1122680012280900电磁波的发现
教学目标
(一)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。
(二)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。
(三)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。
教学重点
麦克斯韦电磁场理论。
教学难点
对电磁波与机械波的异同认识不清。
教法选择和学法指导
启发诱导法、类比法
教学过程
一、引入新课
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。
问:机械波有哪些性质?
答:机械波具有干涉、衍射、反射、折射等性质。
上一章我们提到“光是一种电磁波”,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。
二、课前预习
让学生通过看书回答以下问题:
麦克斯韦关于电场和磁场的预言是什么?
答:变化的电场产生磁场,变化的磁场产生电场。
麦克斯韦的关于光的本质的预言是什么?
答:从本质上来说,光是一种电磁波。
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。
三、新课教学
伟大的预言
①变化的磁场产生电场
问:通过3-2电磁感应的学习我们知道,闭合线圈中的磁通量发生变化就能产生感应电流,可是为什么会有感应电流呢?自由电荷是如何定向移动的呢?
答:有感应电流存在说明在线圈的周围存在感应电场,自由电荷在感应电场的作用下做定向移动。
问:如果回路不闭合,线圈中有感应电流吗?有感应电动势吗?有电场吗?
答:没有感应电流,在感应电动势和感应电场依然存在。
问:如果空间没有线圈,还会有感应电场吗?
答:有。
麦克斯韦在对法拉第、安培、奥斯特、库仑等科学家的研究成果进行了大量的分析、计算的基础上,加以自己的推理、猜想,大胆的预言:即使变化的磁场周围没有闭合回路,同样也会有磁场,也就是说,变化的磁场产生电场,但这个电场与我们前面所学的静电场是有区别的,它是一种涡旋电场。
②变化的电场产生磁场
我们知道自然规律存在着对称性与和谐性。麦克斯韦认为电与磁也是对称的、统一的。既然变化的磁场能产生电场,那么变化的电场就一定能产生磁场,。这个假说是基于麦克斯韦对自然规律的洞察力提出的,是具有创造性的。
问:教科书中提出:“如果在空间某区域中有均匀变化的电场,那么……这个变化的电场就在空间激发变化的磁场……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。由可知,均匀变化的磁场周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:
变化的磁场激发电场,变化的电场激发磁场;
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;
周期性变化的磁场激发周期性变化的电场,周期性变化的电场激发周期性变化的磁场;
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。
电磁波
看课本图,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、波长和频率的关系为:。
麦克斯韦的这个发现是物理学发展史上的一个里程碑,这个理论揭示了光、电、磁在本质上是统一的,但是很遗憾,麦克斯韦在有生之年并没有观察到电磁波,这项工作由德国科学家赫兹在麦克斯韦去世20年后才得以完成。
赫兹的电火花
赫兹的电火花实验的装置如教科书图14.1-4所示。实验器材分为两部分,一是产生电磁波的装置——与高压感应线圈相连的两个金属小球,二是探测、接收装置——谐振环,用一根粗铜丝弯成环状,环的两端各连一个间距可以调整的金属小球。
赫兹通过电火花实验验证了电磁波的存在,同时,他还精确的测定了电磁波在真空中的传播速度等于光速,证实了麦克斯韦的理论。
课堂练习
1、麦克斯韦根据什么现象认为“变化的磁场产生电场”?关于“变化的电场产生磁场”的观点,他是在什么情况下提出的?为什么说他的两个假设是正确的?
2、麦克斯韦关于电磁场理论的主要论点是什么?请用麦克斯韦的电磁场理论说明电磁波是怎么产生的。你家的照明电路在工作时会产生电磁波吗?
3、能否用实验说明电磁波的存在
归纳小节
1、麦克斯韦电磁波理论的主要论点?
2、光与电、磁在本质上的联系?体现在哪里?
3、赫兹的电火花实验的作用?
布置作业
1、完成同步练习中的相关内容
板书设计
伟大的预言
1、变化的磁场产生电场
2、变化的电场产生磁场
3、电磁波
电磁波
电、磁、光在本质上的统一性
三、赫兹的电火花
证实了电磁波的存在,测出电磁波在真空中的速度等于光速,验证了麦克斯韦预言的正确性。