上海地区优秀教案：第11章 c 学习包--电磁波

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高考资源网第十一章 C 学习包——电磁波
一、教学任务分析
学习包中电磁波的概念和性质，电磁波的发射、传播和接收，电磁波谱，电磁波的应用等知识，是前面所学的电磁学、机械振动和机械波等知识的继续，并与下一章要学的光的本性一章的知识相联系。本节的基本概念比较抽象，在教学过程中只做定性的介绍，不作深刻的阐述。重点放在对科学探究过程的实践、科学方法的运用和相关知识的灵活应用上。
学习本节内容所需高考资源网准备的知识和技能主要有：（1）机械振动和机械波播相关知识；（2）电磁学相关知识；（3）DIS微电流传感器的使用。
将“电磁波”内容分成若干个子课题，学生分组，并认领探究的课题。
通过子课题1，了解电磁波的形成与传播；通过子课题2，重点探究电磁波的基本性质；通过子课题3，介绍电磁波谱；通过子课题4，了解电磁波的应用、危害和防护。
电磁波对人类文明和社会进步有重大的作用，同时也对人类生存环境造成了不利的影响。在中学物理课程中引入此内容的学习，既富有时代性，又具有非常重要的现实意义。通过对这些内容的探究学习，将会激发学生对现代物理知识和科学的兴趣，增强将科学服务于人类的社会责任感和使命感。
本节内容采用学习包的形式编写，以问题为载体，以学生的动手实践、自主探索、合作交流为主要的学习方式。通过合作学习、建立“个人－小组－全班”、“学生－教师－学生”三维一体的动态过程，共享“集体思维的成果”，然后通过“学生分组”、“小组合作”、“师生合作”解决有关问题。
二、教学目标
1、知识与技能
（1）知道麦克斯韦的电磁场理论及其预言。
（2）知道电磁波的概念及其形成与传播过程。
（3）知道赫兹实验及其意义。
（4）知道电磁波波长、频率和波速关系，知道电磁波在真空中的传播速度和基本特点。
（5）初步学会用实验演示电磁波的发射、传播和接收。
（6）学会用小实验，探究电磁波的基本性质。
（7）知道电磁波谱。
（8）知道电磁波在生产、生活中的应用、危害和防护。
2、过程与方法
（1）通过变演示实验为学生实验，感受观察、分析和动手实践能力的方法。
（2）通过电磁波发现过程的物理学史介绍，感受科学发展的一般过程和方法。
￥资%源~网3、情感、态度与价值观
（1）根据子课题研究内容，通过小组成员间明确各自担任的角色和任务，在探究的过程，体验具体分工、合作的愉悦和经验，形成乐于与人合作，并善于与人合作的良好氛围。
（2）通过自主学习、交流讨论，实验展示、创新小实验交流，激发探究电磁波性质的兴趣，提高自主探究、归纳总结及大胆创新的能力。
（3）通过了解电磁波在生产、生活中的应用，激发对现代物理知识的兴趣，增强将科学服务于人类的社会责任感和使命感。
三、教学重点和难点
重点：
（1）电磁波的概念和电磁波的基本性质。
（2）电磁波波长、频率和波速关系。
（3）电磁波谱。
（4）电磁波的应用、危害和防护。
难点：麦克斯韦的电磁场理论。
四、教学资源
1、器材：
（1）电磁波发射和接收的实验：莱顿瓶，电磁波的发射和接收装置。
（2）DIS实验－电磁波发射与屏蔽：剃须刀等电磁波信号源，DIS（微电流传感器，数据采集器，计算机等）等。
（3）电磁波小实验展示：1、电磁波的发射和接收：手机，无绳电话等；2、电磁波的反射：各种电器的遥控器（比如教室投影仪的遥控器，彩电的遥控器等）；3、电磁波的屏蔽：半导体收音机等，金属饭盒（金属圆筒等容器）；4、电磁波的干扰：半导体收音机，手机等；5、紫外线的应用：小型验钞机，紫外线消毒柜等。6、微波的热效应：微波炉，西红柿，鸡蛋等；7、过度微波对动、植物照射的影响：微波炉，绿豆苗，鱼眼睛等。7、红外线的应用：红外线取暖器，红外线测温等。
（4）其他所需器材。
2、Internet网络、图书资料等。
3、课件：自制课件、Flash动画等。
4、录像：有关电磁波的视频资料。
五、教学设计思路
本设计的内容主要包括四个方面：一电磁波的形成与传播；二是电磁波的基本性质；三是电磁波谱；四是电磁波的应用、危害和防护。
本设计的基本思路是：学生分组，在教师的指导下根据总课题“电磁波”提出系列性问题或子课题，然后通过自主学习、查找资料、交流讨论、探究实验解决问题，最后进行小结、交流和评价。
本设计要突出的重点是：电磁波的概念，电磁波的基本性质，电磁波谱，电磁波的应用、危害和防护。方法是：通过子课题1的研究，了解电磁场理论、电磁波的形成与传播、电磁波的发展史等；通过子课题2的研究，运用生活中的器材，DIS微电流传感器等研究电磁波的基本性质；通过子课题3的研究，了解不同频率（波长）的电磁波的物理特性和用途；通过子课题4的研究，了解电磁波对人类文明和社会进步所起的作用及其危害和防护，增强环境保护意识。
本设计要突破的难点是：麦克斯韦的电磁场理论。方法是：将内容定位在定性了解的层面上；利用多媒体并通过flash课件，模拟变化的电场和变化的磁场产生和传播过程，变抽象为形象。
本设计重视培养学生获取、搜集、处理、表达信息的能力以及实验探究，创造发明的能力。
完成本设计的教学任务需2～3课时。
六、教学流程
1、教学流程图
2、流程图说明
情景 提出问题
课内通过录像、课件、演示实验创设情景，指出电磁波不仅对人类文明和社会进步有重大的作用，同时也对人类生存环境造成了不利的影响，激发学生的兴趣和探究欲望。
活动I 、活动II 分组、确定课题
课内听介绍，看表演，提问题。课外通过对学生进行分组、确定子课题及研究内容、明确角色和任务分工。利用网络资源和书籍资料，设计实验方案，制定课题计划书和进度表。
活动III、活动IV 实验探究
课内通过小组内部交流设计方案，实验探究电磁波的基本性质。
课外继续实验探究并完成实验报告，并将搜集到的资料汇总、分析、整合，初步做成ppt、网页、作品等形式，并回答相关问题。
活动V、活动VI 成果交流
课内通过学生分组展示和交流研究成果，由教师和学生组成的课题评审团可以用投票的方式对各组成果进行评议，根据成果交流情况评出各奖项，进行表彰和鼓励，点评并提出改进意见。
课外，让学生反思学习学习包的过程，做好小结，完成思考与练习。
活动VII 拓展延伸、关注发展
介绍几个电磁波网站的地址，激发学生探究电磁波的兴趣，增强将科学服务于人类的社会责任感和使命感。
3、教学主要环节 本设计可以分为三个主要教学环节：
第一环节，课前。通过问题探讨、自由组合、资料收集、实验探究、对研究的初步成果进行归纳整理，并制作成课件。
第二环节，课中。学生对制作的作品与研究的成果进行展示、汇报和交流，教师总结评价，实例分析，并作适当的拓展延伸。
第三环节，课后。学生在课后小结学习包的学习情况，完成课题研究结题报告。
七、教学案例
（一）问题探讨
1、学生方面所做的准备：
学生分组：以自愿组合为主，每6～8人分为一组，每组由一位组长负责。
角色和任务分工：根据自身的特点，自主选择和承担对应子课题的各项任务。每一位同学必须要参与其中的一项任务，不参与的不给分，每组可设资料收集员，整理员、实验员、课件制作员、展示员，组长（兼）等。总负责人由课代表担任，负责组织、协调和交流汇报会主持工作。
课题选题：包括教师指定选题和学生自主选题。教师可根据学生的知识水平和研究能力，可以提供一系列可操作的课题供学生选择，也可以由学生自主选择有兴趣、能操作的课题，然后填写选题意向表。其他课题需由指导老师主持开题评审会对学生课题研究方案进行评审。
2、教师方面所做的准备
创设学习的情境：从本节课的生活背景出发，激发学生学习“电磁波”的兴趣。
编写课前导学：学生自主学习应考虑时间的合理性，高中生课后作业较多，为了让学生有宽裕的课前自主时间，开展研究性学习。教师应根据具体要求，编写了“课前导学”，在“课前导学”中为学生提供了学法指导，针对所学内容，提供一些相关的学习方法让学生参考，重在引导学生围绕重点、难点展开思考，发现疑点，提高学习效率。
教师搜集选题意向表：按照学生的意向分组，最后宣布分组名单。
成立课题评审团：由每个课题组的一名代表和指导老师组成评审团，一方面对学生开题报告进行评审，另一方面以投票方式对各组交流展示的成果进行评议。根据成果交流情况评出各奖项，进行表彰和鼓励，点评并提出改进意见。
评价方式：评价分为小组自主活动表现、小组班级交流表现、个人参与活动表现三大块，从教师评价、学生评价和自我评价三个方面进行。
l．小组自主活动的表现。
①包括小组的活动报告，自主活动的步骤安排，有关活动感受的文章，成果照片，考考其他组的思考题及参考答案的设计等等。
②小组的凝聚力，即小组成员的主人翁意识。
2．小组班级交流的表现。
①小组代表的发挥，包括代表之间的配合默契程度，表达的感染力。
②回答其他小组的思考题、参与现场竞争的能力。
3．个人参与活动表现。由自我评价和小组成员的评价组成。
（二）实践探究
各课题组制定研究方案，自主开展研究活动。学生可以到阅览室、图书馆或通过上网查阅电磁波的相关资料。也可以实验探究电磁波的基本性质。还可以利用电磁波的相关知识，进行小制作，小改造和小发明等。甚至可以走到校外，进行有关电磁波应用的社会调查研究。
以课题组为单位，归纳整理收集到的信息资料，将研究结果以word，Powerpoint、flash、网页、作品等形式加以总结，便于小结交流。
（三）交流小结
1、 学生分组交流各自课题的研究结果（以下课题供参考）
子课题1：电磁波的形成与传播，包括
1） 麦克斯韦的电磁场理论及电磁波的形成与传播：英国物理学家麦克斯韦指出：不均匀变化的电场周围会产生不均匀变化的磁场，而不均匀变化的磁场周围又会产生不均匀变化的电场，从而形成了一个不可分割的统一体，并从发生区域向周围空间传播就形成了电磁波。电磁波的传播速度与光速相等。光也是一种电磁波。
2） 电磁波发射与接收的演示实验：莱顿瓶是在玻璃圆筒的内外壁都粘上一层银箔，构成一个电容器，能聚集大量电荷。而与莱顿瓶的内外层银箔相连接的是两根金属棒，构成一个矩形线框。
在图中当莱顿瓶A被充电达一定值后，金属球间会出现电火花放电，同时向周围空间发射电磁波。这时移动莱顿瓶B矩形线框中的带有氖管的金属滑杆，使A、B两矩形框大小相同时，B就会接收到A发射的电磁波能量而导致氖管发光。实验表明：A和B这两个电路之间没有导线相连，B的能量显然是A通过电磁波传播过来的。
3） 赫兹实验及其意义：1888年，德国物理学家赫兹用实验证明了电磁波的存在，它还测定了电磁波的波长和频率，得到了电磁波的传播速度，证实这个速度为光速。
4） 电磁波的发展史等。
子课题2：电磁波的性质，包括
1） 电磁波的发射和接收：无绳电话或手机相当于一台电磁波的发射机或接收器。使用它们，研究形成发射或接收障碍的原因。
2） 电磁波的反射: 许多家用电器的遥控器，都是用红外遥控的原理，但有一个有效使用角度范围。遥控器不对准电视机，有时也可以调控电视台频道。用一硬纸板作红外线反射面，反复调节硬纸板与红外线信号间的距离与方向，从遥控效果来体验电磁波的反射。
3） 电磁波的屏蔽:打开收音机，调节某一电台能听到清晰播音。然后找一金属饭盒、金属锅或金属薄膜袋之类的东西，把收音机放入，全部覆盖后，听听收音效果的变化。
4） 电磁波的干扰: 在电脑前拨通手机，电脑萤幕闪铄不已。在打开的收音机前拨通手机，收音机也受到很大的干扰。
5） 利用身边器材，自己设计新的实验内容和方法。
子课题3：电磁波谱，包括
1） 电磁波谱介绍：电磁波是一个大家族，不同频率（波长）的电磁波组成了连续的电磁波谱。波长从大到小依次为无线电波（长波、中波、短波、微波）、红外线，可见光（红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫）、紫外线、X 射线、γ射线。
2） 不同波长的电磁波产生的机理、特性以及应用
电磁波的种类 无线电波 红外线 可见光 紫外线 X射线 γ射线
频 率 低高
真空中的波长 长 短
产生方式 LC电路中电磁振荡 原子的外层电子受到激发 原子的内层电子受到激发 原子核受到激发
用 途 通讯、广播、导航 加热、烘干遥测、遥感、医疗、等 照明、照相、加热等 日光灯、黑光灯、杀菌消毒、治疗皮肤病等 检查、探测、透视、治疗等 探测、医疗等
3） 电磁波的波长λ、波速c和频率f关系：c = λf
4） 电磁波的传播速度：v = 3×108m/s，电磁波在空气中的传播速度略小于光速c，但一般仍可按光速计算。
5） 电磁波的基本特点：
　　a.电磁波是横波根据麦克斯韦的电磁场理论，电磁波中的电场和磁场互相垂直，电磁波在与二者均垂直的方向传播。图中表示做正弦变化的电场或磁场所引起的电磁波在某一时刻的波的图象。波峰表示在该点的电场强度E或磁感应强度B在正方向具有最大值，波谷表示在该点的电场强度E或磁感应强度B在反方向具有最大值．两个相邻的波峰（或波谷）之间的距离等于电磁波的波长。在传播方向上的任一点，E和B都随时间作正弦变化，E的方向平行于x轴，B的方向平行于y轴，它们彼此垂直，而且都跟波的传播方向垂直，因此电磁波是横波。
　　电磁波在空间以一定的速度传播，其波长λ、频率f（或周期T）和波速v之间的关系遵从波动的一般关系，即v =λ/T =λf．上图表示经过一个周期T电磁波向前传播的情形。经过一个周期T，电磁波传播的距离等于波长λ。
　　b.从场的观点来看电场具有电能，磁场具有磁能，电磁场具有电磁能。电磁波的发射过程就是辐射能量的过程。电磁波在空间传播，电磁能就随着一起传播。
c.在机械波中，振动的传播需要具有弹性的介质，而电磁波则不需要任何介质，在真空中也能传播，这是由电磁波产生的机理所决定的。因为电磁波的传播，靠的是电和磁的相互“感应”，而不是靠介质的机械传递。
子课题4：电磁波的应用、危害和防护，包括
1） 电磁波在生活中的应用
（1）紫外线的应用:小型验钞机，它能发射紫外线，若照在纸币上，能显示纸币上的荧光防伪标志。
（2）微波的热效应：
a.与传统加热方式的比较：将一碗打匀的鸡蛋等分成两份，一份放入微波炉加热，另一份放入盛水的铝锅中用相同功率的电炉加热，加热时间均为2分钟，然后打开观察加热后的情况。
通常的加热方式是要有一个高温热源, 通过辐射和传导, 先使物体的表面加热 , 然后再由传导和对流在物体内部逐渐向其纵深加热 , 这样加热速度很慢。而微波炉是利用微波对食品的加热能力来烹饪的。微波是一种高频电磁波，以每秒24亿次的频率振动，引起水分子的高速振动、互相摩擦产生极大的热量，由内而外地加热，效率高、速度快。
b.判断微波炉是否合格的方法:将一只废旧的环形日光灯管，直接放在微波炉内的转盘上，关闭炉门后启动微波炉数秒，这是可以通过微波炉的玻璃炉门观察到日光灯发光。如果转盘上的灯管在有些位置较暗，这可能是微波炉内微波发射强度不均匀所造成的。
（3）红外线的应用：
a.红外线取暖器:又称远红外电暖器，是冬季家庭较为理想的辐射型加热器，使用方便、卫生、无污染,
红外线测温: 原理是通过红外线辐射迅速测出人体表面温度，具有非接触、快速测温、减少传染概率的优点。
2） 其他有关电磁波应用的展示、小制作和小发明。
第一层次：展示有关电磁波应用的物品，图片、影片，实物。
第二层次：小制作和小发明。包括电路原理图、实物、制作与使用过程中的体会，或亲手创作（包括画，歌曲、诗词、小品（但一定要和主题相关）。
3） 电磁波的危害：
世界卫生组织最新调查显示，电磁辐射对人体有四大影响。
1、电磁辐射是心血管疾病、糖尿病、癌突变的主要诱因。
2、电磁辐射对人体生殖系统，神经系统和免疫系统造成直接伤害。
3、电磁辐射是造成孕妇流产、不育、畸胎等病变的诱发因素。
4、过量的电磁辐射直接影响儿童组织发育、骨骼发育、视力下降；肝脏造血功 能下降，严重者可导致视网膜脱落。
常见的危害有：
对眼睛。晶体对电磁辐射较敏感，可形成晶体混浊，严重者可造成白内障，是不可逆的器质性损害，进而影响视力。
对神经系统。它可干扰脑细胞生 理活动，从脑电图上可以看出其危害。近年来有人报道，手机长期使用者发生脑癌的已有多例，尽管不能就此定论，但当“手机”通话时所产生的强大电磁场有的确已超标，日久肯定对大脑会形成危害。
对生殖系统。人的生殖器官组织对电磁辐射是较敏感的，电磁辐射可以改变精子形态，干扰月经周期而致月经紊乱。对睾酮、孕酮、雌二醇、雌三醇会引起变化。对人、动物的常染色体、性染色体也有影响危害，可引起染色体的数目和结构畸变，从而有可能形成子代、孙代的变异或畸形。
对动物。可引起外观畸形、内腔畸形，亦可致肿瘤（癌）。
对植物。亦可引起变异。已经用蚕豆生长状况来反映电磁辐射污染程度，获得成功，已经证实电磁辐射可以引起某些植物变异。
实验：过度微波抑制植物生长。将4盆绿豆苗分别放入微波炉中照射微波5秒、10秒、15秒、20秒后，移出置于空旷处。另外一盆完全不照射微波做为实验控制组。观察这5盆绿豆芽每天的生长进度，发现不受微波照射的实验控制组，绿豆苗生长正常。经微波照射过后的植物，只有照射5秒的一盆尚有存活力，其他一概陆续枯萎，可见微波对生物的杀伤力。
实验：过度微波使鱼眼变白。将鱼眼睛放入微波炉中，照射微波九秒后观察鱼眼睛的变化。发现微波使鱼眼睛煮熟了。 而当人的眼晴暴露在微波中，人眼晴中的水晶体也会和鱼眼睛一样变白，於是再也看不见东西了，这就是所谓的白内障。所以，在使用微波炉时，最好不要在微波炉的玻璃门外看着，以免视力会越来越差。
微波泄漏检测方法：一般有两种简易的检测方法。一种是在微波炉工作时，用打开的袖珍调频收音机在微波炉门及其机身四周挪动，如果收音机发出咝咝的杂音，则有微波泄漏，一般收音机超过0.5米的距离，基本上听不到杂音；另一种是用一支8瓦日光灯管，在夜晚关闭室内电灯等光源时，在工作的微波炉机身处来回挪动，如日光灯管有微亮，则表示有微波泄漏，绝对应立即停止使用，送有关专业修理部门检修。
4） 电磁波的防护。
日常生活中电磁辐射的防护：
微波炉的电磁辐射防护：微波炉对人体的伤害主要是对人体脑、眼等部位的伤害。因此，在安放微波炉时，位子应放低些，以避免脑、眼受损。如放置在冰箱上，微波辐射范围正好在成人头部神经中枢处，会有明显的伤害。对于小孩，尽量不要让其接触和使用微波炉。在微波炉运转时，不论成人还是孩子，均不要站在旁边，更不要盯着其看，最好是到隔壁房间去，这样既能达到屏蔽作用又能距离防护。安装起博器的人应远离微波炉，以免起博器的运作受到干扰。另外，在购买微波炉时应注意选择那些质量好、信誉高的名牌厂家，以保证产品质量和防止微波泄漏。
手机的电磁辐射防护：为了尽可能地减少手机对人体，尤其是头部的辐射，除了尽可能地减少手机的辐射功率(功率控制在600 mW)及保证使用手机时不要让它与人体接触(建议离人体2.5 cm)外，还应考虑其他防护措施。
其他电器电磁辐射防护：电热毯变热后应切断电源入睡，青少年与老人最好不用电热毯。观看电视的距离最好保持在4～5 m，并注意开窗通风。观看电视或使用电脑时，屏幕上最好安置一个防护屏，以减少电磁辐射的影响。孕妇不应接触微波与做微波理疗。家庭生活中，家用电器不宜集中摆置，应分散放置。
5） 社会调查：生产、生活中电磁波的调查研究。
其他课题：由指导老师主持开题评审会对学生课题研究方案进行评审。
2、 师生评价
由师生组成的评审团以投票方式对各组成果进行评议，根据成果交流情况评出各奖项，进行表彰和鼓励，点评并提出改进意见。
（四）拓展延伸
介绍几个网站的地址，激发学生探究电磁波的兴趣，增强将科学服务于人类的社会责任感和使命感。
情景
提出问题
活动VII
拓展延伸
关注发展
活动V
课内汇报成果，交流心得，师生点评
活动VI
课外反思，小结，完成思考与练习
活动I
课内听介绍，看表演，提问题
活动II
课外学生分组，搜集资料，设计实验方案
活动III
课内交流实验设计方案，实验探究
活动IV
课外完成实验报告，回答相关问题
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