高中物理-电磁场和电磁波教案

高中物理-电磁场和电磁波教案

教学目标

1．知道麦克斯韦电磁场理论的主要内容。

2．知道电磁波的特点。

3．通过对电磁波发现过程的了解,认识规律的普遍性与特殊性,培养学生的逻辑推理和类比推理能力。

重点难点

重点：

1．麦克斯韦电磁场理论的主要内容

2．电磁波的形成及基本特点

难点：“变化的磁场产生电场”,根据电磁感应知识,学生是能够理解的；而对第二个要点“变化的电场产生磁场”在没有实验基础的情况下,只有让学生接收并记住结论,不宜补充课本之外的有关内容。

设计思想

本节课讲述了麦克斯韦发现电磁波的背景和过程,这是一次生动的科学思维和科学方法的教育.麦克斯韦凭借自己的数学天赋,从研究法拉第的电磁感应定律到预言“电磁波的存在”,最终建立了完整的电磁学理论.无处不体现着科学探索的精神和方法,更在无形中渗透着创新思维在科学发展中的推动作用。

对学生来说本节内容是比较抽象的,陌生的,甚至是无法感知的.对电磁波的产生机制及存在充满好奇又觉得非常神秘不易理解.所以我们必须去引导学生了解人们对电磁波认知的发展历程,从麦克斯韦预言“电磁波的存在”到赫兹用“电火花实验”证实预言的成立.在学生整体感知的过程中引导学生体会这些科学巨人们的思路、方法及他们一丝不苟的科学精神,并激发他们热爱科学、探索真理的求知热情。

教学资源演示实验相关器材,课件

教学设计

【课堂引入】

问题：大家看到的图片是“神舟九号”发射场面。“神舟九号”上天后,人们是怎样知道它到达预定的地点呢？

通过无线电波。

无线电广播、电视、人造卫星、导弹、宇宙飞船等,传递信息和跟地面的联系都要利用电磁波。现代社会的各个部门,几乎都离不开“电磁波”,可以说“电”作为现代文明的标志,“电磁波”就是现代文明的神经中枢,或者叫现代化的代名词。

那么,电磁波是什么？它是怎样产生的？它有什么性质？这一节就要讨论这些问题。

【课堂学习】

学习活动一：麦克斯韦电磁理论的两个基本假设

●变化的磁场产生电场

问题1：如图,AB中电流的方向是A→B,问为什么会有A到B的电流？

A→B电流形成的实质是导体中有电场,A→B电场产生的电场力使电荷发生了定向移动。问题2：如何才能使闭合金属圆环M中产生感应电流？

穿过闭合回路M的B发生变化。强调：在M环中产生感应电流的实质是环内产生了电场,电场驱使电子定向移动而产生了电流,电场的方向与电流方向相同。

演示实验：当穿过螺线管的磁场随时间变化时,上边的线圈中产生感应电动势,引起感应电流使灯泡发光。

问题3：线圈中产生感应电动势说明了什么？

变化的磁场在线圈中产生电场,正是这种电场(涡旋电场)在线圈中驱使自由电子做定向的移动,引起了感应电流。

问题4：如果用不导电的塑料线绕制线圈,线圈中还会有电流、电场吗？

有电场、无电流。

问题5：线圈不存在时线圈所在处的空间还有电场吗？(有)

总结说明：麦克斯韦认为线圈只不过用来显示电场的存在,线圈不存在时,变化的磁场同样在周围空间产生电场,即这是一种普遍存在的现象,跟闭合电路是否存在无关。麦克斯韦还指出：变化的磁场所产生的电场,是由磁场的变化情况决定的。如果磁场的变化是均匀的,即在相等的时间内磁感应强度的变化相等,产生的电场就是稳定的,即电场强度不随时间变化,如果磁场的变化是不均匀的,产生的电场就是变化的。

●变化的电场产生磁场

问题6：既然变化的磁场可以产生电场,那么变化的电场是否也可以产生磁场呢？

考虑到电现象和磁现象的对称性,麦克斯韦做出了肯定的回答。

演示实验：变化的电场周围小磁针发生摆动

总结说明：一个静止的电荷,它产生的是静电场,即空间各点的电场强度不随时间而变化,这个电荷一旦运动起来,电场就发生变化,即空间各点的电场强度将随着时间而变化。另一方面,运动的电荷在空间要产生磁场（磁现象的电本质：磁铁的磁场和电流的磁场一样,都是由电荷的运动产生的）。用场的观点来分析这问题,就可以说：这个磁场是由变化的电场产生的。例如在电容器充放电的时候,不仅导体中的电流产生磁场,两极板间的电场发生周期性的变化,这个周期性变化的电场也产生磁场,而且这个磁场跟假定两极板间存在电流时所产生的磁场是一样的。

变化的电场所产生的磁场,是由电场的变化情况决定的,如果电场的变化是均匀的,产生的磁场就是稳定的,如果电场的变化是不均匀的,产生的磁场就是变化的。

学习活动二：电磁场

总结上述两个结论,麦克斯韦认为,变化的电场和磁场是互相联系的,形成一个统一的电磁场。麦克斯韦根据自己的理论进一步预言,如果在空间某区域中有周期性变化的电场,那么,这个变化的电场就在它周围空间产生周期性变化的磁场,这个变化的磁场又在它周围空间产生新的周期性变化的电场……可见,变化的电场和变化的磁场是相互联系的,形成一个不可分离的统一体,这就是电磁场。电场和磁场只是这个统一的电磁场的两种具体表现。

学习活动三：电磁波

问题1：电磁波是如何形成的？

电磁场由近及远的传播就形成电磁波。

如图所示的振荡电路中有振荡电流时,会产生周期变化的电场和磁场,这种电场和磁场的变化是不均匀的,因而会激起电磁波向外传播。电磁波的周期和频率等于激起电磁波的振荡电流的周期和频率。

问题2：机械波有横波和纵波之分,且能够传递能量；能发生反射、折射、干涉和衍射；靠介质传播,波速v=λf。类比机械波的特点,电磁波有哪些特点？

（1）电磁波中的电场和磁场互相垂直,并且都与波的传播方向垂直,即电磁波是横波。光是一种电磁波。在前面学习的光的偏振现象已经证明了这一点。如上图所示。

（2）电磁波可以在真空中传播,向周围空间传播电磁能,在传播过程中,电磁波能发生反射、折射、干涉和衍射。

（3）三个特征量的关系：v=λf。在真空中v=3.0×108 m/s。

问题3：电磁波看不见摸不着,是谁首先用实验证实了电磁波的存在？

麦克斯韦的电磁场理论还只是一个预言。还有待于科学实验的证明。是赫兹把这个天才的预言变成了世人公认的真理。

演示实验：赫兹实验

赫兹（德）在麦克斯韦电磁场理论提出20年后,即在1888年第一次通过实验证实了电磁波的存在；并且,赫兹还测定了电磁波的波长、频率、传播速度,用实验证明了电磁波也能发生反射、折射、衍射、干涉等现象,从而充分证明了电磁波理论的正确性。同时,也为今后的无线

B B

E E