高二物理3-4第十四章电磁波(全章教案)
17页1、1 高二物理选修3-4 教案第十四章电磁波14.1 电磁波的发现教学目标 (一)知识与技能:了解发现电磁波的历史背景,知道麦克斯韦对电磁学的伟大贡献。了解麦克斯韦电磁场理论的主要观点,知道电磁波的概念及通过电磁波体会电磁场的物质性。(二)过程与方法:体验赫兹证明电磁波存在的实验过程及实验方法,领会物理实验对物理学发展的基础意义。(三)情感态度与价值观:领会发现电磁波的过程中所蕴含的科学精神和科学研究方法。教学重点麦克斯韦电磁场理论。教学难点对电磁波与机械波的异同认识不清。教法选择和学法指导启发诱导法、类比法教学过程一、引入新课通过前面机械波的学习,我们对机械波有了一定的了解,请同学们会议有关机械波的知 识。 问:机械波是如何形成的? 答:波源产生振动,通过介质将波源的振动形式向外传播形成机械波。 问:机械波有哪些性质? 答:机械波具有干涉、衍射、反射、折射等性质。上一章我们提到“光是一种电磁波” ,电磁波于我们的生活息息相关。问什么电磁波能得到这样广泛的应用?它与机械波有何不同?我们将在这节课里学习电磁波被发现历史,进而研究它的主要特征。二、课前预习让学生通过看书回答以下问题: 1、麦
2、克斯韦关于电场和磁场的预言是什么?2 答:变化的电场产生磁场,变化的磁场产生电场。 2、麦克斯韦的关于光的本质的预言是什么? 答:从本质上来说,光是一种电磁波。 3、赫兹的实验在电磁学的发展过程中有什么作用?答:赫兹的实验验证了电磁波的存在,并精确的测定了电磁波在真空中的速度等于光速,证实了麦克斯韦的预言。也为后来无线电技术的发展开辟了道路。三、新课教学1、伟大的预言 变化的磁场产生电场 问:通过 3-2 电磁感应的学习我们知道,闭合线圈中的磁通量发生变化就能产生感应电 流,可是为什么会有感应电流呢?自由电荷是如何定向移动的呢? 答:有感应电流存在说明在线圈的周围存在感应电场,自由电荷在感应电场的作用下做 定向移动。 问:如果回路不闭合,线圈中有感应电流吗?有感应电动势吗?有电场吗? 答:没有感应电流,在感应电动势和感应电场依然存在。 问:如果空间没有线圈,还会有感应电场吗? 答:有。 麦克斯韦在对法拉第、安培、奥斯特、库仑等科学家的研究成果进行了大量的分析、计 算的基础上,加以自己的推理、猜想,大胆的预言:即使变化的磁场周围没有闭合回路,同 样也会有磁场,也就是说,变化的磁场产生电场
3、,但这个电场与我们前面所学的静电场是有 区别的,它是一种涡旋电场。 变化的电场产生磁场 我们知道自然规律存在着对称性与和谐性。麦克斯韦认为电与磁也是对称的、统一的。 既然变化的磁场能产生电场,那么变化的电场就一定能产生磁场,。这个假说是基于麦克斯 韦对自然规律的洞察力提出的,是具有创造性的。 问:教科书中提出:“如果在空间某区域中有均匀变化的电场,那么, 这个变化的电场 就在空间激发变化的磁场 , 空间可能存在电磁波。”为什么要“周期性变化”呢?师:这也是麦克斯韦在当时的大胆猜想。可以由前面所学的知识类比理解。由tE可知,均匀变化的磁场周围产生的是均匀变化的电场,这个电场不能再激发磁场,所以不会有 电磁波。反之,如果磁场是周期性变化的,那么它所激发的电场必定也是周期性变化的,这 个周期性变化的电场再激发周期性变化的磁场, ,如此循环下去,就形成了电磁波。 由此,麦克斯韦的电磁场理论可以概括为: A变化的磁场激发电场,变化的电场激发磁场; B均匀变化的磁场激发恒定的电场,均匀变化的电场激发恒定的磁场; C周期性变化的磁场激发周期性变化的电场,周期性变化的电场激发周期性变化的磁 场; D变
4、化的电场和磁场交替激发,形成一个不可分割的统一体,由近及远向外传播,形成 电磁波。 2、电磁波 看课本 14.1-3 图,观察并回答问题 电场和磁场的方向有什么关系?它们与波的传播方向有什么关系?说明电磁波是横波 还是纵波? 答:电场方向、磁场方向与波的传播方向两两垂直,说明电磁波是横波。3 电场强度最大的位置,磁感应强度的值是怎么样的? 答:磁感应强度最大。 麦克斯韦经过分析和计算,发现电磁波在真空中的传播速度等于光速,所以推测光也是 一种电磁波,也遵循波的传播规律,即: 电磁波在真空中的传播速度等于光速,光是一种电磁波;电磁波的波速、波长和频率的关系为:fv。麦克斯韦的这个发现是物理学发展史上的一个里程碑,这个理论揭示了光、电、磁在本 质上是统一的,但是很遗憾,麦克斯韦在有生之年并没有观察到电磁波,这项工作由德国科 学家赫兹在麦克斯韦去世20 年后才得以完成。 3、赫兹的电火花 赫兹的电火花实验的装置如教科书图14.1-4所示。实验器材分为两部分,一是产生电磁 波的装置与高压感应线圈相连的两个金属小球,二是探测、接收装置谐振环,用一 根粗铜丝弯成环状,环的两端各连一个间距可以调整的
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