???k,i?

c??

知识点16:事件的间隔:

答:以第一事件P为空时原点(0,0,0,0);第二事件Q的空时坐标为:(x,y,z,t),这两事件的间隔为:

s2?c2t2?x2?y2?z2?c2t2?r2222 式中的 r=x?y?z为两事件的空间距离。两事件的间隔可以取任何数值。在此区别三种情况:

(1)若两事件可以用光波联系,有r=ct,因而s2?0(类光间隔); (2)若两事件可用低于光速的作用来联系,有r?ct,因而有s2?0(类时间隔);(a)绝对未来;(b)绝对过去。

(3)若两事件的空间距离超过光波在时间t所能传播的距离,有r?ct,因而有s2?0(类空间隔)。

知识点17:导体的静电平衡条件及导体静电平衡时导体表面的边界条件。

答:导体的静电平衡条件:

(1)导体内部不带电,电荷只能分布在于导体表面上; (2)导体内部电场为零;

(3)导体表面上电场必沿法线方向,因此导体表面为等势面。整个导体的电势相等。

导体静电平衡时导体表面的边界条件: ???=常量;???????. ???n

知识点18:势方程的简化。

答:采用两种应用最广的规范条件: (1) 库仑规范:

? 辅助条件为??A?0. (2) 洛伦兹规范:

?1???0. 辅助条件为:??A?2c?t 6

?2??1??1?A2?A?2??(??A?2)???0J2c?tc?t例如:对于方程组:(适用于一

????2????A???t?0般规范的方程组)。

??2?1?2A1??2?????0J??A?22c?tc?t???若采用库仑规范,可得:?; ?3??????0?(??A?0)???21?2A??A?22???0Jc?t?1?2???2若采用洛伦兹规范,可得:????22??(此为达朗贝尔方程)。

?0c?t?1???????A??0??2?c?t???知识点19:引入磁标势的条件。

答:条件为:该区域内的任何回路都不被电流所环绕,或者说,该区域是没

??j?0???有传导电流分布的单连通区域,用数学式表示为:?H?dL?0 ???L知识点20:动钟变慢:

S' 系中同地异时的两事件的时间间隔,即S'系中同一地点x2?x1,先后

''(t2?t1)发生的两事件的时间间隔t2?t1在S系的观测:

(t2?t1)??t2?t1?''''''v''x?x21c2

2v1?2c???x2?x1''?t2?t1?t2?t1''v2v21?21?2cc??称为固有时,它是最短的时间间隔,?t???.

???(???t2?t1)

''

知识点21:长度收缩(动尺缩短)

7

尺相对于S'系静止,在S'系中观测l'?x2?x1在S系中观测t2?t1即两端位置同时测定 ?x2?x1?'''''x2?x11?vc22 l?l0v2''1?2(x2?x1?l0,x2?x1?l)

cl0称为固有长度,固有长度最长,即l0?l。

知识点22: 电磁场边值关系(也称边界上的场方程)

??n?(E2?E1)?0,??n?(H2?H1)??, ??n?(D2?D1)??,??n?(B2?B1)?0.知识点24:电磁波的能量和能流 平面电磁波的能量为:w??E2?1?B2

????????2?平面电磁波的能流密度为:S?E?H?E?(n?E)?En.

??能量密度和能流密度的平均值为:

1122w??E0?B0,22?

??11?2?S?Re(E*?H)?E0n.22?知识点25:波导中传播的波的特点:

电场E和磁场H不同时为横波。通常选一种波模为Ez?o的波,称为横电波(TE); 另一种波模为Hz?0的波,称为横磁波(TM)。

知识点26:截止频率

①定义:能够在波导内传播的波的最低频率wc称为该波模的截止频率。

②计算公式: (m,n)型的截止频率为:wc,mn?????m??n??????若a>b,则TE10?a??b?;

22波有最低截止频率

11wc,10?.若管内为真空,此最低截止频率为c2a,2?2a?? 8

相应的截止波长为:?c,10?2a.(在波导中能够通过的最大波长为2a)

?P??E?;知识点28:静电场是有源无旋场:q0(此为微分表达式)

???E?0.???B?0;稳恒磁场是无源有旋场:??(此为微分表达式)

??B??0j.??2?vu1?'y?'dyc2?uy?dt'?1?vuc2;x?'u?vdx?'知识点29:相对论速度变换式:?ux?'?x其反变换式根据此式

vudt?1?2x?c?v2?uz1?2'dzc'?u???zdt'1?vuc2.x??ux?求?uy。 ?u?z知识点30:麦克斯韦方程组积分式和微分式,及建立此方程组依据的试验定律。

?????BE?dl???ds???tLS??????E??B?dl??j????ds0??0??t?S?答:麦克斯韦方程组积分式为:L ??1?E?ds???dV???B?ds?0SS?0V 9

???B??E???t????E??B??0j??0?0麦克斯韦方程组微分式为:?t

????E????B?0依据的试验定律为:静电场的高斯定理、静电场与涡旋电场的环路定理、磁场中的安培环路定理、磁场的高斯定理。

?0

三、典型试题分析

1、 证明题:

?1、试由毕奥-沙伐尔定律证明??B?0 证明:由式:

?B?04?Jx'?r'?01''dv?Jx??dv?r3?4?r????又知:

?0J?x'?'B????dv???A 式中11????4?r 由 ???J?x'???????J?x'?,因此 ''r??r??J?x?dv?A?0?4?r??B??????A??0 所以原式得证。

???A2、试由电磁场方程证明一般情况下电场的表示式E?????.

?t证:在一般的变化情况中,电场E的特性与静电场不同。电场E]一方面受到电荷的激发,另一方面也受到变化磁场的激发,后者所激发的电场是有旋的。因此在一般情况下,电场是有源和有旋的场,它不可能单独用一个标势来描述。在变化情况下电场与磁场发生直接联系,因而电场的表示式必然包含矢势A在内。

B???A式代入??E???B?A?A??得:???E?该式表示矢量E?是无旋??0,?t?t?t???A????。因此,在一般情况下电场的表?t场,因此它可以用标势?描述,E????A示式为:E?????.。即得证。

?t 10


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