4.2 电磁场与电磁波 教学设计-2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第二册

该高中物理教学设计聚焦电磁场与电磁波核心知识，通过LC振荡电路辐射示意图导入，承接上一节LC电磁振荡，提出电磁波产生问题，搭建从电磁振荡到电磁场互生的学习支架，梳理麦克斯韦理论、电磁波结构及赫兹实验脉络。 资料特色在于运用图解对比分析变化场生场规律，结合三维电磁波动画建模空间正交结构，通过赫兹实验装置图落实理论验证，培养科学思维中的模型建构与科学推理，借助5G通信实例渗透科学态度与责任，助力学生建立电磁统一观念，提升教师教学效率。

教学设计 课程名称 电磁场与电磁波 选用教材 高中物理人教版选修二 教学章节 第四章第二节 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 本节课承接上一节 LC 电磁振荡，开篇提出振荡电路向外辐射电磁波的问题；核心讲解麦克斯韦电磁场两大核心观点：变化的磁场产生电场、变化的电场产生磁场，借助示意图直观展示两种场的互生规律；介绍电磁波的空间传播模型，明确电场、磁场、传播方向三者两两垂直；讲述赫兹电火花实验证实电磁波真实存在；最后介绍麦克斯韦方程组，梳理电磁场理论划时代意义，联系现代通信、互联网、移动电话等应用。整体遵循 “振荡辐射提问→变化场相互激发理论→电磁波立体传播模型→赫兹验证实验→电磁场理论历史与现代应用” 逻辑链条，统一电场、磁场两大板块知识，建立完整电磁统一体系，是无线通信相关内容理论根基。 二、学情分析 1. 知识基础 学生已经掌握 LC 电磁振荡、法拉第电磁感应（变化磁场生电场）、电容器充电产生变化电场；知道感应电场为闭合涡旋电场；但学生只了解磁场能生电场，不知道变化电场同样能激发磁场，无法理解电场与磁场可以脱离导线、线圈在空间交替激发、自主传播；不清楚电磁波立体正交结构，不了解麦克斯韦统一电磁、赫兹验证电磁波的科学历史脉络。 2. 能力基础 学生具备单一电磁现象定性分析能力，但双向互生电磁场的循环推导能力薄弱；从二维示意图抽象三维电磁波传播模型的空间建模能力不足；串联法拉第电磁感应、LC 振荡、电磁波验证实验形成完整理论链条的综合归纳能力零散。 3. 思维基础 学生思维局限于导线、铁芯内的电磁场，缺少无介质空间自生自衍电磁场的场论思维；容易混淆 “恒定场、均匀变化场、周期性振荡场” 激发的场的区别；难以建立电场、磁场互相激发、交替向外传播形成波的动态循环模型，无法理解电磁统一理论的跨时代科学价值。 三、教学目标 1. 物理观念 理解麦克斯韦电磁场两条核心规律：变化磁场产生电场、变化电场产生磁场；认识电磁波是交替激发的电场与磁场在空间的传播，电场、磁场、传播方向三者两两垂直；知晓赫兹实验证实电磁波存在，明白电磁场理论统一电与磁，建立电磁统一完整物理观念。 2. 科学思维 依托 LC 振荡电路辐射示意图形成电磁波来源探究具象思维；借助变化磁场、变化电场成对示意图形成场互生规律分析思维；利用电磁波三维传播示意图形成立体正交空间建模思维；结合赫兹实验装置图形成理论预测与实验验证对照思维，培养场互生循环推导、三维空间建模、理论实验互证、科学理论价值归纳的综合科学思维。 3. 科学探究 结合 LC 振荡能量辐射问题提出猜想；对照两张示意图分析两种场互相激发的规律；观察三维电磁波模型，总结电场、磁场、传播方向位置关系；梳理赫兹电火花实验原理，完整经历 “振荡辐射情境提问→麦克斯韦电磁场理论学习→电磁波传播模型构建→赫兹验证实验分析→电磁场理论应用拓展” 探究流程。 4. 科学态度与责任 通过无线电广播、卫星通信、移动互联网等生活实例，养成依托 LC 振荡辐射现象提出探究问题、借助示意图分析电磁场互生规律、结合实验验证理论、梳理物理学重大理论发展脉络的求真科研品格；麦克斯韦电磁统一理论奠定现代通信行业全部理论基础，我国 5G 通信、卫星导航全套电磁波设备实现自主研发，认识电磁场理论支撑国家通信信息产业发展，树立学好电磁场电磁波知识助力国产通信芯片、射频元器件自主研发的责任意识。 四、教学重难点 重点 麦克斯韦两大电磁场观点：变化磁场生电场、变化电场生磁场 电磁波结构：电场、磁场、传播方向两两垂直，可在真空传播 赫兹实验证实电磁波存在 难点 区分不同变化规律的场（恒定、均匀变化、振荡变化）激发的场的差异 理解变化电场（位移电流）不依靠导线也能产生磁场 建立电场、磁场交替激发、向外持续传播的动态循环模型 五、教学方法 情境导入法：LC 振荡电路辐射电磁波示意图抛出核心问题； 图解对比分析法：成对示意图对比变化磁场、变化电场生场规律； 空间建模法：三维电磁波传播示意图讲解正交立体结构； 历史实验分析法：赫兹实验装置图分析验证原理； 小组合作讨论法：合作梳理电磁场互生循环、电磁波结构特点； 理论价值拓展法：麦克斯韦方程组、现代通信应用拓展。 六、教学资源 人教版选择性必修第二册课本；LC 振荡辐射示意图、变化磁场 / 变化电场成对示意图、三维电磁波传播示意图、赫兹实验装置图；多媒体三维动画、黑板、直尺、场变化规律区分思考题。 七、教学设计 教学环节 教师活动 学生活动 LC 振荡辐射情境导入，抛出电磁波产生核心问题 · 展示 LC 振荡电路辐射示意图 · 提出教材开篇问题：LC 振荡电路部分能量会以电磁波向外辐射，电磁波究竟是怎样产生的？给学生两分钟同桌交流，结合法拉第电磁感应知识自主猜想。 · 告知学生本节课先学习麦克斯韦电磁场两条核心规律，认识电场与磁场可以互相激发；再学习电磁波三维传播结构；介绍赫兹实验验证电磁波；最后讲解麦克斯韦方程组与现代通信应用。 · 递进抛出导学思考题 1：恒定不变的磁场能不能产生电场？均匀变化的电场产生什么样的磁场？预留理论讲解环节验证。 观看 LC 振荡电路辐射示意图，结合 LC 振荡、电磁感应知识交流电磁波产生猜想；回顾法拉第电磁感应、电容器电场相关内容；抄写课题《电磁场与电磁波》，带着 “没有导线线圈，电场磁场如何在空间相互产生、向外传播” 的疑问进入新课学习。 麦克斯韦电磁场理论、电磁波三维模型探究 · 展示变化的磁场产生电场图 · 变化的电场产生磁场图 · 分两条讲解麦克斯韦核心观点：变化的磁场会在周围空间激发闭合涡旋电场；变化的电场会在周围空间激发磁场，这里的变化电场不依赖导线，电容器充放电时极板间电场就能激发磁场。 · 补充区分场的变化类型：恒定场不会激发新场；均匀变化的场激发恒定场；周期性振荡变化的场激发同频率振荡场，只有振荡场才能持续交替激发，形成向外传播的电磁波。 · 展示沿 z 轴传播的电磁波三维示意图 · 讲解电磁波结构：电场强度 E、磁感应强度 B 互相垂直，二者都和波的传播方向垂直，电磁波属于横波，可以在真空当中传播。 · 出示配套思考讨论题：为什么 LC 阻尼振荡电路能辐射电磁波，稳定直流电路无法辐射？带领学生结合场激发规律完整作答。 · 组织三分钟四人小组讨论：电场和磁场交替激发向外传播的完整循环过程是什么？每组推选代表完整梳理循环链条。 观看两张成对场激发示意图，分别记录磁场生电场、电场生磁场规律；观看三维电磁波传播示意图，在草稿纸上标注 E、B、传播方向三者两两垂直关系；独立完成直流无法辐射电磁波的定性思考题；小组讨论电磁场互生完整循环，听完讲评建立电磁场互生、电磁波传播完整定性认知。 赫兹验证实验、电磁场理论拓展、课堂总结、分层课后任务 · 展示赫兹实验装置示意图 · 讲解实验流程：感应线圈给金属振子加高压，间隙火花放电产生振荡电场，辐射电磁波；远处谐振环接收电磁波，间隙同步出现火花，直接证实电磁波真实存在，验证麦克斯韦理论预测。 · 拓展介绍麦克斯韦方程组，说明其统一全部电磁现象，是物理学里程碑；列举广播、卫星通信、5G 移动电话、互联网等现代应用。 · 整合四张配图梳理课堂主线：LC 振荡辐射示意图抛出电磁波来源问题→变化磁场、变化电场成对示意图讲解麦克斯韦电磁场互生规律→三维电磁波传播示意图介绍横波正交结构→赫兹实验装置示意图展示理论实验验证过程，完整覆盖情境提问、场互生理论、电磁波模型、实验验证四层核心内容。 · 按照课本行文梳理全课脉络：LC 振荡辐射情境导入提问→借助两张示意图讲解麦克斯韦两条电磁场核心观点，区分不同变化场激发规律→三维示意图分析电磁波立体横波结构→赫兹电火花实验证实电磁波存在，拓展麦克斯韦方程组与现代通信应用，黑板同步简易思维导图，标记电磁场两大规律、电磁波结构、赫兹实验三大核心知识点。 · 分层布置贴合课本的课后任务：基础任务整理麦克斯韦电磁场两条规律、电磁波结构特点，完成 2 道场变化定性判断题；拓展任务查阅我国 5G、卫星通信电磁波传输技术资料，下节课课堂分享。 观看赫兹实验装置示意图，记录发射振子、接收谐振环工作原理；完整记录电磁波真空传播、横波特性；两人一组复述电场磁场交替激发向外传播的完整循环；小组合作区分恒定、均匀变化、振荡变化三种场的激发效果；整合本节课四张图文对应知识点，容易混淆恒定场能否生场、电磁波横波特点、赫兹实验原理三类高频易错点；记录分层课后作业要求，规划习题书写、通信技术调研拓展任务。 课堂收尾 · 回扣开篇 LC 振荡辐射示意图完整总结：麦克斯韦提出变化磁场产生电场、变化电场产生磁场，振荡电场与磁场交替激发，在真空空间形成电磁波；电磁波是横波，电场、磁场、传播方向两两垂直；赫兹电火花实验证实电磁波真实存在；麦克斯韦方程组统一全部电磁现象，支撑现代无线通信全行业发展，完成电磁振荡、电磁场、电磁波完整知识闭环。 回顾麦克斯韦电磁场两大规律、电磁波三维结构、赫兹验证实验、电磁理论应用全部知识点，整理场互生规律、电磁波空间模型笔记，规划课后任务完成顺序。 八、板书设计 九、课程思政 本节课依托 LC 振荡辐射示意图、变化磁场与变化电场成对示意图、三维电磁波传播示意图、赫兹实验装置示意图四组素材开展振荡辐射情境导入、电磁场互生规律图解分析、电磁波三维空间建模、理论预测与实验对照验证、电磁统一理论现代通信拓展教学，培养学生依托 LC 振荡能量辐射现象提出物理探究问题、借助成对示意图梳理电场磁场互生循环、建立三维电磁波传播空间模型、结合历史实验验证物理理论、对接现代通信产业应用的求真科研品格；麦克斯韦电磁场理论是现代无线通信底层核心理论，我国实现 5G 基站、卫星导航、射频通信芯片全套设备自主研发，支撑全国移动通信、远程卫星通信产业发展，让学生认识电磁场电磁波理论事关国家信息通信产业发展，引导学生扎实掌握场互生规律、电磁波传播特性相关知识，树立依托电磁理论助力国产通信射频元器件、通信芯片自主研发的责任意识。 十、教学反思和修改 教学反思：本节课使用四张教材配图完成 LC 辐射情境导入、麦克斯韦场理论讲解、电磁波三维模型分析、赫兹验证实验全流程教学，但学生普遍存在三类典型认知误区：一是误认为恒定磁场、恒定电场也能激发新场；二是记反电磁波结构，误以为电场、磁场平行于传播方向；三是不理解电容器极板间变化电场无需导线就能产生磁场，混淆传导电流与位移电流。小组讨论时部分学生不能完整梳理电场磁场交替向外传播的循环过程。 修改措施：课前印制三类场变化（恒定 / 均匀变化 / 振荡）区分填空预习学案；播放电磁场交替激发、赫兹实验动态短视频；延长四人一组场激发规律对比、电磁波结构梳理讨论时长，强化恒定场不能生场、电磁波横波结构、变化电场生磁场三类专项训练；增加场变化定性判断、电磁波结构区分随堂小题，课堂即时纠错。 学科网（北京）股份有限公司 $