电磁场和电磁波课后习题集与答案解析--第四章习题集解答

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1、习题解答4.1如题4.1图所示为一长方形截面的导体槽，槽可视为无限长，其上有一块与槽相绝缘的盖板，槽的电位为零，上边盖板的电位为，求槽内的电位函数。解根据题意，电位满足的边界条件为①②③根据条件①和②，电位的通解应取为题4.1图由条件③，有两边同乘以，并从0到对积分，得到故得到槽内的电位分布4.2两平行无限大导体平面，距离为，其间有一极薄的导体片由到。上板和薄片保持电位，下板保持零电位，求板间电位的解。设在薄片平面上，从到，电位线性变化，。yoyboydy题4.2图解应用叠加原理，设板间的电位为其中，为不存在薄片的平行无限大

2、导体平面间（电压为）的电位，即；是两个电位为零的平行导体板间有导体薄片时的电位，其边界条件为：①②③根据条件①和②，可设的通解为由条件③有两边同乘以，并从0到对积分，得到故得到4.3求在上题的解中，除开一项外，其他所有项对电场总储能的贡献。并按定出边缘电容。解在导体板（）上，相应于的电荷面密度则导体板上（沿方向单位长）相应的总电荷相应的电场储能为其边缘电容为4.4如题4.4图所示的导体槽，底面保持电位，其余两面电位为零，求槽内的电位的解。解根据题意，电位满足的边界条件为①题4.4图②③根据条件①和②，电位的通解应取为由条件③

3、，有两边同乘以，并从0到对积分，得到故得到槽内的电位分布为4.5一长、宽、高分别为、、的长方体表面保持零电位，体积内填充密度为的电荷。求体积内的电位。解在体积内，电位满足泊松方程（1）长方体表面上，电位满足边界条件。由此设电位的通解为代入泊松方程（1），可得由此可得或（2）由式（2），可得故4.6如题4.6图所示的一对无限大接地平行导体板，板间有一与轴平行的线电荷，其位置为。求板间的电位函数。解由于在处有一与轴平行的线电荷，以为界将场空间分割为和两个区域，则这两个区域中的电位和都满足拉普拉斯方程。而在的分界面上，可利用函数将

4、线电荷表示成电荷面密度。电位的边界条件为题4.6图①②③由条件①和②，可设电位函数的通解为由条件③，有（1）（2）由式（1），可得（3）将式（2）两边同乘以，并从到对积分，有（4）由式（3）和（4）解得故b题4.7图4.7如题4.7图所示的矩形导体槽的电位为零，槽中有一与槽平行的线电荷。求槽内的电位函数。解由于在处有一与轴平行的线电荷，以为界将场空间分割为和两个区域，则这两个区域中的电位和都满足拉普拉斯方程。而在的分界面上，可利用函数将线电荷表示成电荷面密度，电位的边界条件为①，②③由条件①和②，可设电位函数的通解为由条件③

5、，有（1）（2）由式（1），可得（3）将式（2）两边同乘以，并从到对积分，有（4）由式（3）和（4）解得故若以为界将场空间分割为和两个区域，则可类似地得到4.8如题4.8图所示，在均匀电场中垂直于电场方向放置一根无限长导体圆柱，圆柱的半径为。求导体圆柱外的电位和电场以及导体表面的感应电荷密度。解在外电场作用下，导体表面产生感应电荷，圆柱外的电位是外电场的电位与感应电荷的电位的叠加。由于导体圆柱为无限长，所以电位与变量无关。在圆柱面坐标系中，外电场的电位为（常数的值由参考点确定），而感应电荷的电位应与一样按变化，而且在无限远处

6、为0。由于导体是等位体，所以满足的边界条件为题4.8图①②由此可设由条件①，有于是得到故圆柱外的电位为若选择导体圆柱表面为电位参考点，即，则。导体圆柱外的电场则为导体圆柱表面的电荷面密度为4.9在介电常数为的无限大的介质中，沿轴方向开一个半径为的圆柱形空腔。沿轴方向外加一均匀电场，求空腔内和空腔外的电位函数。解在电场的作用下，介质产生极化，空腔表面形成极化电荷，空腔内、外的电场为外加电场与极化电荷的电场的叠加。外电场的电位为而感应电荷的电位应与一样按变化，则空腔内、外的电位分别为和的边界条件为①时，；②时，为有限值；③时，，

7、由条件①和②，可设带入条件③，有，由此解得，所以题4.10图4.10一个半径为、无限长的薄导体圆柱面被分割成四个四分之一圆柱面，如题4.10图所示。第二象限和第四象限的四分之一圆柱面接地，第一象限和第三象限分别保持电位和。求圆柱面内部的电位函数。解由题意可知，圆柱面内部的电位函数满足边界条件为①为有限值；②；由条件①可知，圆柱面内部的电位函数的通解为代入条件②，有由此得到故4.11如题4.11图所示，一无限长介质圆柱的半径为、介电常数为，在距离轴线处，有一与圆柱平行的线电荷，计算空间各部分的电位。解在线电荷作用下，介质圆柱产

8、生极化，介质圆柱内外的电位均为线电荷的电位与极化电荷的电位的叠加，即。线电荷的电位为（1）题4.11图而极化电荷的电位满足拉普拉斯方程，且是的偶函数。介质圆柱内外的电位和满足的边界条件为分别为①为有限值；②③时，由条件①和②可知，和的通解为（2）（3）将式（1）～（3）带入条件③，可得到（