如何理解電磁波圖象中的磁感強度和電場強度同步變化

如何理解電磁波圖象中的磁感強度和電場強度同步變化

如何理解電磁波圖象中的磁感強度和電場強度同步變化 山東省淄博六中物理組 龐峰 12月19日
　　我在十多年的高中物理教學中，每當講到電磁波圖象中的電場強度矢量E和磁感強度矢量B總是同步變化且相互垂直時，一些優秀學生總是對電場強度矢量E和磁感強度矢量B同步變化感到不理解，甚至認為是錯誤的。他們的理由是：

　　(1) 按照法拉第電磁感應定律——如果在按正弦規律變化的磁場中放一個閉合電路，電路中要產生按余弦規律變化的交流電，也就是當磁感強度B達到最大值時，穿過該電路的磁通量最大，磁通量的變化率最小（為零），感應電動勢為零，感應電流為零，那么導體中的電場強度E也應為零。為什么會最大呢？

　　(2) 按照LC回路電磁振蕩的規律——如果磁感強度B達到最大值時，磁場能最大，電場能為零，那么電場強度E也應為零。為什么會最大呢？

　　在中學階段要回答以上問題：首先要說明(1)問中“感應電流為零時，電場強度也應為零”這一結論是錯誤的。因為按照法拉第電磁感應定律——如果在按正弦規律變化的磁場中放一個閉合電路，那么電路中要產生按余弦規律變化的交流電，即電路中的自由電子要做簡諧振動，回復力是由電場力提供的。當自由電子受到的電場力為零時速度最大，單位時間內通過導體橫截面的電量最多，電流最大。當自由電子受到的電場力最大時速度為零，單位時間內通過導體橫截面的電量為零，電流為零。所以“感應電流為零時，電場強度也應為零” 這一結論是錯誤的。按照麥克斯韋電磁場理論，磁場周圍如果沒有閉合電路，就沒有電流，但是電場仍然存在且電場的變化規律和有電路時完全一樣。故電磁波圖象中的電場強度矢量E和磁感強度矢量B總是同步變化的。其次要說明(1)問中LC回路電磁振蕩的規律——如果線圈中磁感強度B達到最大值時，磁場能最大，那么電容器中的電場能為零，電場強度E為零，這一結論是正確的。但是這里的磁感強度B是線圈中的，電場強度E是電容器中的。按照麥克斯韋電磁場理論——當電容器里的電場強度E最大時電容器周圍的磁感強度B最大，但線圈中的磁感強度B最小（為零）。顯然(2)問中是把兩個問題混淆了。

　　以上是我的一些初淺的解釋，不對之處望同行們指正。

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