2020高中物理学奥林匹克竞赛
电磁学篇[基础版] （含往年物理竞赛真题练习）
二、电磁场的能量密度与能流密度表达式
1. 能量密度Байду номын сангаас
电场
we
1 E 2
2
磁场
wm
1 H 2
2
电磁场
w
we
wm
1 2
E 2
H 2
电磁波所携带的能量称为辐射能.
2. 能流密度(又叫辐射强度) 单位时间内通过垂直于传播方向的单位面积 的辐射能量(S)
步辐射。
五、电磁场是物质的一种形态
能量和动量都是物质运动的量度 运动是物质存在的形式 电磁场具有能量和动量，它是物质的一种形态。
由上式可以判定S垂直导体表 面,且指向导体内部.
Z
E SH a
I
(2) 导体表面处
H
I
2a
e
S
EH
I2R
n
2al
E
IR
k
l
S沿表面的负法 向,即指向轴心
对于长 l 的导体,单位时间内通过表面积 Ａ=2al 输入的电磁能量为
S dA
I2R
2al
I2R
A
2al
三、电磁场的动量
S wv 1 E 2 H 2 v 2
v 1
E H
S EH
能流密度矢量 坡印廷矢量 S E H
E
H
S
w
对于振荡电偶极子辐射波,可导出(自证推导) 平均能流密度（辐射强度）:
S
p0 4 sin2
24 2 r 2v
上式表明:
1) 辐射具有方向性
2) S与4成正比
例 圆柱形导体,长为l,半径为a,电阻为
相对论中 E 2 P 2c2 m02c4
真空中平面电磁波，其单位体
dp 1 dW w
积的动量（动量密度）大小：
g dV c
V
c
w S 1 ( EH ) cc
g
w c
0E2
c
1 c2
(EH )
动量为矢量，故
g
1 c2
E
H
1 c2
S
电磁波在物体表面反射或被吸收时必定产生压 强称为辐射压强。
R,通有电流I,证明（国赛冲刺模拟练习）Z
1)在导体表面上,坡印廷
矢量S处处垂直导体表
面并指向导体内部.
2)沿导体表面的坡印廷矢
l
量的面积分等于导体内
a
产生的焦耳热功率I2R.
I
解: (1) 在圆柱表面上,电场强度E 即为电流流动方向(沿Z轴)
磁场强度H与电流I构成 l
右螺旋关系(e方向)
S EH
四、同步辐射
在回旋加速器的磁场中
v
作圆周运动的质子或电子就 要产生强烈的辐射，这时由
a
S的角分布 加速器提供给粒子的能量将 有一部分转变为辐射能。当
B
粒子的速度接近光速时粒子
辐射的能流密度的角分布形
作匀速率圆周电荷 的同步辐射运动
成一个指向前方的锥形瓣， 随粒子运动，象一个转动的
探照灯束，这种辐射称为同