高中物理《電磁場和電磁波》教學設計

2024-12-02 教學設計

　　作為一名為他人授業(yè)解惑的教育工作者，總不可避免地需要編寫教學設計，教學設計是把教學原理轉(zhuǎn)化為教學材料和教學活動的計劃。那么優(yōu)秀的教學設計是什么樣的呢？下面是小編整理的高中物理《電磁場和電磁波》教學設計，僅供參考，大家一起來看看吧。

　　高中物理《電磁場和電磁波》教學設計 1

　　一、導引

　　人類認識客觀世界，發(fā)現(xiàn)新的事物，常有二種方式，一種是從生產(chǎn)實踐，科學實驗中觀察分析后發(fā)現(xiàn)新的事物，另一種是從科學理論出發(fā)，預言新的事物存在，電磁波的發(fā)現(xiàn)，屬于后一種。麥克斯韋從電磁場理論出發(fā)，運用了較為深奧的數(shù)學工具，得到了描述電磁場特性的規(guī)律，并預言了電磁波的存在。10年后，他的學生赫茲用實驗方法證實了麥克斯韋的偉大預言，發(fā)射并接收了電磁波，從而開創(chuàng)了無線電技術的新時代。

　　我們現(xiàn)在粗略地介紹了一下麥克斯韋的這個理論。

　　二、授課

　　1.麥克斯韋的理論要點一，變化的磁場產(chǎn)生電場

　　演示實驗

　　當穿過螺線管的磁場隨時間變化時，上面的線圈中產(chǎn)生感應電動勢，引起感應電流使燈泡發(fā)光。

　　(1)線圈中產(chǎn)生感應電動勢說明了什么？

　　麥克斯韋認為變化的磁場在線圈中產(chǎn)生電場，正是這種電場(渦旋電場)在線圈中驅(qū)使自由電子做定向的移動，引起了感應電流。

　　(2)如果用不導電的塑料線繞制線圈，線圈中還會有電流、電場嗎？

　　引導學生思考后回答，有電場、無電流。

　　(3)想象線圈不存在時線圈所在處的空間還有電場嗎？(有)

　　(4)總結說明，麥克斯韋認為線圈只不過用來顯示電場的存在，線圈不存在時，變化的磁場同樣在周圍空間產(chǎn)生電場，即這是一種普遍存在的現(xiàn)象，跟閉合電路是否存在無關。

　　2.變化的'電場產(chǎn)生磁場

　　我們知道，電流周圍存在著磁場，麥克斯韋研究了電現(xiàn)象和磁現(xiàn)象的相似和聯(lián)系。經(jīng)過反復思考提出一個假設，變化的電場產(chǎn)生磁場。

　　這一點，我們從哲學上知道，事物之間是相互聯(lián)系的，可以相互轉(zhuǎn)化。

　　比如根據(jù)麥克斯韋的理論，在給電容器充電的時候，不僅導體中電流要產(chǎn)生磁場，而且在電容器兩極板間周期性變化著的電場周圍也要產(chǎn)生磁場。

　　3.電磁場、電磁波

　　(1)概念

　　麥克斯韋根據(jù)自己的理論進一步預言，如果在空間某域中有周期性變化的電場，那么，這個變化的電場就在它周圍空間產(chǎn)生周期性變化的磁場，這個變化的磁場又在它周圍空間產(chǎn)生新的周期性變化的電場……�？梢姡兓碾妶龊妥兓拇艌鍪窍嗷ヂ�(lián)系的，形成一個不可分離的統(tǒng)一體，這就是電磁場，這種變化的電場和變化的磁場總是交替產(chǎn)生，并且由發(fā)生的區(qū)域向周圍空間傳播。見課本6-7圖，電磁場由發(fā)生區(qū)域向遠處的傳播就是電磁波。

　　(2)電磁波的特點

　�、偈菣M波

　　②是物質(zhì)波，真空中也能傳播，能獨立存在(與機械波不同)

　�、劬哂蟹瓷�、折射、干涉、衍射等波的一切特性

　�。�3）波速公式c＝λf

　　c為真空中速度，電磁波在真空中速度等于光速。

　　無線電技術中使用的電磁波叫無線電波，見課本表格介紹。

　　三、擴展

　　麥克斯韋的電磁場理論三點

　　1.變化的磁場能夠在周圍空間產(chǎn)生電場，變化的電場能夠在周圍空間產(chǎn)生磁場。

　　2.均勻變化的磁場，產(chǎn)生穩(wěn)定的電場，均勻變化的電場，產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場。這里的“均勻變化”指在相等時間內(nèi)磁感應強度(或電場強度)的變化量相等，或者說磁感應強度(或電場強度)對時間變化率一定。

　　3.不均勻變化的磁場產(chǎn)生變化的電場，不均勻變化的電場產(chǎn)生變化的磁場

　　4.振蕩的(即周期性變化的)磁場產(chǎn)生同頻率的振蕩電場，振蕩的電場產(chǎn)生同頻率的振蕩磁場。

　　5.變化的電場和變化的磁場總是相互聯(lián)系著，形成一個不可分離的統(tǒng)一體，這就是電磁場，向周圍空間傳播這就是電磁波。

　　四、學生活動設計

　　通過觀察試驗，發(fā)揮想象能力，畫出變化磁場產(chǎn)生的電場的電場線。2.總結機械波與電磁波的聯(lián)系與區(qū)別

　　五、板書設計

　　電磁場和電磁波

　　麥克斯韋電磁場理論

　　1.變化的磁場產(chǎn)生電場

　　2.變化的電場產(chǎn)生磁場

　　3.電磁場→傳播→電磁波

　　高中物理《電磁場和電磁波》教學設計 2

　　教學目標

　�。ㄒ唬┲R與技能

　　1.知道麥克斯韋電磁場理論的兩個基本觀點：變化的磁場產(chǎn)生電場，變化的電場產(chǎn)生磁場。

　　2.知道電磁場在空間傳播形成電磁波以及電磁波的特點。

　　3.知道赫茲實驗及其重要意義。

　　（二）過程與方法

　　通過對電磁波發(fā)現(xiàn)過程的了解，認識規(guī)律的普遍性與特殊性，培養(yǎng)學生的邏輯推理和類比推理能力。

　�。ㄈ┣楦�、態(tài)度與價值觀

　　培養(yǎng)學生崇尚科學、獻身科學的精神。

　　教學重點

　　變化的磁場產(chǎn)生電場。

　　教學難點

　　變化的電場產(chǎn)生磁場。

　　教學方法

　　演示推理和類比推理

　　教學用具：

　　學生電源一臺，電磁鐵一塊，多匝線圈、燈座、小燈泡各一個，導線若干

　　教學過程

　　（一）引入新課

　　師： “神舟六號”上天后，怎樣與地面上的人聯(lián)系呢？

　　生：無線電波。

　　師：無線電廣播、電視、人造衛(wèi)星、導彈、宇宙飛船等，傳遞信息和跟地面的聯(lián)系都要利用電磁波�，F(xiàn)代社會的各個部門，幾乎都離不開“電磁波”， “電磁波”就是現(xiàn)代文明的神經(jīng)中樞。

　　那么，電磁波是什么？它是怎樣產(chǎn)生的？它有什么性質(zhì)？怎樣利用它傳遞信號？這一章就要討論這些問題。今天我們就從電磁波的發(fā)現(xiàn)開始學習。

　�。ǘ┻M行新課

　　1.偉大的預言

　　（教師首先向?qū)W生介紹麥克斯韋的生平簡介，激發(fā)學生的好奇心和求知欲。）

　　麥克斯韋（James Clark Mexwell，1831~1879）是英國的理論物理學家、數(shù)學家。1831年6月13日生于英國愛丁堡。他的父親是一個科學家，他從小就受到科學的熏陶，15歲時向英國皇家學會遞交數(shù)學論文，發(fā)表在《愛丁堡皇家學會學報》上，第一次顯露出他出眾的才華。1847年，考入愛丁堡大學學習數(shù)學和物理學。1850年轉(zhuǎn)入劍橋大學，1854年畢業(yè)后留校工作，1856~1865年，他先后在阿丁見大學和倫敦皇家學院任教。1871年，麥克斯韋任劍橋物理實驗室主任，1874年，他主持建立的卡文迪許實驗室竣工，任該實驗室首任主任。1879年11月5日，麥克斯韋在劍橋逝世。

　　麥克斯韋在電磁場理論方面的工作深受法拉第的影響.他信服法拉第的思想，決心為法拉第的場的概念提供數(shù)學方法的基礎。尤其是他在倫敦皇家學院任教期間，有機會拜訪了法拉第以后，更加強了他的這種信念.年輕的麥克斯韋以他卓越的數(shù)學才能和嚴密的邏輯推理，對法拉第的直觀形象的電磁場理論加以高度概括，并總結了當時電磁學的研究成果，建立了電磁場方程，確立了電磁場理論。

　　師：我們現(xiàn)在粗略地介紹一下麥克斯韋的電磁場理論。

　　變化的磁場產(chǎn)生電場

　　2、演示實驗

　　裝置如圖所示，當穿過螺線管的磁場隨時間變化時，上面的線圈中產(chǎn)生感應電動勢，引起感應電流使燈泡發(fā)光。

　�。厶岢鰡栴}］小燈泡為什么能發(fā)光？

　�。蹖W生回答］由于交變電流產(chǎn)生的磁場在不斷變化，所以穿過線圈的磁通量不斷變化，在線圈中產(chǎn)生感應電動勢，形成感應電流，小燈泡發(fā)光。

　　［繼續(xù)提問］電路（線圈）中的電荷為什么能夠定向移動呢？

　　［學生回答］受電場力。

　�。劢處熆偨Y］麥克斯韋認為變化的磁場在空間產(chǎn)生電場。電路中的自由電荷就是在這個電場的作用下做定向運動，產(chǎn)生了感應電流。

　�。塾懻摚荩�1）如果用不導電的塑料線繞制線圈，線圈中還有電流、電場嗎？

　　（2）如果線圈不存在，線圈所在處的空間還有電場嗎？

　　麥克斯韋認為線圈只不過用來顯示電場的存在，線圈不存在時，變化的磁場同樣在周圍空間產(chǎn)生電場，這是一個普遍規(guī)律，跟閉合電路是否存在無關（如圖甲、乙所示）。

　　我們可以很自然的提出一個假設：變化的磁場產(chǎn)生電場。

　　說明：在變化的磁場中所產(chǎn)生的電場的電場線是閉合的；而靜電場中的電場線是不閉合的。

　　變化的電場產(chǎn)生磁場

　　師：麥克斯韋根據(jù)電現(xiàn)象與磁現(xiàn)象的'相似性和變化的磁場能產(chǎn)生電場的現(xiàn)象，提出了另一個大膽的假設：變化的電場也能產(chǎn)生磁場。

　　教師點撥：這個假設沒有直接的實驗做基礎，它出于對自然規(guī)律的洞察力，是很大膽的，但卻更有創(chuàng)造力。

　　師：根據(jù)這兩個基本論點，麥克斯韋推斷：如果在空間某區(qū)域中有周期性變化的電場，那么，它就在空間產(chǎn)生周期性變化的磁場，這個變化的磁場又在它周圍空間產(chǎn)生新的周期性變化的電場……變化的電場和變化的磁場是相互聯(lián)系著的，形成不可分割的統(tǒng)一體，這就是電磁場。

　　2.電磁波

　　師：機械振動在介質(zhì)中的傳播形成機械波，電磁場在空中的傳播會形成什么？

　　生：電磁場在空中傳播形成電磁波。

　　師：機械波有橫波和縱波之分，且能夠傳遞能量；能發(fā)生反射、折射、干涉和衍射；靠介質(zhì)傳播，波速v=λf。

　　類比機械波的特點，學生討論電磁波具有的特點。

　　師生共同得到電磁波的特點：

　�。�1）電磁波中的電場和磁場互相垂直，并且都與波的傳播方向垂直，即電磁波是橫波。光是一種電磁波。在前面學習的光的偏振現(xiàn)象已經(jīng)證明了這一點。如上圖所示。

　�。�2）電磁波可以在真空中傳播，向周圍空間傳播電磁能，在傳播過程中，電磁波能發(fā)生反射、折射、干涉和衍射。

　　（3）三個特征量的關系：v=λf。在真空中v=3.0x108 m/s。

　　師：麥克斯韋電磁場理論的建立具有偉大的歷史意義，足以根牛頓力學體系相媲美，它是物理學發(fā)展史中的一個劃時代的里程碑。

　　3.赫茲的電火花

　　師：麥克斯韋的電磁場理論還只是一個預言。還有待于科學實驗的證明。是赫茲把這個天才的預言變成了世人公認的真理。

　�。ㄒ龑W生教材，了解赫茲證實電磁波存在的探索歷程）

　　教師可以向?qū)W生介紹赫茲的生平簡介（見附錄），激發(fā)學生求知上進的熱情，對學生進行物理情感教育。

　�。ㄈ┱n堂總結、點評

　　本節(jié)主要學習了麥克斯韋電磁場理論的主要內(nèi)容。知道了麥克斯韋電磁場理論的兩大支柱：變化的磁場產(chǎn)生電場，變化的電場產(chǎn)生磁場。還知道了變化的電場和磁場相互聯(lián)系，形成一個統(tǒng)一的場，即電磁場。電磁場由發(fā)生區(qū)域向遠處的傳播形成電磁波。電磁波中的電場與磁場相互垂直，且二者均與波的傳播方向垂直，即電磁波是橫波。

　　課余作業(yè)

　　完成P79“問題與練習”的題目。

　　高中物理《電磁場和電磁波》教學設計 3

　�。ㄒ唬┙虒W目的

　　1.常識性了解電磁波，知道電磁波的頻率、波長的概念。

　　2.記住電磁波的傳播速度。

　�。ǘ┙叹�

　　水，水槽，水木棍，麻繩，電池，半導體收音機，鋼銼，導線。

　�。ㄈ┙虒W過程

　　1.復習

　　我們生活在一個充滿聲音的世界里，人們通過聲音（如語言、音樂等）交流思想、表達感情。如家長的教誨、教師的授課可以增長我們的知識；優(yōu)美動聽的音樂可以陶冶人的情操、給人以美的享受。聲音是傳遞信息的一種重要方式，幫助我們了解世界。

　　通過我們在初中二年級學習過的聲現(xiàn)象的有關知識，可以知道：一切正在發(fā)聲的物體都在振動；我們聽到的聲音通常是靠空氣傳的；聲波在空氣中的傳速度大約是340米/秒。

　　在前面我們還學習過電話，電話的話筒能把聲音振動轉(zhuǎn)化為強弱變化的電流，電流流經(jīng)聽筒，聽筒又能把它轉(zhuǎn)化為振動，使人聽到聲音。

　　2.引入新課

　　飛機上的飛行員與地面指揮員的對話不用電線；我們每天聽收音機或看電視，也沒有電線直接通向電臺或電視臺�？梢�，這些都不是用電線來傳播電信號的，我們稱作“無線電通信”。那么，無線電通信是怎樣傳輸信號的呢？今天我們就來學習這方面的簡單知識。

　　3.進行新課

　　板書：第一節(jié)電磁波

　　(1)演示實驗

　�、偈殖中∧竟�，讓木棍下端接觸水槽水面，使同學們看到，水面上有一圈圈凸凹相間的狀態(tài)從木棍接觸水面處向外傳播，形成了水波。

　�、谝舨妫ɑ蚱渌l(fā)聲體）振動時，在空氣中會有疏密相間的狀態(tài)向外傳播，形成聲波。聲波看不見，摸不到，但聲波傳到我們的耳朵，會引起鼓膜振動，使我們產(chǎn)生聽覺。

　　總結以上實驗（和其他事例）得出結論：

　　板書：波是自然界普通存在的現(xiàn)象

　　(2)電磁波

　　板書：當導體中有迅速變化的電流時，會向周圍空間發(fā)射電磁波。

　　電磁波看不到，摸不著，我們可以通過實驗來間接觀察它的存在。

　　演示課本上圖13—2的實驗，實驗后讓學生閱讀課本上“實驗”后的兩個自然段，再提出以下問題讓學生回答。

　　①為什么會發(fā)生這種現(xiàn)象？

　�、谂e出日常生活中發(fā)生的類似的現(xiàn)象。

　　教師歸納小結，講解電磁波的初步知識，并說明間接觀察是物理學常用的研究方法（如借助小磁針可以間接地研究磁場）。

　　(3)電磁波的頻率和波長

　　講解課本圖13—3水波在1秒內(nèi)傳播的波形圖，結合小木棍振動時產(chǎn)生水波的演示實驗說明：

　�、俨ǚ迮c波谷的概念；

　　②在1秒內(nèi)出現(xiàn)的波峰數(shù)（或波谷數(shù)）叫水波的頻率；頻率的單位叫做赫茲，簡稱赫。常用的頻率單位是千赫和兆赫。

　　板書：1千赫=103赫，1兆赫=106赫

　�、鄄ㄩL與波速的概念；

　�、芊治龅贸觯翰ㄋ倥c波長和頻率的關系。

　　板書：波速=波長x頻率

　　類似于水波，電磁波也有自己的頻率和波長，也同樣可以用波形圖來描述，講解課本圖13—4頻率不同的電磁波的波形圖。需要說明以下二點：

　�、匐姶挪ǖ念l率等于產(chǎn)生電磁波的振蕩電流的頻率。

　　②電磁波頻率、波長與波速的關系。

　　板書：對電磁波同樣有波速=波長x頻率

　　電磁波在空間是向各個方向傳播的，德國物理學家赫茲用實驗證實，電磁波的傳播速度等于光速。

　　板書：電磁波在真空中的傳播速度與光速相同，是3x108米

　　注意：不同頻率（或不同波長）的電磁波的傳播速度都相同，所以頻率較大的電磁波，波長較短。

　　例：我國第一顆人造地球衛(wèi)星采用20.009兆赫和19.995兆赫的頻率發(fā)送無線電信號，這兩種頻率的電磁波的波長各是多少？（光速為2.9979x108米/秒）

　�。ù鸢福翰ㄩL分別為14.983米和14.993米）

　　由于電磁波的頻率和波長各不相同，所以在我們周圍空間里存在著形形色色的電磁波。按照課本上的圖表，介紹無線電通信所用的電磁波（也叫無線電波）的幾個波段。

　　4.小結（略）

　　5.想想議議：教師演示并提出問題。

　　打開半導體收音機，調(diào)到一個沒有電臺的地方，使收音機收不到電臺的廣播。然后開大音量，讓收音機靠近220伏特的交流電線，從收音機會聽到“雜音”。這是為什么？

　　6.布置作業(yè)

　　(1)閱讀課本上的閱讀材料：無線電波的傳播途徑。

　　(2)閱讀本節(jié)教材。

　�。ㄋ模┱f明

　　1.本節(jié)內(nèi)容知識多，范圍廣，要注意掌握教學要求，使初中學生常識性了解電磁波的有關知識，如波長、頻率、波速等。有些知識只宜點到為止，不能求深求全。

　　2.用“類比”水波的辦法通俗講解波的形成和波長、頻率、波速的概念；用半導體、鋼銼、電池、導線演示電磁波的存在是本節(jié)教學的關鍵。

　　注：本教案依據(jù)的教材是人教社初中物理第三冊。

　　高中物理《電磁場和電磁波》教學設計 4

　　【學習目標】：

　　1.了解電磁波的發(fā)現(xiàn)背景

　　2.偉大的預言

　　3.知道麥克斯韋電磁理論及電磁場和電磁波

　　【自主學習】：

　　麥克斯韋(James Clerk Maxwell，1831-1879)，英國物理學家，經(jīng)典電磁理論的奠基人.1831年6月13日出生于愛丁堡.1847年入愛丁堡大學聽課，專攻物理.他很重視實驗，涉獵電化學、光學、分子物理學以及機械工程等等.他說：把物理分析和實驗研究聯(lián)合使用得到的物理科學知識，比之一個單純的實驗人員或單純的物理家所具有的知識更加堅實、有益而牢固. 1850年考入劍橋大學，1854年以優(yōu)異成績畢業(yè)并獲得了學位，留校工作.1856年起任蘇格蘭阿伯丁的馬里沙耳學院的自然哲學講座教授，直到1874年.經(jīng)法拉第舉薦，自1860年起任倫敦皇家學院的物理學和天文學教授.1871年起負責籌劃卡文迪什實驗室，隨后被任命在劍橋大學創(chuàng)辦卡文迪什實驗室并擔任第一任負責人.1879年11月5日麥克斯韋因患癌癥在劍橋逝世，終年僅48歲.

　　【課堂點撥與交流】

　　一、電磁波的發(fā)現(xiàn)

　　1、電磁波的發(fā)現(xiàn)背景

　　A、麥克斯韋---科學神童

　　B、法拉第對麥克斯韋的激勵

　　C、前人的工作成果

　　2、偉大的預言

　　A、變化的磁場產(chǎn)生電場------電磁感應現(xiàn)象

　　B、假設-----變化的電場會產(chǎn)生磁場

　　C、預言電磁場的存在-----1864年，麥氏發(fā)表了電磁場理論，成為人類歷史上預言電磁波存在的第一人。

　　二、電磁場和電磁波

　　1.、麥克斯韋電磁場理論：

　　(1).變化的磁場產(chǎn)生電場

　　(2).變化的電場產(chǎn)生磁場

　　2、電磁波

　　例：電流隨時間變化的規(guī)律如下列圖所示，能發(fā)射電磁波的是( )

　　A、電磁波與機械波的區(qū)別

　　B、電磁波的速度---光速!

　　C、光是一種電磁波

　　3、赫茲實驗

　　赫茲證實：(1)電磁場、電磁波的存在。

　　(2)電磁波能反射、折射、干涉、衍射和偏振等現(xiàn)象，證明了電磁波與光具有相同的性質(zhì)。

　　一天，赫茲在一間暗室里做實驗。他在兩個相隔很近的金屬小球上加上高電壓，隨之便產(chǎn)生一陣陣噼噼啪啪的火花放電。這時，在他身后放著一個沒有封口的圓環(huán)。當赫茲把圓環(huán)的開口處調(diào)小到一定程度時，便看到有火花越過縫隙。通過這個實驗，他得出了電磁能量可以越過空間進行傳播的結論。赫茲的發(fā)現(xiàn)公布之后，轟動了全世界的科學界，1887年成為了近代科學技術史的一座里程碑，為了紀念這位杰出的科學家，電磁波的單位便命名為-赫茲(Hz)。

　　赫茲實驗的意義：

　　赫茲的發(fā)現(xiàn)具有劃時代的意義，它不但證明了麥克斯韋理論的正確，更重要的是導致了無線電的誕生，開辟了電子技術的'新紀元，標志著從有線電通信向無線電通信的轉(zhuǎn)折點。也是整個移動通信的發(fā)源點，應該說，從這時開始，人類開始進入了無線通信的新領域。

　　電磁波成果：

　　無線電報(1901)廣播(1906)電話(1916)傳真(1923)電視(1929)微波(1933)雷達(1935)衛(wèi)星通訊電子計算機因特網(wǎng)等都與電磁波理論相關

　　有關趣聞

　　插曲：比赫茲實驗早七年，一位叫戴維的人也接收到了電磁波信號，他隨即向英國皇家協(xié)會會長G斯托克斯匯報，但斯托克斯認為這只是普通的電磁感應現(xiàn)象，戴維過于迷信權威，對于這一天賜良機未與重視，使發(fā)現(xiàn)被埋沒了。

　　【課堂練習】

　　1、按照麥克斯韋的電磁場理論，以下說法中正確的是( )

　　A、磁場在周圍一定產(chǎn)生電場

　　B、電場在周圍一定產(chǎn)生磁場

　　C、變化的磁場在周圍產(chǎn)生電場

　　D、變化的電場在周圍產(chǎn)生磁場