如何理解電磁波圖象中磁感強度和電場強度同步變化

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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？“公務員之家”版權所有

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。