高中物理《電磁場和電磁波》教學設計

時間：2024-12-02 14:19:29 藹媚教學設計我要投稿

相關推薦

高中物理《電磁場和電磁波》教學設計

　　作為一名為他人授業解惑的教育工作者，總不可避免地需要編寫教學設計，教學設計是把教學原理轉化為教學材料和教學活動的計劃。那么優秀的教學設計是什么樣的呢？下面是小編整理的高中物理《電磁場和電磁波》教學設計，僅供參考，大家一起來看看吧。

高中物理《電磁場和電磁波》教學設計

　　高中物理《電磁場和電磁波》教學設計 1

　　一、導引

　　人類認識客觀世界，發現新的事物，常有二種方式，一種是從生產實踐，科學實驗中觀察分析后發現新的事物，另一種是從科學理論出發，預言新的事物存在，電磁波的發現，屬于后一種。麥克斯韋從電磁場理論出發，運用了較為深奧的數學工具，得到了描述電磁場特性的規律，并預言了電磁波的存在。10年后，他的學生赫茲用實驗方法證實了麥克斯韋的偉大預言，發射并接收了電磁波，從而開創了無線電技術的新時代。

　　我們現在粗略地介紹了一下麥克斯韋的這個理論。

　　二、授課

　　1.麥克斯韋的理論要點一，變化的磁場產生電場

　　演示實驗

　　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。

　　(1)線圈中產生感應電動勢說明了什么？

　　麥克斯韋認為變化的磁場在線圈中產生電場，正是這種電場(渦旋電場)在線圈中驅使自由電子做定向的移動，引起了感應電流。

　　(2)如果用不導電的塑料線繞制線圈，線圈中還會有電流、電場嗎？

　　引導學生思考后回答，有電場、無電流。

　　(3)想象線圈不存在時線圈所在處的空間還有電場嗎？(有)

　　(4)總結說明，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，即這是一種普遍存在的現象，跟閉合電路是否存在無關。

　　2.變化的電場產生磁場

　　我們知道，電流周圍存在著磁場，麥克斯韋研究了電現象和磁現象的相似和聯系。經過反復思考提出一個假設，變化的電場產生磁場。

　　這一點，我們從哲學上知道，事物之間是相互聯系的，可以相互轉化。

　　比如根據麥克斯韋的理論，在給電容器充電的時候，不僅導體中電流要產生磁場，而且在電容器兩極板間周期性變化著的電場周圍也要產生磁場。

　　3.電磁場、電磁波

　　(1)概念

　　麥克斯韋根據自己的理論進一步預言，如果在空間某域中有周期性變化的電場，那么，這個變化的電場就在它周圍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……。可見，變化的電場和變化的磁場是相互聯系的，形成一個不可分離的統一體，這就是電磁場，這種變化的電場和變化的.磁場總是交替產生，并且由發生的區域向周圍空間傳播。見課本6-7圖，電磁場由發生區域向遠處的傳播就是電磁波。

　　(2)電磁波的特點

　　①是橫波

　　②是物質波，真空中也能傳播，能獨立存在(與機械波不同)

　　③具有反射、折射、干涉、衍射等波的一切特性

　　（3）波速公式c＝λf

　　c為真空中速度，電磁波在真空中速度等于光速。

　　無線電技術中使用的電磁波叫無線電波，見課本表格介紹。

　　三、擴展

　　麥克斯韋的電磁場理論三點

　　1.變化的磁場能夠在周圍空間產生電場，變化的電場能夠在周圍空間產生磁場。

　　2.均勻變化的磁場，產生穩定的電場，均勻變化的電場，產生穩定的磁場。這里的“均勻變化”指在相等時間內磁感應強度(或電場強度)的變化量相等，或者說磁感應強度(或電場強度)對時間變化率一定。

　　3.不均勻變化的磁場產生變化的電場，不均勻變化的電場產生變化的磁場

　　4.振蕩的(即周期性變化的)磁場產生同頻率的振蕩電場，振蕩的電場產生同頻率的振蕩磁場。

　　5.變化的電場和變化的磁場總是相互聯系著，形成一個不可分離的統一體，這就是電磁場，向周圍空間傳播這就是電磁波。

　　四、學生活動設計

　　通過觀察試驗，發揮想象能力，畫出變化磁場產生的電場的電場線。2.總結機械波與電磁波的聯系與區別

　　五、板書設計

　　電磁場和電磁波

　　麥克斯韋電磁場理論

　　1.變化的磁場產生電場

　　2.變化的電場產生磁場

　　3.電磁場→傳播→電磁波

　　高中物理《電磁場和電磁波》教學設計 2

　　教學目標

　　（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

　　2、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=3.0x108 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。

　　高中物理《電磁場和電磁波》教學設計 3

　　（一）教學目的

　　1.常識性了解電磁波，知道電磁波的頻率、波長的概念。

　　2.記住電磁波的傳播速度。

　　（二）教具

　　水，水槽，水木棍，麻繩，電池，半導體收音機，鋼銼，導線。

　　（三）教學過程

　　1.復習

　　我們生活在一個充滿聲音的世界里，人們通過聲音（如語言、音樂等）交流思想、表達感情。如家長的教誨、教師的授課可以增長我們的知識；優美動聽的音樂可以陶冶人的情操、給人以美的享受。聲音是傳遞信息的一種重要方式，幫助我們了解世界。

　　通過我們在初中二年級學習過的聲現象的有關知識，可以知道：一切正在發聲的物體都在振動；我們聽到的聲音通常是靠空氣傳的；聲波在空氣中的傳速度大約是340米/秒。

　　在前面我們還學習過電話，電話的話筒能把聲音振動轉化為強弱變化的電流，電流流經聽筒，聽筒又能把它轉化為振動，使人聽到聲音。

　　2.引入新課

　　飛機上的飛行員與地面指揮員的對話不用電線；我們每天聽收音機或看電視，也沒有電線直接通向電臺或電視臺。可見，這些都不是用電線來傳播電信號的，我們稱作“無線電通信”。那么，無線電通信是怎樣傳輸信號的呢？今天我們就來學習這方面的簡單知識。

　　3.進行新課

　　板書：第一節電磁波

　　(1)演示實驗

　　①手持小木棍，讓木棍下端接觸水槽水面，使同學們看到，水面上有一圈圈凸凹相間的狀態從木棍接觸水面處向外傳播，形成了水波。

　　②音叉（或其他發聲體）振動時，在空氣中會有疏密相間的狀態向外傳播，形成聲波。聲波看不見，摸不到，但聲波傳到我們的耳朵，會引起鼓膜振動，使我們產生聽覺。

　　總結以上實驗（和其他事例）得出結論：

　　板書：波是自然界普通存在的現象

　　(2)電磁波

　　板書：當導體中有迅速變化的電流時，會向周圍空間發射電磁波。

　　電磁波看不到，摸不著，我們可以通過實驗來間接觀察它的存在。

　　演示課本上圖13—2的實驗，實驗后讓學生閱讀課本上“實驗”后的兩個自然段，再提出以下問題讓學生回答。

　　①為什么會發生這種現象？

　　②舉出日常生活中發生的類似的現象。

　　教師歸納小結，講解電磁波的初步知識，并說明間接觀察是物理學常用的研究方法（如借助小磁針可以間接地研究磁場）。

　　(3)電磁波的頻率和波長

　　講解課本圖13—3水波在1秒內傳播的波形圖，結合小木棍振動時產生水波的演示實驗說明：

　　①波峰與波谷的概念；

　　②在1秒內出現的波峰數（或波谷數）叫水波的頻率；頻率的單位叫做赫茲，簡稱赫。常用的頻率單位是千赫和兆赫。

　　板書：1千赫=103赫，1兆赫=106赫

　　③波長與波速的概念；

　　④分析得出：波速與波長和頻率的'關系。

　　板書：波速=波長x頻率

　　類似于水波，電磁波也有自己的頻率和波長，也同樣可以用波形圖來描述，講解課本圖13—4頻率不同的電磁波的波形圖。需要說明以下二點：

　　①電磁波的頻率等于產生電磁波的振蕩電流的頻率。

　　②電磁波頻率、波長與波速的關系。

　　板書：對電磁波同樣有波速=波長x頻率

　　電磁波在空間是向各個方向傳播的，德國物理學家赫茲用實驗證實，電磁波的傳播速度等于光速。

　　板書：電磁波在真空中的傳播速度與光速相同，是3x108米

　　注意：不同頻率（或不同波長）的電磁波的傳播速度都相同，所以頻率較大的電磁波，波長較短。

　　例：我國第一顆人造地球衛星采用20.009兆赫和19.995兆赫的頻率發送無線電信號，這兩種頻率的電磁波的波長各是多少？（光速為2.9979x108米/秒）

　　（答案：波長分別為14.983米和14.993米）

　　由于電磁波的頻率和波長各不相同，所以在我們周圍空間里存在著形形色色的電磁波。按照課本上的圖表，介紹無線電通信所用的電磁波（也叫無線電波）的幾個波段。

　　4.小結（略）

　　5.想想議議：教師演示并提出問題。

　　打開半導體收音機，調到一個沒有電臺的地方，使收音機收不到電臺的廣播。然后開大音量，讓收音機靠近220伏特的交流電線，從收音機會聽到“雜音”。這是為什么？

　　6.布置作業

　　(1)閱讀課本上的閱讀材料：無線電波的傳播途徑。

　　(2)閱讀本節教材。

　　（四）說明

　　1.本節內容知識多，范圍廣，要注意掌握教學要求，使初中學生常識性了解電磁波的有關知識，如波長、頻率、波速等。有些知識只宜點到為止，不能求深求全。

　　2.用“類比”水波的辦法通俗講解波的形成和波長、頻率、波速的概念；用半導體、鋼銼、電池、導線演示電磁波的存在是本節教學的關鍵。

　　注：本教案依據的教材是人教社初中物理第三冊。

　　高中物理《電磁場和電磁波》教學設計 4

　　【學習目標】：

　　1.了解電磁波的發現背景

　　2.偉大的預言

　　3.知道麥克斯韋電磁理論及電磁場和電磁波

　　【自主學習】：

　　麥克斯韋(James Clerk Maxwell，1831-1879)，英國物理學家，經典電磁理論的奠基人.1831年6月13日出生于愛丁堡.1847年入愛丁堡大學聽課，專攻物理.他很重視實驗，涉獵電化學、光學、分子物理學以及機械工程等等.他說：把物理分析和實驗研究聯合使用得到的物理科學知識，比之一個單純的實驗人員或單純的物理家所具有的知識更加堅實、有益而牢固. 1850年考入劍橋大學，1854年以優異成績畢業并獲得了學位，留校工作.1856年起任蘇格蘭阿伯丁的馬里沙耳學院的自然哲學講座教授，直到1874年.經法拉第舉薦，自1860年起任倫敦皇家學院的物理學和天文學教授.1871年起負責籌劃卡文迪什實驗室，隨后被任命在劍橋大學創辦卡文迪什實驗室并擔任第一任負責人.1879年11月5日麥克斯韋因患癌癥在劍橋逝世，終年僅48歲.

　　【課堂點撥與交流】

　　一、電磁波的發現

　　1、電磁波的發現背景

　　A、麥克斯韋---科學神童

　　B、法拉第對麥克斯韋的激勵

　　C、前人的工作成果

　　2、偉大的預言

　　A、變化的磁場產生電場------電磁感應現象

　　B、假設-----變化的電場會產生磁場

　　C、預言電磁場的存在-----1864年，麥氏發表了電磁場理論，成為人類歷史上預言電磁波存在的第一人。

　　二、電磁場和電磁波

　　1.、麥克斯韋電磁場理論：

　　(1).變化的磁場產生電場

　　(2).變化的'電場產生磁場

　　2、電磁波

　　例：電流隨時間變化的規律如下列圖所示，能發射電磁波的是( )

　　A、電磁波與機械波的區別

　　B、電磁波的速度---光速!

　　C、光是一種電磁波

　　3、赫茲實驗

　　赫茲證實：(1)電磁場、電磁波的存在。

　　(2)電磁波能反射、折射、干涉、衍射和偏振等現象，證明了電磁波與光具有相同的性質。

　　一天，赫茲在一間暗室里做實驗。他在兩個相隔很近的金屬小球上加上高電壓，隨之便產生一陣陣噼噼啪啪的火花放電。這時，在他身后放著一個沒有封口的圓環。當赫茲把圓環的開口處調小到一定程度時，便看到有火花越過縫隙。通過這個實驗，他得出了電磁能量可以越過空間進行傳播的結論。赫茲的發現公布之后，轟動了全世界的科學界，1887年成為了近代科學技術史的一座里程碑，為了紀念這位杰出的科學家，電磁波的單位便命名為-赫茲(Hz)。

　　赫茲實驗的意義：

　　赫茲的發現具有劃時代的意義，它不但證明了麥克斯韋理論的正確，更重要的是導致了無線電的誕生，開辟了電子技術的新紀元，標志著從有線電通信向無線電通信的轉折點。也是整個移動通信的發源點，應該說，從這時開始，人類開始進入了無線通信的新領域。

　　電磁波成果：

　　無線電報(1901)廣播(1906)電話(1916)傳真(1923)電視(1929)微波(1933)雷達(1935)衛星通訊電子計算機因特網等都與電磁波理論相關

　　有關趣聞

　　插曲：比赫茲實驗早七年，一位叫戴維的人也接收到了電磁波信號，他隨即向英國皇家協會會長G斯托克斯匯報，但斯托克斯認為這只是普通的電磁感應現象，戴維過于迷信權威，對于這一天賜良機未與重視，使發現被埋沒了。

　　【課堂練習】

　　1、按照麥克斯韋的電磁場理論，以下說法中正確的是( )

　　A、磁場在周圍一定產生電場

　　B、電場在周圍一定產生磁場

　　C、變化的磁場在周圍產生電場

　　D、變化的電場在周圍產生磁場