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，涵盖电磁场理论、电磁波传播、赫兹实验、波速公式及电磁波谱等核心知识点。通过通信情境设问导入，以电磁感应现象为支架，衔接已有波的知识，用对称思维推理电磁场理论，构建知识脉络。 特色在于以核心素养为导向，用电磁感应铺垫与对称推理突破“变化的电场产生磁场”难点，体现科学思维。赫兹实验环节强化“理论—实验”关系，培养科学探究与科学态度。结合测温枪等应用实例，增强社会责任。助力学生提升推理论证能力，为教师提供清晰教学路径。

教学设计 课程名称 电磁波的发现及应用 教师姓名 授课时长 40分钟 知识点来源 学科：物理　　年级：高二　　教材版本：人教版（2019）必修第三册 课题：第十三章　电磁感应与电磁波初步　第4节　电磁波的发现及应用 知识点描述 电磁场：麦克斯韦在法拉第等人研究的基础上建立了经典电磁场理论；变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场，变化的电场和磁场相互联系，形成不可分割的统一的电磁场。 电磁波：周期性变化的电场和磁场相互激发，由近及远地向周围传播，形成电磁波；电磁波可以在真空中传播，不需要介质。 电磁波的速度：麦克斯韦推算出电磁波的速度等于光速，即；并由此提出了光的电磁理论。 赫兹的实验：1886年赫兹通过实验捕捉到了电磁波，证实了麦克斯韦的电磁场理论，为无线电技术的发展开拓了道路。 波长、频率与波速：邻近两个波峰（或波谷）的距离叫波长λ，1 s 内通过的波峰（波谷）次数叫频率f；三者关系为，也就是波速＝波长×频率。 电磁波谱：按波长（频率）的顺序排列，依次为无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线；不同电磁波特性不同，应用也不同。 电磁波的能量与通信：电磁波具有能量，是一种物质；广播、电视、移动通信等信息都靠电磁波传递。 教学目标（指向核心素养） 一、物理观念 1.了解麦克斯韦电磁场理论的主要观点，知道变化的电场和磁场相互激发形成电磁波。 2.知道电磁波的传播不需要介质、在真空中的速度等于光速，形成电磁波与光统一的观念。 二、科学思维 1.经历“变化的磁场产生电场→变化的电场产生磁场”的推理过程，体会基于对称性的大胆猜想与理论预言。 2.能用分析波长、频率与波速的关系，会根据电磁波谱判断电磁波的种类，发展推理论证与数量估算能力。 三、科学探究 1.了解赫兹捕捉电磁波的实验设计（发射与接收天线、电流表检测），体会实验对检验理论预言的决定性作用。 2.能通过波速公式进行简单的波长、频率计算，获得用数学描述物理量关系的体验。 四、科学态度与责任 1.通过麦克斯韦的预言与赫兹的验证，体会理论与实验相互依存、相互促进的关系。 2.了解电磁波在通信、医疗、军事等领域的应用，关注电磁辐射的安全使用，增强科学用于福祉的责任意识。 教学重点 麦克斯韦电磁场理论的基本观点；电磁波的产生与传播特点；及电磁波谱。 教学难点 理解“变化的电场产生磁场、变化的磁场产生电场”的因果关系；理解电磁波无需介质与光的电磁本质。 适用对象 高二年级学生（人教版2019·必修第三册） 课型 （注：可选择如下选项，也可以补充填写） √新授课　□复习课　□习题课　□实验课　□其他 教学用途 （注：可选择如下选项，也可以补充填写） √课堂教学　□课前预习　□课后复习　□其他 设计思路 教材与学情：学生已掌握电磁感应与波的基本知识（波速、波长、频率），但对“场”与电磁波的联系缺少认识。 设计主线：信息传递情境引入→麦克斯韦电磁场理论→电磁波与赫兹实验→电磁波谱与应用，全程40分钟。 难点突破：用“电磁感应现象”作为跳板引出“变化的磁场产生电场”，再用对称思维推出“变化的电场产生磁场”。 反馈矫正：围绕“电磁波传播要不要介质”“波速、波长、频率关系”设置辨析与计算，纠正如机械波混淆的错误。 教 学 过 程 环节 内 容 设计意图 一、导入新课 （约4分钟） 【情境引入】展示广播、电视、移动通信、卫星导航等情境：信息是怎样“飞”到我们身边的？ 【设问】电磁波是怎样被发现的？它为什么能在真空中传播？——引出课题：电磁波的发现及应用。 从学生熟悉的通信情境出发，激发对电磁波本质的好奇心。 二、新课教学（一） （约10分钟） 1.情境铺垫：在变化的磁场中放入闭合电路，电路中会产生感应电流，说明变化的磁场产生了电场。 2.麦克斯韦的猜想：既然变化的磁场能产生电场，那么变化的电场也应能产生磁场——他基于对称美大胆假设。 3.电磁场：变化的电场和磁场相互联系，形成不可分割的统一的电磁场。 4.预言电磁波：周期性变化的电场引起周期性变化的磁场，二者交替产生、由近及远传播，形成电磁波（图13.4-1）。 5.速度预言：麦克斯韦推算出电磁波的速度等于光速，并提出光的电磁理论。 图13.4-1 电磁波的产生与传播示意图 以“变化”为线索推理出电磁场与电磁波，让学生体会理论预言的力量与对称思维。 三、新课教学（二） （约10分钟） 1.电磁波的传播：与声波、水波不同，电磁波可以在真空中传播，因为它靠的是电场与磁场的相互“激发”。 2.传播速度：电磁波在真空中的速度等于光速。 3.赫兹实验（图13.4-2）：高压发生器接发射天线，接收天线连电流表；1886年赫兹通过实验捕捉到电磁波。 4.意义：赫兹的实验证实了麦克斯韦的电磁场理论，为无线电技术的发展开拓了道路。 图13.4-2 演示电磁波发射与接收的装置 用赫兹实验说明“理论预言—实验验证”的科学过程，强化实验与理论的依存关系。 四、新课教学（三） （约12分钟） 1.波长与频率（图13.4-3）：邻近两个波峰（或波谷）的距离叫波长λ，1 s 内通过的波峰次数叫频率f。 2.波速公式：，即波速等于波长乘以频率。 3.电磁波谱（图13.4-4）：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线，可见光只是其中很小的一部分。 4.应用举例：无线电波用于广播与通信，红外线用于加热理疗，紫外线可消毒，X射线用于诊断，γ射线可摧毁病变细胞。 5.电磁波的能量与通信：微波炉加热食物、收音机天线感应出电流都说明电磁波具有能量；信息靠电磁波传递。 图13.4-3 波长 图13.4-4 电磁波谱及其应用 从波速公式到电磁波谱再到生活应用，体现“规律—分类—应用”的学习路径。 五、课堂小结与作业 （约4分钟） 1.知识主线：电磁场理论→电磁波→赫兹实验→波速公式→电磁波谱与应用。 2.方法提炼：用联系波速、波长、频率，用电磁波谱定位电磁波种类。 3.作业布置：完成教材“练习与应用”1～4题。 理清知识链，把波速公式与电磁波谱作为应用工具巩固下来。 课堂作业（举一反三·典型题5道） 题1．(多选)(2020·广东深圳市第二次统测)电磁感应现象在科技和生活中有着广泛的应用，下列说法正确的是(　　) A.图(a)中利用了发射线圈和接收线圈之间的互感现象构成变压器，从而实现手机充电 B.图(b)中给电磁炉接通恒定电流，可以在锅底产生涡流，给锅中食物加热 C.图(c)中如果线圈B不闭合，S断开将不会产生延时效果 D.图(d)中给电子感应加速器通以恒定电流时，被加速的电子获得恒定的加速度 题2． (1)观察上面两幅图，变化的磁场所产生电场的电场线和以前所学静电场的电场线有区别吗？ (2)变化的磁场一定能产生电磁波吗？为什么？ 题3．测温是防控新冠肺炎的重要环节。在公共场所常用如图所示的测温枪为出入人员测温，测温枪是通过传感器接收红外线，得出感应温度数据，使用时只要将测温枪靠近皮肤表面，修正皮肤与实际体温的温差便能准确显示体温，下列说法正确的是(　　) A.测温枪利用的红外线也可用于杀菌消毒 B.红外线是波长比紫外线长的电磁波 C.红外线的穿透能力很强，接受红外线照射是会伤害身体的 D.红外线的频率大于X光的频率 题4．1864年，英国科学家麦克斯韦在前人研究电磁现象的基础上，建立了完整的电磁场理论。下列说法正确的是（　　） A．电磁波是一种物质 B．电磁波可以传递信息，但不能传递能量 C．遥控器发出的红外线波长和医院CT中的X射线波长相同 D．变化的电场产生磁场，变化的磁场不能产生电场 题5．使用蓝牙耳机接听手机来电，其信号传输的示意图如图所示，已知可见光的频率范围是：，则蓝牙通信的电磁波（　　） A．是蓝光 B．波长比手机通信的电磁波短 C．在真空中的传播速度大小为 D．在真空中的传播速度比可见光传播的速度小 参考答案 题1．AC 电流流过发射线圈会产生变化的磁场，当接收线圈靠近该变化的磁场时就会产生感应电流给手机充电，即利用发射线圈和接收线圈之间的互感现象构成变压器，从而实现手机充电，故A正确；恒定的电流激发恒定的磁场，穿过金属锅的磁通量不变，不会发生电磁感应现象，没有涡流产生，故B错误；如果线圈不闭合，则B线圈中会有电磁感应现象，但不产生感应电流，故不会产生延时效果，故C正确；给电子感应加速器通以恒定电流时产生的磁场不变，即磁通量不变，则不会产生感生电场，则不能加速电子，故D错误。 题2．答案：(1)变化的磁场所产生的电场的电场线是闭合的；而静电场中的电场线是不闭合的。 (2)不一定，均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场，不均匀变化的磁场在周围空间产生变化的电场，如果变化的磁场能产生变化的电场，变化的电场又能产生变化的磁场，才能在周围空间产生电磁波。 题3．B 紫外线可用于杀菌消毒，红外线具有热效应，故A错误；由电磁波谱可知，红外线是波长比紫外线长的电磁波，故B正确；红外线的热作用很强，接受红外线照射是不会伤害身体的，故C错误；由电磁波谱可知，红外线的频率小于X光的频率，故D错误。 题4．A A．电磁波是一种物质，故A正确； B．电磁波既可以传递信息，也可以传播能量，故B错误； C．红外线的波长大于X射线的波长，故C错误； D．变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场，故D错误。 故选A。 题5．B A．由题意可得，蓝牙通信的电磁波频率小于可见光频率，故不可能是蓝光，故A错误； B．由图可知，蓝牙通信的电磁波比手机通信的电磁波频率大，由 可知，频率越大，波长越短，故蓝牙通信的电磁波波长比手机通信的电磁波短，故B正确； CD．在真空中电磁波的传播速度大小均为 故CD错误。 故选B。 教学反思 1.“变化的电场产生磁场”对学生而言比较抽象，应借助电磁感应现象与对称思维引导，避免死记结论。 2.学生易把电磁波与机械波混淆，需反复强调电磁波不需介质、在真空中的速度等于光速。 3.的计算需注意单位统一（MHz、nm等），应在例题中强化换算。 8 学科网（北京）股份有限公司 $