3.4 电磁波的发现及其应用 课时教案（表格式）2025--2026年教科版高中物理必修第三册

3.4《电磁波的发现及其应用》课时教案
学科 物理 年级册别 高二上册 共1课时
教材 教科版高中物理必修第三册 授课类型 新授课 第1课时
教材分析
教材分析
本节内容位于教科版高中物理必修第三册第三章第四节，是电磁学知识体系的重要延伸。教材通过梳理电磁波从理论预言到实验验证的历史脉络，系统介绍了麦克斯韦电磁场理论的核心思想、赫兹实验的关键突破以及电磁波的基本特性与广泛应用。内容兼具科学史、理论推导与现实应用三重维度，体现了物理学“从现象到本质、从理论到实践”的发展逻辑。本节不仅深化了学生对电磁感应和电磁场的理解，也为后续学习现代通信技术打下基础，具有承上启下的重要作用。
学情分析
高二学生已掌握电场、磁场及电磁感应的基本规律，具备一定的抽象思维能力，但对“变化的电场产生磁场、变化的磁场产生电场”这一非直观概念仍存在理解障碍。学生对手机、Wi-Fi等电磁波应用习以为常，却缺乏对其物理本质的认知。同时，科学史类内容易被误认为“讲故事”，忽视其中蕴含的科学方法。学生在探究实验设计与现象分析方面尚显薄弱。因此，教学中需借助情境创设、类比推理与可视化手段，引导学生跨越认知鸿沟，体会理论建构与实验验证的辩证关系，激发其探索现代科技的兴趣。
课时教学目标
物理观念
1. 理解麦克斯韦电磁场理论的两个基本假设：变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场；掌握电磁波产生的机理及其横波特性。
2. 认识电磁波谱的组成，了解不同波段电磁波的主要应用领域，建立电磁波作为能量和信息载体的物理图景。
科学思维
1. 通过分析麦克斯韦如何从法拉第电磁感应定律出发进行理论推广，体会类比、归纳与演绎在物理建模中的作用。
2. 能基于赫兹实验装置示意图，推理电磁波发射与接收的物理过程，提升模型建构与逻辑推理能力。
科学探究
1. 模拟赫兹实验的设计思路，提出验证电磁波存在的可行方案，并能解释关键实验现象（如电火花引发远处小环放电）。
2. 通过小组合作讨论，设计简易实验或调查报告，探究生活中某一类电磁波的应用原理与影响。
科学态度与责任
1. 感受麦克斯韦大胆预言、赫兹严谨验证的科学精神，认识理论与实验相互促进的关系，培养实事求是的科学态度。
2. 辩证看待电磁波技术带来的便利与潜在问题（如辐射、信息安全），增强社会责任意识与科技伦理观念。
教学重点、难点
重点
1. 麦克斯韦电磁场理论的核心观点及其对电磁波存在的理论预言。
2. 赫兹实验的基本原理与意义，电磁波的产生、传播与接收机制。
难点
1. “变化的电场产生磁场”这一抽象概念的理解，尤其是位移电流假说的物理内涵。
2. 从振荡电路到空间电磁波辐射的能量转化与传播过程的空间想象。
教学方法与准备
教学方法
情境探究法、讲授法、合作探究法
教具准备
多媒体课件、赫兹实验动画视频、电磁波谱挂图、LC振荡电路演示仪
教学环节 教师活动 学生活动
情境导入：闪电之后的寂静
【5分钟】 一、重现自然奇观，激发认知冲突。 （一）、播放雷暴天气视频片段：
画面呈现一道刺眼的闪电划破夜空，紧接着是震耳欲聋的雷声。随后，教师暂停视频，教室陷入短暂黑暗与寂静。
1. 提问引导：“刚才我们先看到了什么？后听到了什么？这说明了光和声音在空气中传播速度有何差异？”学生回答后，教师顺势追问：“那么，除了光和声，闪电发生时还向周围释放了什么看不见的信息？”
2. 展示历史资料：“1864年，英国科学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦在研究电磁现象时，提出了一个惊世骇俗的猜想——宇宙中存在着一种看不见的‘光’，它以光速传播，不需要介质。这种‘光’就是我们现在所说的电磁波。”
（二）、设置核心驱动问题：
“如果麦克斯韦的预言是真的，那我们该如何‘看见’这种看不见的波？又如何证明它真的存在并携带能量？”教师将问题写在黑板一侧，形成贯穿整节课的探究主线。“今天，我们就化身19世纪末的科学家，沿着麦克斯韦的思想足迹，揭开电磁波的神秘面纱。” 1. 观看视频，回忆生活经验。
2. 回答光速大于声速。
3. 思考并猜测可能存在的其他信号。
4. 明确本课探究主题。
评价任务 观察反应：☆☆☆
提出猜想：☆☆☆
明确问题：☆☆☆
设计意图 以极具视觉冲击力的自然现象切入，唤醒学生已有经验，制造“看得见的闪电”与“看不见的波”之间的认知张力。引用麦克斯韦原初猜想，营造科学探索的历史氛围，提出可操作的驱动性问题，为后续理论学习与实验探究铺设情感与思维通道。
理论构建：麦克斯韦的头脑风暴
【12分钟】 一、回溯电磁统一之路，重构理论框架。 （一）、复习旧知，搭建思维阶梯：
教师在黑板左侧绘制法拉第电磁感应定律示意图：一个条形磁铁插入线圈，线圈连接电流计。提问：“当磁铁运动时，线圈中会产生感应电流，这说明什么？”引导学生回顾“变化的磁场可以激发电场”。接着展示通电直导线周围的磁感线分布图，提问：“恒定电流周围存在稳定的磁场，这是奥斯特的发现。但如果电流发生变化呢？”
（二）、引入位移电流假说，完成理论闭环：
教师出示平行板电容器充电过程图示。指出：“当交流电源对电容器充放电时，极板间的电场随时间不断变化。麦克斯韦敏锐地意识到，这种‘变化的电场’应当等效于一种‘电流’——他称之为‘位移电流’。尽管没有电荷定向移动，但它同样能激发环绕它的磁场。”
详细讲解：“这就如同磁场的变化能‘催生’电场一样，电场的变化也能‘孕育’磁场。这两种变化相互依存、交替产生，就像一场永不停歇的接力赛。”教师用动态箭头在黑板上画出电场E与磁场B相互垂直、同相振荡并向远处传播的示意图。
（三）、预言电磁波的存在与性质：
“麦克斯韦进一步推导出，这种由相互激发的电场和磁场组成的扰动，将以波动形式在空间中传播，其速度恰好等于当时已测得的光速。于是他大胆断言：光本身就是一种电磁波！”教师展示麦克斯韦方程组的简化表达式：
×E = - B/ t （变化的磁场产生涡旋电场）
×B = μ ε E/ t （变化的电场产生涡旋磁场）
强调：“这两个方程揭示了电磁场自我维持、自我传播的内在机制，是人类智慧对自然界最深刻的洞察之一。” 1. 回忆电磁感应原理。
2. 理解变化电场产生磁场的新概念。
3. 观察并模仿电磁波传播示意图。
4. 记录关键公式与结论。
评价任务 概念理解：☆☆☆
图示表达：☆☆☆
公式识别：☆☆☆
设计意图 遵循知识发展的历史逻辑，从学生熟悉的电磁感应出发，通过“电容器充电”这一典型情境引出位移电流假说，化解抽象概念的认知难度。利用动态图示与数学语言相结合的方式，帮助学生构建电磁波自维持传播的物理图像，体会理论预言的力量，培养科学思维的严密性与创造性。
实验验证：赫兹的火花之舞
【15分钟】 一、还原经典实验，见证历史瞬间。 （一）、展示赫兹实验装置结构图：
教师投影1887年赫兹实验的复原示意图：左侧为感应线圈连接两个金属小球构成的发射器（振荡偶极子），右侧为一个带有微小间隙的铜环作为接收器（谐振环），两者相距数米，置于同一平面内。
提问：“当感应线圈工作时，发射端的小球间会产生电火花。这个火花意味着什么？它会如何影响周围的电磁环境？”引导学生思考剧烈变化的电流导致电场与磁场迅速振荡。
（二）、播放高清模拟动画，解析物理过程：
播放一段精心制作的三维动画：电火花爆发瞬间，强烈的电磁扰动以同心圆波纹形式从发射器向外扩散；当波纹到达接收环时，环内感应出电动势，若电压足够高，则微小间隙处也迸发出微弱的蓝色火花。
教师逐帧讲解：“这就是人类首次在实验室中‘捕捉’到电磁波的证据！赫兹不仅证实了电磁波的存在，还通过反射、折射、干涉等实验证明了它具有与光相同的波动性质。”
（三）、组织小组探究，深化理解层次：
将学生分为四组，每组发放一份“赫兹实验探秘卡”，包含以下任务：
1. 分析发射器为何能产生高频振荡电流？（提示：LC电路自由振荡）
2. 接收环为何必须调至特定尺寸才能看到火花？（共振条件匹配频率）
3. 若将接收环旋转90度，火花是否会消失？为什么？（验证横波偏振性）
4. 此实验如何证明电磁波携带能量？（使空气击穿做功）
教师巡视指导，鼓励各组结合电磁场理论展开讨论。 1. 观察实验装置图。
2. 观看动画并描述现象。
3. 小组合作完成探究任务。
4. 派代表汇报讨论结果。
评价任务 现象描述：☆☆☆
原理分析：☆☆☆
合作表现：☆☆☆
设计意图 通过真实史料与现代可视化技术结合，还原科学发现的关键时刻，增强学生的沉浸感与震撼力。设置递进式探究问题，引导学生从现象观察深入到机制分析，运用所学理论解释实验细节，实现知识迁移。小组协作促进深度对话，提升科学探究能力与批判性思维。
拓展应用：无形世界的交响曲
【10分钟】 一、解码电磁波谱，链接现实生活。 （一）、展示全波段电磁波谱挂图：
教师悬挂大幅电磁波谱图，从伽马射线到无线电波依次排列，标注波长、频率范围及典型应用。
逐一介绍：“极高频的γ射线可用于肿瘤放疗；X射线穿透性强，广泛用于医学影像；紫外线能杀菌消毒，也使皮肤晒伤；可见光是我们感知世界的窗口；红外线传递热能，应用于遥控与夜视；微波加热食物，支撑卫星通信；波长最长的无线电波，则承载着广播、电视与移动网络的海量信息。”
（二）、开展“电磁波应用配对”互动游戏：
教师随机说出一种设备（如：B超机、微波炉、验钞机、GPS导航、蓝牙耳机），学生抢答其所使用的电磁波类型。
随后提出思辨问题：“有人说‘现代社会是一部用电磁波演奏的交响曲’，你是否认同？请举例说明。”
（三）、引导科技伦理反思：
“当我们享受5G高速上网时，是否担心基站辐射？使用微波炉时，如何确保安全？”组织简短辩论：“便利与风险并存，我们应如何理性对待电磁波技术？”教师总结：“科学本身无善恶，关键在于人类如何使用。了解其原理，才能趋利避害，做负责任的技术使用者。” 1. 观察波谱图，记录信息。
2. 参与抢答游戏。
3. 举例说明应用场景。
4. 表达个人观点。
评价任务 知识匹配：☆☆☆
实例列举：☆☆☆
观点表达：☆☆☆
设计意图 将抽象理论回归现实世界，展现电磁波技术对社会生活的深远影响，增强课程的时代感与实用性。通过趣味互动巩固分类知识，借由开放性问题激发批判性思考，引导学生超越技术崇拜，建立科学、理性的科技价值观，落实科学态度与社会责任的培养目标。
课堂总结：穿越时空的电波回响
【3分钟】 一、升华科学精神，寄语未来探索。 （一）、回顾探究历程，凝练核心知识：
教师指着黑板上的思维导图总结：“今天我们走过了一段伟大的科学旅程：麦克斯韦用笔尖预言了电磁波的存在，赫兹用火花证实了它的真身，而今天的我们，则生活在这片由电波编织的信息海洋之中。电磁波不仅是物理学的辉煌成就，更是人类智慧跨越时空的对话。”
（二）、引用名言，激励科学志向：
“正如爱因斯坦所说：‘想象力比知识更重要，因为知识是有限的，而想象力概括着世界，推动进步，是知识进化的源泉。’麦克斯韦的想象，改变了整个世界。”
最后深情结语：“也许在未来的某一天，你们中有人会设计出更高效的无线能源传输系统，或是发现新的电磁波应用方式。愿你们永远保持好奇，勇于探索，让这穿越百年的电波，在你们手中奏响更加壮丽的乐章！” 1. 跟随教师回顾要点。
2. 记录名言感悟。
3. 思考个人未来可能。
4. 感受科学之美。
评价任务 知识整合：☆☆☆
情感共鸣：☆☆☆
愿景表达：☆☆☆
设计意图 采用情景化与激励性相结合的总结方式，将知识脉络融入科学史叙事，赋予冰冷公式以人文温度。引用爱因斯坦名言强化创新思维的价值，结尾以诗意语言描绘科技传承的愿景，激发学生的使命感与探索热情，实现知识、能力与情感的有机统一。
作业设计
一、基础巩固：填空与选择
1. 麦克斯韦电磁场理论的两个基本观点是：__________产生磁场，__________产生电场。
2. 赫兹实验中，当发射器产生电火花时，远处的接收环也出现微小火花，这说明电磁波具有__________性，并能__________能量。
3. 下列哪种电磁波常用于手机通信？（ ）
A. γ射线 B. 紫外线 C. 微波 D. 红外线
4. 关于电磁波，下列说法正确的是（ ）
A. 电磁波是纵波 B. 电磁波传播需要介质
C. 光是一种电磁波 D. 所有电磁波频率相同
二、拓展探究：撰写微型报告
请选择你家中的一种电器（如：Wi-Fi路由器、电磁炉、遥控器、吹风机），查阅资料并完成以下任务：
1. 它主要利用哪种类型的电磁波工作？
2. 简述其工作过程中电磁波是如何产生或被利用的。
3. 使用该设备时应注意哪些安全事项？
要求：字数不少于200字，语言准确，条理清晰，可附简单示意图。
【答案解析】
一、基础巩固
1. 变化的电场；变化的磁场
2. 波动；传递（或“携带”）
3. C
4. C
二、拓展探究
示例（以Wi-Fi路由器为例）：
Wi-Fi路由器主要利用微波频段的电磁波（通常为2.4GHz或5GHz）进行无线通信。其内部电路产生高频交变电流，通过天线将电信号转化为电磁波向四周辐射。这些电磁波携带数据信息，被手机、电脑等设备的接收天线捕获后，再转换为电信号进行解码处理，实现互联网接入。使用时应避免长时间近距离接触，建议将路由器放置在通风良好的位置，远离床头或常坐区域，以减少不必要的电磁暴露，体现科学使用技术的责任意识。
板书设计
电磁波的发现及其应用
——看不见的信使，改变世界的波
[左侧] 理论预言：麦克斯韦
→ 变化的磁场 → 产生电场
→ 变化的电场 → 产生磁场（位移电流）
↓ 自我激发、交替传播
→ 形成电磁波，v = c ≈ 3×10 m/s
→ 光即电磁波！
[中部] 实验验证：赫兹（1887）
发射器：LC振荡 + 电火花 → 电磁波辐射
接收器：谐振环 + 微小间隙 → 感应火花
↑ 证明：存在、波动性、能量传递
[右侧] 应用之光：电磁波谱
γ射线 → 医疗 | X光 → 成像 | 紫外 → 杀菌
可见光 → 视觉 | 红外 → 测温 | 微波 → 通信/加热
无线电 → 广播/电视/GPS/5G
[底部] 科学启示：
理论 + 实验 = 真理
智慧 × 想象 = 进步
技术 责任
教学反思
成功之处
1. 以“闪电—电波”为主线的情境导入有效激发了学生兴趣，驱动性问题贯穿始终，课堂结构紧凑，逻辑清晰。
2. 利用动画还原赫兹实验，将抽象过程具象化，学生参与小组探究积极性高，对电磁波产生与接收机制理解更为深刻。
3. 结合生活实例讲解电磁波谱，辅以互动游戏，既巩固知识又提升科技素养，情感态度目标达成较好。
不足之处
1. 位移电流概念仍有一定抽象性，部分学生在短时间内难以完全消化，需在后续课程中反复强化。
2. 小组讨论时间略显紧张，个别小组未能充分展开论证，下次可适当压缩理论讲解时间，留足探究空间。
3. 对电磁辐射安全性的讨论较为简略，可引入更多数据与案例，增强说服力与现实指导意义。