电磁场的能量和动量-上海师范大学学报.PDF

维普资讯 第35卷第6期 上海师范大学学报(自然科学版) Vo1．35．No．6 2006年 12月 JournalofShanghaiNormalUniversity(NaturalSciences) 2006，Dec． 电磁场的能量和动量 黄 辉，涂 泓，朱炯明 (上海师范大学 数理信息学院，上海200234) 摘 要：通过分析匀强磁场中平行板电容器内导体棒的运动，把电磁场的能量和动量这两个 较为抽象的概念具体化．运用这一简单的模型分析并论证了电磁场具有能量和动量，且可与机 械动能和动量相互转换，在转换过程中遵循守恒定律． 关键词：电磁场；能量；动量；平行板电容器 中图分类号：O441．3 文献标识码：A 文章编号：1000．5137(2006)06-0049-04 0 引 言 天线辐射电磁波，电磁能量随着电磁波的传播不断地从天线传向远方．电磁场作用于接收天线的自 由电荷，引起天线上的电流，电磁波的一部分能量即转化为接收系统上的电磁能量．在空间各点上，用接 收器都可以接收到电磁波的能量．电磁场具有能量，而且可以和其他形式的能量相互转换 I2J．那电磁 场有没有动量?是否也可以互相转化?不同于一般的实物，由于电磁场的概念比较抽象，初学者对于电 磁场的能量理解不深，对于电磁场的动量更是难理解．物理工作者对此的相关研究见文[3，4]． 世界是客观存在的物质世界，作为物质的一种特殊形态——电磁场，它当然也应该遵循自然界一切 物质运动的普遍法则——能量守恒和动量守恒定律 ]．本文即研究一导体棒在处于匀强磁场中的平行 板电容器内的运动这一非常简单常见的物理模型．通过定性分析和较简单的定量计算 ，论证电磁场具有 能量和动量，它们不仅可以与机械动能和动量相互转换，而且在转换过程中确实满足能量守恒和动量守 『 恒定律．这一模型让初学者对电磁场的能量和动量有一个简单、直观的感受，从而能更好地理解电磁场 及它的这两个重要物质属性． 1 匀强磁场中的平行板电容器 × × × × × × +D 一 个电容量为 C，两导体板相距为 ～ × × × × l × × 的平行板电容器，处在匀强磁场中．磁场的 埘 E 方向与导体板平行，大小为 ．将平行板 × × × × r × × 电容器充电，使两极板所带的电量为 Q0． 一Q 然后将一质量为rf,／，电阻为 R，长度为 × × × × 的导体棒垂直放在 电容器的两板之间 图1 匀强磁场中的平行板电容器 (如图1)． 收稿 日期：2006．0630 基金项目：上海市教委电磁学课程建设项目(K135)． 作者简介：黄辉(1982一)，男，上海师范大学课程与教学论硕士研究生；朱炯明(1948一)，男，上海师范大学数理信 息学院教授． 维普资讯 上海师范大学学报(自然科学版) 2006拄 开始的瞬间，导体棒中有电流 ，o=警=， 受到安培力 ，0= 的作用开始加速运动，初始加速度为 BLQ0 口o 。