4 电动习题答案 郭硕鸿 第四章.doc

第四章 电磁波的传播1考虑两列振幅相同偏振方向相同，频率分别为和的线偏振平面波。它们都沿z轴方向传播(1) 求合成波，求证波的振幅不是常数，而是一个波。(2) 求合成波的相位传播速度和振幅传播速度。解：（1） 所以振幅为不是常数，而是一列波。因为和比起和来都是很小的量，所以该振幅改变得很缓慢。(2)相速度t时刻时刻. 群速度 2以平面电磁波以从真空入射到的介质。电场强度垂直于入射面。求反射系数和折射系数。解：由 解得由菲涅耳公式：由定义:3有一可见平面波由水入射到空气,入射角为,证明这时将会发生全反射,并求折射波沿表面传播的相速度和进入空气的深度.设该波在空气中的波长为,水的折射率为解: 所以 4频率为的电磁波在各向异性介质中传播时，若仍按变化，但不再与平行（即=不成立），（1）证明，但一般。 (2)证明。 (3)证明能流与波矢一般不在同一方向上。解: (1) 由, 得 由, , 所以 由, 因为,所以 由, 由 , , 又由 由于各向异性条件，(2)由 由按变化得 所以有 将（2）代入（1）得 （3） 因为 所以.5有两个频率和振幅都相等的平面单色波沿轴传播,一个波沿方向偏振,另一个沿方向偏振,但相位比前者超前,求合成波的偏振.反之,一个圆偏振可以分解为怎样的两个线偏振?合成波为圆偏振.6平面电磁波垂直射入到金属表面上,试证明透入金属内部的电磁波能量全部变为焦耳热.解: , , ,由（1）=（2）, 所以透入金属内部的电磁波能量全部变为焦耳热.7已知海水的,试计算频率为50,Hz的三种电磁波在海水中的透入深度.解: , ,8平面电磁波由真空倾斜入射到导电介质表面上,入射角为,求导电介质中电磁波的相速度和衰减长度,若导电介质为金属,结果如何? 提示:导电介质中的电磁波波矢量,只有分量。解:由边值关系有 设入射角为,则有:设折射波矢是由（2）（3）两式有 可见,透射波矢中只有分量,因此:而 于是，由两式得到关于方程组解得 并由式得 透入波的衰减长度为 ,透入波的相速度为 若导电介质是金属,即有,因而因此 这说明对于良导体,电磁波倾斜入射与垂直入射所得的结果是相近的。9无限长的矩形波导管,在z=0处被一块垂直地插入的理想导体平板完全封闭,求在z=-到z=0这段管内可能存在的波模.解: 设的径向分量为：代入u分离变量得: 解得 由同理由由 由 得由 ,有 10电磁波在波导管中沿z方向传播,试使用及证明电磁场所有分量都可用及这两个分量表示。解:由由将 （7）代入式中得:由（8）（12），消去：消去得：由（9）（11）解得：11写出矩形波导管内磁场满足的方程及边界条件.解: 由 又由 由得 由,令得: 由得:12论证矩形波导管内不存在或波.解：矩形波导管内电磁波须满足以下方程： 电磁波沿z轴方向传播，它应有传播子把电场E取为 对解还必需加上条件E0 (1) 当模为(m,0)时则电场的解为:当模为(0,n)时,则电场的解为: (3)即在（m,0）,(n,0)下，只有一组特解TE波。由知当模为(m,0)时,由（2）得：,即不可能是TM波。否则，由（1）式知，电磁波无法存在。（另：若，则A2 及Kx有一个为零，则由（2）式知该模电磁波无法存在。）当模为(0,n)时,即不可能是TM波。否则，由（1）式知，电磁波无法存在。（另：若，则A 及Ky有一个为零，则由（）式知该模电磁波无法存在。） 13频率为的微波,在0.7cm0.4cm的矩形波导管内能以什么波摸传播?在0.7cm0.6cm的矩形波导管内能以什么波摸传播?解:频率为的微波波长为,宽为a,高为b的矩形波导内,能传播的(m,n)型波截止角频率相应的截止波长为以 a=0.7cm,b=0.4cm, 及 a=0.7cm,b=0.6cm,分别代入上式，可算出最初几个波形的截至波长，列如下表：波形a=0.7b=0.41.40.70.470.80.40.650.52a=0.7b=0.61.40.70.471.20.60.810.51所以,对于微波,0.7cm0.4cm的矩形波导管只能传波, 0.7cm0.6cm的矩形波导管只能传波及波.14一对无限大的平行理想导体板,相距为b,电磁波沿平行于版面的正方向传播,设波在x方向是均匀的,求可能传播的波摸和每种波摸的截止频率.解: 设 代入分离变量得:解得由边界条件