《電磁波的發現》教案
《電磁波的發現》教案
新課標要求
（一）知識與技能
1．知道麥克斯韋電磁場理論的兩個基本觀點：變化的磁場產生電場，變化的電場產生磁場。
2．知道電磁場在空間傳播形成電磁波以及電磁波的特點。
3．知道赫茲實驗及其重要意義。
（二）過程與方法
通過對電磁波發現過程的了解，認識規律的普遍性與特殊性，培養學生的邏輯推理和類比推理能力。
（三）情感、態度與價值觀
培養學生崇尚科學、獻身科學的精神。
教學重點
變化的磁場產生電場。
教學難點
變化的電場產生磁場。
教學方法
演示推理和類比推理
教學用具：
學生電源一臺，電磁鐵一塊，多匝線圈、燈座、小燈泡各一個，導線若干
教學過程
（一）引入新課
師： “神舟六號”上天后，怎樣與地面上的人聯系呢？
生：無線電波。
師：無線電廣播、電視、人造衛星、導彈、宇宙飛船等，傳遞信息和跟地面的聯系都要利用電磁波。現代社會的各個部門，幾乎都離不開“電磁波”， “電磁波”就是現代文明的神經中樞。
那么，電磁波是什么？它是怎樣產生的？它有什么性質？怎樣利用它傳遞信號？這一章就要討論這些問題。今天我們就從電磁波的發現開始學習。
（二）進行新課
1．偉大的預言
（教師首先向學生介紹麥克斯韋的生平簡介，激發學生的好奇心和求知欲。）
麥克斯韋（James Clark Mexwell，1831~1879）是英國的理論物理學家、數學家。1831年6月13日生于英國愛丁堡。他的父親是一個科學家，他從小就受到科學的熏陶，15歲時向英國皇家學會遞交數學論文，發表在《愛丁堡皇家學會學報》上，第一次顯露出他出眾的才華。1847年，考入愛丁堡大學學習數學和物理學。1850年轉入劍橋大學，1854年畢業后留校工作，1856~1865年，他先后在阿丁見大學和倫敦皇家學院任教。1871年，麥克斯韋任劍橋物理實驗室主任，1874年，他主持建立的卡文迪許實驗室竣工，任該實驗室首任主任。1879年11月5日，麥克斯韋在劍橋逝世。
麥克斯韋在電磁場理論方面的工作深受法拉第的影響.他信服法拉第的思想，決心為法拉第的場的概念提供數學方法的基礎。尤其是他在倫敦皇家學院任教期間，有機會拜訪了法拉第以后，更加強了他的這種信念.年輕的麥克斯韋以他卓越的數學才能和嚴密的邏輯推理，對法拉第的直觀形象的電磁場理論加以高度概括，并總結了當時電磁學的研究成果，建立了電磁場方程，確立了電磁場理論。
師：我們現在粗略地介紹一下麥克斯韋的電磁場理論。
● 變化的磁場產生電場
演示實驗
裝置如圖所示，當穿過螺線管的磁場隨時間變化時，上面的線圈中產生感應電動勢，引起感應電流使燈泡發光。
［提出問題］小燈泡為什么能發光？
［學生回答］由于交變電流產生的磁場在不斷變化，所以穿過線圈的磁通量不斷變化，在線圈中產生感應電動勢，形成感應電流，小燈泡發光。
［繼續提問］電路（線圈）中的電荷為什么能夠定向移動呢？
［學生回答］受電場力。
［教師總結］麥克斯韋認為變化的磁場在空間產生電場。電路中的自由電荷就是在這個電場的作用下做定向運動，產生了感應電流。
［討論］（1）如果用不導電的塑料線繞制線圈，線圈中還有電流、電場嗎？
（2）如果線圈不存在，線圈所在處的空間還有電場嗎？
麥克斯韋認為線圈只不過用來顯示電場的存在，線圈不存在時，變化的磁場同樣在周圍空間產生電場，這是一個普遍規律，跟閉合電路是否存在無關（如圖甲、乙所示）。
我們可以很自然的提出一個假設：變化的磁場產生電場。
說明：在變化的磁場中所產生的電場的電場線是閉合的；而靜電場中的電場線是不閉合的。
● 變化的電場產生磁場
師：麥克斯韋根據電現象與磁現象的相似性和變化的磁場能產生電場的現象，提出了另一個大膽的假設：變化的電場也能產生磁場。
教師點撥：這個假設沒有直接的實驗做基礎，它出于對自然規律的洞察力，是很大膽的，但卻更有創造力。
師：根據這兩個基本論點，麥克斯韋推斷：如果在空間某區域中有周期性變化的電場，那么，它就在空間產生周期性變化的磁場，這個變化的磁場又在它周圍空間產生新的周期性變化的電場……變化的電場和變化的磁場是相互聯系著的，形成不可分割的統一體，這就是電磁場。
2．電磁波
師：機械振動在介質中的傳播形成機械波，電磁場在空中的傳播會形成什么？
生：電磁場在空中傳播形成電磁波。
師：機械波有橫波和縱波之分，且能夠傳遞能量；能發生反射、折射、干涉和衍射；靠介質傳播，波速v=λf。
類比機械波的特點，學生討論電磁波具有的特點。
師生共同得到電磁波的特點：
（1）電磁波中的電場和磁場互相垂直，并且都與波的傳播方向垂直，即電磁波是橫波。光是一種電磁波。在前面學習的光的偏振現象已經證明了這一點。如上圖所示。
（2）電磁波可以在真空中傳播，向周圍空間傳播電磁能，在傳播過程中，電磁波能發生反射、折射、干涉和衍射。
（3）三個特征量的關系：v=λf。在真空中v=3.0×108 m/s。
師：麥克斯韋電磁場理論的建立具有偉大的歷史意義，足以根牛頓力學體系相媲美，它是物理學發展史中的一個劃時代的里程碑。
3．赫茲的電火花
師：麥克斯韋的電磁場理論還只是一個預言。還有待于科學實驗的證明。是赫茲把這個天才的預言變成了世人公認的真理。
（引導學生教材，了解赫茲證實電磁波存在的探索歷程）
教師可以向學生介紹赫茲的生平簡介（見附錄），激發學生求知上進的熱情，對學生進行物理情感教育。
（三）課堂總結、點評
本節主要學習了麥克斯韋電磁場理論的主要內容。知道了麥克斯韋電磁場理論的兩大支柱：變化的磁場產生電場，變化的電場產生磁場。還知道了變化的電場和磁場相互聯系，形成一個統一的場，即電磁場。電磁場由發生區域向遠處的傳播形成電磁波。電磁波中的電場與磁場相互垂直，且二者均與波的傳播方向垂直，即電磁波是橫波。
課余作業
完成P79“問題與練習”的題目。
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