第四节 电磁场与电磁波（表格式教学设计）物理沪科版必修第三册

该高中物理教学设计聚焦电磁场理论、电磁波特性及电磁波谱应用，通过北斗卫星导航系统情境导入，结合变化磁场中闭合电路电流问题，衔接静电场、恒定磁场知识，搭建从“力-场-波”的认知支架。 以麦克斯韦理论的科学推理构建电磁场统一模型，融入卫星通信、微波加热等实例培养科学态度与责任，通过例题训练强化物理观念。助力教师高效教学，提升学生抽象思维与知识应用能力。

第四节 电磁场与电磁波（教学设计） 年级 高二 学科 物理 课时数 课题 第十一章 电磁场与电磁波初步 11.4 电磁场与电磁波（教学设计） 教学 目标 1. 了解麦克斯韦电磁场理论，知道电磁场的概念。 2. 知道电磁波的特点，知道电磁波谱中各种电磁波的排列顺序，了解各种电磁波的应用，了解电磁波的能量。 教材 分析 《电磁场与电磁波》是第十一章的收束性内容，既是静电场、恒定磁场与电磁感应知识的综合提升，又是迈向现代物理与信息技术的桥梁。教材借助麦克斯韦统一电学与磁学的伟大思想，揭示电磁学由“力—场—波”三重认识层次的最终形态，使学生体悟物理学抽象建模的力量；同时通过电磁波谱与现代应用的示例，展示科技进步对社会的深刻影响，利于培养科学素养与责任意识。本节在学科知识体系中地位突出，对后续选修“信息科技”“现代物理实验”模块都有铺垫意义。 教学重点 1. 麦克斯韦电磁场理论的两条互生规律； 2. 电磁波的本质特征与传播规律c=λf； 3. 电磁波谱及典型应用。 教学难点 1. “交变电场—交变磁场—电磁波”三者之间的递进关系及统一性； 2. 由“实验事实—场论—波动”跨层次抽象的科学思维过程。 教学过程 教师活动 学生活动 导入新课 现代生活几乎离不开电子通信技术，它的稳定持续发展离不开电磁场与电磁波的应用。我国自行研制的全球卫星导航系统——北斗卫星导航系统(如右图)，可在全球范围内全天候、全天时提供导航、定位和授时服务，并具有短报文(传送120个汉字的短信息)通信能力。北斗卫星导航系统就是利用电磁波来传递信息的。 如图所示，在变化的磁场中放一个闭合电路，电路中电流表示数是否发生变化？ 结合情境思考问题 学习新课 一、电磁场与电磁波 1. 麦克斯韦电磁场理论 【问题情境】19世纪60年代，英国物理学家麦克斯韦在总结前人对电和磁研究的基础上，将电磁场理论用简洁、对称、完美的数学形式表示出来。这个理论不仅说明了当时已知的电磁现象，而且预言了电磁波的存在。 麦克斯韦指出：如果在空间某处有交替变化的电场，就会在空间引起交替变化的磁场；这个交替变化的电场和磁场又会在较远的空间引起新的交替变化的电场和磁场……交替变化的电场和磁场相互联系，形成一个不可分离的统一的场，这就是电磁场。电磁场能独立于场源存在，反映了电磁场作为物质存在的一种形式。电磁场并不局限于空间某个区域，而要由近及远向周围空间传播开去。电磁场这样由近及远地传播，就形成电磁波。 (1)变化的磁场周围会产生电场 麦克斯韦提出，在变化的磁场周围会激发出一种电场，不管有无闭合电路，变化的磁场激发的电场总是存在的，如图所示。 (2)变化的电场周围会产生磁场 麦克斯韦从场的观点得出，即使没有电流存在，只要空间某处的电场发生变化，就会在其周围产生磁场。 2. 对麦克斯韦电磁场理论的理解 【例1】关于电磁场理论的叙述正确的是（ A ） 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恒定的电场 C.变化的电场和稳定的磁场相互关联，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 【针对训练】下列关于麦克斯韦的电磁场理论说法正确的是（ D ） A.变化的磁场产生的电场一定是变化的 B.不均匀变化的电场产生均匀变化的磁场，均匀变化的磁场产生不均匀变化的电场 C.稳定的磁场产生不稳定的电场 D.周期性变化的磁场在周围空间产生的电场是周期性变化的 理解掌握麦克斯韦电磁场理论，两条互生规律 学习新课 二、电磁波 1. 电磁波的形成 周期性变化的电场和磁场交替产生，形成电磁场，电磁场由近及远传播，形成电磁波。 2. 电磁波的特点 (1)在传播方向上，任意一点的E和B都随时间周期性变化，E和B相互垂直，且与电磁波的传播方向垂直。如图： (2)电磁波可以在真空中传播。电磁波在真空中传播速度等于光速c＝3×108 m/s。 (3)电磁场储存电磁能，电磁波的发射过程就是辐射能量的过程。 (4)只有周期性变化的电场和磁场相互激发才能形成电磁波。 (5)电磁波是电磁场在空间中的传播，电磁场是一种客观存在的物质——场物质。 3. 电磁波的波速 对于电磁波，用λ表示电磁波的波长、f表示频率、c表示波速，则有c＝λf。 【例2】下列说法中正确的是（ C ） A.在电场周围一定存在磁场 B.电磁波的传播需要介质 C.电磁波在真空中的速度为3×108 m/s D.电磁场理论是物理学家法拉第建立的 【针对训练】关于电磁波，下列说法中正确的是（ B ） A.变化的电场一定在周围空间产生变化的磁场 B.麦克斯韦首先预言了电磁波的存在，赫兹最先用实验证实了电磁波的存在 C.电磁波的发射过程是吸收能量的过程 D.各种频率的电磁波在真空中以不同的速度来传播 【例3】电磁波在真空中传播的速度c＝3×108 m/s，有一个广播电台的频率f＝90.0 MHz，这个电台发射的电磁波的波长λ为（ D ） A.2.70 m B.270 m C.3.00 m D.3.33 m 【针对训练】无线电波的中波波长范围为200～3 000 m。求该波段的频率范围。 【解析】根据频率公式f＝得，f1＝＝ Hz＝1.5×106 Hz，f2＝＝ Hz＝1.0×105 Hz，即该波段的频率范围为1.0×105～1.5×106 Hz。 掌握电磁波的形成、特点 掌握电磁波的波速计算方法 学习新课 三、电磁波的应用 1. 电磁波谱 电磁波按波长由大到小排列顺序为无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线。它们共同构成了范围广阔的电磁波谱。 2. 不同波长的电磁波的比较 3. 电磁波的应用 （1）卫星通信 利用人造地球卫星在地面站之间进行通信的系统，称为卫星通信系统，人造卫星相当于离地面很高的中继站。卫星通信(如图)可以在两个或多个地面站之间进行。卫星通信的特点是:通信范围大，只要在卫星发射的电磁波所覆盖的范围内，任何两点之间都可进行通信。 如果一位在中国的用户要与南极洲的科考人员打电话，这个过程就是先通过手机把声音转换为数字信号发射到基站，通过基站把用户电话线路与地面站连通，地面站把电话信号发射到卫星，卫星接到这个信号后经过信号放大再转发到南极洲的地面站，地面站把电话信号取出来，送到科考人员的手机上，手机把数字信号转换成声音。无线电广播、电视节目转播的原理与电话传输相似。 （2）微波加热 微波炉是利用电磁波中的微波加热食物的，使用微波炉加热食物快速高效，且能保证食物的营养，尤其是蛋白质和维生素不被破坏。 （3）遥控和自动控制 电磁波中特定波段的红外线常用于遥控和自动控制。例如，家用电器的遥控器大多是利用发射红外线进行遥控的。公共场所的感应式水龙头则是靠人手遮挡反射红外线实现自动控制。 （4）无线射频识别技术 射频识别是一-种非接触式的自动识别技术，可以通过无线电信号自动识别特定目标，并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学的接触。右图所示是公交卡的内部结构，当公交卡接近刷卡机时，卡内的线圈就会产生感应电流，实现卡内芯片与外部数据库的数据传输。 （5）医疗设备 电磁波中的紫外线可以用于医用消毒，形成无菌空间；X射线透射照相和X-CT扫描用于疾病检查。X射线和γ射线常用于治疗疾病。许多种理疗设备也是靠电磁波对人体的作用治疗疾病。如图所示是由我国原陆军总医院研制成功的“稀土材料小型16层移动X-CT"，各项质量指标显著优于国际同类CT扫描仪。 （6）雷达 雷达是利用电磁波测定物体位置的设备。电磁波如果遇到尺寸明显大于波长的障碍物就要发生反射，雷达向一定的方向发射周期性的不连续的电磁波(叫做电磁脉冲)。发射出去的电磁波遇到障碍物反射，反射波可以在脉冲周期时间间隔内被天线接收。测出从发射到接收电磁脉冲之间的时间，就可以得到障碍物的距离，再根据发射电磁波的方向，便能确定障碍物的位置。 我国自主设计建设的500 m口径球面射电望远镜(FAST) 与雷达接收天线类似，遥远天体投射来的微弱电磁波信号被精确镜面反射后会聚到公共焦点，接收机将这些信号加工、转化成可供记录、显示的形式。FAST主导国际甚长基线干涉测量网，能获得天体超精细结构。FAST具有空间飞行器的测控与通信能力，将深空通信能力延伸至太阳系外缘行星，将卫星数据接收能力提高100倍。FAST建成启用以来，已经在脉冲星探测方面取得众多成果，未来在暗物质和暗能量的探测及地外文明搜寻等方面将会起到重要作用。 例4　下面列出一些医疗器械的名称和这些器械运用的物理现象。请将相应的字母填写在运用这种现象的医疗器械后面的空格上。 (1)X光机，D。 (2)紫外线灯，C。 (3)理疗医用“神灯”照射伤口，可使伤口愈合得较好.这里的“神灯”是利用A。 A.红外线具有显著的热效应 B.紫外线具有很强的荧光作用 C.紫外线具有杀菌消毒作用 D.X射线具有很强的穿透力 【针对训练】在电磁波谱中，红外线、可见光和X射线三个波段的频率大小关系是（ C ） A.红外线的频率最大，可见光的频率最小 B.可见光的频率最大，红外线的频率最小 C.X射线频率最大，红外线的频率最小 D.X射线频率最大，可见光的频率最小 掌握不同波长的电磁波的比较 理解电磁波的不同应用方向 板 书 设 计 11.4 电磁场与电磁波 一、电磁场与电磁波 1. 麦克斯韦电磁场理论 (1)变化的磁场周围会产生电场 麦克斯韦提出，在变化的磁场周围会激发出一种电场，不管有无闭合电路，变化的磁场激发的电场总是存在的。 (2)变化的电场周围会产生磁场 麦克斯韦从场的观点得出，即使没有电流存在，只要空间某处的电场发生变化，就会在其周围产生磁场。 二、电磁波 1. 电磁波的形成 周期性变化的电场和磁场交替产生，形成电磁场，电磁场由近及远传播，形成电磁波。 2. 电磁波的特点 (1)在传播方向上，任意一点的E和B都随时间周期性变化，E和B相互垂直，且与电磁波的传播方向垂直。 (2)电磁波可以在真空中传播。电磁波在真空中传播速度等于光速c＝3×108 m/s。 (3)电磁场储存电磁能，电磁波的发射过程就是辐射能量的过程。 (4)只有周期性变化的电场和磁场相互激发才能形成电磁波。 3. 电磁波的波速 对于电磁波，用λ表示电磁波的波长、f表示频率、c表示波速，则有c＝λf。 三、电磁波的应用 1. 电磁波谱 2. 不同波长的电磁波的比较 3. 电磁波的应用 （1）卫星通信（2）微波加热（3）遥控和自动控制（4）无线射频识别技术（5）医疗设备 （6）雷达 作业布置 教学反思 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $