2020-2021学年高中物理新人教版选择性必修第二册 4.2 电磁场与电磁波 教案

2020-2021学年人教版（2019）选择性必修第二册4.2电磁场与电磁波教案学习目标一、知识与技能1、了解麦克斯韦电磁场理论的基本思想。2、知道麦克斯韦电磁场理论的主要内容。3、了解电磁波的特点。4、知道赫兹实验及其重要意义。二、过程与方法1、通过趣味演示实验，初步了解电磁场。2、通过对物理学史的学习，体验物理学家从预言到证实电磁波存在的过程，使学生感受物理学的和谐之美、对称之美、有序之美。3、通过对电磁场理论建立过程的学习，体会物理学发展的艰辛过程。4、通过电磁波具有能量以及具有与其他物质相互作用的属性，体会电磁场的物质性。三、情感态度与价值观1、通过对物理学史的学习，理解麦克斯韦电磁场理论的主要观点，了解电磁波发现的历史背景，知道电磁场的概念及通过电磁波体会电磁场的物质性，并认识物理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，让学生体会科学研究方法，培养学生的科学思维、实验探究和科学态度与责任感的物理学科核心索养。2、体验赫兹证明电磁波存在的实验过程及实验方法，领会实验对物理学发展的基础意义，领会发现电磁波过程中所蕴含的科学思维和科学态度与责任感。重点难点1、理解麦克斯韦电磁理论，了解电磁波的形成和电磁波的特点。（重点）2、麦克斯韦电磁理论的理解。（难点）教学准备多媒体课件教学过程 一、导入新课：【新课导入】无线电广播、电视、视频会议、手机、人造卫星和宇宙飞船与地面的联系都要利用电磁波。现代社会的各个部门之间联系时，几乎都离不开电磁波。可以说，电磁波就是现代文明的神经中枢，或者叫现代化的代名词。那么电磁波是什么？它是怎样产生的？这一节我们就要来讨论这些问题。二、讲授新课：1、电磁场【教师引入】人类认识一客观世界，发现新的事物常有两种方式：一种是从生产实践中总结并通过科学实验观察分析后发现新的事物，另一种是从科学理论出发，预言新的事物的存在。电磁波的发现就属于后一种，麦克斯韦就是从电磁场理论出发，运用了较为深奥的数学工具，得到了描述电磁场特性的规律，并预言了电磁波的存在。十年后，他的学生赫兹用实验的方法证实了麦克斯韦的伟大预言，发射并接收到了电磁波，从而开创了无线电技术的新时代。我们现在就粗略地介绍一下麦克斯韦的伟大预言。（1）变化的磁场产生电场【教师引导】如果把左图中的这只小灯泡，向右图那样连接到电源上，构成闭合回路，小灯泡就会发光。【教师提问】小灯泡的电流的方向是怎样的？为什么会有这样的电流？【学生回答】电流的方向是从左向右的。原因是导体中有电场，电场产生的电场力使电荷发生了定向移动。【教师提问】如果给你一个闭合的金属环M，你能使小灯泡发光吗？【学生回答】可以。根据电磁感应原理，使穿过闭合金属环M的磁场B发生变化，就会在空间产电场。小灯泡与导线构成闭合回路时，该电场驱使电子在回路中定向移动而产生了电流，使小灯泡发光。【演示实验】当穿过螺线管的磁场随时间变化时，上边的线圈中产生感应电动势，进而产生感应电流使灯泡发光。 【教师小结】变化的磁场在线圈中产生电场，正是这种电场（涡旋电场）在线圈中驱使自由电子做定向的移动，产生了感应电流。【思考与讨论】①如果用不导电的塑料线绕制线圈，线圈中还有电流和电场吗？②线圈不存在时，线圈所在处的空间，还有电场吗？③若改成恒定的直流电，还有电场吗？【学生讨论】用塑料线圈或线圈不存在时，有电场，无电流；若改成直流电，线圈中的磁场不发生变化，不会产生电场。【总结】麦克斯韦认为，在变化的磁场周围产生电场是一种普遍存在的现象，跟闭合电路是否存在无关。导体只是用来显示电流的存在的，线圈不存在时，变化的磁场同样在周围空间产生电场。麦克斯韦电磁场理论的理解一：①恒定的磁场不产生电场。②均匀变化的磁场，即在相等时间内磁感应强度的变化相等的磁场，产生恒定电场。③非均匀变化的磁场，产生变化的电场。（2）变化的电场产生磁场【教师提问】既然变化的磁场可以产生电场，那么，变化的电场是否也可以产生磁场呢？【学生回答】根据电现象和磁现象的对称性，应该可以产生。【教师引导】麦克斯韦假设变化的电场就像运动的电荷一样，会在空间产生磁场，即变化的电场会产生磁场。【演示实验】在变化的电场周围，小磁针发生摆动。电荷运动时，周围的小磁针发生摆动，说明小磁针所在处产生了另一个磁场，使小磁针发生摆动，这个磁场是由电荷在周围空间运动产生的变化的电场引起的。【教师小结】这个磁场是由变化的电场产生的。【思考与讨论】怎么理解变化的电场产生磁场？ 【总结】麦克斯韦电磁场理论的理解二：①恒定的电场不产生磁场。②均匀变化的电场，即在相等时间内电场强度的变化相等的电场，产生恒定磁场。③非均匀变化的电场，产生变化的磁场。【教师引导】根据麦克斯韦电磁场理论的两个要点:在变化的磁场的周围空间将产生涡旋电场，在变化的电场的周围空间将产生涡漩磁场。周期性变化的电场、磁场相互激发，变化的电场和磁场总是相互联系的，形成一个不可分割的统一的电磁场。2、电磁波【教师引导】如果在空间某区域有周期性变化的电场，就会在周围引起变化的磁场，变化的电场和磁场又会在较远的空间引起新的变化的电场和磁场。这样变化的电场和磁场由近及远地向周围传播，就形成了电磁波。该电磁波的周期和频率等于激起电磁波的振荡电流的周期和频率。【思考与讨论】机械波有横波和纵波之分，且能够传递能量；能发生反射、折射、干涉和衍射；靠介质传播，波速v=λf。类比机械波的特点，电磁波有哪些特点？【结论】①电磁波是横波：根据麦克斯韦的电磁场理论，电磁波在真空中传播时，它的电场强度和磁感应强度互相垂直，而且二者均与波的传播方向垂直，因此电磁波是横波。②电磁波的频率等于发射电磁波的振荡电路的振荡频率，在不同介质中传播时，其频率不变。③电磁波在不同介质中的传播速度不同，在真空中的传播速度为c=3×108m/s。在同一介质中，其速度还与频率有关。④电磁波的波长为λ=v/f，取决于介质与频率。⑤电磁波具有电磁能，电磁波的发射过程就是向外辐射能量、传递信息的过程。⑥电磁波也会发生发射、折射、衍射、干涉、多普勒效应等波特有的现象。【教师引导】电磁波具有电磁能，能传递信息。该性质目前已经得到了十分广泛的应用。大家使用的手机、收听的无线广播等都是应用电磁波来传递信息的。【提出问题】电磁波看不见、摸不着，怎么才能证明电磁波的存在呢？【教师引导】麦克斯韦的电磁场理论在刚提出时还只是一个预言，还有待于科学实验的证明。后来，是赫兹把这个天才的预言变成了世人公认的真理。为了纪念他，把频率的单位定为赫兹。课堂练习1、根据麦克斯韦电磁场理论，下列说法中正确的是()A.周期性变化的电场周围一定产生同频率周期性变化的磁场 B.变化的电场一定产生变化的磁场C.恒定的电场一定产生恒定的磁场D.均匀变化的电场一定产生均匀变化的磁场答案：A2、关于电磁波，下列说法正确的是()A.电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率有关B.周期性变化的电场和磁场可以相互激发，形成电磁波C.电磁波在传播过程中可以发生干涉、衍射，但不能发生反射和折射D.电磁波的传播需要介质答案：B3、用麦克斯韦电磁场理论判断如图所示的四组电场产生的磁场(或磁场产生的电场)随时间t的变化规律，其中错误的是(  )A.B.C.D.答案：C4、关于电磁波的传播速度，下列说法正确的是(  )A.电磁波的频率越高，传播速度越大B.电磁波的波长越长，传播速度越大C.电磁波的能量越大，传播速度越大D.所有电磁波在真空中的传播速度都相等答案：D5、关于电磁场理论，下列叙述不正确的是(  )A.变化的磁场周围一定存在着电场，与是否有闭合电路无关B.周期性变化的磁场产生同频率变化的电场C.变化的电场和变化的磁场相互关联，形成一个统一的场，即电磁场D.电场周围一定存在磁场，磁场周围一定存在电场 答案：D板书设计4.2电磁场与电磁波一、电磁场1、变化的磁场产生电场（1）实验基础：如图1所示，在变化的磁场中放一个闭合电路，电路里就会产生感应电流。　图1（2）麦克斯韦的见解：电路里感应电流的产生，一定是变化的磁场产生了电场，自由电荷在电场的作用下发生了定向移动。（3）实质：变化的磁场产生电场。2、变化的电场产生磁场麦克斯韦假设，既然变化的磁场能产生电场，那么变化的电场也会在空间产生磁场。二、电磁波1、电磁波的产生：变化的电场和变化的磁场交替产生，由近及远地向周围传播，形成电磁波。2、电磁波是横波：根据麦克斯韦的电磁场理论，电磁波在真空中传播时，它的电场强度和磁感应强度互相垂直，而且二者均与波的传播方向垂直，因此电磁波是横波。3、电磁波的速度：麦克斯韦指出了光的电磁本质，他预言电磁波的速度等于光速。4、赫兹证实了麦克斯韦关于光的电磁理论，为了纪念他，把频率的单位定为赫兹。教学后记引导学生对本节多学知识进行自主交流探究，根据学生表述，查漏补缺，并有针对性地进行讲解补充。