《電磁波的發(fā)現(xiàn)》教案
《電磁波的發(fā)現(xiàn)》教案
新課標(biāo)要求
（一）知識(shí)與技能
1．知道麥克斯韋電磁場理論的兩個(gè)基本觀點(diǎn)：變化的磁場產(chǎn)生電場，變化的電場產(chǎn)生磁場。
2．知道電磁場在空間傳播形成電磁波以及電磁波的特點(diǎn)。
3．知道赫茲實(shí)驗(yàn)及其重要意義。
（二）過程與方法
通過對(duì)電磁波發(fā)現(xiàn)過程的了解，認(rèn)識(shí)規(guī)律的普遍性與特殊性，培養(yǎng)學(xué)生的邏輯推理和類比推理能力。
（三）情感、態(tài)度與價(jià)值觀
培養(yǎng)學(xué)生崇尚科學(xué)、獻(xiàn)身科學(xué)的精神。
教學(xué)重點(diǎn)
變化的磁場產(chǎn)生電場。
教學(xué)難點(diǎn)
變化的電場產(chǎn)生磁場。
教學(xué)方法
演示推理和類比推理
教學(xué)用具：
學(xué)生電源一臺(tái)，電磁鐵一塊，多匝線圈、燈座、小燈泡各一個(gè)，導(dǎo)線若干
教學(xué)過程
（一）引入新課
師： “神舟六號(hào)”上天后，怎樣與地面上的人聯(lián)系呢？
生：無線電波。
師：無線電廣播、電視、人造衛(wèi)星、導(dǎo)彈、宇宙飛船等，傳遞信息和跟地面的聯(lián)系都要利用電磁波。現(xiàn)代社會(huì)的各個(gè)部門，幾乎都離不開“電磁波”， “電磁波”就是現(xiàn)代文明的神經(jīng)中樞。
那么，電磁波是什么？它是怎樣產(chǎn)生的？它有什么性質(zhì)？怎樣利用它傳遞信號(hào)？這一章就要討論這些問題。今天我們就從電磁波的發(fā)現(xiàn)開始學(xué)習(xí)。
（二）進(jìn)行新課
1．偉大的預(yù)言
（教師首先向?qū)W生介紹麥克斯韋的生平簡介，激發(fā)學(xué)生的好奇心和求知欲。）
麥克斯韋（James Clark Mexwell，1831~1879）是英國的理論物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家。1831年6月13日生于英國愛丁堡。他的父親是一個(gè)科學(xué)家，他從小就受到科學(xué)的熏陶，15歲時(shí)向英國皇家學(xué)會(huì)遞交數(shù)學(xué)論文，發(fā)表在《愛丁堡皇家學(xué)會(huì)學(xué)報(bào)》上，第一次顯露出他出眾的才華。1847年，考入愛丁堡大學(xué)學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)和物理學(xué)。1850年轉(zhuǎn)入劍橋大學(xué)，1854年畢業(yè)后留校工作，1856~1865年，他先后在阿丁見大學(xué)和倫敦皇家學(xué)院任教。1871年，麥克斯韋任劍橋物理實(shí)驗(yàn)室主任，1874年，他主持建立的卡文迪許實(shí)驗(yàn)室竣工，任該實(shí)驗(yàn)室首任主任。1879年11月5日，麥克斯韋在劍橋逝世。
麥克斯韋在電磁場理論方面的工作深受法拉第的影響.他信服法拉第的思想，決心為法拉第的場的概念提供數(shù)學(xué)方法的基礎(chǔ)。尤其是他在倫敦皇家學(xué)院任教期間，有機(jī)會(huì)拜訪了法拉第以后，更加強(qiáng)了他的這種信念.年輕的麥克斯韋以他卓越的數(shù)學(xué)才能和嚴(yán)密的邏輯推理，對(duì)法拉第的直觀形象的電磁場理論加以高度概括，并總結(jié)了當(dāng)時(shí)電磁學(xué)的研究成果，建立了電磁場方程，確立了電磁場理論。
師：我們現(xiàn)在粗略地介紹一下麥克斯韋的電磁場理論。
● 變化的磁場產(chǎn)生電場
演示實(shí)驗(yàn)
裝置如圖所示，當(dāng)穿過螺線管的磁場隨時(shí)間變化時(shí)，上面的線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，引起感應(yīng)電流使燈泡發(fā)光。
［提出問題］小燈泡為什么能發(fā)光？
［學(xué)生回答］由于交變電流產(chǎn)生的磁場在不斷變化，所以穿過線圈的磁通量不斷變化，在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，形成感應(yīng)電流，小燈泡發(fā)光。
［繼續(xù)提問］電路（線圈）中的電荷為什么能夠定向移動(dòng)呢？
［學(xué)生回答］受電場力。
［教師總結(jié)］麥克斯韋認(rèn)為變化的磁場在空間產(chǎn)生電場。電路中的自由電荷就是在這個(gè)電場的作用下做定向運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生了感應(yīng)電流。
［討論］（1）如果用不導(dǎo)電的塑料線繞制線圈，線圈中還有電流、電場嗎？
（2）如果線圈不存在，線圈所在處的空間還有電場嗎？
麥克斯韋認(rèn)為線圈只不過用來顯示電場的存在，線圈不存在時(shí)，變化的磁場同樣在周圍空間產(chǎn)生電場，這是一個(gè)普遍規(guī)律，跟閉合電路是否存在無關(guān)（如圖甲、乙所示）。
我們可以很自然的提出一個(gè)假設(shè)：變化的磁場產(chǎn)生電場。
說明：在變化的磁場中所產(chǎn)生的電場的電場線是閉合的；而靜電場中的電場線是不閉合的。
● 變化的電場產(chǎn)生磁場
師：麥克斯韋根據(jù)電現(xiàn)象與磁現(xiàn)象的相似性和變化的磁場能產(chǎn)生電場的現(xiàn)象，提出了另一個(gè)大膽的假設(shè)：變化的電場也能產(chǎn)生磁場。
教師點(diǎn)撥：這個(gè)假設(shè)沒有直接的實(shí)驗(yàn)做基礎(chǔ)，它出于對(duì)自然規(guī)律的洞察力，是很大膽的，但卻更有創(chuàng)造力。
師：根據(jù)這兩個(gè)基本論點(diǎn)，麥克斯韋推斷：如果在空間某區(qū)域中有周期性變化的電場，那么，它就在空間產(chǎn)生周期性變化的磁場，這個(gè)變化的磁場又在它周圍空間產(chǎn)生新的周期性變化的電場……變化的電場和變化的磁場是相互聯(lián)系著的，形成不可分割的統(tǒng)一體，這就是電磁場。
2．電磁波
師：機(jī)械振動(dòng)在介質(zhì)中的傳播形成機(jī)械波，電磁場在空中的傳播會(huì)形成什么？
生：電磁場在空中傳播形成電磁波。
師：機(jī)械波有橫波和縱波之分，且能夠傳遞能量；能發(fā)生反射、折射、干涉和衍射；靠介質(zhì)傳播，波速v=λf。
類比機(jī)械波的特點(diǎn)，學(xué)生討論電磁波具有的特點(diǎn)。
師生共同得到電磁波的特點(diǎn)：
（1）電磁波中的電場和磁場互相垂直，并且都與波的傳播方向垂直，即電磁波是橫波。光是一種電磁波。在前面學(xué)習(xí)的光的偏振現(xiàn)象已經(jīng)證明了這一點(diǎn)。如上圖所示。
（2）電磁波可以在真空中傳播，向周圍空間傳播電磁能，在傳播過程中，電磁波能發(fā)生反射、折射、干涉和衍射。
（3）三個(gè)特征量的關(guān)系：v=λf。在真空中v=3.0×108 m/s。
師：麥克斯韋電磁場理論的建立具有偉大的歷史意義，足以根牛頓力學(xué)體系相媲美，它是物理學(xué)發(fā)展史中的一個(gè)劃時(shí)代的里程碑。
3．赫茲的電火花
師：麥克斯韋的電磁場理論還只是一個(gè)預(yù)言。還有待于科學(xué)實(shí)驗(yàn)的證明。是赫茲把這個(gè)天才的預(yù)言變成了世人公認(rèn)的真理。
（引導(dǎo)學(xué)生教材，了解赫茲證實(shí)電磁波存在的探索歷程）
教師可以向?qū)W生介紹赫茲的生平簡介（見附錄），激發(fā)學(xué)生求知上進(jìn)的熱情，對(duì)學(xué)生進(jìn)行物理情感教育。
（三）課堂總結(jié)、點(diǎn)評(píng)
本節(jié)主要學(xué)習(xí)了麥克斯韋電磁場理論的主要內(nèi)容。知道了麥克斯韋電磁場理論的兩大支柱：變化的磁場產(chǎn)生電場，變化的電場產(chǎn)生磁場。還知道了變化的電場和磁場相互聯(lián)系，形成一個(gè)統(tǒng)一的場，即電磁場。電磁場由發(fā)生區(qū)域向遠(yuǎn)處的傳播形成電磁波。電磁波中的電場與磁場相互垂直，且二者均與波的傳播方向垂直，即電磁波是橫波。
課余作業(yè)
完成P79“問題與練習(xí)”的題目。
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