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。
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:
- 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。
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)。
- 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」。
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。