人教版高中物理选修2-1 5.1 《电磁场 电磁波》 教学设计
文档属性
| 名称 | 人教版高中物理选修2-1 5.1 《电磁场 电磁波》 教学设计 |  | |
| 格式 | doc | ||
| 文件大小 | 148.5KB | ||
| 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 | 2021-07-09 10:36:07 | ||
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文档简介
§5.1?《电磁场?电磁波》?教学设计
【教学目标】?
知识与技能：?
1.知道电磁波的形成；?
2.知道光也是电磁波；?
3.了解电磁波频率、波长和波速的关系，会进行简单计算；?
4.了解麦克斯韦电磁理论预言的两大基本要点，知道变化的电场和磁场总是相互联系，形成不可分离的电磁场。?
过程与方法：?
通过对电磁波发现过程的了解，认识规律的普遍性与特殊性，培养学生的逻辑推理和类比推理能力。?
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，培养学生崇尚科学的精神。?
?
【学情分析】?
通过对选修2-1其他章节的学习，学生已经掌握电磁学的初步知识，能够解释一些电现象、磁现象、电磁感应现象；初中阶段，学生对电磁波、生活中无线电波的发射、接收有了一些简单的认识。因此，教学中可以以这些为新知识的生长点，帮助学生更快更好地梳理电磁学的发展历史，理解电磁场的概念、电磁波的产生。?
?
【教学重点】?
1.麦克斯韦电磁场理论
?2.波速、波长与频率关系的应用?
【教学难点】?
麦克斯韦电磁场理论?
?
【教学过程】?
?
一、趣味实验，引入新课?
利用收音机播放电台广播。分析收音机能够播放广播的原因：收音机作为电磁波的接收器可以捕捉电台发射的电磁波。
自制电磁波的发射装置：用导线将电池组的一极和金属片连接，用表笔跟电池组的另一极连接，实验中用表笔不断摩擦金属片，提示学生观察摩擦过程中的现象。在摩擦金属片的同时，会听到收音机发出“咔嚓咔嚓”的声音。分析现象：自制装置发射的电磁波被收音机成功捕捉。?
提出问题：什么是电磁场？什么是电磁波？在历史上，人们是如何捕捉到电磁波的？??
二、新课教学?
1．历史回顾
（1）定性描述?
通过初中的学习我们知道，电磁波实际上与电和磁都有关系。人类对电磁现象的认识、研究和利用，经历的漫长的岁月。英语中“电”这个单词“Electricity”的?词根“electro”是希腊语“琥珀”的?意思，那是因为，早在公元前600年希腊人发现摩擦后的琥珀能够吸引微小物体，这是人类对电现象的最早认识。到了公元前5世纪，希腊人发现一些小石头可以吸引小磁铁，我国发明了指南针，人们发现了地球磁场存在等等都是人类对磁现象的一些认识。16世纪以前，人们对电磁现象的认知仅仅停留在观察电作用、磁作用的个别的、零碎的现象上，初步对电、磁以及电磁现象进行定性的描述。??
（2）定量测定?
直到1785年，法国物理学家库仑，通过扭秤实验第一次成功测定出静电力常量，从而得出点电荷之间力的作用与距离的平方反比关系，这就是著名的库仑定律。?
（3）电磁间的联系?
安培提出分子电流假说，用来解释磁体带磁性的原因，人类开始研究电与磁之间的联系。到了1820年，丹麦物人奥斯特，在上课期间偶然发现通电的导线周围的小磁针发生偏转，说明电流具有磁效应，电流能产生磁场。这是人类历史上第一次成功地揭示了电与磁之间的联系。?
此后，英国物理学家，伟大的法拉第一直坚信“既然电能生磁，那么磁一定能生电”，经过不懈的努力，终于于1831年，发现了电磁感应现象，纽曼、韦伯得到了电磁感应定律。
（4）理论预言?
1864年，英国的物理学家，麦克斯韦在总结前人研究电磁现象的基础上，建立了完整的电磁场理论。这个理论成功地预言了电磁波的存在。?
麦克斯韦在研究过程中，相继于1856年发表《论法拉第的力线》、1862年，发表《论物理力线》、1873年发表了《电磁理论》三篇论文。第一篇文章中，麦克斯韦致力于用数学工具解释法拉第有关电磁学的相关内容，第二文章中，麦克斯韦超越了前人的成就，预言了电磁波的存在，第三篇文章中，麦克斯韦建立的完整的电磁学理论体系。?
2．麦克斯韦电磁场理论?
追寻麦克斯韦的足迹，探寻电磁场与电磁波。?
（1）不仅电荷能够产生电场，变化的磁场也能产生电场?
受法拉第电磁感应现象的启发，麦克斯韦认为“变化的磁场可以产生电场”。正如图中装置所示，一级线圈通入交变电流，就会产生变化的磁场，二级线圈与灯泡串联，根据法拉第电磁感性现象，灯泡所在线圈内部磁通变化，产生感应电动势，就会形成电流。?
麦克斯韦突破性地认为，电动势的存在是因为在线圈所在空间存在由变化磁场激发的电场，即使将线圈换成不导电物质，电场仍然存在，即使没有二级线圈，空间中此位置仍然有电场的存在。?
（2）不仅电流能够产生磁场，变化的电场也能产生磁场?
在第一条基本理论的基础上，麦克斯韦根据电场、磁场的对称性关系提出了第二条基本理论。这条理论并不是天马行空的。我们知道，静止的电荷会在空间中激发静电场，那么，运动的电荷在空间中就会激发不恒定的、变化的电场，根据奥斯特的实验结论——“电流周围存在磁场”，那么，磁场产生的根本原因就是：变化的电场产生了磁场。?
3．电磁场、电磁波
情境创设：?
假设在空间中某一个局部区域存在着变化的电场，局部空间中存在着变化的电场，那么会引起什么情况？???
如果局部区域里存在的电场是极特殊的变化以至于它以后激发出来的全部都是变化的场。那么又会引起什么现象呢？?
变化的电场激发变化的磁场，然后进一步再激发变化的电场，变化的电场又会激发变化的磁场……变化的电场和变化的磁场紧紧的联系在一起，不可分割，这样紧密结合在一起的整体，麦克斯韦给他起了一个名字，叫做电磁场。?
?提出问题:??
这样的电磁场整体会不会只局限在给定的有限的空间范围之内？
不是均匀变化的电场，它在周围空间激发了变化的磁场，而这个磁场又能在周围空间激发变化的电场，走到更远的地方。这个变化的电场它还可以在更远的地方激发变化的磁场，变化的电场和变化的磁场交替产生，由近及远地传播。这种变化的电磁场在空间以一定的速度传播的过程叫做电磁波。?
4．实验证明?
1888年，德国的物理学家赫兹，第一次成功捕捉到了电磁波。
情境创设：?
A、B两个小金属球，两球之前有非常小的缝隙，两个金属球分别连在一个感应圈的两端，由于感应圈的两端电压非常高，所以A、B小球之间电压也很高。A、B之间的空气就被电离，形成一个可以导电的通路。右边的装置，导线的两端也安装了两个金属球，并且这两个金属球之前也有很小的缝隙，当两个装置（两部分）考的非常近，这个时候就发现A、B之间有电火花，?CD之间也有电火花产生。?
现象解释：?
赫兹认为AB之间有电火花通过的时候，就会建立一个不断变化的电磁场，而通过麦克斯韦理论，这个不断变化的电磁场，会以电磁波的形式传播。所以当电磁波通过CD两个小球的时候，就会在导线上激发一个感应电动势，从而使D、E之间也有电火花。这样赫兹就验证了麦克斯韦的预言！?
5．从科学走向技术?
1895年，意大利工程师马可尼，发明了无线电报系统，利用电磁场、电磁波相关理论，成功地将科学理论转化成了具有实际价值的无线电发射、接收系统，为人类今天无线电技术、电磁波通讯的发展奠定了坚实的基础。?
6．光是电磁波?
麦克斯韦的在预言电磁波存在的过程中，计算出电磁波的速度等于光速，从而语言光是电磁波。这个预言同样被赫兹证实，从而确定了电磁波传播的速度与真空中的光速相同。满足定量关系：
三、随堂巩固、思考练习：?
例1.根据麦克斯韦电磁场理论，下列说法正确的（?????）?
A.在电场周围一定产生磁场，在磁场周围一定产生电场?
B.在变化的电场周围一定产生变化的磁场，在变化的磁场周围一定产生变化的电场?
C.均匀变化的电场周围一定产生均匀变化的磁场?
D.振荡的电场周围一定产生同频率变化的磁场??
答案：D?
例2.下面说法中正确的是（?????）?
A.恒定电流能够在周围空间产生稳定的磁场?
B.稳定电场能够在周围空间产生稳定的磁场?
C.静止电荷能够在周围空间产生稳定的磁场?
D.变化的电场和磁场互相激发，形成由近及远传播的电磁波。
?答案：D?
例3.关于电磁场和电磁波,下列说法正确的是:(???????)?
A.电磁波是横波?
B.电磁波的传播需要介质?
C.电磁波能产生干涉和衍射现象
?D.电磁波中电场和磁场处处相互垂直.?
答案：ACD
四、小结?
1.?麦克斯韦的电磁场理论?
a.变化的磁场产生电场?b.变化的电场产生磁场?
①恒定的电场周围无磁场，恒定的磁场周围无电场。?
②均匀变化的电场周围产生恒定的磁场，均匀变化的磁场周围产生恒定的电场。?
③周期性变化的电场周围存在同周期的磁场，周期性变化的磁场在周围产生同周期的电场。?
2.?波长、频率和波速????????c??=??λ?f??
【作业设计】?
1.教科书39页?问题与练习1、2、3题。?
2.做一做：自制电磁波发射、接收装置；无线充电装置。?
【板书设计】
【教学目标】?
知识与技能：?
1.知道电磁波的形成；?
2.知道光也是电磁波；?
3.了解电磁波频率、波长和波速的关系，会进行简单计算；?
4.了解麦克斯韦电磁理论预言的两大基本要点，知道变化的电场和磁场总是相互联系，形成不可分离的电磁场。?
过程与方法：?
通过对电磁波发现过程的了解，认识规律的普遍性与特殊性，培养学生的逻辑推理和类比推理能力。?
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，培养学生崇尚科学的精神。?
?
【学情分析】?
通过对选修2-1其他章节的学习，学生已经掌握电磁学的初步知识，能够解释一些电现象、磁现象、电磁感应现象；初中阶段，学生对电磁波、生活中无线电波的发射、接收有了一些简单的认识。因此，教学中可以以这些为新知识的生长点，帮助学生更快更好地梳理电磁学的发展历史，理解电磁场的概念、电磁波的产生。?
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【教学重点】?
1.麦克斯韦电磁场理论
?2.波速、波长与频率关系的应用?
【教学难点】?
麦克斯韦电磁场理论?
?
【教学过程】?
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一、趣味实验，引入新课?
利用收音机播放电台广播。分析收音机能够播放广播的原因：收音机作为电磁波的接收器可以捕捉电台发射的电磁波。
自制电磁波的发射装置：用导线将电池组的一极和金属片连接，用表笔跟电池组的另一极连接，实验中用表笔不断摩擦金属片，提示学生观察摩擦过程中的现象。在摩擦金属片的同时，会听到收音机发出“咔嚓咔嚓”的声音。分析现象：自制装置发射的电磁波被收音机成功捕捉。?
提出问题：什么是电磁场？什么是电磁波？在历史上，人们是如何捕捉到电磁波的？??
二、新课教学?
1．历史回顾
（1）定性描述?
通过初中的学习我们知道，电磁波实际上与电和磁都有关系。人类对电磁现象的认识、研究和利用，经历的漫长的岁月。英语中“电”这个单词“Electricity”的?词根“electro”是希腊语“琥珀”的?意思，那是因为，早在公元前600年希腊人发现摩擦后的琥珀能够吸引微小物体，这是人类对电现象的最早认识。到了公元前5世纪，希腊人发现一些小石头可以吸引小磁铁，我国发明了指南针，人们发现了地球磁场存在等等都是人类对磁现象的一些认识。16世纪以前，人们对电磁现象的认知仅仅停留在观察电作用、磁作用的个别的、零碎的现象上，初步对电、磁以及电磁现象进行定性的描述。??
（2）定量测定?
直到1785年，法国物理学家库仑，通过扭秤实验第一次成功测定出静电力常量，从而得出点电荷之间力的作用与距离的平方反比关系，这就是著名的库仑定律。?
（3）电磁间的联系?
安培提出分子电流假说，用来解释磁体带磁性的原因，人类开始研究电与磁之间的联系。到了1820年，丹麦物人奥斯特，在上课期间偶然发现通电的导线周围的小磁针发生偏转，说明电流具有磁效应，电流能产生磁场。这是人类历史上第一次成功地揭示了电与磁之间的联系。?
此后，英国物理学家，伟大的法拉第一直坚信“既然电能生磁，那么磁一定能生电”，经过不懈的努力，终于于1831年，发现了电磁感应现象，纽曼、韦伯得到了电磁感应定律。
（4）理论预言?
1864年，英国的物理学家，麦克斯韦在总结前人研究电磁现象的基础上，建立了完整的电磁场理论。这个理论成功地预言了电磁波的存在。?
麦克斯韦在研究过程中，相继于1856年发表《论法拉第的力线》、1862年，发表《论物理力线》、1873年发表了《电磁理论》三篇论文。第一篇文章中，麦克斯韦致力于用数学工具解释法拉第有关电磁学的相关内容，第二文章中，麦克斯韦超越了前人的成就，预言了电磁波的存在，第三篇文章中，麦克斯韦建立的完整的电磁学理论体系。?
2．麦克斯韦电磁场理论?
追寻麦克斯韦的足迹，探寻电磁场与电磁波。?
（1）不仅电荷能够产生电场，变化的磁场也能产生电场?
受法拉第电磁感应现象的启发，麦克斯韦认为“变化的磁场可以产生电场”。正如图中装置所示，一级线圈通入交变电流，就会产生变化的磁场，二级线圈与灯泡串联，根据法拉第电磁感性现象，灯泡所在线圈内部磁通变化，产生感应电动势，就会形成电流。?
麦克斯韦突破性地认为，电动势的存在是因为在线圈所在空间存在由变化磁场激发的电场，即使将线圈换成不导电物质，电场仍然存在，即使没有二级线圈，空间中此位置仍然有电场的存在。?
（2）不仅电流能够产生磁场，变化的电场也能产生磁场?
在第一条基本理论的基础上，麦克斯韦根据电场、磁场的对称性关系提出了第二条基本理论。这条理论并不是天马行空的。我们知道，静止的电荷会在空间中激发静电场，那么，运动的电荷在空间中就会激发不恒定的、变化的电场，根据奥斯特的实验结论——“电流周围存在磁场”，那么，磁场产生的根本原因就是：变化的电场产生了磁场。?
3．电磁场、电磁波
情境创设：?
假设在空间中某一个局部区域存在着变化的电场，局部空间中存在着变化的电场，那么会引起什么情况？???
如果局部区域里存在的电场是极特殊的变化以至于它以后激发出来的全部都是变化的场。那么又会引起什么现象呢？?
变化的电场激发变化的磁场，然后进一步再激发变化的电场，变化的电场又会激发变化的磁场……变化的电场和变化的磁场紧紧的联系在一起，不可分割，这样紧密结合在一起的整体，麦克斯韦给他起了一个名字，叫做电磁场。?
?提出问题:??
这样的电磁场整体会不会只局限在给定的有限的空间范围之内？
不是均匀变化的电场，它在周围空间激发了变化的磁场，而这个磁场又能在周围空间激发变化的电场，走到更远的地方。这个变化的电场它还可以在更远的地方激发变化的磁场，变化的电场和变化的磁场交替产生，由近及远地传播。这种变化的电磁场在空间以一定的速度传播的过程叫做电磁波。?
4．实验证明?
1888年，德国的物理学家赫兹，第一次成功捕捉到了电磁波。
情境创设：?
A、B两个小金属球，两球之前有非常小的缝隙，两个金属球分别连在一个感应圈的两端，由于感应圈的两端电压非常高，所以A、B小球之间电压也很高。A、B之间的空气就被电离，形成一个可以导电的通路。右边的装置，导线的两端也安装了两个金属球，并且这两个金属球之前也有很小的缝隙，当两个装置（两部分）考的非常近，这个时候就发现A、B之间有电火花，?CD之间也有电火花产生。?
现象解释：?
赫兹认为AB之间有电火花通过的时候，就会建立一个不断变化的电磁场，而通过麦克斯韦理论，这个不断变化的电磁场，会以电磁波的形式传播。所以当电磁波通过CD两个小球的时候，就会在导线上激发一个感应电动势，从而使D、E之间也有电火花。这样赫兹就验证了麦克斯韦的预言！?
5．从科学走向技术?
1895年，意大利工程师马可尼，发明了无线电报系统，利用电磁场、电磁波相关理论，成功地将科学理论转化成了具有实际价值的无线电发射、接收系统，为人类今天无线电技术、电磁波通讯的发展奠定了坚实的基础。?
6．光是电磁波?
麦克斯韦的在预言电磁波存在的过程中，计算出电磁波的速度等于光速，从而语言光是电磁波。这个预言同样被赫兹证实，从而确定了电磁波传播的速度与真空中的光速相同。满足定量关系：
三、随堂巩固、思考练习：?
例1.根据麦克斯韦电磁场理论，下列说法正确的（?????）?
A.在电场周围一定产生磁场，在磁场周围一定产生电场?
B.在变化的电场周围一定产生变化的磁场，在变化的磁场周围一定产生变化的电场?
C.均匀变化的电场周围一定产生均匀变化的磁场?
D.振荡的电场周围一定产生同频率变化的磁场??
答案：D?
例2.下面说法中正确的是（?????）?
A.恒定电流能够在周围空间产生稳定的磁场?
B.稳定电场能够在周围空间产生稳定的磁场?
C.静止电荷能够在周围空间产生稳定的磁场?
D.变化的电场和磁场互相激发，形成由近及远传播的电磁波。
?答案：D?
例3.关于电磁场和电磁波,下列说法正确的是:(???????)?
A.电磁波是横波?
B.电磁波的传播需要介质?
C.电磁波能产生干涉和衍射现象
?D.电磁波中电场和磁场处处相互垂直.?
答案：ACD
四、小结?
1.?麦克斯韦的电磁场理论?
a.变化的磁场产生电场?b.变化的电场产生磁场?
①恒定的电场周围无磁场，恒定的磁场周围无电场。?
②均匀变化的电场周围产生恒定的磁场，均匀变化的磁场周围产生恒定的电场。?
③周期性变化的电场周围存在同周期的磁场，周期性变化的磁场在周围产生同周期的电场。?
2.?波长、频率和波速????????c??=??λ?f??
【作业设计】?
1.教科书39页?问题与练习1、2、3题。?
2.做一做：自制电磁波发射、接收装置；无线充电装置。?
【板书设计】