13.4电磁波的发现及应用 教学设计-2025-2026学年高二上学期物理人教版必修第三册

该高中物理教学设计聚焦电磁波的发现及应用，涵盖麦克斯韦电磁场理论、赫兹实验验证、电磁波特性及电磁波谱应用。通过播放手机通话、卫星电视等生活场景短视频导入，承接电磁感应、电场与磁场旧知，整合电磁学核心知识。 以问题链引导学生从电磁感应推理“变化的磁场产生电场”，结合电磁场传播动画培养科学思维，通过赫兹实验模拟演示和小组讨论落实科学探究，利用验钞灯、红外测温仪等实物演示及利弊讨论渗透科学态度与责任。多样教学方法与丰富资源帮助学生理解抽象概念，便于教师开展教学。

形成天才的决定性因素是勤奋。 课 题 13.4《电磁波的发现及应用》（教学设计） 学 科 物理 年级 备课人 教材地位 本节内容选自高中物理电磁学板块，在整个知识体系中占据承上启下的重要地位。本节课承接电磁感应、电场与磁场相关知识，将电现象与磁现象统一起来，完善麦克斯韦电磁场理论，完成电磁学核心知识的整合梳理。讲述赫兹实验证实电磁波，遵循科学探究发展历程，符合学生认知规律。内容兼顾理论推导与生活实际，紧密结合无线电广播、移动通信、雷达、遥感等日常科技应用，拉近物理与生活的距离。在教学中既能培养学生逻辑推理与科学探究思维，又能让学生感受物理科学的实用价值，树立严谨求实的科学态度，全面落实物理学科核心素养培养目标。 学情分析 学生已掌握静电场、磁场、电磁感应的基本知识，对“场”的概念有初步认知，初中阶段初步了解电磁波的简单应用（如手机、电视），但对电磁波的发现历程、本质及规律缺乏系统认识。高中生抽象思维能力逐步提升，对实验探究和科技发展史有浓厚兴趣，适合通过情境创设、实验演示、小组讨论等方式突破抽象概念难点，同时结合生活实例落实知识应用，培养核心素养。 教学目标 1. 了解麦克斯韦电磁场理论的核心观点，知道变化的电场产生磁场、变化的磁场产生电场，理解电磁场的统一性。 2. 掌握电磁波的基本特性（传播无需介质、波速与光速相等、横波），知道电磁波的本质是电磁场的传播，建立“场是物质存在形式”的科学物质观。 3. 认识电磁波谱的主要波段（无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线），了解各波段的典型应用，明确电磁波在现代社会中的重要作用。 4. 通过分析电磁感应现象，体会从特殊到一般、从具体到抽象的推理过程，理解麦克斯韦基于对称性提出科学假设的思维方法。 教学重点 1. 麦克斯韦电磁场理论的两个核心观点（变化的电场产生磁场、变化的磁场产生电场）。 2. 赫兹实验对电磁波存在的验证及其意义。 3. 电磁波的基本特性及电磁波谱的应用。 教学难点 1. 理解“变化的电场产生磁场”这一基于对称性和理论推理的科学假设（无直接实验依据）。2. 建立“电磁场是一种物质”的科学观念，理解电磁波的传播无需介质的本质。 3. 区分电磁波各波段的特性与应用，避免混淆不同波段的用途。 教学准备 1. 实验器材：赫兹实验模拟装置（感应圈、金属小球、导线环、氖泡）、示波器、手机、遥控器、验钞灯、红外测温仪、电磁炉。 2. 多媒体资源：课件（含麦克斯韦、赫兹肖像、电磁场理论建立时间线、电磁波形成与传播动画、电磁波谱图及应用图片集）、赫兹实验历史再现视频、电磁波应用集锦视频。 3. 学生自备手机（用于演示电磁波传递信息）、笔记本、笔，小组合作任务单。 教学方法 讨论法、小组合作学习法、讲授法 教学过程 教师活动 学生活动 设计意图 导 入 新 课 （3min） （一）情境导入：激发兴趣，引出课题 1. 情境展示：播放1分钟短视频，快速剪辑手机通话、卫星电视、Wi-Fi联网、雷达导航、微波炉加热、太阳光照射、医院X光片等场景，搭配旁白“我们生活在一个被电磁波包围的世界，它是现代信息技术传递的‘翅膀’”。 2. 设问激趣：这些看似无关的场景，背后共同的支撑是什么？（引导学生回答“电磁波”） 观看现代科技应用短视频，积极思考并回答教师提问，结合生活经验说出电磁波的常见场景，快速进入学习状态，激发探究兴趣。 导入新课通过贴近生活的科技情境，快速吸引注意力，让学生感知电磁波的普遍性，自然引出课题，激发学习主动性与探究欲望。 新 知 探 究 (30min) （二）新知探究一：理论预言——麦克斯韦的伟大洞察 1. 复习铺垫，引发思考 （1）提问：法拉第电磁感应定律告诉我们，闭合线圈中磁通量变化会产生感应电流。电流的形成需要电场驱动电荷定向移动，那么这个电场是怎么产生的？ （2）学生思考回答后，教师追问：如果线圈是塑料的（不导电），没有自由电荷，线圈中没有电流，那么这个电场还存在吗？如果把线圈拿走，原来线圈所在的空间，电场还存在吗？ 2. 麦克斯韦的第一个核心观点 （1）结合学生回答，呈现麦克斯韦的思想：麦克斯韦认为，法拉第线圈只是“显示”电场的存在，变化的磁场在其周围空间一定会激发电场，这是一种普遍规律，与是否存在导体无关。（板书：变化的磁场 → 电场） （2）补充说明：这种电场与静电场不同，它不是由电荷产生的，而是由变化的磁场产生的，称为感生电场。 3. 麦克斯韦的第二个核心观点 （1）引导类比：自然规律具有对称性——奥斯特发现“电生磁”，法拉第发现“磁生电”；有作用力就有反作用力。那么，从“变化的磁场产生电场”，我们可以猜想什么？ （2）学生猜想后，教师强调：这不是实验直接发现的，而是麦克斯韦基于自然规律的统一性与对称性，提出的大胆科学假设——变化的电场在其周围空间也会激发磁场。（板书：变化的电场 → 磁场） （3）补充：麦克斯韦的这一假设，在当时没有任何实验证据，却体现了物理学中“理论预言”的伟大思维价值。 4. 电磁场与电磁波的预言 （1）动画演示：周期性变化的电场激发周期性变化的磁场，周期性变化的磁场又激发周期性变化的电场，两者相互联系、不可分割，形成统一的电磁场。 （2）概念形成：这种交替产生的电磁场，由近及远地向周围空间传播，就形成了电磁波。（板书：周期性变化的电场和磁场 → 电磁波） （3）惊人预言：麦克斯韦从理论上推导出，电磁波在真空中的传播速度等于光速（c≈3×10⁸m/s），据此大胆预言：光是一种电磁波，实现了电、磁、光的统一。 （三）新知探究二：实验验证——赫兹的电火花 1. 提出问题 麦克斯韦的理论预言如此美妙，但科学理论需要实验验证才能被公认。那么，谁用实验证实了电磁波的存在？ 2. 赫兹实验讲解与演示 （1）展示实验装置：发射器（感应圈+两个金属小球间隙）、接收器（导线环+两个金属小球间隙），讲解装置原理：感应圈产生高压，使发射器间隙产生电火花，激发电磁波；接收器若接收到电磁波，间隙也会产生电火花。 （2）模拟演示：操作实验装置（或播放高清实验视频），让学生观察现象——当发射器间隙出现电火花时，接收器间隙也会出现微弱的电火花。 （3）实验意义：赫兹实验首次捕捉到电磁波，直接验证了麦克斯韦电磁场理论的正确性，让“电磁波”从理论预言变成了现实，为无线电技术的发展奠定了基础。（板书：赫兹实验 → 验证电磁波存在） 3. 电磁波的基本特性 结合实验现象和理论推导，总结电磁波的核心特性（板书）： （1）传播无需介质，可在真空中传播（与机械波本质区别）。 （2）真空中传播速度c=3×10⁸m/s，与光速相等，证实“光是电磁波”。 （3）电磁波是横波，电场强度、磁感应强度与传播方向相互垂直。 （4）遵循波的基本规律，具有反射、折射、衍射、干涉等特性。 （四）新知探究三：电磁波谱及应用 1. 电磁波谱的组成 展示电磁波谱图，讲解：按电磁波的波长（或频率）由长到短（或由低到高）排列，形成电磁波谱，包括：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线。其中，可见光只是电磁波谱中很小的一部分。 2. 各波段特性与应用（结合实物演示和生活实例） 波段 主要特性 典型应用 无线电波 波长最长，衍射能力强，传播距离远 广播、电视、手机通信、雷达、Wi-Fi 红外线 热效应显著，不可见，一切物体都能发射 红外测温、夜视仪、取暖器、遥感探测 可见光 能使人产生视觉，波长400~760nm 照明、摄影、光学成像 紫外线 化学效应、荧光效应强，能量高，不可见 杀菌消毒、验钞机、促进维生素D合成（过量有害） X射线 穿透能力强 医学透视、安检、材料探伤 γ射线 波长最短，能量最高，穿透能力最强 医疗放疗、探测金属缺陷、研究天体 实物演示：用验钞灯演示紫外线的荧光效应，用红外测温仪测量体温，用手机演示无线电波传递信息，强化学生对应用的理解。 3. 电磁波应用的双重性 引导学生思考：电磁波在给我们的生活带来便利的同时，也存在一定的危害（如过量紫外线、X射线辐射会损伤人体，电磁辐射会干扰电子设备）。提问：我们应该如何安全、合理地利用电磁波？ 学生讨论后总结：避免长时间接触强电磁辐射，合理使用电子设备，规范操作辐射类仪器，树立科学使用科技的意识。 回顾电磁感应相关知识，思考教师提出的递进问题，参与小组讨论，大胆猜想 “变化的电场能否产生磁场”； 认真观察电磁场传播动画，理解电场与磁场交替激发形成电磁波的过程，主动记录核心观点。 仔细观察赫兹模拟实验或实验视频，描述电火花产生现象。 小组交流讨论实验意义，理解理论预言与实验验证的科学探究流程，主动归纳电磁波的基本特性。 观察电磁波谱图片，结合红外测温仪、验钞灯、手机等实物演示，识别不同波段电磁波的应用。 小组讨论电磁波的利与弊，分享生活中的使用经验，形成安全使用意识。 以问题链引导学生由旧知推导新知，符合从具体到抽象的认知规律. 借助动画直观呈现抽象电磁场过程，帮助理解理论核心，培养逻辑推理与科学猜想能力。 通过实验观察与讨论，让学生亲历 “预言 — 验证” 的科学方法，体会实验在物理中的重要作用。 自主归纳特性，提升总结与表达能力，落实科学探究素养。 结合实物演示与生活实例，降低抽象概念理解难度。 引导辩证看待电磁波应用，培养科学态度与社会责任，落实物理核心素养。 课 堂 练 习 (30min) 1. 下列关于麦克斯韦电磁场理论说法正确的是（C） A. 稳定的电场产生稳定的磁场 B. 均匀变化的电场产生均匀变化的磁场 C. 周期性变化的电场产生同频率周期性变化的磁场 D. 电场和磁场相互独立，互不激发 2. 证实电磁波真实存在的实验是（C） A. 奥斯特实验 B. 法拉第电磁感应实验 C. 赫兹电火花实验 D. 库仑扭秤实验 3. 电磁波在真空中传播速度为3×108 m/s，电磁波传播不需要介质。 4. 验钞机利用紫外线防伪，医院拍片利用X 射线。 5. 电磁波与机械波主要区别？ 答案：①电磁波传播不需要介质，机械波传播必须依靠介质；②电磁波由变化的电磁场产生，机械波由物体机械振动产生。 独立完成习题，主动核对答案，针对易错点提出疑问；小组互助讲解，总结电磁波与机械波的区别，巩固本节课重点知识。 课堂练习及时检测学习效果，针对性突破易错点；通过互助讲解，强化知识理解，提升合作与解题能力，巩固课堂重点。 课 堂 小 结 （2min） 一、理论预言（麦克斯韦） 1. 核心观点：变化的磁场 → 电场；变化的电场 → 磁场 2. 电磁场：不可分割的统一体 3. 预言：电磁波存在；光是一种电磁波 二、实验验证（赫兹） 1. 实验现象：发射器电火花 → 接收器电火花 2. 意义：验证电磁波存在，奠定无线电技术基础 三、电磁波特性 1. 无需介质，真空中v=c=3×10⁸m/s 2. 横波，具有波的共性 四、电磁波谱及应用 无线电波→红外线→可见光→紫外线→X射线→γ射线（特性→应用） 五、科学态度与社会责任：合理利用电磁波，规避辐射危害 跟随教师梳理知识框架，复述麦克斯韦理论、赫兹实验、电磁波特性及应用要点，完善课堂笔记，构建完整知识体系。 帮助学生梳理知识结构，形成系统认知，强化记忆，提升归纳概括能力。 课 后 作 业 1. 基础作业：完成教材课后习题，复习麦克斯韦电磁场理论、电磁波特性及电磁波谱应用。 2. 实践作业：观察生活中的电磁波应用，记录3种不同波段的电磁波及其用途，简要说明其利用的特性（如手机利用无线电波传递信息，利用了无线电波衍射能力强的特性）。 3. 拓展作业：查阅资料，了解麦克斯韦、赫兹的科学事迹，撰写一段50字左右的感悟，体会科学精神。 课后作业认真完成教材习题，观察并记录生活中的电磁波应用；查阅科学家事迹，撰写科学精神感悟，提升自主学习与探究能力。 课后作业分层作业兼顾基础巩固与能力拓展，实践作业联系生活，拓展作业渗透科学精神教育，促进学生全面发展。 板 书 设 计 13.4《电磁波的发现及应用》 一、理论预言（麦克斯韦） 二、实验验证（赫兹） 三、电磁波特性 四、电磁波谱及应用 课 后 反 思 1. 亮点：通过情境导入激发学生兴趣，结合实验演示和生活实例突破抽象难点，注重核心素养的培养，尤其是科学思维和科学态度的渗透；小组讨论和实物演示增强了学生的参与度。 2. 不足：对“变化的电场产生磁场”这一难点的讲解的深度是否合适，部分学生可能仍存在理解困难；电磁波谱各波段的应用易混淆，需加强对比和巩固；课堂时间分配可进一步优化，确保探究环节充分展开。 3. 改进措施：课后通过小练习巩固难点知识，制作电磁波谱对比表格供学生复习；下次授课可增加学生自主探究环节，让学生分组查阅各波段应用资料并展示，提升自主学习能力；优化时间分配，适当缩短导入时间，增加探究和练习环节的时间。 1 学科网（北京）股份有限公司 $