波以及电磁波的相关问题

来源：学生作业帮编辑：大师作文网作业帮分类：物理作业时间：2024/11/12 00:21:32

波以及电磁波的相关问题
（1）波具有的能量大小由什么决定
（2）变化的电场产生磁场如何根据电场变化判断产生磁场的大小方向形状
电流同样产生磁场如何根据电流大小判断产生磁场的大小方向形状
反过来也是
（3）变化的磁场如何产生的电场
麦克斯韦方程是一组微积分方程...我看不懂...
大家不用定量分析定性分析一下就行了~

（1）波具有的能量（严格地讲,是单位传播截面(对空间波,如电磁波,声波)/传播宽度(对表面波,如水波),单位传播长度内的波具有的能量,或者说波具有的能量密度.例如,水面三米长三米宽的范围内都充满水波,我计算一米长范围内的能量肯定小于三米长范围,而一米宽的范围内水波的能量也小于三米宽）大小由振幅决定.其大小正比于振幅的平方,可以写成C*A^2,这里C是个常数.
电磁波具有的能量也是如此,正比于电磁波电场最大值的平方.
至于E=hv,那个是描述一个光子的,不是描述一束电磁波的.
电磁波具有波粒二象性,也就是说,它的行为,可以被描述成某种粒子的流动,也可以被描述成波动的形式.
单位空间范围内单电磁波的能量可以写成
P = nhv = C * A^2
其中,nhv是光的粒子描述,意思是这么大的空间内有n个光子,每个光子有hv的能量.
C * A^2是光的波动描述,意思是光和其他波一样振幅的平方正比于能量密度.这里的A,可以取磁场的振幅,也可以取电场的振幅,只是对应的常数C略有不同.
不要相信电磁波能量仅由频率决定的说法!这句决对是错的.所谓电磁波能量由频率决定,是对于单个光子来说的.对于一束电磁波,还要考虑单位时间通过的光子数!
例如,一盏蓝色的灯,非常暗,一盏红色的灯,非常亮.红色灯发出光的频率小,但是,红灯单位时间发出的能量多!或者说空间中红光的能量大!这是因为,虽然单个红光光子的能量比蓝光小,小不到一半.但是红灯产生100个光子,蓝灯才产生一个的话,你说谁能量大呢?
E = nhv 就是这个意思,电磁波的能量不仅和单个光子能量有关,还和光子数目有关!所以不能相信所谓电磁波能量仅与频率有关的说法
（2）这是电磁感应的问题.电磁感应表述为,运动的或者变化的磁场/电场会产生电场/磁场.
变化的电场产生磁场,产生的磁场所在的空间范围就是刚刚电场所在的空间范围,产生磁场的大小正比于电场变化率（也就是导数）的大小,产生磁场的方向垂直于电场方向,该磁场为垂直于电场的平面内的涡旋磁场.
电场和磁场都会向远处传播,传播速度为光速.
电流产生磁场,其实是由于电流中的电荷带有电场,而这些电荷运动起来,就是说,运动的电场,产生磁场.对于一截非常短的导线中的电流,其产生的磁场方向为环绕电流方向的圈,圈方向满足安培定则,分布范围是全空间,也就是从导线到无穷远均有分布,圈平面垂直于电流.对于长导线或者线圈,是很多个非常短导线产生磁场的叠加,叠加结果自然与导线的形状和位置有关系.
（3）变化/运动的磁场产生电场与电场产生磁场是对称的.

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