物理选修32 电磁振荡教学设计及反思

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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。