如何理解电磁波图象中的磁感强度和电场强度同步变化

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如何理解电磁波图象中的磁感强度和电场强度同步变化

如何理解电磁波图象中的磁感强度和电场强度同步变化山东省淄博六中物理组 庞峰 12月19日
　　我在十多年的高中物理教学中，每当讲到电磁波图象中的电场强度矢量E和磁感强度矢量B总是同步变化且相互垂直时，一些优秀学生总是对电场强度矢量E和磁感强度矢量B同步变化感到不理解，甚至认为是错误的。他们的理由是：

　　(1) 按照法拉第电磁感应定律——如果在按正弦规律变化的磁场中放一个闭合电路，电路中要产生按余弦规律变化的交流电，也就是当磁感强度B达到最大值时，穿过该电路的磁通量最大，磁通量的变化率最小（为零），感应电动势为零，感应电流为零，那么导体中的电场强度E也应为零。为什么会最大呢？

　　(2) 按照LC回路电磁振荡的规律——如果磁感强度B达到最大值时，磁场能最大，电场能为零，那么电场强度E也应为零。为什么会最大呢？

　　在中学阶段要回答以上问题：首先要说明(1)问中“感应电流为零时，电场强度也应为零”这一结论是错误的。因为按照法拉第电磁感应定律——如果在按正弦规律变化的磁场中放一个闭合电路，那么电路中要产生按余弦规律变化的交流电，即电路中的自由电子要做简谐振动，回复力是由电场力提供的。当自由电子受到的电场力为零时速度最大，单位时间内通过导体横截面的电量最多，电流最大。当自由电子受到的电场力最大时速度为零，单位时间内通过导体横截面的电量为零，电流为零。所以“感应电流为零时，电场强度也应为零” 这一结论是错误的。按照麦克斯韦电磁场理论，磁场周围如果没有闭合电路，就没有电流，但是电场仍然存在且电场的变化规律和有电路时完全一样。故电磁波图象中的电场强度矢量E和磁感强度矢量B总是同步变化的。其次要说明(1)问中LC回路电磁振荡的规律——如果线圈中磁感强度B达到最大值时，磁场能最大，那么电容器中的电场能为零，电场强度E为零，这一结论是正确的。但是这里的磁感强度B是线圈中的，电场强度E是电容器中的。按照麦克斯韦电磁场理论——当电容器里的电场强度E最大时电容器周围的磁感强度B最大，但线圈中的磁感强度B最小（为零）。显然(2)问中是把两个问题混淆了。

　　以上是我的一些初浅的解释，不对之处望同行们指正。