4.2 电磁场与电磁波 教学设计 -2026-2027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”核心知识点，涵盖麦克斯韦电磁场理论两条基本假设、电磁场形成及电磁波的产生与性质。课堂导入从奥斯特“电生磁”和法拉第“磁生电”实验切入，通过“去掉导体回路会怎样”的追问，衔接旧知与新知，搭建学习支架。 该资料以“提出假设-建立电磁场-形成电磁波-实验验证”为主线，突出科学思维中的对称性推理和科学探究中的赫兹实验史，结合“静止与运动电荷周围场”的情境辨析深化物理观念，帮助学生理解“变化”的关键，提升空间想象与科学态度，为教师提供清晰教学路径和难点突破策略。

教学设计 课程名称 电磁场与电磁波 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）选择性必修第二册 课题：第四章　电磁振荡与电磁波　第2节　电磁场与电磁波 知识点描述 变化的磁场产生电场：在变化的磁场中，即使没有闭合导体回路，也会在空间产生电场（涡旋电场），这是麦克斯韦电磁场理论的基本假设之一。 变化的电场产生磁场：变化的电场也会在周围空间产生磁场，这是麦克斯韦电磁场理论的另一条基本假设。 电磁场：变化的电场和变化的磁场总是相互联系、相互激发，形成一个不可分割的统一体，叫作电磁场。 电磁波：变化的电场和磁场由近及远地向周围传播，就形成了电磁波。电磁波是横波，电场方向与磁场方向相互垂直，并且都垂直于电磁波的传播方向。 电磁波的速度与性质：电磁波在真空中的传播速度等于光速，即 m/s；电磁波可以在真空中传播，不需要介质，它具有能量，能够脱离电荷和电流而独立存在。 教学目标（指向核心素养） 一、物理观念 1.知道麦克斯韦电磁场理论的两条基本假设，理解“变化的电场与变化的磁场相互激发”这一核心思想。 2.知道电磁波是横波、可以在真空中传播、在真空中的速度等于光速，形成统一的电磁场观念。 二、科学思维 1.经历由“变化的磁场产生电场”推广到“变化的电场产生磁场”的推理过程，体会对称性与推广在物理理论建立中的作用。 2.能通过对电磁波传播图的分析，说明、的方向与传播方向的关系，发展空间想象能力。 三、科学探究 1.了解赫兹用实验证实电磁波存在的历史过程，能提出“电磁波是否真实存在、能否被接收”的可探究问题。 2.能通过阅读与讨论，归纳出麦克斯韦预言与赫兹实验之间的验证关系，体会理论预言与实验检验的相互作用。 四、科学态度与责任 1.通过麦克斯韦的预言与赫兹的实验验证，体会理论思维与实验检验相结合的科学方法。 2.认识电磁波在现代通信、广播、雷达中的广泛应用，体会基础物理研究对信息社会的深远影响。 教学重点 麦克斯韦电磁场理论的两条基本假设；电磁波的产生、横波性质与真空中的传播速度。 教学难点 “变化的磁场产生电场、变化的电场产生磁场”的理解；电磁波是横波这一空间关系的想象；对“变化的电场”“变化的磁场”中“变化”一词的理解。 适用对象 高二年级学生（人教版2019·选择性必修第二册） 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：学生在前面已分别学过电场和磁场，本节要把二者统一起来，内容抽象、缺少直接的实验体验，需要借助图形与科学史帮助理解。 设计主线：提出假设→建立电磁场→形成电磁波→认识电磁波的性质→回顾赫兹实验，全程40分钟。 难点突破：用“静止的电荷周围只有电场、运动的电荷周围既有电场又有磁场”这一熟悉的图景引入，再指出“变化的电场和变化的磁场可以相互激发，因而可以脱离电荷向远处传播”。 反馈矫正：用“均匀变化的电场产生什么”“稳定的电场产生什么”等设问，检验学生是否注意到“变化”的要求。 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】回顾：奥斯特发现电流的磁效应，说明电可以生磁；法拉第发现电磁感应，说明变化的磁场可以在闭合回路中产生电流。 【设问】如果把闭合回路去掉，变化的磁场还能在空间中产生什么？反过来，变化的电场又能产生什么？ 从学生熟悉的“电生磁、磁生电”两条线索出发，用“去掉导体回路会怎样”的追问，把认识从“回路中的感应”推向“空间中的场”。 二、新课教学（一） （约13分钟） 1. 第一假设：变化的磁场在空间产生电场（图4.2-1）。这个电场与是否有导体回路无关，即使没有导线，变化的磁场照样会在空间激发电场。 图4.2-1 变化的磁场产生电场 电流 2. 第二假设：变化的电场在空间产生磁场（图4.2-2）。法拉第发现了“磁生电”，麦克斯韦进一步提出了“电生磁”的对称设想。 图4.2-2 变化的电场产生磁场 3.形成电磁场：变化的电场和变化的磁场互相激发、互相依存，构成统一的电磁场。 4.辨析“变化”：只有变化的电场（磁场）才能产生磁场（电场）；稳定的电场不产生磁场，均匀变化的电场产生稳定的磁场。 5.理论意义：麦克斯韦把电、磁、光统一在同一理论框架下，并预言光是电磁波，这是物理学史上的一次重大综合。 把两条假设作为并列的“对称命题”呈现，学生更容易记住并理解；再用“稳定、均匀变化、周期性变化”三种情形辨析“变化”的含义。 三、新课教学（二） （约13分钟） 1.电磁波的形成：如果在空间中某处有一个周期性变化的电场（或磁场），它就会激发变化的磁场（或电场），这一变化又激发新的电场……如此由近及远地传播出去，就形成电磁波。 2.横波性质：电磁波中的电场和磁场相互垂直，并且都垂直于电磁波的传播方向，因此电磁波是横波（图4.2-3）。 图4.2-3 沿z轴传播的电磁波 3.传播速度：电磁波在真空中的速度 m/s，与光速相同；麦克斯韦由此指出光也是一种电磁波。 4.不需要介质：电磁波可以在真空中传播，这与机械波必须依靠介质传播形成了鲜明对比。 5.实验验证：1888年，赫兹用实验成功产生了并接收到了电磁波，证实了麦克斯韦的预言；此后电磁波成为无线电通信的物理基础。 用“一个变化的场激发另一个变化的场”的链条动画式讲解，让学生看清电磁波“自己传播自己”的机制；再用“与机械波对比”强化“不需要介质”这一特点。 四、巩固练习 （约6分钟） 1.假设辨析：在空间中放一个静止的电荷，它的周围存在什么场？若电荷做匀速直线运动，周围又存在什么场？做变速运动呢？ 【答】静止电荷的周围只有电场（静电场）；做匀速直线运动的电荷周围既有电场又有稳定的磁场；做变速运动的电荷周围会产生变化的电场和变化的磁场，能够向外辐射电磁波。 2.性质判断：电磁波是横波还是纵波？电场方向的振动方向与传播方向有何关系？ 【答】电磁波是横波。电场方向与磁场方向相互垂直，并且都垂直于电磁波的传播方向。 3.概念辨析：均匀变化的电场在周围产生什么样的磁场？稳定的电场能否产生磁场？说明理由。 【答】均匀变化的电场在周围产生稳定的磁场；稳定的电场不能产生磁场，因为只有变化的电场才能产生磁场。 4.应用拓展：无线电通信、微波炉、雷达分别利用了电磁波的哪些性质？ 【答】无线电通信利用电磁波能在空间中传播、可以携带信息的特点（通过调制与解调传递信号）；微波炉利用微波使食物中的水分子剧烈振动，把电磁能转化为内能（热效应）；雷达利用微波波长短、方向性好、遇障碍物能发生反射的特点来测定物体的位置。 第1题把抽象的假设与学生熟悉的“电荷周围的场”联系起来，第2、3题检验对“变化”和“横波”的理解，第4题把知识引向应用。 五、课堂小结与作业 （约4分钟） 1.知识主线：两条基本假设→统一的电磁场→电磁波的产生→横波性质与 m/s→赫兹实验的验证。 2.方法提炼：理解本节内容要抓住“变化的场激发另一种变化的场”这一链条，并注意“变化”的限定条件。 3.作业布置：完成教材“练习与应用”1～4题。 以“两条假设、一个统一的场、一种波”小结本节，并要求学生用一句话说明“电磁波为什么不需要介质”。 课堂作业（典型题3道） 题1．将很多质量为m、带电荷量为＋q可视为质点的绝缘小球，均匀穿在由绝缘材料制成的半径为r的光滑圆轨道上并处于静止状态，轨道平面水平，空间内有分布均匀的磁场，磁场方向竖直向上，如图甲所示。磁感应强度B随时间t变化的规律如图乙所示，其中是已知量。已知在磁感应强度增大或减小的过程中，将产生涡旋电场，其电场线是在水平面内一系列沿顺时针或逆时针方向的同心圆，同一条电场线上各点的场强大小相等。关于绝缘小球的运动情况，下列说法正确的是(　 ) A．在t＝0到t＝时间内，绝缘小球均做匀速圆周运动 B．在t＝到t＝时间内，绝缘小球均沿顺时针方向做速率均匀增加的圆周运动 C．在t＝到t＝时间内，绝缘小球均沿顺时针方向做加速圆周运动 D．在t＝到t＝时间内涡旋电场沿顺时针方向 题2．如图所示是演示电磁波的发射与接收的实验，在这个实验中，要使氖灯发光，必须使A和B的金属滑动杆位置____________，并且是在A的振子a、b间____________时，氖灯会发光。这说明B的能量是A通过____________传播过来的。 题3．(多选)如图所示，在内壁光滑、水平放置的玻璃圆环内，有一直径略小于玻璃圆环内径的带正电的小球，正以速率沿逆时针方向匀速转动。若在此空间突然加上方向竖直向上、磁感应强度B随时间成正比例增加的变化磁场，设运动过程中小球所带电荷量不变，那么(　 ) A．小球对玻璃圆环的压力不断增大 B．小球受到的洛伦兹力不断增大 C．小球先沿逆时针方向做减速运动，过一段时间后，沿顺时针方向做加速运动 D．洛伦兹力对小球一直不做功 参考答案 题1．选B　 在t＝0到t＝时间内，磁感应强度不变，没有涡旋电场产生，绝缘小球保持静止，故A错误；在t＝到t＝时间内，根据法拉第电磁感应定律可得沿轨道一周的感应电动势为ε＝＝，由于同一条电场线上各点电场强度大小相等，所以E＝，解得E＝，涡旋电场沿顺时针方向，根据牛顿第二定律可得，在t＝到t＝时间内，小球沿切线方向的加速度大小恒为＝，所以绝缘小球均沿顺时针方向做速率均匀增加的圆周运动，故B正确；在t＝到t＝时间内，磁感应强度不变，没有涡旋电场产生，绝缘小球均沿顺时针方向做匀速圆周运动，故C错误；根据法拉第电磁感应定律可知在t＝到t＝时间内涡旋电场沿逆时针方向，故D错误。 题2．     相同     放电产生火花     电磁波 演示电磁波的发射与接收的实验，在这个实验中，要使氖灯发光，必须使A和B的金属滑动杆位置相同。 在A的振子a、b间放电产生火花时，氖灯会发光。 说明B的能量是A通过电磁波传播过来的。 题3．选CD　 玻璃圆环所在处有均匀变化的磁场，在周围产生稳定的涡旋电场，对带正电的小球做功。由楞次定律，判断电场方向为顺时针方向。在电场力作用下，小球先沿逆时针方向做减速运动，后沿顺时针方向做加速运动。小球在水平面内沿玻璃圆环半径方向受两个力作用：环的弹力和磁场的洛伦兹力F＝Bqv，而且两个力的矢量和时刻等于小球做圆周运动的向心力。考虑小球速度大小、方向以及磁场强弱的变化，弹力和洛伦兹力F不一定始终在增大。洛伦兹力始终与小球做圆周运动的线速度方向垂直，所以洛伦兹力对小球不做功。 教学反思 1.本节内容高度抽象，应尽可能借助图形、动画与生活实例，避免只作纯理论的讲述。 2.学生对“变化的电场”中的“变化”容易忽略，须用稳定、均匀变化、周期性变化三种情形对比澄清。 3.赫兹实验的科学史价值很高，适当展开有助于学生体会“理论预言—实验检验”的科学方法。 8 学科网（北京）股份有限公司 $