3.4 电磁波的发现及其应用 教学设计 -2026-2027学年高二上学期物理教科版必修第三册

该高中物理教学设计聚焦电磁波的发现及其应用，通过麦克斯韦肖像图导入，梳理其在法拉第电磁感应基础上提出的两大核心假说，衔接学生已掌握的电生磁、磁生电知识，搭建“假说→对称规律→电磁波传播→赫兹实验验证→现代应用”的完整探究链条。 该资料特色在于依托麦克斯韦肖像图、电容器变化电场示意图等四张核心图示及电磁场发展史短视频、无线通信实物素材，采用对称类比直观法、建模图示分析法，引导学生经历“梳理假说→理解规律→建模传播→验证拓展”流程，培养科学思维中的模型建构与科学推理能力，助力学生建立统一电磁场物质观念，教师可直接用资料突破重难点，提升教学效率。

教学设计 课程名称 电磁波的发现及其应用 选用教材 高中物理教科版必修三 教学章节 第三章第四节 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 本节课是电磁场理论收尾核心理论课，整合电生磁、磁生电，建立统一电磁场理论，引出电磁波并拓展现代信息产业应用，整体分为四大逻辑板块：第一板块依托麦克斯韦人物肖像图，梳理麦克斯韦在法拉第电磁感应基础上建立完整电磁场两大核心假说；第二板块借助电容器变化电场示意图，直观理解两大对称规律：变化磁场产生电场、变化电场产生磁场；第三板块利用电磁波产生传播示意图，说明交变电场、交变磁场交替激发、由近及远传播形成电磁波；第四板块依靠赫兹实验装置图，介绍赫兹实验证实电磁波存在，给出真空电磁波传播速度，结合万物互联示意图拓展通信、遥感等现代应用。完整搭建 “麦克斯韦肖像图梳理统一电磁场理论两大假说→电容器电场示意图理解电、磁相互激发对称规律→电磁波传播示意图认识电磁波形成机制→赫兹实验装置图验证理论、拓展电磁波信息时代应用” 的电磁场统一理论探究链条，完成整章电磁体系闭环，为现代通信、电磁技术铺垫理论根基。 二、学情分析 1. 知识基础 学生已经掌握奥斯特电生磁、法拉第磁生电、电场、磁场、电磁感应现象；但只知道单向转化，不知道变化电场、变化磁场可以互相激发，缺少电磁场统一对称思想；不清楚电磁波产生的交替激发过程，不了解麦克斯韦理论只是数学推导、赫兹才完成实验验证；对手机、卫星遥感等电磁波实际应用的物理原理理解浅薄。 2. 能力基础 学生具备单一电、磁现象观察能力，但自主归纳电与磁对称互激规律的类比归纳能力薄弱；从示意图梳理交变电磁场交替传播过程的建模识图能力不足；区分理论预言与实验验证的科学史辨析能力欠缺；结合生活举例电磁波各类应用的知识迁移能力较差。 3. 思维基础 学生存在多处顽固认知误区：只有磁体、恒定电流能产生磁场；恒定不变的电场、磁场也能互相激发；电磁场只局限在导线、线圈内部，不能脱离介质向远处传播；麦克斯韦直接通过实验观测到电磁波；电磁波仅用于手机通信，没有其他领域用途。 三、教学目标 1. 物理观念 建立统一电磁场物质观念：麦克斯韦提出两大核心假说，变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场；交变电场、交变磁场交替相互激发，脱离介质在空间向外传播形成电磁波；电磁波在真空中传播速度等于光速；赫兹通过实验证实电磁波真实存在；电磁波广泛用于无线通信、光缆传输、卫星遥感、万物互联各类信息技术场景。 2. 科学思维 依托麦克斯韦人物肖像图建立电磁学统一理论史料归纳思维；借助电容器变化电场示意图建立电、磁对称互激类比对比思维；利用电磁波产生传播示意图建立交变场交替传播物理建模思维；依靠赫兹实验装置图建立理论预言与实验验证分层辨析思维，完整实现电磁理论史料梳理、电磁对称类比、电磁波传播建模、理论与实验区分链条思维训练。 3. 科学探究 观察麦克斯韦人物肖像图，完整复述麦克斯韦两大电磁场核心假说；看懂电容器变化电场示意图，分别说出变化磁场生电场、变化电场生磁场两条对称规律；分析电磁波产生传播示意图，描述交变电场、磁场交替激发向外传播形成电磁波的完整过程；解读赫兹实验装置图，说出赫兹实验的验证作用、电磁波真空传播速度，列举多领域电磁波现代应用；完整经历 “麦克斯韦肖像图梳理统一电磁场理论两大假说→电容器电场示意图理解电、磁相互激发对称规律→电磁波传播示意图认识电磁波形成机制→赫兹实验装置图验证理论、拓展电磁波信息时代应用” 标准化电磁场理论探究流程。 4. 科学态度与责任 麦克斯韦依靠数学推演统一分散的电磁实验成果，体现理论整合、体系化构建的宏大科学视野；赫兹坚持实验验证抽象理论，彰显理论结合实验的严谨科研范式；电磁波支撑现代无线通信、遥感探测，推动数字化、万物互联时代到来，物理基础理论革新人类生产生活方式；电与磁双向互激体现自然界对称、统一的物质规律。 四、教学重难点 重点 麦克斯韦电磁场两大基本假说：变化磁场生电场、变化电场生磁场 电磁波产生机理：交变电场、交变磁场交替激发向外传播 赫兹实验的验证意义，电磁波在现代信息技术中的应用 难点 理解 “只有变化的场才能激发另一种场，恒定场无法互激” 想象交变电磁场脱离介质、空间交替传播的抽象过程 区分麦克斯韦理论预言与赫兹实验实证的不同作用 五、教学方法 史料理论讲授法：麦克斯韦人物肖像图，梳理统一电磁场两大核心假说； 对称类比直观法：电容器变化电场示意图，对比两条互激规律建立对称认知； 建模图示分析法：电磁波产生传播示意图，分层拆解交变场交替传播过程； 史实 + 实例拓展法：赫兹实验装置图，区分理论与实验，拓展电磁波生活工业应用。 六、教学资源 教科版必修第三册物理课本；麦克斯韦人物肖像图、电容器变化电场示意图、电磁波产生传播示意图、赫兹实验装置图；电磁波理论、赫兹实验探究学习单；电磁对称规律、电磁波应用辨析练习题；电磁场发展史短视频、无线通信实物素材。 七、教学设计 教学环节 教师活动 学生活动 环节一 麦克斯韦人物肖像图史料导入，梳理电磁场两大假说（8 分钟） · 展示麦克斯韦人物肖像图 · 分层讲解理论背景与两条假说： · 第一层：麦克斯韦总结法拉第、奥斯特所有电磁实验成果，建立统一电磁场完整理论； · 第二层 假说一：变化的磁场能够在周围空间激发电场，不需要闭合线圈也客观存在； · 第三层 假说二：类比对称推理，变化的电场能够在周围空间激发磁场，电容器充放电极板间变化电场产生磁场； · 抛出导入思辨问题：恒定不变的匀强磁场，周围空间能不能产生电场？ · 组织同桌两人交流两分钟，口述两条电磁场对称假说。 观看麦克斯韦人物肖像图，记住两条核心理论假设；明白只有变化的场才能激发另一种场，进入互激规律直观学习。 环节二 电容器变化电场示意图对称对比，理解电、磁互相激发规律（10 分钟） · 展示电容器变化电场示意图 · 对称对比两类激发场景： · 第一层：磁场发生强弱变化，空间凭空产生涡旋电场；线圈只是探测工具，电场独立存在； · 第二层：电容器充放电时极板间电场持续变化，变化电场向外激发环绕磁场，磁感线呈环形分布； · 提炼对称结论：电、磁互为激发源，前提是场随时间发生变化；恒定电场、恒定磁场无法产生另一类场。 · 布置四人小组任务：对比两条假说，说出电与磁对称互激的完整逻辑，限时三分钟。 观看电容器变化电场示意图，清晰掌握变化磁场生电场、变化电场生磁场两条对称规律；分清恒定场无激发作用。 环节三 电磁波产生传播示意图分层建模，认识电磁波形成过程（12 分钟） 展示电磁波产生传播示意图 分步拆解传播机制： 第一层：周期性交变电流产生周期性变化的磁场，变化磁场再激发交变电场； 第二层：新生成的交变电场又激发新一轮交变磁场，电场、磁场交替、连环产生； 第三层：交替激发的电磁场不依赖导线、介质，由近及远向四周空间传播，这种空间传播的交变电磁场定义为电磁波。 向全班抛出辨析思考题：电磁波传播是否需要空气、金属这类介质？ 观看电磁波产生传播示意图，能完整描述交变场交替激发、向外传播的全过程；知道电磁波可以在真空当中传播。 环节四 赫兹实验装置图理论验证，拓展电磁波现代广泛应用（13 分钟） 展示赫兹实验装置图 分层讲解实验与应用： 第一层：麦克斯韦仅依靠数学推导预言电磁波，赫兹设计感应圈、检波器实验，观测到反射、干涉等波动现象，从实验上证实电磁波真实存在； 第二层：测定电磁波真空传播速度等于光速，定义频率单位赫兹纪念该科学家； 第三层：拓展应用：电磁波支持无线通信、光缆高速信息传输，卫星遥感测绘、万物互联远程控制都依托电磁波，高频光承载更大信息量。 · 观看赫兹实验装置图，区分理论预言与实验验证的不同意义；能自主列举通信、遥感、物联网等多种电磁波现代应用。 环节五 习题巩固，课堂总结梳理全部核心内容（3 分钟） 出示电磁场假说辨析、恒定与变化场区分、电磁波传播机制、电磁波应用四类综合思考题，带领学生复盘麦克斯韦肖像图梳理两大电磁假说、电容器电场示意图理解对称互激规律、电磁波传播示意图建模交变场传播、赫兹实验装置图区分理论与实验并拓展应用四大核心内容；整合四张配图梳理本节课全部知识点，梳理麦克斯韦人物肖像图、电容器变化电场示意图、电磁波产生传播示意图、赫兹实验装置图四大板块考点；纠正 “恒定场可以互相激发”“电磁场只能存在于导体内部”“麦克斯韦直接观测电磁波” 三类典型认知误区。 独立完成四道辨析思考题，严谨说出两条电磁场假说、电与磁互激条件、电磁波传播机理、赫兹实验的验证价值；整合四张配图对应知识点，记录课后生活电磁波应用观察实践任务。 环节六 课堂收尾（2 分钟） 回扣开篇麦克斯韦人物肖像图总结：本节课我们学习麦克斯韦统一电磁场两大假说，理解变化电场、磁场对称互激，认识交变场交替传播形成电磁波，通过赫兹实验验证理论，了解电磁波支撑现代信息社会，完整结束磁场整章内容。 完整回顾电磁场两条核心假说、电与磁互激条件、电磁波产生传播过程、赫兹实验与电磁波应用全部知识点，理清 “麦克斯韦肖像图梳理统一电磁场理论两大假说→电容器电场示意图理解电、磁相互激发对称规律→电磁波传播示意图认识电磁波形成机制→赫兹实验装置图验证理论、拓展电磁波信息时代应用” 完整电磁场理论探究学习思路。 八、板书设计 九、课程思政 本节课依托麦克斯韦人物肖像图、电容器变化电场示意图、电磁波产生传播示意图、赫兹实验装置图四组教材素材，沿着麦克斯韦整合前人成果建立统一电磁理论、电容器电场图直观展示电磁对称互激、交变电磁场示意图建模电磁波传播、赫兹实验区分理论预言与实证检验的脉络开展教学，培养学生科学理论体系构建、对称类比推理、空间场建模、理论实验对照辨析的电磁场探究品格；麦克斯韦整合分散的电磁实验，用数学体系统一电与磁，展现宏大、系统、整合的科学思维，启示学生学会归纳整合碎片化知识；赫兹不盲从理论推演，设计精密实验完成验证，传递理论必须依靠实验检验的严谨科研准则；电与磁双向对称激发，体现自然界物质统一、对立转化的辩证唯物主义思想；电磁波支撑 5G、卫星遥感、物联网等数字产业，彻底改变信息传递方式，体现基础物理理论催生时代变革，激发学生深耕基础科学、以物理技术服务数字社会的使命感。 十、教学反思和修改 教学反思：本节课依托四张科学家、电场、电磁波、实验配图开展统一电磁场理论课，电磁对称规律学生容易理解，但存在三处典型顽固认知误区：一是认为恒定电场、恒定磁场也能互相激发，忽略 “变化” 核心前提；二是无法想象电磁场脱离介质在真空传播，认为电磁波必须依靠空气；三是混淆麦克斯韦（理论推导）与赫兹（实验验证）的贡献；同时部分学生不能完整描述交变场交替激发的传播过程。 修改措施：课前印制电磁场两条假说、电磁波传播填空预习单，标注 “只有变化的场才能激发另一类场、电磁波可在真空传播” 核心要点；课堂增加恒定 / 变化场辨析、理论科学家贡献区分、电磁波传播正误三类抢答练习；延长四人小组电磁对称规律讨论、电磁波传播过程描述时长；课后配套电磁场假说辨析、生活电磁波应用观察实践作业，强化电磁统一理论与实验验证双重观念。 学科网（北京）股份有限公司 $