免費開始練習
高考申論題 113年 [電子工程] 電磁學

第 一 題

📖 題組:
自由空間中沿著 z 軸無窮長均勻線電荷,其線電荷密度為ρ 。 (每小題 15 分,共 30 分) (一) 用庫侖定律,計算在點P = (1, 0, 0) m 的電場。 (二) 用高斯定律,計算在點P = (1, 0, 0) m 的電場。
📝 此題為申論題,共 3 小題

小題 (一)

用庫侖定律,計算在點P = (1, 0, 0) m 的電場。

思路引導 VIP

看到這題,首先要辨識出這是典型的靜電學「線電荷」分布問題。雖然我們常背誦線電荷電場公式,但本題指定使用「庫侖定律」。解題時應遵循以下思考順序:

  1. 建立微分電荷單元:在 z 軸上取一段長度 dz,其電荷量為 dq = ρdz。
🤖
AI 詳解
AI 專屬家教

【考點分析】 本題考查庫侖定律(Coulomb's Law)在連續電荷分布下的應用,以及對空間對稱性與向量積分的掌握程度。 【理論/法規依據】

小題 (二)

用高斯定律,計算在點P = (1, 0, 0) m 的電場。

思路引導 VIP

這題要求使用「高斯定律」。高斯定律最適合處理具有高度對稱性的電荷分布(球、柱、面)。

  1. 選擇高斯面:對於 z 軸線電荷,最具備對稱性的是「圓柱形高斯面」。
🤖
AI 詳解
AI 專屬家教

【考點分析】 本題考查高斯定律(Gauss's Law)的應用,核心在於正確選取高斯對稱面。 【理論/法規依據】

小題 (三)

試求出在低損耗介電材料內傳播的相速度 up 及本質阻抗 ηc。(10 分)

思路引導 VIP

看到低損耗介電材料(Low-Loss Dielectrics),首要想到的核心條件是位移電流遠大於傳導電流(σ/(ωε) ≪ 1)。在推導相速度與本質阻抗時,應從原始定義式出發,提出無損耗的主項後,再利用二項式展開(泰勒級數)保留低階的微小項即可順利得分。

🤖
AI 詳解
AI 專屬家教

【解題思路】利用相速度定義 $u_p = \omega / \beta$ 以及本質阻抗定義 $\eta_c = \sqrt{j\omega\mu / (\sigma + j\omega\epsilon)}$,並代入低損耗條件 $\frac{\sigma}{\omega\epsilon} \ll 1$ 進行二項式級數展開取近似值。 【詳解】 已知:低損耗介電材料的條件為 $\frac{\sigma}{\omega\epsilon} \ll 1$。由前一子題的推導結果可知,相位常數 $\beta \approx \omega\sqrt{\mu\epsilon} \left[ 1 + \frac{1}{8}\left(\frac{\sigma}{\omega\epsilon}\right)^2 \right]$。

📝 同份考卷的其他題目

查看 113年[電子工程] 電磁學 全題

升級 VIP 解鎖