物理人教版高中选修3-4电磁波的发现教案

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电磁波的发现

一、 教材背景分析

1、 教材的地位和作用以及学情

① 教材地位 从理论上说，电磁学的核心内容就是电磁场的概念和麦克斯韦方程组，但这些内容非常抽象，在中学阶段还没有很好的办法让学生接受，只能要求学生对电磁场理论有一个初步的定性的了解。教科书突出了电磁场理论中

最核心的内容： 变化的电场产生磁场， 变化的磁场产生电场；变化的电场和磁场交替产生传播出去形成电磁波。

② 作用 电磁场理论建立的历史过程是对我们有极大启发的激动人心的过程，适当介绍这一历史过程对学生有教育作用，在思想方法上也会受益。首先让学生体会麦克斯韦电磁场理论的基本思想在物理学发展中的理论意义；其次是体会科学家研究物理问题的思想方法，例如联想、推理、类比、对称等；还要了解赫兹实验在物理学发展中的贡献以及用实验来验证理论的方法。

③ 学情分析 这一节的只是对学生而言是比较抽象的，学习起来有一定的难度。对麦克斯韦电磁场理论不要求大量的展开，要突出电磁波形成的条件和背景。

2、教学重点与难点

重点：麦克斯韦电磁场理论。

难点：对电磁波与机械波的异同认识不清。

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【理论依据】作为电磁学的奠基人之一，麦克斯韦的电

磁场理论是电磁学的核心内容。因此学生

对麦克斯韦电磁场理论的掌握对以后电磁

学其它部分的学习有很大的帮助。

二、教学目标

1、知识与技能：

① 了解发现电磁波的历史背景，知道麦克斯韦对电磁学的伟大贡献。

② 了解麦克斯韦电磁场理论的主要观点，知道电磁波的概念及通过电磁波体会电磁场的物质性。

2、过程与方法：

体验赫兹证明电磁波存在的实验过程及实验方法，领会物理实验对物理学发展的基础意义。

3、情感态度与价值观：

领会发现电磁波的过程中所蕴含的科学精神和科学研究方法。

三、 教法选择和学法指导

启发诱导法、类比法

【理论依据】提出问题，解决问题，在解决问题的过程中掌握科学的方法和物理的魅力，这是新课程的要求，也是物理教学的好方法。教师提出问题，并引导学生利用以前学过的

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知识来解决问题。

四、 教学基本流程设计

内容 目的

引入新课 通过对机械波的形成及机械波的性质的复习对

电磁波的学习形成铺垫。

课前预习 让学生通过自己看书回答老师提出的问题，初步

了解电磁波的发现过程。

伟大的预 通过对麦克斯韦电磁理论的提出过

程的学习体会合理预言在科学研究

言

中的巨大作用，引入电磁波的概念。

使学生明白电磁波与机械波的异

进行新课 电磁波 同，体会电、磁、光在本质上的统

一性。

赫兹的电 验证麦克斯韦预言的正确性，使学

生体会实验在物理学发展中的重要

火花

作用。

课堂练习 通过练习加深对麦克斯韦电磁理论的理解。

归纳小结 对本节所学知识进行整理回顾，加深印象。

作业布置 进一步巩固本节课知识

五、 教学过程

环 教学内容

节 设计意图

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通过前面机械波的学习， 我们对机

械波有了一定的了解， 请同学们会议有

关机械波的知识。

问：机械波是如何形成的？

答：波源产生振动， 通过介质将波

源的振动形式向外传播形成机械波。 通过对机械

引

问：机械波有哪些性质？ 波知识的复

入

答：机械波具有干涉、 衍射、反射、 习 为 本 节 课

新

折射等性质。 电磁波的学

课

上一章我们提到“光是一种电磁 习做好铺垫。

波”，电磁波于我们的生活息息相关。

问什么电磁波能得到这样广泛的应

用？它与机械波有何不同？我们将在

这节课里学习电磁波被发现历史， 进而

研究它的主要特征。

让学生通过看书回答以下问题： 通过预习初

1、 麦克斯韦关于电场和磁场的 步

了 解 电 磁

课

预言是什么？ 波的发现过

前

答：变化的电场产生磁场，变化 程，并记下自

预

的磁场产生电场。 己的疑问，使

习

2、 麦克斯韦的关于光的本质的 自

己 听 讲 时

预言是什么？ 更有针对性。 -**

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答：从本质上来说，光是一种电

磁波。

3、 赫兹的实验在电磁学的发展

过程中有什么作用？

答：赫兹的实验验证了电磁波的

存在，并精确的测定了电磁波在

真空中的速度等于光速，证实了

麦克斯韦的预言。也为后来无线

电技术的发展开辟了道路。

1、 伟大的预言 1、从学生已

① 变化的磁场产生电场 经学过的知

问：通过 3-2 电磁感应的学习我们 识入手，步步

知道，闭合线圈中的磁通量发生变化就 推理，体会麦

能产生感应电流， 可是为什么会有感应 克斯韦的推

进

电流呢？自由电荷是如何定向移动的 理过程。

行

2、通过自然

呢？

新

答：有感应电流存在说明在线圈的 界的对称性

课

周围存在感应电场， 自由电荷在感应电 与和谐型，引

场的作用下做定向移动。 导学生推测

问：如果回路不闭合，线圈中有感 既然变化的

应电流吗？有感应电动势吗？有电场 磁场能产生

吗？ 电场，变化的

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答：没有感应电流，在感应电动势 电场也同样

和感应电场依然存在。 能产生磁场。

问：如果空间没有线圈，还会有感 3、通过对赫

应电场吗？ 兹的电火花

答：有。 实验的分析

麦克斯韦在对法拉第、安培、奥斯 使学生了解

特、库仑等科学家的研究成果进行了大 实验对物理

量的分析、 计算的基础上， 加以自己的 发 展 的 巨 大

推理、猜想，大胆的预言： 即使变化的 作用，同时由

磁场周围没有闭合回路， 同样也会有磁 于 此 实 验 证

场，也就是说，变化的磁场产生电场， 实了麦克斯

但这个电场与我们前面所学的静电场 韦的预言，也

是有区别的，它是一种涡旋电场。 让学生明白

② 变化的电场产生磁场 合 理 的 猜 测

我们知道自然规律存在着对称性与 预言对物理

和谐性。麦克斯韦认为电与磁也是对称 发展的作用，

的、统一的。 既然变化的磁场能产生电 而 合 理 的 猜

场，那么变化的电场就一定能产生磁 测要靠对生

场，。这个假说是基于麦克斯韦对自然 活的敏锐观

规律的洞察力提出的，是具有创造性 察和非凡的

的。 数学功底做

问：教科书中提出：“如果在空间某 后盾，体现学

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区域中有均匀变化的电场， 那么⋯⋯这 科 之 间 的 紧

个变化的电场就在空间激发变化的磁 密联系。

场⋯⋯空间可能存在电磁波。 ”为什么

要“周期性变化”呢？

师：这也是麦克斯韦在当时的大胆

猜想。可以由前面所学的知识类比理

解。由 E 可知，均匀变化的磁场周

t

围产生的是均匀变化的电场， 这个电场不能再激发磁场，所以不会有电磁波。反之，如果磁场是周期性变化的， 那么它所激发的电场必定也是周期性变化的，这个周期性变化的电场再激发周期

性变化的磁场⋯⋯， 如此循环下去， 就形成了电磁波。

由此，麦克斯韦的电磁场理论可以

概括为：

A． 变化的磁场激发电场， 变化的

电场激发磁场；

B． 均匀变化的磁场激发恒定的

电场，均匀变化的电场激发恒定

的磁场；

C． 周期性变化的磁场激发周期 学习参考 -**

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性变化的电场，周期性变化的电

场激发周期性变化的磁场；

D． 变化的电场和磁场交替激发，

形成一个不可分割的统一体，由

近及远向外传播，形成电磁波。

2、 电磁波

看课本 14.1-3 图，观察并回答问题

①电场和磁场的方向有什么关系？它们与波的传播方向有什么关系？说明电磁波是横波还是纵波？

答：电场方向、 磁场方向与波的传播方向两两垂直，说明电磁波是横波。

② 电场强度最大的位置， 磁感应强度的值是怎么样的？

答：磁感应强度最大。

麦克斯韦经过分析和计算， 发现电磁波在真空中的传播速度等于光速， 所以推测光也是一种电磁波， 也遵循波的传播规律，即：

① 电磁波在真空中的传播速度等

于光速，光是一种电磁波；

② 电磁波的波速、 波长和频率的关

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