13.4 电磁波的发现及应用 教学设计

13.4电磁波的发现及应用
一、教材分析
“电磁波的发现及应用”是《普通高中教科书物理必修第三册》第十三章“电磁感应与电磁波初步”单元第4节的内容。课程标准要求为：通过实验，了解电磁波，知道电磁场的物质性。通过实例，了解电磁波的应用及其带来的影响。知道手机和卫星通信等都是电磁波的应用。了解电磁波在现代社会中应用的实例。
教材由电磁场、电磁波、电磁波谱、电磁波的能量、电磁波通信五部分组成，强调学生通过实验知道电磁波的产生、传播和接收，通过调查、查阅资料等活动，了解电磁波在生产生活中的广泛应用，体验科学知识在生活和科技中的应用。
二、学情分析
知识基础：学生已经学习过恒定电流的产生原因，也对电磁感应现象有了初步了解。
能力基础：高二学生已经初步具备了类比、推理等科学思维，通过对前面对法拉第的了解也形成了基本的对称思想。
思维障碍：关于电磁波的物质性较为抽象，学生理解可能出现困难，需要加强引导。
三、教学目标
1.通过对物理学史的学习，了解麦克斯韦、赫兹等物理学家对电磁波发现做出的巨大贡献。
2.通过捕捉电磁波的实验，了解电磁波的产生与接收。
3.了解电磁波谱中各波段的主要特性及其主要应用。知道可见光只是电磁波中的一小部分。
4.了解电磁波本身是一种特殊物质，电磁波能传递能量和信息。
四、教学重难点
教学重点：电磁波的发现、电磁波的特性和应用。
教学难点：麦克斯韦电磁场理论。
五、任务分解
任务1：了解电磁波的发现过程
任务2：了解电磁波的产生与传播原理
任务3、认识电磁波谱、了解电磁波通信和能量
六、评价任务设计
1.通过阅读教材，了解电磁波的发现史，结合所学知识，回答任务1的问题。（对应目标1）
2.通过理论结合演示实验，理解电磁波的产生与传播原理，回答任务2的问题。（对应目标2）
3.结合波的特点，认识电磁波谱。了解不同频段电磁波的特点与应用，回答任务3的问题。（对应目标3）。结合生活实际，了解电磁波的通信原理与电磁波的能量，回答任务3的问题。（对应目标4）
七、教学活动
任务1：了解电磁波的发现过程
创设情境、引入新课：展示图1-图3。问题设计见表1。
图1 图2 图3
表1
问题设计 学习过程 达成素养目标
1.太空授课画面是通过什么传输到地面？远距离无线通信通过什么途径实现 1.观看生产生活中的相关图片，感受电磁波的作用。 2.观看视频、阅读教材，了解物理学史，回答问题1，完成例1。 1.了解电磁波发现史，体会科学探索曲折艰辛。了解“电磁波”就是现代文明的神经中枢（科学态度与责任）
1.教学建议：
任务1属于简单内容，要充分发挥学生主动性，培养阅读习惯，结合原有知识，让学生总结分析。注重团队合作，小组交流讨论，回答问题。
2.课堂评价建议：
（1）是否能够简单说出电磁波的发现史；
（2）是否知道电磁波对于现代社会的重要作用。
任务2：了解电磁波的产生与传播原理
创设问题情境：通过电磁波发现史，自制电磁波产生与接收实验教具（图4），了解电磁场理论（图5），结合视频演示实验了解电磁波的产生与传播（图6、7）。问题设计见表2。
图4 图5 图6 图7
表2
问题设计 学习过程 达成素养目标
1.演示实验中二极管发光的原因是什么？ 2.闭合导体环处在水平面内，所在空间存在方向竖直向上的磁场。磁感应强度发生相应变化。导体环内有感应电流吗？为什么？ 3.电流是自由电荷定向移动形成的。电荷定向运动的原因是什么？ 4.闭合电路产生了感应电流，电荷定向移动。电荷为什么会定向移动？空间有没有电场？ 5.如果电磁和磁场都是周期性变化的，会发生什么现象？ 6.电磁波的传播需要介质么？其传播速度是多大？ 1.回顾原有知识，小组讨论，回答问题1、2、3、4。 2.观看赫兹的电火花实验，了解电磁波的产生与接收，信服电磁波的客观存在和电磁波具有能量的基本特征。 3.利用对称性原理理解电磁场理论。 4.阅读教材，结合教师讲解，回答问题5.6。完成例2。 1.了解电磁场理论。（物理观念） 2.能通过对称性思维以及其具有前瞻性和创新性的科学假设理解麦克斯韦的预言。（科学思维、科学态度与责任） 3.通过对赫兹实验的学习，感受这一伟大经典实验的历史地位。（科学探究）
1.教学建议：
教学中教师要充分关注前概念的应用，引导学生应用原有知识进行思维迁移。在实验演示的过程中引导学生总结电磁波的产生与接收过程，结合电磁场理论进行详细解读。
2.课堂评价建议：
（1）学生是否可以根据对称性原理自行完善电磁场理论；
（2）学生能否通过赫兹实验结合认识电磁波的存在；
（3）学生能否准确说出电磁波的产生原理；
（4）学生能否理解电磁波传播是否需要介质以及其传播速度。
任务3：认识电磁波谱、电磁波的能量与电磁波通信
创设问题情境：电磁波的传播靠的是电场和磁场的相互“激发”，所以不需要介质，可以在真空中传播。那么电磁波的传播具有哪些规律？问题设计见表3。
图7 图8 图9
表3
问题设计 学习过程 达成素养目标
1.机械波的传播需要介质，电磁波的传播需要介质么？ 2.电磁波波长越大，电磁波频率如何变化？ 3.不同频段的电磁波的本质是否相同？ 4.不同频段的电磁波应用实例有哪些？ 5.可见光的频率和颜色有什么关系？ 6.微波炉是一种家庭常用电器。微波炉是如何对食物加热的？ 7.太空授课画面是通过电磁波传输到地面，电磁波是怎么完成通信的呢？ 1.结合教师介绍的波的基本特点，小组讨论，回答问题1 .2。 2.学生阅读教材，上网查找资料，小组分享，回答问题3.4。 3.结合电磁波谱可见光区部分，小组讨论，回答问题5. 4.学生观看视频，在了解共振原理后，讨论回答问题6. 5.学生阅读教材，结合相关视频总结电磁波通信的过程，回答问题7，完成例3。 1.通过电磁波产生原理理解电磁波传播不需要介质。（物理观念） 2.了解电磁波谱中各个频段的名称、主要特征、应用实例并能解决实际问题。（物理观念） 3.知道物理规律随着物理学的发展有新的表述或内涵（科学态度与责任）。
1.教学建议：
对于电磁波谱的学习和应用方面，可以通过多种途径扩大学生的知识面，增强学生对所学知识的理解和记忆。可以通过指导学生上网查找资料或引导学生进行市场调研等方式，了解通信、电磁波能量、红外线、紫外线、等电磁波的应用情况。
2.课堂评价建议：
（1）学生是否可以自主得出电磁波传播不需要介质的结论；
（2）学生能否通过波速公式理解波长与频率的关系；
（3）学生能否定性得到可见光频率与颜色的关系；
（4）学生能否理解电磁波能量与通信。
八、课后作业
（一）基础类
1、关于电磁波，下列说法中正确的是( )
A. 变化的电场一定在周围空间产生变化的磁场
B. 麦克斯韦首先预言了电磁波的存在，赫兹最先用实验证实了电磁波的存在
C. 电磁波的传播速度等于光速C
D. 各种频率的电磁波在真空中以不同的速度来传播
2、下列各组电磁波中，按波长由长到短排列正确的是( )
A. 红外线、可见光、紫外线、γ射线
B.γ射线、紫外线、红外线、可见光
C.γ射线、紫外线、可见光、红外线
D. 红外线、紫外线、可见光、γ射线
3、下列有关电磁波的特性和应用，说法正确的是( )
A. 红外线和X射线都有很高的穿透本领，常用于医学上透视人体
B. 过强的紫外线照射有利于人的皮肤健康
C. 电磁波中频率最大的为γ射线，最容易发生衍射现象
D. 紫外线和X射线都可以使感光底片感光
（二）拓展类
1、一首乐曲从电台“出发”到从收音机的调频台播放出来，下列选项描述了该过程，其中顺序正确的是( )
A. 调制 发射 调谐 解调 播放
B. 调频 发射 解调 调谐 播放
C. 调幅 调谐 发射 解调 播放
D. 调频 调谐 发射 解调 播放
2、以小组和形式合作写一篇关于电磁波应用的调查报告或完成一个关于电磁波应用的科技制作。
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