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如何理解電磁波圖象中的磁感強(qiáng)度和電場(chǎng)強(qiáng)度同步變化
如何理解電磁波圖象中的磁感強(qiáng)度和電場(chǎng)強(qiáng)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(xué)中，每當(dāng)講到電磁波圖象中的電場(chǎng)強(qiáng)度矢量E和磁感強(qiáng)度矢量B總是同步變化且相互垂直時(shí)，一些優(yōu)秀學(xué)生總是對(duì)電場(chǎng)強(qiáng)度矢量E和磁感強(qiáng)度矢量B同步變化感到不理解，甚至認(rèn)為是錯(cuò)誤的。他們的理由是：
(1) 按照法拉第電磁感應(yīng)定律——如果在按正弦規(guī)律變化的磁場(chǎng)中放一個(gè)閉合電路，電路中要產(chǎn)生按余弦規(guī)律變化的交流電，也就是當(dāng)磁感強(qiáng)度B達(dá)到最大值時(shí)，穿過(guò)該電路的磁通量最大，磁通量的變化率最小（為零），感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零，感應(yīng)電流為零，那么導(dǎo)體中的電場(chǎng)強(qiáng)度E也應(yīng)為零。為什么會(huì)最大呢？
(2) 按照LC回路電磁振蕩的規(guī)律——如果磁感強(qiáng)度B達(dá)到最大值時(shí)，磁場(chǎng)能最大，電場(chǎng)能為零，那么電場(chǎng)強(qiáng)度E也應(yīng)為零。為什么會(huì)最大呢？
在中學(xué)階段要回答以上問(wèn)題：首先要說(shuō)明(1)問(wèn)中“感應(yīng)電流為零時(shí)，電場(chǎng)強(qiáng)度也應(yīng)為零”這一結(jié)論是錯(cuò)誤的。因?yàn)榘凑辗ɡ陔姶鸥袘?yīng)定律——如果在按正弦規(guī)律變化的磁場(chǎng)中放一個(gè)閉合電路，那么電路中要產(chǎn)生按余弦規(guī)律變化的交流電，即電路中的自由電子要做簡(jiǎn)諧振動(dòng)，回復(fù)力是由電場(chǎng)力提供的。當(dāng)自由電子受到的電場(chǎng)力為零時(shí)速度最大，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電量最多，電流最大。當(dāng)自由電子受到的電場(chǎng)力最大時(shí)速度為零，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電量為零，電流為零。所以“感應(yīng)電流為零時(shí)，電場(chǎng)強(qiáng)度也應(yīng)為零” 這一結(jié)論是錯(cuò)誤的。按照麥克斯韋電磁場(chǎng)理論，磁場(chǎng)周圍如果沒(méi)有閉合電路，就沒(méi)有電流，但是電場(chǎng)仍然存在且電場(chǎng)的變化規(guī)律和有電路時(shí)完全一樣。故電磁波圖象中的電場(chǎng)強(qiáng)度矢量E和磁感強(qiáng)度矢量B總是同步變化的。其次要說(shuō)明(1)問(wèn)中LC回路電磁振蕩的規(guī)律——如果線圈中磁感強(qiáng)度B達(dá)到最大值時(shí)，磁場(chǎng)能最大，那么電容器中的電場(chǎng)能為零，電場(chǎng)強(qiáng)度E為零，這一結(jié)論是正確的。但是這里的磁感強(qiáng)度B是線圈中的，電場(chǎng)強(qiáng)度E是電容器中的。按照麥克斯韋電磁場(chǎng)理論——當(dāng)電容器里的電場(chǎng)強(qiáng)度E最大時(shí)電容器周圍的磁感強(qiáng)度B最大，但線圈中的磁感強(qiáng)度B最小（為零）。顯然(2)問(wèn)中是把兩個(gè)問(wèn)題混淆了。
以上是我的一些初淺的解釋，不對(duì)之處望同行們指正。
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