13.4 电磁波的发现及应用 教学设计 -2026-2027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，核心涵盖麦克斯韦电磁场理论、电磁波产生传播机理与电磁波谱分类。通过电磁感应知识拓展导入，以“变化电场能否生磁场”问题引导，结合示意图拆解交变电磁场交替激发过程，搭建前后知识衔接的学习支架。 资料特色突出核心素养培养，运用图示建模法（电磁波产生、波长、谱图）和对比辨析法（机械波与电磁波介质差异），助力科学思维养成。融入麦克斯韦理论预言与赫兹实验验证历程及5G通信等实例，渗透科学态度与责任。分层习题与生活应用结合，既帮助学生建立动态波动观念，又为教师提供直观教学资源，提升课堂效率。

教学设计 课程名称 电磁波的发现及应用 选用教材 高中物理人教版必修三 教学章节 第十三章第四节 授课对象 高二学生 授课类型 新授课 授课学时 1课时（45分钟） 一、教学内容分析 本节课承接电磁感应、变化磁场能产生电场的前置知识，课本先介绍麦克斯韦电磁场理论核心观点，说明周期性变化电场与周期性变化磁场会交替激发、相互产生，由此形成可以向外传播的电磁波；借助示意图讲解电磁波的产生与传播机理，引入波长的定义与判断方法，给出电磁波传播不需要介质的特点；完整展示电磁波谱，按照波长从长到短划分无线电波、红外线、可见光、紫外线、X 射线、γ 射线六大类别，结合生活实物图介绍每一类电磁波对应的设备与用途；配套现象辨析习题，打通电与磁统一波动传播的知识脉络，为现代通信、光学内容铺垫基础，全程采用建模图示、分类归纳两大物理研究方法。 二、学情分析 1. 知识基础 学生上一节掌握电磁感应现象，知道变化的磁场能够产生感应电场，清楚电场、磁场都是客观存在的场物质；但学生固化静态场认知，认为只有恒定电、磁场，无法理解周期性变化的场可以互相激发、向外传播，分不清机械波与电磁波传播条件的区别，不能按照波长顺序区分电磁波谱各类别。 2. 能力基础 学生具备基础图像识别、分类整理能力，但从交替激发示意图提炼电磁场转化规律的建模能力薄弱；波长辨析、电磁波类别匹配习题作答条理杂乱，不能结合生活实例对应对应波段的应用设备。 3. 思维基础 高一学生静态具象思维占主导，习惯单独看待电场、磁场，缺少电、磁交替动态转化的抽象波动思维；受声波、水波等机械波认知影响，容易误认为电磁波传播也需要空气、水等介质，不具备按波长梯度分类梳理电磁波谱的有序归纳思维。 三、教学目标 1. 物理观念 理解麦克斯韦电磁场理论核心内容，认识电磁波是变化电场、变化磁场交替激发形成的波动物质，记住电磁波传播无需介质；能区分不同波段电磁波，建立电场、磁场、电磁波统一的电磁波动物理观念。 2. 科学思维 依托电磁场交替传播示意图建立动态转化建模思维；通过波长波形图形成周期、波长定量分析思维；借助电磁波谱图建立有序分类归纳思维，能区分机械波与电磁波传播条件。 3. 科学探究 对照电磁波产生传播示意图梳理场交替激发过程；独立完成波长判断、电磁波应用匹配两类辨析习题，规范书写波段与设备的对应关系。 4. 科学态度与责任 了解麦克斯韦理论预言、赫兹实验证实电磁波的科学历程，体会理论推导与实验验证相辅相成的科研精神；结合 5G 通信、医疗探测设备实例，认识电磁波支撑现代信息、医疗行业发展，树立合理利用电磁波、规避辐射危害的生活责任意识。 四、教学重难点 重点 麦克斯韦电磁场理论核心：变化电场产生磁场，变化磁场产生电场 电磁波的产生机理、传播不需要介质的特点 电磁波谱分类，不同波段电磁波对应的生活应用 难点 理解周期性变化电、磁场交替激发、循环向外传播的动态过程 区分机械波与电磁波传播介质的不同要求 按波长长短有序区分电磁波谱各类波段 五、教学方法 理论推导导入法：由电磁感应拓展麦克斯韦电磁场理论； 图示建模法：依托三张课本示意图拆解电磁波产生、波长、光谱分类； 对比辨析法：机械波、电磁波传播条件对比区分； 分类归纳法：按波长梯度整理电磁波谱各类别； 讲练结合法：配套波长、波段匹配辨析习题当堂训练； 生活科普法：结合收音机、CT、红外理疗仪讲解电磁波实际用途。 六、教学资源 人教版高中物理必修第三册课本；电磁波产生传播示意图、波长波形图、电磁波谱完整图谱；分层辨析习题单、草稿纸、黑板、直尺。 七、教学设计 教学环节 教师活动 学生活动 导入：电磁感应拓展，麦克斯韦电磁场理论 · 同学们，上一节课我们学习电磁感应，知道变化的磁场能够产生感应电场，大家同桌之间用两分钟交流思考：既然变化磁场能生电场，反过来，变化的电场能不能产生磁场？如果二者交替生成，会形成什么样的物质？ · 我们今天学习麦克斯韦提出的电磁场完整理论，展示电磁波的产生与传播示意图 · 对照图逐段拆解循环激发逻辑：周期性变化的电场会在周边激发新的周期性磁场，新产生的变化磁场又会向外激发新的周期性电场，电场、磁场一层接一层交替生成，不断向远处延伸传播，这种由交变电磁场形成的波动就是电磁波。 · 引导学生深入分析图内动态循环过程：图中圆形代表电场、环形曲线代表磁场，二者前后交替出现，没有间断，不需要依靠空气、水等实物介质承载，能在真空里持续传播，这是电磁波和水波、声波最大的区别。 · 递进抛出贴合教材思考问题：恒定不变的静电场、恒定永磁体磁场，能不能互相激发产生电磁波？预留波长、波动特征学习环节完整分析。 回忆电磁感应 “变化磁场生电场” 知识点，和同桌交流变化电场能否生磁场的猜想；观看电磁波的产生与传播示意图，在草稿纸上简易画出电场、磁场交替排布结构，完整抄写本节课课题《电磁波的发现及应用》；带着恒定场能否生成电磁波的疑问进入波长概念学习。 教材正文：波长定义、电磁波传播特点 · 按照教材行文顺序引入波长概念，展示波长波形图 · 对照图清晰标注波长含义：波形图中相邻两个波峰、或是相邻两个波谷之间的水平距离，就是一列电磁波的波长，波长长短直接区分不同种类的电磁波。 · 分层拆解教材电磁波传播核心特点，逐条细致讲解：第一，电磁波由交变电场、磁场交替激发形成，恒定不变的电场、磁场无法产生电磁波；第二，电磁波传播不需要介质，真空、空气、固体液体中都能传播，声波、水波必须依靠介质才能传播；第三，赫兹通过电火花实验真实捕捉到电磁波，证实麦克斯韦的理论预言，完成理论到实验的验证闭环。 · 出示教材配套辨析习题 1：下列关于电磁波与声波说法正确的是 A. 声波、电磁波都只能在空气中传播 B. 恒定磁场可以激发磁场形成电磁波 C. 相邻两个波谷之间的距离是电磁波波长 D. 电磁波传播必须依靠固体介质 · 带领学生逐项结合教材示意图、原文知识点分析对错，完整标注每个选项对应的理论依据。 · 组织三分钟四人小组讨论：手机 5G 信号依靠电磁波传递，在太空真空环境下卫星通信依旧正常工作，这一现象说明电磁波具备什么传播特点？每组推选代表发言总结。 观看波长波形图，在草稿标注波峰、波谷与波长线段，完整记录波长文字定义；逐条抄写电磁波三大传播特点，区分电磁波与机械波介质差异；独立完成辨析选择题，小组围绕卫星通信现象交流讨论，听完讲评修正机械波、电磁波混淆的认知误区。 教材拓展：电磁波谱分类与生活应用 · 按照教材波长从长到短的顺序展开分类教学，展示电磁波谱及其应用示意图 · 对照图谱完整划分六大波段：波长由长至短依次是无线电波、红外线、可见光、紫外线、X 射线、γ 射线，图谱下方配有每一类对应的实际设备图片，分别是收音机、电视、红外理疗仪、紫外线消毒灯、X 光胶片、伽马刀。 · 逐类结合教材文字讲解波段特点与用途：无线电波波长最长，用于广播、电视、5G 通信；红外线热效应突出，用作理疗、测温设备；可见光是人眼唯一能感知的电磁波；紫外线具备杀菌作用，用于消毒灯具；X 射线穿透软组织，医疗拍片成像；γ 射线穿透能力极强，用于肿瘤放疗伽马刀。 · 分层拆解图谱核心规律：波长越短，电磁波携带能量越高，穿透物体的能力越强，医疗探测类设备全部使用短波电磁波，通信设备采用长波无线电波。 · 出示两道分层匹配习题： · 习题 1：将设备与对应电磁波波段连线：收音机 — 无线电波；红外理疗仪 — 红外线；X 光胶片 —X 射线。 · 习题 2：请说明真空环境中卫星通信可以使用电磁波传输信号的物理原因。 · 分步完整示范两道习题作答，第一题一一对应匹配波段，第二题结合电磁波无需介质传播的特点规范书写理由。 · 递进科普教材科学历程：麦克斯韦依靠数 观看电磁波谱及其应用示意图，按从长到短顺序完整记录六大波段名称；分条记下每一类电磁波对应的设备与功能；独立完成匹配、简答两道习题，做完同桌核对波段对应关系；记下麦克斯韦、赫兹的科研历程，梳理本节全部知识等待课堂总结。 课堂梳理与分层课后任务 · 严格按照教材学习顺序梳理全课脉络：麦克斯韦电磁场理论→电磁波交替产生示意图→波长定义与波形判断→电磁波传播特点（无需介质）→电磁波谱按波长分类与各类应用，黑板同步简易思维导图，标记交变场才能产生电磁波、电磁波无需介质传播两大高频易错点。 · 分层布置贴合教材内容的课后任务：基础任务完成本节全部课后辨析、匹配习题，波段匹配严格对照图谱顺序；拓展任务居家寻找红外测温枪、遥控器等设备，判断其依靠哪一类电磁波工作，下节课课堂分享。 顺着教材行文顺序整合整节课全部知识点，重点标记易混淆机械波、电磁波传播条件；清晰记录分层作业要求，规划习题书写、家用电磁波设备观察的时间安排。 八、板书设计 九、课程思政 本节课依托麦克斯韦理论推导、赫兹实验验证电磁波的完整科研历程，展现物理研究中理论猜想与实验证明相辅相成的严谨求真精神；通过电磁波谱各类波段在通信、医疗设备中的广泛应用，说明电磁波动理论是现代信息产业、医疗探测行业的核心基础；结合我国 5G 卫星通信、国产医疗伽马刀设备实例，引导学生感悟基础电磁物理支撑国家信息技术、医疗产业发展，树立深耕物理理论、助力国产高端电子设备研发的时代责任感。 十、教学反思和修改 教学反思：本节课严格按照教材文本顺序授课，使用三张课本配套示意图拆解电磁波产生、波长、光谱分类，图示直观易懂，但多数学生容易混淆机械波与电磁波的传播介质条件；不能记住电磁波谱由长到短的完整排序，时常把短波、长波应用设备弄反；难以理解只有周期性变化的场才能产生电磁波，恒定场无法生成波动。 修改措施：课前印制电磁波与机械波对比填空学案；增加波段匹配随堂小题；补充 5G 通信、X 光设备科普短视频；延长小组讨论时长，强化交变场、恒定场能否产生电磁波的对比辨析训练。 学科网（北京）股份有限公司 $