前言：
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我给大家汇集了物理本科各科的重点知识常见问题，涵盖物理所有专业课的重点知识和常见问答。
涉及物理学大类重点科目，包括：电磁场与电磁波、流体力学、原子物理学、电工电子技术基础、固体物理学、理论力学、电动力学、量子力学、热力学与统计物理、半导体物理学、物理光学等11门必修课。
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本部分为电磁波部分：
下面为对应文字版：
电磁场与电磁波
第二部分 按章节的重点面试问题
第一 章 矢量分析
- 请解释电场与静电场的概念 ？
答：静止电荷产生的场表现为对于带电体有力的作用，这种场称为电场。不随时
间变化的电场称为静电场。
- 请解释磁场与恒定磁场的概念 ？
答：运动电荷或电流产生的场表现为对于磁铁和载流导体有力的作用，这种物质
称为磁场。不随时间变化的磁场称为恒定磁场。
- 请解释时变电磁场与电磁波的概念 ？
答：如果电荷及电流均随时间改变，它们产生的电场及磁场也是随时变化的，时变的电场与时变的磁场可以相互转化，两者不可分割，它们构成统一的时变电磁场。时变电场与时变磁场之间的相互转化作用，在空间形成了电磁波。
- 请解释自由空间的概念 ？
答：电磁场与电磁波既然是一种物质，它的存在和传播无需依赖于任何媒质。在没有物质存在的真空环境中，电磁场与电磁波的存在和传播会感到更加"自由 "。因此对于电磁场与电磁波来说，真空环境通常被称为" 自由空间 "。
- 举例说明电磁场与波的应用 ？
答：静电复印、静电除尘以及静电喷漆等技术都是基于静电场对于带电粒子具有力的作用。电磁铁、磁悬浮轴承以及磁悬浮列车等，都是利用磁场力的作用。当今的无线通信、广播、雷达、遥控遥测、微波遥感、无线因特网、无线局域网、卫星定位以及光纤通信等信息技术都是利用电磁波作为媒介传输信息的。
- 请解释常矢与变矢的概念 ？
答：若某一矢量的模和方向都保持不变，此矢量称为常矢，如某物体所受到的重力。而在实际问题中遇到的更多的是模和方向或两者之一会发生变化的矢量，这种矢量我们称为变矢，如沿着某一曲线物体运动的速度 v等。
- 请解释静态场和动态场的概念 ？
答：如果在某一空间区域内的每一点，都对应着某个物理量的一个确定的值，则称在此区域内确定了该物理量的一个场。换句话说，在某一空间区域中，物理量的无穷集合表示一种场。如在教室中温度的分布确定了一个温度场，在空间电位的分布确定了一个电位场。场的一个重要的属性是它占有一定空间，而且在该空间域内，除有限个点和表面外，其物理量应是处处连续的。若该物理量与时间无关，则该场称为静态场；若该物理量与时间有关，则该场称为动态场或称为时变场。
- 请解释标量场和矢量场的概念。
答：在研究物理系统中温度、压力、密度等在一定空间的分布状态时，数学上只需用一个代数变量来描述，这些代数变量(即标量函数)所确定的场称为标量场，如温度场 T(x, y, z) 、电位场φ(x, y, z)等。然而在许多物理系统中，其状态不仅需要确定其大小，同时还需确定它们的方向，这就需要用一个矢量来描述，因此称为矢量场，例如电场、磁场、流速场等等。
- 什么是亥姆霍兹定理？
答：亥姆霍兹定理的简单表达是：若矢量场 F 在无限空间中处处单值，且其导数 连续有界，而源分布在有限空间区域中，则矢量场由其散度和旋度唯一确定，并
且可以表示为一个标量函数的梯度和一个矢量函数的旋度之和。
第二 章 静电场
- 什么是安培环路定理？
答：真空中恒定磁场的磁通密度沿任意闭合曲面的环量等于曲线包围的电流与真空磁导率的乘积。
- 运动电荷，电流元以及小电流环在恒定磁场中受到的影响有何不同？
答：（1）运动电荷受到的磁场力始终与电荷的运动方向垂直，磁场力只能改变其运动方向，磁场 与运动电荷之间没有能量交换。当电流元的电流方向与磁感应强度B平行时，受力为零；
（2）当电流元的方向与B 垂直时，受力最大，电流元在磁场中的受力方向始终垂直于电流的流动方向。
（3）当电流环的磁矩方向与磁感应强度 B 的方向平行时，受到的力矩为零；当两者垂直时，受到的力矩最大。
- 什么是驻立电荷？它和静止电荷有什么不同？
答：极板上的电荷分布虽然不变，但是极板上的电荷并不是静止的。它们是在不断地更替中保持 分布特性不变，因此，这种电荷称为驻立电荷。驻立电荷是在外源作用下形成的，一旦外源 消失，驻立电荷也将随之逐渐消失。
- 什么是电流密度？
答：电流密度是一个矢量， 以 J 表示。电流密度的方向为正电荷的运动方向，其大小为单位时间内垂直穿过单位面积的电荷量。
- 什么是等位面？
答：电位相等的曲面称为等位面。
- 请 说出 电位的物理意义 ？
答：静电场中某点的电位，其物理意义是单位正电荷在电场力的作用下， 自该点沿任一条路 径移至无限远处过程中电场力作的功。
- 电场强度的定义是什么？如何用电场线描述电场强度的大小及方向？
答：电场对某点单位正电荷的作用力称为该点的电场强度， 以 E 表示。用曲线上各点的切线方向表示该点的电场强度方向，这种曲线称为电场线。电场线的疏密程度可以显示电场强度的大小。
- 请你 说出 虚位移法求带电导体所受电场力的思路 ？
答：虚位移法求带电导体所受电场力的思路是：假设在电场力 F 的作用下，受力导体 有一个位移 dr，从而电场力作功 F·dr；因这个位移会引起电场强度的改变，这样电场能量就要产生一个增量 dWe； 再根据能量守恒定律，电场力作功及场能增量之和应该等于外源供给带电系统的能量 dWb。
- 请你 说出 电位的定义 ？
答：可用一个标量函数的负梯度表示电场强度。这个标量函数就是静电场的位函数，简称为电位。
- 请你 说出 高斯定理的内容。
答：高斯定理描述通过一个闭合面电场强度的通量与闭合面内电荷间的关系。即电场 强度矢量穿过任意闭合曲面的通量等于电场强度矢量的散度对闭合面所包围的体积的积分。
- 什么是电场强度？
答：用电场强度来描述电场，空间一点的电场强度定义为该点的单位正试验电荷所受到的力。
- 请解释点电荷和分布电荷的含义 ？
答：所谓点电荷，是指当带电体的尺度远小于它们之间的距离时，将其电荷集中
于一点的理想化模型。 对于实际的带电体， 一般应该看成是分布在一定的区域内，称其为分布电荷。
第三 章 恒定磁场
- 什么是自感与互感？
答：两个回路，回路电流分别为 I1 和 I2，本身产生的磁通链分别为Φ11 和Φ22，在对方中 产生的磁通链分别为Φ12 和Φ21，则称 L11= Φ11/I1 为回路 L1 的自感，M12= Φ12/I2 为回路 L2 对 L1 的互感。互感可正可负，其值正负取决于两个线圈的电流方向，但自感始终为正值。
- 理想磁导体中是否可以存在静电场？
答：磁导率为无限大的媒质称为理想导磁体。在理想导磁体中不可能存在磁场强度。
- 试述恒定磁场的边界条件 ？
答：恒定磁场的磁场强度切向分量是连续的，法向分量是不连续的；磁通密度的法向分量是连续的，切向分量不连续。
- 什么是均匀与非均匀、线性与非线性、各向同性与各向异性的磁性能？三者之间有无联系？
答：若介质的磁导率不随空间变化，则成为磁性能均匀介质。反之则称为磁性非均匀介质。 若磁导率与外加磁场强度的大小及方向均无关，磁通密度与磁场强度成正比则称为磁性能各向同性的线性介质。对于均匀线性的各向同性介质，只要将真空中恒定磁场方程式中的真空磁导率环卫介质磁导率即可应用。
- 什么是磁化强度？
答：单位体积中磁矩的矢量和称为磁化强度。磁化电流密度以 J' 表示。
- 磁场与介质相互作用后，会发生什么现象？什么是顺磁性介质、抗磁性介质和铁磁性介质？
答：（1）会发生磁化现象。
（2）顺磁性介质：正常情况下原子中的合成磁矩不为零，宏观合成磁矩为零，在外加磁场作用下，磁偶极子的磁矩方向朝着外加磁场方向转动，因此使得合成磁场增强的介质
（3）抗磁性介质：正常情况下原子中的合成磁矩为零，当外加磁场时电子发生进动，产生的附加磁矩方向总是与外加磁场方向相反，导致合成磁场减弱的介质。
（4）铁磁性介质：在外磁场作用下，大量磁畴发生转动，各个磁畴方向趋向一致，且畴界面积还会扩大，因而产生较强的磁性的介质。
- 试述恒定电流场的边界条件。
答：在两种导电介质的边界两侧，电流密度矢量的切向分量不等，但其法向分量连续。
- 如何正确确定镜像电荷的分布？
答：所有镜像电荷必须位于所求场域以外的空间中；镜像电荷的个数，位置及电荷量的大小以满足场域边界面上的边界条件来确定。
- 什么是镜像法？其理论依据的是什么？
答：镜像法是间接求解边值问题的一种方法，它是用假想的简单电荷分布来等效代替分界面上复 杂的电荷分布对电位的贡献。不再求解泊松方程，只需求像电荷和边界内给定电荷共同产生 的电位，从而使求解简化。理论依据是唯一性定理和叠加原理。
- 如何计算电场力？什么是广义力及广义坐标？如何利用电场线判断电场力的方向？
答：（1）为了计算具有一定电荷分布的带电体之间的的电场力，通常采用虚位移法。
（2）广义力：企图改变某一个广义坐标的力。
（3）广义坐标：广义坐标是不特定的坐标。描述完整系统（见约束）位形的独立变量。
（4）利用电场线具有的纵向收缩与横向扩张的趋势可以判断电场力的方向。
- 电容的定义是什么？
答：平板电容器正极板上携带的电量q 与极板间的电位差 U 的比值是一个常数，此常数称为平板电容器的电容。
- 处于静电场中的任何导体是否一定是等位体？
答：由于导体中不存在静电场，导体中的电位梯度▽=0，这就意味着到导体中电位不随空间变化。所以，处于静电平衡状态的导体是一个等位体。
- 自由电荷是否仅存于导体的表面？
答：由于导体中静电场为零，导体内部不可能存在自由电荷的体分布。因此，当导体处于静电平衡状态时， 自由电荷只能分布在导体的表面。
- 试述静电场的边界条件。
答：在两种介质形成的边界上，两侧的电场强度的切向分量相等，电通密度的法向分量相等；
在两种各向同性的线性介质形成的边界上，电通密度切向分量是不连续的，电场强度的法向分量不连续。
- 电场与介质相互作用后，会发生什么现象？
答：会发生极化现象。
- 试述真空中静电场方程的物理意义。
答：真空中静电场的电场强度在某点的散度等于该点的电荷体密度与真空介电常数之比；旋度处处为零。
- 什么是电磁感应定律？
答：穿过线圈中的磁场变化时，导线中产生感应电场。它表明，时变磁场可以产生时变电场。
- 试述磁通连续性原理。
答：真空中恒定磁场通过任意闭合面的磁通为 0。磁场线是处处闭合的，没有起点与终点，这种特性称为磁通连续性原理。
- 请解释电流场与电流线的概念。
答：导体内每一点都有一个电流密度，因而构成一个矢量场。我们称这一矢量场为电流场。电流场的矢量线叫做电流线。
第四 章 时变电磁场
- 什么是电磁辐射?为何时变电荷和电流能产生电磁辐射?
答：（1）电磁辐射 :即使在同一时刻源已消失,只要前一时刻源还存在,它们原先产生的空间场 仍然存在,这就表明源已将电磁能量释放到空间,而空间电磁能量可以脱离源单独存在,这种现象称为电磁辐射.
（2）只有时变电磁场才有这种辐射特性,而静态场完全被源所束缚。
- 什么是位移电流?它与传导电流及运流电流的本质区别是什么?为什么在不良导体中位移电流有可能大于传导电流?
答：（1）位移电流密度是电通密度的时间变化率，或者说是电场的时间变化率。
（2）自由电子在导体中或电解液中形成的传导电流以及电荷在气体中形成的运流电流都是电荷运动形成的，而位移电流不是电荷运动，而是一种人为定义的概念。
（3）在静电场中，自然不存在位移电流。在时变电场中，电场变化愈快，产生的位移电流密度也愈大。若某一时刻电场的时间变化率为零，即使电场很强，产生的位移电流密度也为零，故在不良导体中位移电流有可能大于传导电流。
- 时谐电磁场的复矢量是真实的矢量场吗？引入复矢量的意义何在？
答：复矢量并不是真实的场矢量，真实的场矢量是与之相应的瞬时矢量。引入复矢量的意义在于在频率相同的时谐场中可很容易看出瞬时矢量场的空间分布。
- 什么是时谐电磁场？研究时谐电磁场有何意义？
答：以一定角频率随时间作时谐变化的电磁场称为时谐电磁场。时谐电磁场，在工程上，有很大的应用，而且任意时变场在一定的条件下都可以通过傅里叶分析法展开为不同频率的时谐场的叠加，所以对时谐场的研究有重要意义。
- 坡印廷定理的物理意义是什么？
答：坡印廷定理表明体积 V 内电磁能量随时间变化的增长率等于场体积 V内的电荷电流所做的总功率之和，等于单位时间内穿过闭合面 S 进入体积 V 内的电磁能流。
- 边值问题分为哪几类？
答：第一类边值问题：给定整个边界上的位函数值；
第二类边值问题：给定边界上每一点位函数的法向导数；
第三类边值问题：给定一部分边界上每一点的电位，同时给定另一部分边界上每一点的电位法向导数。
- 什么是基尔霍夫电流定律？
答：节点处传导电流的代数和为零(流出的电流取正号，流入的电流取负号) ，这就是基尔霍夫电流定律。
第五 章 平面电磁波
- 两个互相垂直的线极化波叠加 ，在什么情况下 ，分别是 ：线极化波 、 圆极化波 、椭圆极化波？
答：电场的 x 分量和 y 分量相位相同或相差π 时为直线极化波；电场的 x 分量和 y 分量振幅相等、相位相同或相差π/2 时为圆极化波；电场的两个分量振幅和相位都不相等时，合成波为椭圆极化波。
- 什么是良导体？
答：良导体指σ/(ωε)≫1的媒质 。在良导体中，传导电流起主要作用，位移电流的影响很小， 可以忽略。
- 在导电媒质中 ，均匀平面波具有哪些特点？
答：（1） 电场 E 、磁场 H 与传播方向 ez 之间互相垂直，是横电波（TEM 波） 。(2)电场和磁场的 振幅成指数衰减 。（3）波阻抗为复数，电场和磁场不同相位 。（4）电磁波的相速和频率有关 。（ 5）平均磁场能量密度大于平均电场能量密度。
- 在导电媒质中 ，均匀平面波的相速与频率是否有关？
答：在导电媒质中，均匀平面波的相速与频率有关，在同一种导电煤质中，不同频率的电磁波的 相速是不同的。
- 波数是怎样定义的？
答：在 2π的空间空间距离内所包含的波长数，称为波数，通常用 k 表示。
- 什么是均匀平面波？ 平面波与均匀平面波有何区别？
答：均匀平面波指电磁场的场矢量只沿它的传播方向变化， 与波传播方向垂直的无限大平面内， 电场强度 E 和磁场强度 H 的方向 、振幅和相位都不变 。等相面是平面的波是平面波，在等相面上振幅不相等 。均匀平面波是平面波的一种特殊情况。
- 集肤深度的定义是什么？它与哪些因素有关？
答：通常把场强振幅衰减到表面处振幅 1/e 的深度称为集肤深度。与频率和电导率有关。
- 什么是无耗媒质？什么是无源？
答：无耗媒质意味着描述媒质电磁特性的电磁参数满足如下条件：σ=0, ε、μ为实常。
无源意味着无外加场源。
- 什么叫波长？什么是周期？什么是频率？
答：空间相位 kz变化 2π所经过的距离称为波长，以λ表示。时间相位ωt 变化 2π所经历的时间称为周期，以 T 表示。而一秒内相位变化 2π 的次数称为频率，以 f 表示。
- 什么是集肤效应？什么是趋肤深度？
答：高频率电磁波传入良导体后，电磁波在良导体中衰减极快。因此高频电磁场只能 存在于良导体表面的一个薄层内，这种现象称为集肤效应。电磁波场强振幅衰减 到表面处的 1/e 的深度，称为趋肤深度。
- 什么是等效波阻抗？
答：媒质中平行于分界面的任一平面上的总电场与总磁场之比，定义为该处的等效波阻抗。
- 非磁性媒质产生全透射的条件是什么？
答：对于非磁性媒质，产生全透射的条件是：①均匀平面电磁波平行极化斜入射； ②入射角等于布儒斯特角。
- 什么是全反射？
答：当反射系数的模=1时，此时垂直于分界面的平均功率全部被反射回入射媒质，这种现象称为全反射。
- 对于非磁性媒质，斜入射的均匀平面电磁波产生全反射的条件是什么？
答：对于非磁性媒质，斜入射的均匀平面电磁波产生全反射的条件是：①入射 波自媒质1 向媒质 2 斜入射，且ε2<ε1；②入射角等于或大于临界角
第六 章 电磁波辐射
- 什么是表面波？在什么情况下均匀平面波透过媒质分界面后会成为表面波？
答：沿分界面方向传播，振幅沿垂直分界面的方向上指数衰减，主要存在于分界面附近的波叫表面波 。均匀平面波透过媒质发生全反射时。
- 什么是全透射现象？什么情况下会发生全透射现象？
答：当平面波从媒质 1 入射到媒质 2 时，若反射系数等于0，则电磁功率全部透射到媒质 2，称为全透射 。入射角为布儒斯特角时发生全透射。
- 发生全反射时透射媒质中是否存在电磁波？ 其特征是什么？
答：存在。仍沿分界面方向传播，但振幅沿垂直于分界面的方向上按指数规律衰减，因此透射波主要存在于分界面附近，称这种波为表面波。
- 什么是反射定律？
答：反射定律（斯耐尔反射定律） ：反射角等于入射角。
- 什么是物体的波长尺寸？
答：在电磁场中，物体的绝对几何尺寸是无关紧要的。具有重要意义的是物体的尺寸相对于波长的大小，以波长度量的几何尺寸称为物体的波长尺寸。
- 什么是天线的方向性系数？
答：当有向天线在主射方向上与无向天线在同一距离处获得相等场强时，无向天线所需的辐射功率与有向天线的辐射功率之比值。
- 什么是对称天线？
答：对称天线是一根中心馈电的，长度可与波长相比拟的载流导线，其电流分布以导线中点为对称，因此被称为对称天线。
- 什么是天线阵？
答：为了改善和控制天线的方向性，通常使用多个简单天线构成复合天线，这种复合天线称为天线阵。
- 请你 说出 相控天线的工作原理 ？
答：连续地改变单元天线之间的电流相位差，即可连续地改变天线阵的主射方向。这样，无须转动天线，即可实现在一定范围内的方向性扫描，这就是相控阵天线的工作原理。
- 什么是边射式天线阵？
答：若不考虑单元天线的方向性，则天线阵的主射方向垂直于天线阵的轴线，这种天线阵称为边射式天线阵。
- 什么是端射式天线阵？
答：若不考虑单元天线的方向性，则天线阵的主射方向指向电流相位滞后的一端。这种天线阵称为端射式天线阵。
- 什么是惠更斯原理和惠更斯元？
答：包围波源的闭合面上各点场都可作为二次波源，它们共同决定了面外任一点场，这就是惠更斯原理。这些二次波源称为惠更斯元。
- 什么叫面天线？
答：天线通过一个平面口径向外辐射电磁能量，这类天线称为面天线。
- 什么是导行电磁波？什么是导波系统？
答：沿一定途径传播的电磁波称为导行电磁波，传输导行波的系统称为导波系统。
- 常用的导波系统有哪些？
答：常用的导波系统有双导线、同轴线、带状线、微带、金属波导等。
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