人教版 (2019)必修 第三册4 电磁波的发现及应用教案设计

这是一份人教版 (2019)必修 第三册4 电磁波的发现及应用教案设计，共6页。


《电磁波的发现及应用》是《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》必修课程必修3模块中“电磁场与电磁波初步”主题下的内容。课程标准要求为：通过实验，了解电磁波，知道电磁场的物质性。通过实例，了解电磁波的应用及其带来的影响。知道手机和卫星通信等都是电磁波的应用。了解电磁波在现代社会中应用的实例。《普通高中物理课程标准(2017年版)解读》对课程标准的解读为：要求学生通过实验知道电磁波产生、传播和接收，了解电磁波，知道电磁场的物质性。学生通过调查、查阅资料等活动，了解电磁波在生产生活中的广泛应用，及其对现代社会的影响，体验科学知识在生活和科技中的应用，理解科学·技术·社会·环境关系。
本节包括两部分内容，即电磁波发现的历史概括、电磁波谱及其在科技和社会信息化方面的应用。教材首先提出麦克斯韦电磁场的基本概念与理论，变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场，电场和磁场形成一个统一体——电磁场。在电磁场理论建立的过程中，用到了联想、推理、类比、对称等思想方法，理论的确立最终都要经受实验的检验。本节课的教学重点是电磁波的发现历史概括、物理理论和实验的相互配合对科学发展的巨大作用；电磁波是一种特殊物质，能传播能量和信息。
学生在前面一节学习了电磁感应现象，闭合回路磁通量发生变化，在闭合回路内产生感应电流。在恒定电路中学生知道电流是电荷受恒定电场力定向移动形成的。介绍麦克斯韦电磁场理论时，引导学生分析闭合回路内形成感应电流，电荷是如何做定向移动的，引出感应电场的存在，感应电场由变化的磁场产生。对于电磁场理论的介绍，可通过形象的动画、图片辅助教学，加强直观性。中学生对物理学史有强烈的兴趣，教师可介绍相关电磁场物理学史内容或提供给学生有关课外阅读材料让学生自主学习。学生在生活中了解电磁波名词，对紫外线、X射线的应用有所了解，对于电磁波的应用可结合图片、短视频等教学资源开展电磁波谱内容的教学。
1.学生了解人类发现电磁波的历史知道麦克斯韦、赫兹等物理学家对电磁波发现做出的巨大贡献，体会在电磁波的发现过程中所蕴含的科学方法和科学精神。
2.学生体验赫兹证明麦克斯韦预言的电磁波存在的实验过程及方法，领会物理理论和实验的相互配合对科学发展的巨大作用。
3.学生了解电磁波本身是一种特殊物质，电磁波能传递能量和信息。
4.学生了解电磁波谱中各波段的主要特性及其在科技、经济和社会信息化等方面的主要应用。知道可见光是电磁波谱家族中的一个频段。
教学重点：电磁波的发现历史概括、电磁波的特性和应用
教学难点：麦克斯韦电磁场的基本概念和理论
教学方法：讲授法、启发式教学、自主学习、阅读讨论
师：电磁波在生产、生活中具有广泛应用，卫星和地面通信、手机移动信号传播、卫星电视、电台都是在利用电磁波传递信息。本节课解决以下问题：（教师投影多媒体课件）
电磁波是什么？是物质吗？
电磁波是如何产生的？
电磁波是如何传播的？传播速率是多大？
什么是光？光是电磁波吗？
电磁波有哪些应用？
1.电磁场
情境：闭合导体环处在变化的磁场中。
B
O t
问题1：闭合导体环处在水平面内，所在空间存在方向竖直向上的磁场。磁场变化规律如图。导体环内有感应电流吗？为什么？
（磁感应强度随时间变化，穿过导体环的磁通量发生变化，产生了感应电流）
问题2：电流是自由电荷定向移动形成的。恒定电路中，电荷定向运动的原因是什么？
（外电路存在恒定电场，电荷在电场力作用下发生定向移动，形成电流。）
问题3：闭合环产生了感应电流，电荷定向移动。电荷为什么会定向移动？空间有没有电场？
（有感应电流产生，电荷必定受电场力，空间存在电场）
英国物理学家麦克斯韦提出：变化的磁场在空间产生感应电场，当存在闭合回路，自由电荷受电场力发生定向移动形成电流。
变化的磁场在空间产生电场
麦克斯韦根据物理规律的对称性，大胆提出：变化的电场在空间会产生磁场。变化的电场和磁场相互联系，形成不可分割的电磁场。
2.电磁波
根据麦克斯韦的电磁场理论：周期性变化的电场，在空间引起周期性变化的磁场；变化的磁场又引起新的变化的电场……。变化的电场和磁场交替产生，由近及远向周围传播，产生电磁波。
教师投影电磁波图片：
电磁波的产生示意图
教师介绍电磁波：电磁波是在空间传播着的周期性变化的电磁场。描述空间各点的电磁场性质，需同时用物理量E和B。各点的电场强度E和磁感应强度B都在随时间周期性变化，电场方向和磁场方向垂直，电磁波的传播方向与E、B方向均垂直。
机械波的传播需要介质，例如声波在空气中的传播是靠空气分子振动，在真空中不能传播。电磁波是在空间交替产生传播着的电磁场，不需要介质。在宇宙空间，宇航员只能利用电磁波进行通信交流。
声波传播示意图
麦克斯韦根据电磁场理论计算发现电磁波在真空中的传播速度等于光的传播速度c。麦克斯韦提出：光是以波动形式传播的电磁振动。光是电磁波。
电磁波的实验验证：
麦克斯韦从理论上预言了电磁波的存在，但没有进行实验验证电磁波是否真实存在。德国物理学家赫兹在1886-1888年通过实验验证了电磁波的存在。
赫兹检验电磁波的实验装置示意图
A、B是一端焊有铜球的的金属棒，二球间留有小孔隙.AB接感应圈，空隙空气被击穿时，成为导体，电流以高频往复地通过空隙产生火花，产生较强的电磁波辐射. CD外层装有套子，用来调节CD长度.调节CD长度，使CD自由振荡频率与电磁波频率相等，电振荡振幅最大，称为共振，CD称为共振偶极子.在CD金属球空隙出现电火花，检验电磁波的存在.
3.电磁波谱

电磁波在空间传播，各点电场和磁场随时间周期性变化。在同一时刻，电场振幅最大的相邻两个空间位置的间距称为电磁波的波长，用符号λ表示，描述电磁波的另一物理量是频率，符号为f。电磁波在真空中的传播速率均为c，三者满足关系式
c=λf.
问题：电磁波波长越大，电磁波频率如何变化？
电磁波频率范围很广。无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线均为电磁波，它们的频率（波长不同）。将电磁波按波长或频率大小的顺序排列，形成电磁波谱。
电磁波谱
不同频率的电磁波性质不同，各有应用。
任何物体都会辐射电磁波。红外线在军事上具有重要应用。
紫外线具有强烈的杀菌作用，常用于消毒。
γ射线能量高，方向性高，用于放射治疗。
4.电磁波的能量
问题：微波炉是一种家庭常用电器。微波炉是如何对食物加热的？
食物中的水分子在微波作用下热运动加剧，内能增加，温度升高。食物增加的能量来源于微波。
电磁波具有能量。电磁波是一种物质。
5.电磁波通信
结合PPT图片介绍电磁波通信的基本原理。
作业：“练习与应用”课后习题
§ 13.4 电磁波的发现及应用
1.电磁场
变化的磁场产生电场
变化的磁场产生电场 电磁场
2.电磁波
周期性变化的电场和磁场交替产生，在空间由近及远传播
3.电磁波谱
4.电磁波的能量
5.电磁波通信
电磁场理论较抽象，教学时要用形象的动画演示电磁波的产生和传播。课程标准对学生的要求不高，学生自主多阅读教材，熟悉电磁场的基本概念即可。对于电磁波的应用，可结合典型应用，布置任务，让学生查阅资料学习，让学生写出小论文等材料。