2020-2021学年高中物理新人教版选择性必修第二册 4.2 电磁场与电磁波 教案
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2021-11-08 16:34:31
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2020-2021学年人教版(2019)选择性必修第二册4.2电磁场与电磁波教案学习目标一、知识与技能1、了解麦克斯韦电磁场理论的基本思想。2、知道麦克斯韦电磁场理论的主要内容。3、了解电磁波的特点。4、知道赫兹实验及其重要意义。二、过程与方法1、通过趣味演示实验,初步了解电磁场。2、通过对物理学史的学习,体验物理学家从预言到证实电磁波存在的过程,使学生感受物理学的和谐之美、对称之美、有序之美。3、通过对电磁场理论建立过程的学习,体会物理学发展的艰辛过程。4、通过电磁波具有能量以及具有与其他物质相互作用的属性,体会电磁场的物质性。三、情感态度与价值观1、通过对物理学史的学习,理解麦克斯韦电磁场理论的主要观点,了解电磁波发现的历史背景,知道电磁场的概念及通过电磁波体会电磁场的物质性,并认识物理规律的普遍性与特殊性,培养学生的逻辑推理和类比推理能力,让学生体会科学研究方法,培养学生的科学思维、实验探究和科学态度与责任感的物理学科核心索养。2、体验赫兹证明电磁波存在的实验过程及实验方法,领会实验对物理学发展的基础意义,领会发现电磁波过程中所蕴含的科学思维和科学态度与责任感。重点难点1、理解麦克斯韦电磁理论,了解电磁波的形成和电磁波的特点。(重点)2、麦克斯韦电磁理论的理解。(难点)教学准备多媒体课件教学过程
一、导入新课:【新课导入】无线电广播、电视、视频会议、手机、人造卫星和宇宙飞船与地面的联系都要利用电磁波。现代社会的各个部门之间联系时,几乎都离不开电磁波。可以说,电磁波就是现代文明的神经中枢,或者叫现代化的代名词。那么电磁波是什么?它是怎样产生的?这一节我们就要来讨论这些问题。二、讲授新课:1、电磁场【教师引入】人类认识一客观世界,发现新的事物常有两种方式:一种是从生产实践中总结并通过科学实验观察分析后发现新的事物,另一种是从科学理论出发,预言新的事物的存在。电磁波的发现就属于后一种,麦克斯韦就是从电磁场理论出发,运用了较为深奥的数学工具,得到了描述电磁场特性的规律,并预言了电磁波的存在。十年后,他的学生赫兹用实验的方法证实了麦克斯韦的伟大预言,发射并接收到了电磁波,从而开创了无线电技术的新时代。我们现在就粗略地介绍一下麦克斯韦的伟大预言。(1)变化的磁场产生电场【教师引导】如果把左图中的这只小灯泡,向右图那样连接到电源上,构成闭合回路,小灯泡就会发光。【教师提问】小灯泡的电流的方向是怎样的?为什么会有这样的电流?【学生回答】电流的方向是从左向右的。原因是导体中有电场,电场产生的电场力使电荷发生了定向移动。【教师提问】如果给你一个闭合的金属环M,你能使小灯泡发光吗?【学生回答】可以。根据电磁感应原理,使穿过闭合金属环M的磁场B发生变化,就会在空间产电场。小灯泡与导线构成闭合回路时,该电场驱使电子在回路中定向移动而产生了电流,使小灯泡发光。【演示实验】当穿过螺线管的磁场随时间变化时,上边的线圈中产生感应电动势,进而产生感应电流使灯泡发光。
【教师小结】变化的磁场在线圈中产生电场,正是这种电场(涡旋电场)在线圈中驱使自由电子做定向的移动,产生了感应电流。【思考与讨论】①如果用不导电的塑料线绕制线圈,线圈中还有电流和电场吗?②线圈不存在时,线圈所在处的空间,还有电场吗?③若改成恒定的直流电,还有电场吗?【学生讨论】用塑料线圈或线圈不存在时,有电场,无电流;若改成直流电,线圈中的磁场不发生变化,不会产生电场。【总结】麦克斯韦认为,在变化的磁场周围产生电场是一种普遍存在的现象,跟闭合电路是否存在无关。导体只是用来显示电流的存在的,线圈不存在时,变化的磁场同样在周围空间产生电场。麦克斯韦电磁场理论的理解一:①恒定的磁场不产生电场。②均匀变化的磁场,即在相等时间内磁感应强度的变化相等的磁场,产生恒定电场。③非均匀变化的磁场,产生变化的电场。(2)变化的电场产生磁场【教师提问】既然变化的磁场可以产生电场,那么,变化的电场是否也可以产生磁场呢?【学生回答】根据电现象和磁现象的对称性,应该可以产生。【教师引导】麦克斯韦假设变化的电场就像运动的电荷一样,会在空间产生磁场,即变化的电场会产生磁场。【演示实验】在变化的电场周围,小磁针发生摆动。电荷运动时,周围的小磁针发生摆动,说明小磁针所在处产生了另一个磁场,使小磁针发生摆动,这个磁场是由电荷在周围空间运动产生的变化的电场引起的。【教师小结】这个磁场是由变化的电场产生的。【思考与讨论】怎么理解变化的电场产生磁场?
【总结】麦克斯韦电磁场理论的理解二:①恒定的电场不产生磁场。②均匀变化的电场,即在相等时间内电场强度的变化相等的电场,产生恒定磁场。③非均匀变化的电场,产生变化的磁场。【教师引导】根据麦克斯韦电磁场理论的两个要点:在变化的磁场的周围空间将产生涡旋电场,在变化的电场的周围空间将产生涡漩磁场。周期性变化的电场、磁场相互激发,变化的电场和磁场总是相互联系的,形成一个不可分割的统一的电磁场。2、电磁波【教师引导】如果在空间某区域有周期性变化的电场,就会在周围引起变化的磁场,变化的电场和磁场又会在较远的空间引起新的变化的电场和磁场。这样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。该电磁波的周期和频率等于激起电磁波的振荡电流的周期和频率。【思考与讨论】机械波有横波和纵波之分,且能够传递能量;能发生反射、折射、干涉和衍射;靠介质传播,波速v=λf。类比机械波的特点,电磁波有哪些特点?【结论】①电磁波是横波:根据麦克斯韦的电磁场理论,电磁波在真空中传播时,它的电场强度和磁感应强度互相垂直,而且二者均与波的传播方向垂直,因此电磁波是横波。②电磁波的频率等于发射电磁波的振荡电路的振荡频率,在不同介质中传播时,其频率不变。③电磁波在不同介质中的传播速度不同,在真空中的传播速度为c=3×108m/s。在同一介质中,其速度还与频率有关。④电磁波的波长为λ=v/f,取决于介质与频率。⑤电磁波具有电磁能,电磁波的发射过程就是向外辐射能量、传递信息的过程。⑥电磁波也会发生发射、折射、衍射、干涉、多普勒效应等波特有的现象。【教师引导】电磁波具有电磁能,能传递信息。该性质目前已经得到了十分广泛的应用。大家使用的手机、收听的无线广播等都是应用电磁波来传递信息的。【提出问题】电磁波看不见、摸不着,怎么才能证明电磁波的存在呢?【教师引导】麦克斯韦的电磁场理论在刚提出时还只是一个预言,还有待于科学实验的证明。后来,是赫兹把这个天才的预言变成了世人公认的真理。为了纪念他,把频率的单位定为赫兹。课堂练习1、根据麦克斯韦电磁场理论,下列说法中正确的是()A.周期性变化的电场周围一定产生同频率周期性变化的磁场
B.变化的电场一定产生变化的磁场C.恒定的电场一定产生恒定的磁场D.均匀变化的电场一定产生均匀变化的磁场答案:A2、关于电磁波,下列说法正确的是()A.电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率有关B.周期性变化的电场和磁场可以相互激发,形成电磁波C.电磁波在传播过程中可以发生干涉、衍射,但不能发生反射和折射D.电磁波的传播需要介质答案:B3、用麦克斯韦电磁场理论判断如图所示的四组电场产生的磁场(或磁场产生的电场)随时间t的变化规律,其中错误的是( )A.B.C.D.答案:C4、关于电磁波的传播速度,下列说法正确的是( )A.电磁波的频率越高,传播速度越大B.电磁波的波长越长,传播速度越大C.电磁波的能量越大,传播速度越大D.所有电磁波在真空中的传播速度都相等答案:D5、关于电磁场理论,下列叙述不正确的是( )A.变化的磁场周围一定存在着电场,与是否有闭合电路无关B.周期性变化的磁场产生同频率变化的电场C.变化的电场和变化的磁场相互关联,形成一个统一的场,即电磁场D.电场周围一定存在磁场,磁场周围一定存在电场
答案:D板书设计4.2电磁场与电磁波一、电磁场1、变化的磁场产生电场(1)实验基础:如图1所示,在变化的磁场中放一个闭合电路,电路里就会产生感应电流。 图1(2)麦克斯韦的见解:电路里感应电流的产生,一定是变化的磁场产生了电场,自由电荷在电场的作用下发生了定向移动。(3)实质:变化的磁场产生电场。2、变化的电场产生磁场麦克斯韦假设,既然变化的磁场能产生电场,那么变化的电场也会在空间产生磁场。二、电磁波1、电磁波的产生:变化的电场和变化的磁场交替产生,由近及远地向周围传播,形成电磁波。2、电磁波是横波:根据麦克斯韦的电磁场理论,电磁波在真空中传播时,它的电场强度和磁感应强度互相垂直,而且二者均与波的传播方向垂直,因此电磁波是横波。3、电磁波的速度:麦克斯韦指出了光的电磁本质,他预言电磁波的速度等于光速。4、赫兹证实了麦克斯韦关于光的电磁理论,为了纪念他,把频率的单位定为赫兹。教学后记引导学生对本节多学知识进行自主交流探究,根据学生表述,查漏补缺,并有针对性地进行讲解补充。