14.1《电磁波的发现》教案
文档属性
| 名称 | 14.1《电磁波的发现》教案 |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 104.9KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2020-11-17 11:59:01 | ||
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文档简介
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。
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。