高中物理人教版 (2019)必修 第三册4 电磁波的发现及应用精品教案

这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第三册4 电磁波的发现及应用精品教案，共9页。教案主要包含了播放视频等内容，欢迎下载使用。
备课人
学科
物理
课题
电磁波的发现及应用
教学内容分析
本节包括两部分内容，即电磁波发现的历史概况、电磁波谱及其在科技和社会信息化方面的应用。对麦克斯韦电磁场的基本概念和理论，由于学生存在较大的理解难度，教师在教学过程中应该设置好台阶，逐步深入地引导学生对其进行了解。另一方面，要重视发挥本节涉及的物理学史的教育功能，让学生体会电磁场理论的基本思想在物理学发展中的理论意义，体会科学家研究物理问题的思想方法，了解赫兹实验在物理学发展中的贡献以及用实验来验证理论的方法。对于电磁波产生和传播的过程，在教学方式上可以采取学生阅读、互动讨论为主的方式，多展示相关素材，介绍相关知识，不要求掌握工作原理。重在培养学生科学的物质观，能用这些观念解释和解决实际问题，关注科技进步和社会发展。
学情分析
通过前面的学习，学生对电场、磁场已经有了初步的认识，特别是对电场的力的性质、能量的性质均能进行简单的计算，解决简单的问题。在本节中，学生要接触的电磁场不同于前面的静电场和磁场，是动态的场。但学生在必修阶段还没有学习机械振动和机械波的知识，理解起来有一定的困难。因此教师要根据学生水平，重点介绍电磁波产生和传播的方式，不必对理论深度有过高要求。
教学目标
1、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，领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、体验赫兹证明麦克斯韦预言的电磁波存在的实验过程及实验方法，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、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、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
重难点
教学重点：
电磁波的发现历史概况，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；电磁波谱中各波段的主要特性以及在科技、经济和社会信息化等方面的主要应用。
教学难点：
麦克斯韦电磁场的基本概念和理论。
教学过程
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
新课导入
【讲述】古时用点燃烟火传递重要消息。白天施烟，夜间点火，台台相连——烽火台。
古时候人们信息交流很难，只有最紧急的事才会用到——八百里加急。
为方便传递信息，古代神话小说里出现了"顺风耳和千里眼"。
如今，电磁波为信息的传递插上了翅膀。广播、电视、移动通信等通信方式，使古代人“顺风耳、千里眼”的梦想变成了现实。那么，电磁波是如何产生的呢？
了解人类从古至今传递信息方式的变化。
从信息传递方式的变迁入手，引导学生对现代通讯中利用的电磁波产生探索的兴趣，从而引出本节课的主题。
环节一
电磁场
【讲述】法拉第发现电磁感应的那年，一位科学巨星在英国爱丁堡诞生了，他就是——麦克斯韦。麦克斯韦是继法拉第之后，依据库仑、高斯、欧姆、安培、毕奥、萨伐尔、法拉第等前人的一系列发现和实验成果，建立了第一个完整的电磁理论体系，不仅科学地预言了电磁波的存在，而且揭示了光、电、磁现象的本质的统一性，完成了物理学的又一次大综合。
【提问】什么是电磁感应现象？
【讲述】麦克斯韦认为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，引起了感应电流。
【提问】如果用不导电的塑料线绕制线圈，线圈中还会有电流、电场吗？
【提问】线圈不存在时线圈所在处的空间还有电场吗？
→总结：麦克斯韦认为线圈只不过用来显示电场的存在，线圈不存在时，变化的磁场同样在周围空间产生电场，即这是一种普遍存在的现象，跟闭合电路是否存在无关。
【提问】既然变化的磁场能够在空间产生电场，那么，变化的电场能不能在空间产生磁场？
→麦克斯韦提出假设：变化的电场也相当于一种电流，也在空间产生磁场，即变化的电场在空间产生磁场。
【讲述】变化的电场和变化的磁场总是相互联系的，它们形成一个不可分离的统一场，这就是电磁场。它既不是电场也不是磁场，更不是电场和磁场的叠加，而是电场和磁场相互依赖，形成不可分割的整体。
了解麦克斯韦及其贡献。
复习并回答：
在变化的磁场中放入一个闭合的导体回路，闭合导体回路中就产生感应电流。
理解麦克斯韦的理论。
思考并回答：
有电场，无电流。
思考并回答：
有。
思考、领会麦克斯韦的假设。
思考。
思考、领会麦克斯韦的假设。
思考、领会电磁场的产生方式。
从物理学史入手，由对科学家的介绍转到对其主要贡献的学习。
回顾上一节学习的电磁感应现象，便于学生理解本节课的知识点。
在电磁感应知识的基础上，了解麦克斯韦对感应电流产生原理的解释。
根据电流产生的原因，进一步分析变化的磁场（磁通量）产生的电场。
承接上一步，进一步研究变化的电场产生的磁场。
在上述分析的基础上，引导学生理解电磁场产生的方式。
环节二
电磁波
【讲述】麦克斯韦预言：空间可能存在电磁波。它是变化的电场和磁场交替产生，由近及远地向周围传播。
【讲述】1886年，赫兹通过实验捕提到了电磁波，证实了麦克斯韦的电磁场理论，为无线电技术的发展开拓了道路。
【讲述】赫兹的实验现象：当感应圈两个金属球间有火花跳过时，立刻产生一个交变电磁场，形成电磁波在空间传播，经过导线环时激发出感应电动势，使得导线环中也产生了火花。
【播放视频】赫兹的电火花实验。
→微弱的电火花闪烁着麦克斯韦理论的光辉，赫兹向全世界宣告：电磁波发现了。
【播放视频】捕捉电磁波实验。
【讲述】电磁波中的电场和磁场互相垂直，电磁波在与二者均垂直的方向传播，所以电磁波是横波。E⊥B⊥V。
【讲述】空气、水，是声波和水波传播的介质。电磁波可以在真空中传播，不需要介质。
【播放视频】电磁波的传播。
【讲述】电磁波的传播速度等于光速，光是以波动形式传播的一种电磁振动，即光是一种电磁波。
在上述分析的基础上理解麦克斯韦的预言。
了解相关物理学史。
观察并思考赫兹的电火花实验。
观看视频，并思考。
观看视频，并思考。
思考、理解电磁波的特性。
思考、理解电磁波与机械波的不同之处。
观看视频，加深对电磁波传播的理解。
思考并领会光就是一种电磁波。
仍旧从物理学史出发，引导学生了解电磁波的产生与传播。
介绍电磁波的验证实验，带领学生从实验现象的角度了解电磁波的存在，即其物质性。
介绍电磁波的特点，为后续选修部分的学习打基础。
对比电磁波与机械波，帮助学生初步了解两者的异同之处，为选修部分的学习打基础。
介绍光是一种电磁波，为选修部分光学相关知识的学习打基础。
环节三
电磁波谱
【讲述】在一列水波中，凸起的最高处叫作波峰；凹下的最低处叫作波谷。邻近的两个波峰（或波谷）的距离叫作波长。在1s内有多少次波峰（或波谷）通过，波的频率就是多少。水波不停地向远方传播，用来描述波传播快慢的物理量叫作波速。
→波速：v＝λ/T＝λf
【讲述】电磁波的特点：
（1）电磁波可以在真空中传播速度等于光速c＝3×108m/s；
（2）电磁波的频率由振源决定，同一电磁波在不同介质中传播，v和λ变化，v介＜c；
（3）不同电磁波在同一介质中传播，速度不同，f越高，v越小；f越低，v越大；
（4）电磁波具有波的共性，能发生反射、折射、干涉、衍射、多普勒效应和偏振现象。
【讲述】电磁波的频率范围很广。无线电波、红外线、可见光、紫外线、伦琴射线、γ射线都是电磁波。可见光只是电磁波中的一小部分。按电磁波的波长或频率大小的顺序把它们排列起来,就是电磁波谱。
→①无线电波：波长大于1mm，分为长波、中波、短波和微波，主要用于无线电通讯；
②红外线：波长比无线电波短，比可见光长，所有的物体都在不停地发射红外线，主要用于遥感、加热；
③可见光：波长在700nm~400nm，分为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种，可被视网膜感知；
④紫外线：波长在400nm~5nm，有较高的能量。可用于灭菌消毒，荧光效应等；
⑤X射线：波长比紫外线更短，有比紫外线更高的能量，有较强的穿透作用，可用于透视、检查金属内部缺陷；
⑥γ射线：波长比X射线更短，频率非常高。有很高的能量和很强的穿透作用，可用于检查金属内部缺陷。
【播放视频】电磁波谱。
【讲述】赫兹通过实验证实了电磁波的存在,这意味着,电磁场不仅仅是一种描述方式,而且是真正的物质存在。
【提问】生活中常用微波炉来加热食物,食物增加的能量是微波给它的,由此可以得出什么结论？
【讲述】电磁波的特性：
①电磁波具有能量。
②电磁波是一种物质。
③光是一种电磁波，光具有能量。
思考、理解波的相关概念。
结合速度公式，理解波速公式。
思考、理解电磁波的特点。
观察、了解电磁波谱的基本特点。
了解无线电波的基本特点。
了解红外线的基本特点。
了解可见光的基本特点。
了解紫外线的基本特点。
了解X射线的基本特点。
了解γ射线的基本特点。
观看视频。
了解电磁波发现的意义。
思考并回答：
电磁波具有能量。
了解电磁波的特性。
简单介绍关于波、波速的知识，为选修部分的学习打基础。
进一步介绍电磁波的特点，为后续选修部分的学习打基础。
简单介绍电磁波谱，为后续选修部分的学习打基础。
通过对实例的分析，明确电磁波的物质性。
环节四
电磁波通信
【讲述】电磁波携带信息，既可以有线传播，也可以无线传播。如：电信网、广播电视网、互联网、卫星宽带通信网络。
了解电磁波在通信领域的广泛应用。
介绍电磁波在通信领域的应用。
课堂总结
一、电磁波的发现过程：
①电生磁
②磁生电
③麦克斯韦的猜想与假设
④麦克斯韦预言电磁波的存在，光是一种电磁波。
赫兹验证电磁波的存在，测出电磁波波速等于光速。
二、电磁波的特点：具有能量，物质性
三、电磁波谱：无线电波、红外线、可见光（红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫）、紫外线、X射线、γ射线
四、电磁波通信
板书设计
§13.4电磁波的发现及应用
1、麦克斯韦的猜想与假设：变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场
2、赫兹的电火花实验：验证电磁波的存在
3、电磁波的特点：
①传播不需要介质
②真空中，v＝c
③不同电磁波，同一介质，f越高，v越小
④具有能量
⑤是一种物质
4、光是一种电磁波
5、电磁波谱：无线电波、红外线、可见光（红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫）、紫外线、X射线、γ射线
6、电磁波通信
作业设计
1、梳理本节知识点。
2、教材P123“练习与应用”。
教学反思与评价