人教版高二物理选择性必修第二册第四章 电磁波的发现及应用-教学设计

课程基本信息

课题

电磁波的发现及应用

教科书

书名：普通高中教科书《物理》必修第三册                                

出版社：人民教育出版社                出版日期： 2019   年 6 月

教学目标

教学目标：了解电磁波，知道电磁场的物质性。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，体验科学知识在生产和科技中的应用，体会科学·技术·社会·环境关系。电磁场，电磁波，电磁波的能量，电磁波通信

教学重点：电磁波谱

教学难点：麦克斯韦电磁场理论的两个假设。

教学过程

时间

教学环节

主要师生活动

环节一

电磁波的发现

环节一：电磁波的发现过程

【引入课题】

中国天问一号火星探测器在7月23日的发射升空，迈出了我国探索行星和深空的第一步，6天后天问一号在飞离地球约120万公里的时候，回望地球，对地球和月球进行了合影“拍照”，并传回地球

那么，天问一号是怎样把图片传回地球的呢？很显然是电磁波

【知识复习】

初中的时候我们就学习过电磁波，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，电磁波是怎样发现的呢？让我们回顾一下科学家们发现电磁波的历程吧！

【老师】介绍电磁波的发现过程

环节二

奥斯特首先发现了电流的周围有磁场，安培进一步做了很多有关电和磁的的研究工作， 法拉第发现了电生磁的方法，并首先提出了力线和场的概念，英国物理学家麦克斯韦系统地总结库仑、安培、奥斯特、 法拉第等人的对电磁规律的研究成果，再加上他本人的创造性工作，最终建立了经典电磁场理论。下面我们定性地介绍一下麦克斯韦关于电磁场的一些观点。

在变化的磁场中放入一个闭合电路，电路中磁通量发生了变化，电路里产生了感应电流。这是法拉第发现的电磁感应现象。

那么，为什么闭合电路中磁通量发生了变化，就会产生电流呢?

麦克斯韦是这样思考的：线圈中产生了感应电流，一定是因为导线内自由移动的电荷受到了电场力的作用，也就是说闭合的电路中产生了电场.

而这个电场的产生一定是因为线圈内的磁场发生了变化的缘故；他进一步猜想：即使在变化的磁场中没有闭合电路，同样会在空间产生电场。闭合电路只是可以检测到电场的存在而已。

因此，麦克斯韦认为：在变化的磁场中产生感应电流的实质是变化的磁场产生了电场。

既然变化的磁场能够产生电场，那么，变化的电场能产生磁场吗？

麦克斯韦确信自然规律的统一性与和谐性，他相信电场与磁场的对称之美。就像奥斯特发现了“电生磁”现象之后，法拉第又发现了“磁生电”现象一样，他大胆地假设：变化的电场就像导线中的电流一样，会在空间产生磁场，即变化的电场产生磁场。

按照麦克斯韦的猜测，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

     到此麦克斯韦并没有停步，而是继续展开思考

环节二：电磁波

如果在空间某区域中有周期性变化的电场，那么它就在空间引起周期性变化的磁场；这个变化的磁场又引起新的变化的电场。于是， 变化的电场和变化的磁场交替产生，形成一个紧密联系的电磁统一体，由近及远地向周围传播，麦克斯韦把这种电磁统一体称为电磁波，于是一个伟大的预言产生了——空间可能存在电磁波。

电磁波

我们熟悉声波和水波,声波和水波的传播都需要介质。而电磁波的传播则不需要介质。放在真空罩里手机依然能够接收到信号；天问一号能从遥远的太空在把照片传回地球。这些都说明电磁波的可以在真空中传播。

那么电磁波是依靠什么传播的呢？

我们在学习电场和磁场时候就知道，电场和磁场本身就是一种物质，因此电磁波的传播依靠的是电场和磁场这种场物质自身相互“激发”而传播的。

那么，电磁波以多大的速度传播呢？麦克斯韦推算出一个出人意料的答案：电磁波的传播速度等于光速！同学们，听到这里你能想到什么呢？根据这个推算，麦克斯韦预言了光是一种电磁波。

麦克斯韦不仅预言了电磁波的存在，而且揭示了电、磁、光现象在本质上的统一性，建立了完整的电磁场理论。麦克斯韦电磁理论的意义足以跟牛顿力学体系相媲美，它是物理学发展中一个划时代的里程碑。

遗憾的是，麦克斯韦英年早逝，没有看到科学实验对电磁场理论的证实。

把天才的预言变成世人公认的真理的人，是德国科学家赫兹。

1886年，赫兹通过实验捕捉到了电磁波，证实了麦克斯韦的电磁场理论。

他还通过测量证明，电磁波的传播速度与光速相同。证实了光是一种电磁波。

赫兹在人类历史上首先捕捉到了电磁波。赫兹的实验为无线电技术的发展开拓了道路，后人为了纪念他，把频率的单位定义为赫兹。

【学生阅读】

接下来我们也来做一个捕捉电磁波的实验吧。做实验之前请同学们暂停一下，先阅读必修三p120页的“做一做——捕捉电磁波” 。

【演示实验】捕捉电磁波

教材上的电流表我们用氖泡代替，当氖泡附近有较强的电磁波时，氖泡会发出红光，请同学们仔细观察实验。

这个实验中电火花其实是变化的电流，它会在周围空间产生电磁波，电磁波以光速向周围空间传播，接收天线接收到了较强的电磁波，氖泡发光。我们捕捉到了电磁波。其实变化的电流无处不在，电磁波也无处不在。