【中學(xué)校本教材及教案】物理校本課程教案（高一物理）

1、高一物理校本教材教案2021-2022日心說與地心說【教學(xué)目標(biāo)】 一、 知識與技能 1.認(rèn)知地心說與日心說 2.大概了解開普勒三大定律，萬有引力。 3.認(rèn)識比薩斜塔實(shí)驗(yàn)。 二、過程與方法 培養(yǎng)學(xué)生對新知識的接收與思考能力。 三、情感、態(tài)度與價(jià)值觀 激發(fā)學(xué)生對物理學(xué)的興趣，開拓他們的知識層面，讓他們對將要學(xué)習(xí)的知識有一定的了 解。 【教學(xué)重點(diǎn)】 日心說與比薩斜塔實(shí)驗(yàn)的介紹 【教學(xué)難點(diǎn)】 1將開普勒三大定律及萬有引力本質(zhì)簡單化 2讓學(xué)生轉(zhuǎn)變以往“重、大的物體下落得較快”的思想 【教學(xué)方法】 1講授法（介紹一些物理學(xué)家及直述物理故事） 2實(shí)驗(yàn)重現(xiàn)法（模仿比薩斜塔實(shí)驗(yàn)） 【教學(xué)用具】 粉筆，直尺，球體

2、，紙張， 【課時(shí)安排】 1課時(shí)（40分鐘） 【教學(xué)過程】 課前準(zhǔn)備： 在黑板上板書本節(jié)課的學(xué)習(xí)目標(biāo)： 地心說： 日心說： 開普勒三定律 萬有引力定律： 還有各位物理學(xué)家的圖片 引入（時(shí)間約3分鐘） 先向?qū)W生提問:同學(xué)們知道我們現(xiàn)在所居住的地球是什么樣子的嗎？ 然后通過麥哲倫環(huán)繞地球的故事說明地球是圓的并及時(shí)糾正地球是橢球體的，進(jìn)而引入地心說； 介紹天體學(xué)說與相關(guān)人物（時(shí)間約22分鐘） 1.介紹地心說“從地球向外依次有月球、水星、金星、太陽、火星、木星和土星，在各 自的軌道上繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)?！迸c亞里士多德； 2.介紹日心說“太陽是不動(dòng)的，而且在太陽系中心，地球以及其他行星都一起圍繞太陽做圓周運(yùn)動(dòng)，只

3、有月亮環(huán)繞地球運(yùn)行?！迸c哥白尼； 3.介紹開普勒與其三大定律； 4介紹牛頓發(fā)現(xiàn)萬有引力的故事： 1666年，23歲的牛頓還是劍橋大學(xué)圣三一學(xué)院三年級的學(xué)生?？吹剿尊钠つw和金色的長發(fā)，很多人以為他還是個(gè)孩子。他身體瘦小，沉默寡言，性格嚴(yán)肅，這是人們更加相信他還是個(gè)孩子。他那雙銳利的眼睛和整天寫滿怒氣的表情更是拒人于千里之外。 黑死病席卷了倫敦，奪走了很多人的生命，那確實(shí)是段可怕的日子。大學(xué)被迫關(guān)閉，像艾薩克牛頓這樣熱衷于學(xué)術(shù)的人只好返回安全的鄉(xiāng)村，期待著席卷城市的病魔早日離去。 在鄉(xiāng)村的日子里，牛頓一直被這樣的問題困惑：是什么力量驅(qū)使月球圍繞地球轉(zhuǎn)，地球圍繞太陽轉(zhuǎn)？為什么月球不會掉落到地球上

4、？為什么地球不會掉落到太陽上？在隨后的幾年里，牛頓聲稱這種事情已經(jīng)發(fā)生過。坐在姐姐的果園里，牛頓聽到熟悉的聲音，“咚”的一聲，一只蘋果落到草地上。他急忙轉(zhuǎn)頭觀察第二只蘋果落地。第二只蘋果從外伸的樹枝上落下，在地上反彈了一下，靜靜地躺在草地上。這只蘋果肯定不是牛頓見到的第一只落地的蘋果，當(dāng)然第二只和第一只沒有什么差別。蘋果落地雖沒有給牛頓提供答案，但卻激發(fā)這位年輕的科學(xué)家思考一個(gè)新問題：蘋果會落地，而月球卻不會掉落到地球上，蘋果和月亮之間存在什么不同呢？ 第二天早晨，天氣晴朗，牛頓看見小外甥正在玩小球。他手上拴著一條皮筋，皮筋的另一端系著小球。他先慢慢地?fù)u擺小球，然后越來越快，最后小球就徑直拋出

5、。牛頓猛地意識到月球和小球的運(yùn)動(dòng)極為相像。兩種力量作用于小球，這兩種力量是向外的推動(dòng)力和皮筋的拉力。同樣，也有兩種力量作用于月球，即月球運(yùn)行的推動(dòng)力和重力的拉力。正是在重力作用下，蘋果才會落地。牛頓首次認(rèn)為，重力不僅僅是行星和恒星之間的作用力，有可能是普遍存在的吸引力。他深信煉金術(shù)，認(rèn)為物質(zhì)之間相互吸引，這使他斷言，相互吸引力不但適用于碩大的天體之間，而且適用于各種體積的物體之間。蘋果落地、雨滴降落和行星沿著軌道圍繞太陽運(yùn)行都是重力作用的結(jié)果； 5.引入自由落體 自由落體運(yùn)動(dòng)探究實(shí)驗(yàn)（時(shí)間約6分鐘）（請同學(xué)上來完成） 實(shí)驗(yàn)一：將一張白紙與一個(gè)球體同時(shí)從同一高度由靜止釋放，明顯看到球體比紙張下落

6、得 較快。 實(shí)驗(yàn)二：將一張白紙裁成相同的兩半，另一片揉成紙團(tuán)，讓其同時(shí)從同一高度由靜止釋放， 可以看到紙片比明顯比紙團(tuán)下落得慢。 6實(shí)驗(yàn)分析： 實(shí)驗(yàn)一：說明重的物體下落得較快 （介紹歷史：早在公元前4世紀(jì)的古希臘哲學(xué)家亞里士多德經(jīng)過大量的觀察也得到了相同的結(jié)論：重的物體下落得快。） 實(shí)驗(yàn)二：說明質(zhì)量相同的物體下落的快慢不同，如果按照亞里士多德的觀點(diǎn)，則兩物體 下落的快慢應(yīng)該相同，與事實(shí)不符；所以說重的物體下落得快的說法不準(zhǔn)確。 過渡：是不是重的物體一定比輕的物體下落得快呢？物體下落是否受到空阻力的影響 呢？（向?qū)W生發(fā)問） 實(shí)驗(yàn)二的情況是因?yàn)橛锌諝庾枇Φ挠绊懀敲凑埻瑢W(xué)們想一下我們應(yīng)該怎么做才能

7、減少空氣阻力的影響呢？注意！是減少哦！而不是完全的消除哦！要做到完全地消除空氣阻力是很難的喔?。ㄏ?qū)W生提問） 引入伽利略的比薩斜塔實(shí)驗(yàn)仿比薩斜塔實(shí)驗(yàn)（時(shí)間約5分鐘） 演示實(shí)驗(yàn)：取出兩個(gè)形狀大少相似的球體，站到較高的地方（桌子或椅子）雙手保持同 一高度同時(shí)釋放，讓學(xué)生觀察結(jié)果。 然后請學(xué)生上來再做兩次， 結(jié)論：在物理學(xué)中，將物體只在重力的作用下由靜止開始運(yùn)動(dòng)叫做自由落體運(yùn)動(dòng)。由上 面的實(shí)驗(yàn)可知：做自由落體運(yùn)動(dòng)的物體，其下落的快慢與物體的質(zhì)量無關(guān)。 練習(xí)：判斷下列物體的運(yùn)動(dòng)是否是自由落體運(yùn)動(dòng)： A粉筆頭在有空氣的空間里由靜止開始的運(yùn)動(dòng)是自由落體運(yùn)動(dòng)嗎？ B用手用力向下用力拋出的粉筆頭是自由落體運(yùn)動(dòng)

8、嗎？ 分析：自由落體運(yùn)動(dòng)只有在沒有空氣的空間里才能發(fā)生，且初速度為0所以AB兩物 體的運(yùn)動(dòng)都不是自由落體運(yùn)動(dòng)。在有空氣的空間里，如果物體受到的空氣阻力相 對重力來說非常小，或者可以忽略不計(jì)時(shí)，物體的下落可以近似的看成一個(gè)自由落體運(yùn)動(dòng)。 課堂小結(jié)（時(shí)間4分鐘） 發(fā)問：同學(xué)們！有誰可以告訴我我們今天知道了物理世界中曾經(jīng)發(fā)生過的哪些事件或?qū)W到 了什么物理知識??？（把課前準(zhǔn)備的板書擦掉，學(xué)生們說一個(gè)寫一個(gè)） 那同學(xué)們還記不記得他們分別是誰?。浚ㄖ钢鴪D片請學(xué)生回答） 總結(jié)：好了！同學(xué)們，我們通過今天的學(xué)習(xí)知道了許多物理界曾經(jīng)發(fā)生過的大事，不知道大 家覺得這些事有趣嗎？其實(shí)在漫長的物理歷史中還有許許多多非

9、常有趣的事的，例如，大家知道雷電是怎么一回事嗎？你們不知道不要緊，你們以后將會學(xué)到的，可是你們知道當(dāng)初一個(gè)叫做富蘭克林的傻瓜是怎樣為了即開雷電的秘密而去引雷上身的嗎？那是一個(gè)非常傻，非常有趣而又非常偉大的過程來的，諸如此類的事件還有很多很多，同學(xué)們在以后的學(xué)習(xí)中就會慢慢地接觸到的了。 最后留下一些問題讓同學(xué)們思考一下吧！不用告訴我答案 （1）人類認(rèn)識自然規(guī)律的過程是怎樣的？ （2）伽利略在科學(xué)研究的道路上具有怎樣的品質(zhì)？我們要怎樣去學(xué)習(xí)他的品質(zhì)？ 【板書設(shè)計(jì)】 地心說：從地球向外依次有月球、水星、金星、太陽、火星、木星和土星，在各自的軌 道上繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)。 （用粉筆畫） 日心說：太陽是不動(dòng)的，而

10、且在太陽系中心，地球以及其他行星都一起圍繞太陽 做圓周運(yùn)動(dòng)，只有月亮環(huán)繞地球運(yùn)行。 笛卡兒【教學(xué)目標(biāo)】 一、 知識與技能 1.了解笛卡爾的生平 2.了解開笛卡爾的主要貢獻(xiàn) 二、過程與方法 培養(yǎng)學(xué)生對新知識的接收與思考能力。 三、情感、態(tài)度與價(jià)值觀 激發(fā)學(xué)生對物理學(xué)的興趣，開拓他們的知識層面，讓他們對將要學(xué)習(xí)的知識有一定的了 解。 1596年3月13日，在法國西部的希列塔尼半島上的圖朗城，勒內(nèi) 笛卡兒的啼叫來到了人間。3天后，母親溘然長逝，從小便失去母親的笛卡兒一直體弱多病。一次生病，幼小的笛卡兒的生命幾乎夭折，在慈父的悉心照料下，使他轉(zhuǎn)危為安。勒內(nèi).笛卡兒的名字“勒內(nèi)”一詞，在法語中就是“重生

11、”的意思。笛卡兒從小就表現(xiàn)出他勤于思考，對許多事物都喜歡尋根問底，決不盲目接受別人觀點(diǎn)的特點(diǎn)，在家里聰明的口齒伶俐的保姆被連問不休的小笛卡兒問到張口結(jié)舌。在學(xué)校上學(xué)時(shí)，笛卡兒也常常問出許多他的老師都沒有想到過的問題。8歲的笛卡兒被父親送進(jìn)學(xué)校，由于笛卡兒體質(zhì)比同齡的孩子脆弱得多，校長特許他如果覺得身體不適，可以躺在房間里休息而不必去教室上課，然而小笛卡兒對這種特殊的照顧并不借此偷懶睡覺，而是微閉著雙眼，大腦里卻不停地加快回憶老師教的和自己讀到過的一些內(nèi)容，并提出疑問，繼而用自己所掌握的知識來回答。在他的枕邊總是堆放著一本本哲學(xué)、數(shù)學(xué)、天文學(xué)和歷史的書籍，早年的寂靜的冥思中孕育著笛卡兒的數(shù)學(xué)思想

12、。1616年，勒內(nèi)笛卡兒在波埃頓大學(xué)獲法律博士學(xué)位，后到荷蘭當(dāng)上了一名軍官。一天，當(dāng)時(shí)頗有名望的貝克曼在城墻上貼了一道數(shù)學(xué)難題，懸賞征求答案。笛卡爾請人幫助把題目的荷蘭文翻譯成法文，當(dāng)時(shí)貝克曼滿不在乎地瞧了一眼這位滿臉胳緦胡子的青年軍官，他做夢也沒有想到，兩天之后笛卡兒交來了正確的答案，笛卡兒初露鋒芒，奇遇使這兩位數(shù)學(xué)天才成為了非常親密的朋友，成了一起探討數(shù)學(xué)和科學(xué)問題的好友。這次的成功使笛卡兒看到了自己的數(shù)學(xué)才能，更加激起了他的研究熱情。自從歐幾里德的幾何原本問世以來，人們一直把代數(shù)限定在研究數(shù)及其關(guān)系的范疇內(nèi)，把幾何限定在研究位置和圖形的范疇內(nèi)。代數(shù)和幾何截然分家持續(xù)了幾千年，猶如兩座高山

13、被萬丈深淵分割，連接代數(shù)和幾何的橋梁將“數(shù)”和“形”緊密聯(lián)系在一起的科學(xué)就是笛卡兒創(chuàng)立的坐標(biāo)幾何學(xué)。坐標(biāo)幾何（后被人們稱為解析幾何）的基本思想是：在平面上建立起坐標(biāo)系，坐標(biāo)系是由兩條正交的上面已標(biāo)定好方向和長度單位 的直線所組成的。由于確定了坐標(biāo)系，因此平面上任何一個(gè)點(diǎn)都可以用一對實(shí)數(shù)來表示它所在的位置，反之，任何一對實(shí)數(shù)也可用一個(gè)平面上的點(diǎn)來表示。這樣一來圖形和位置關(guān)系研究就可以通過曲線方程來轉(zhuǎn)化為對數(shù)量關(guān)系和計(jì)算問題的研究。從此代數(shù)問題有了幾何直觀的解釋，幾何直觀形象有利于去發(fā)現(xiàn)其數(shù)學(xué)的描述。笛卡兒是怎樣產(chǎn)生坐標(biāo)幾何的思想的呢？據(jù)說是在1619年的夏天，笛卡兒因病進(jìn)了醫(yī)院，中午當(dāng)他躺在病床

14、上，苦苦思索著一個(gè)數(shù)學(xué)問題而不得其解時(shí)，忽然發(fā)現(xiàn)天花板上有一只蒼蠅從這個(gè)地方飛到另一地方，當(dāng)時(shí)天花板是用木條嵌成正方形的圖形。笛卡兒發(fā)現(xiàn)，要說出這只蒼蠅在天花板上的位置，只需要說出蒼蠅所在正方形是在天花板上的第幾行和第幾列。當(dāng)蒼蠅落在第四行第五列的那個(gè)正方形時(shí)，他可以用（4，5）來表示 這個(gè)位置由此他聯(lián)想到可用這類似的辦法來描述一個(gè)點(diǎn)在平面上的位置。他高興地邊跳下床邊叫“我找到了，找到了”，然而不小心將被子上的國際象棋撒了一地，當(dāng)他目光落到棋盤上時(shí)，他又興奮地一拍大腿：“對，對，就是這個(gè)圖”。正是由于笛卡兒那種鍥而不舍的毅力，那種勤思苦索的精神，那種獻(xiàn)身科學(xué)的決心，使他開創(chuàng)了數(shù)學(xué)的新紀(jì)元，改變

15、了科學(xué)的歷史進(jìn)程?？梢赃@么說，17世紀(jì)以后，數(shù)學(xué)之所以能突飛猛進(jìn)的發(fā)展，在很大程度上要?dú)w功于坐標(biāo)幾何學(xué)的創(chuàng)立。在貝克曼提出“運(yùn)動(dòng)守恒原理”的影響下，笛卡兒開展對物理學(xué)的研究。在1644年出版的哲學(xué)原理一書中，它彌補(bǔ)了伽利略的不足，他還認(rèn)為在運(yùn)動(dòng)量守恒這條規(guī)律之外，再要有其第二級定律兩條：第一條定律是如果沒有外界的作用，任何物質(zhì)粒子的狀態(tài)包括它的大小、形狀、位置和運(yùn)動(dòng)）不會有任何變化。 第二條定律是如果物體處在運(yùn)動(dòng)之中，那么如無其他原因的作用的話，它將繼續(xù)以同一速度在同一直線方向上運(yùn)動(dòng)，既不停下也不偏離原來的方向。笛卡兒最早認(rèn)識到慣性定律是解決力學(xué)問題的關(guān)鍵所在，最早把慣性定律作為原理加以確立。

16、這對后來牛頓的綜合工作有極其深遠(yuǎn)的影響。1649年10月，勒內(nèi).笛卡兒應(yīng)瑞典女王克里斯蒂娜的邀請來到瑞典首都斯德哥爾摩，為這位19歲的姑娘講授哲學(xué)和數(shù)學(xué)，很遺憾由于笛卡兒對女王的生活習(xí)慣不適應(yīng)，加上嚴(yán)寒冬天的威脅，這位偉大的數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家和哲學(xué)家病倒了。1650年2月11日，這位科學(xué)巨人與世長辭了。麥克斯韋方程組【教學(xué)目標(biāo)】 一、 知識與技能 1.認(rèn)知麥克斯韋爾方程組 2.大概了解麥克斯韋方程組的內(nèi)容。 3.知道麥克斯韋方程組的意義。 二、過程與方法 培養(yǎng)學(xué)生對新知識的接收與思考能力。 三、情感、態(tài)度與價(jià)值觀 激發(fā)學(xué)生對物理學(xué)的興趣，開拓他們的知識層面，讓他們對將要學(xué)習(xí)的知識有一定的了 解。

17、 【教學(xué)重點(diǎn)】 麥克斯韋方程組的意義 【教學(xué)難點(diǎn)】 麥克斯韋方程組的內(nèi)容 麥克斯韋方程組（英語：Maxwells equations），是英國物理學(xué)家 HYPERLINK /view/1172487.htm t _blank 詹姆斯麥克斯韋在19世紀(jì)建立的一組描述電場、磁場與電荷密度、電流密度之間關(guān)系的 HYPERLINK /view/44690.htm t _blank 偏微分方程。它由四個(gè)方程組成：描述 HYPERLINK /view/63129.htm t _blank 電荷如何產(chǎn)生電場的高斯定律、論述 HYPERLINK /view/1209971.htm t _blank 磁單極 H

18、YPERLINK /view/173535.htm t _blank 子不存在的高斯磁定律、描述 HYPERLINK /view/10897.htm t _blank 電流和時(shí)變電場怎樣產(chǎn)生磁場的麥克斯韋-安培定律、描述時(shí)變磁場如何產(chǎn)生電場的法拉第感應(yīng)定律。從麥克斯韋方程組，可以推論出 HYPERLINK /view/1015.htm t _blank 電磁波在真空中以光速傳播，并進(jìn)而做出光是電磁波的猜想。麥克斯韋方程組和洛倫茲力方程是 HYPERLINK /view/1882084.htm t _blank 經(jīng)典電磁學(xué)的基礎(chǔ)方程。從這些基礎(chǔ)方程的相關(guān)理論，發(fā)展出現(xiàn)代的電力科技與電子科技。麥克

19、斯韋1865年提出的最初形式的方程組由20個(gè)等式和20個(gè)變量組成。他在1873年嘗試用 HYPERLINK /view/319754.htm t _blank 四元數(shù)來表達(dá)，但未成功?，F(xiàn)在所使用的數(shù)學(xué)形式是 HYPERLINK /view/11589450.htm t _blank 奧利弗赫維賽德和約西亞吉布斯于1884年以矢量分析的形式重新表達(dá)的。歷史背景麥克斯韋誕生以前的半個(gè)多世紀(jì)中，人類對電磁現(xiàn)象的認(rèn)識取得了很大的進(jìn)展。1785年，CA庫侖（Charles ACoulomb）在扭秤實(shí)驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，建立了說明兩個(gè)點(diǎn)電荷之間相互作用力的庫侖定律。1820年HC奧斯特 （Hans Chris

20、tian Oersted）發(fā)現(xiàn)電流能使磁針偏轉(zhuǎn)，從而把電與磁聯(lián)系起來。其后，AM安培（Andre Marie Ampere）研究了電流之間的相互作用力，提出了許多重要概念和安培環(huán)路定律。M法拉第（Michael Faraday）的工作在很多方面有杰出貢獻(xiàn)，特別是1831年發(fā)表的電磁感應(yīng)定律，是電機(jī)，變壓器等設(shè)備的重要理論基礎(chǔ)。在麥克斯韋之前，關(guān)于電磁現(xiàn)象的學(xué)說都以超距作用觀念為基礎(chǔ)。認(rèn)為帶電體、磁化體或載流導(dǎo)體之間的相互作用，都是可以超越中間媒質(zhì)而直接進(jìn)行，并立即完成的。即認(rèn)為電磁擾動(dòng)的傳播速度是無限大。在那個(gè)時(shí)期，持不同意見的只有法拉第。他認(rèn)為上述這些相互作用與中間媒質(zhì)有關(guān)，是通過中間媒質(zhì)的

21、傳遞而進(jìn)行的，即主張間遞學(xué)說。麥克斯韋繼承了法拉第的觀點(diǎn)，參照流體力學(xué)的模型，應(yīng)用嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)學(xué)形式總結(jié)了前人的工作，提出了位移電流的假說，推廣了電流的涵義，將電磁場基本定律歸結(jié)為四個(gè)微分方程，這就是著名的麥克斯韋方程組。他對這組方程進(jìn)行了分析，預(yù)見到電磁波的存在，并且斷定電磁波的傳播速度為有限值（與光速接近），且光也是某種頻事的電磁波。上述這些，他都寫入了題為論電與磁的論文中。1887年HR赫茲（Heinrich RHertz） 用實(shí)驗(yàn)方法產(chǎn)生和檢測到了電磁波，證實(shí)了麥克斯韋的預(yù)見。19051915年間A愛因斯坦（Albert Einstein）的相對論進(jìn)一步論證了時(shí)間、空間、質(zhì)量，能量和運(yùn)動(dòng)之

22、間的關(guān)系，說明電磁場就是物質(zhì)的一種形式，間遞學(xué)說得到了公認(rèn)。1845年，關(guān)于電磁現(xiàn)象的三個(gè)最基本的實(shí)驗(yàn)定律： HYPERLINK /view/40407.htm t _blank 庫侖定律（1785年）， HYPERLINK /view/1027007.htm t _blank 畢奧-薩伐爾定律（1820年）， HYPERLINK /view/682939.htm t _blank 法拉第定律（1831-1845年）已被總結(jié)出來， HYPERLINK /view/4241.htm t _blank 法拉第的“ HYPERLINK /view/325136.htm t _blank 電力線”和“

23、 HYPERLINK /view/103501.htm t _blank 磁力線”概念已發(fā)展成“ HYPERLINK /view/22141.htm t _blank 電磁場概念”。1855年至1865年，麥克斯韋在全面地審視了庫侖定律、畢奧薩伐爾定律和法拉第定律的基礎(chǔ)上，把數(shù)學(xué)分析方法帶進(jìn)了電磁學(xué)的研究領(lǐng)域，由此導(dǎo)致麥克斯韋電磁理論的誕生。要點(diǎn)分析麥克斯韋電磁場理論的要點(diǎn)可以歸結(jié)為：幾分立的帶電體或電流，它們之間的一切電的及磁的作用都是通過它們之間的中間區(qū)域傳遞的，不論中間區(qū)域是真空還是實(shí)體物質(zhì)。電能或磁能不僅存在于帶電體、磁化體或帶電流物體中，其大部分分布在周圍的電磁場中。導(dǎo)體構(gòu)成的電路若

24、有中斷處，電路中的傳導(dǎo)電流將由電介質(zhì)中的位移電流補(bǔ)償貫通，即全電流連續(xù)。且位移電流與其所產(chǎn)生的磁場的關(guān)系與傳導(dǎo)電流的相同。磁通量既無始點(diǎn)又無終點(diǎn)，即不存在磁荷。光波也是電磁波。麥克斯韋方程組有兩種表達(dá)方式。1. 積分形式的麥克斯韋方程組是描述電磁場在某一體積或某一面積內(nèi)的數(shù)學(xué)模型。表達(dá)式為：式是由安培環(huán)路定律推廣而得的全電流定律，其含義是：磁場強(qiáng)度H沿任意閉合曲線的線積分，等于穿過此曲線限定面積的全電流。等號右邊第一項(xiàng)是傳導(dǎo)電流第二項(xiàng)是位移電流。式是法拉第電磁感應(yīng)定律的表達(dá)式，它說明電場強(qiáng)度E沿任意閉合曲線的線積分等于穿過由該曲線所限定面積的磁通對時(shí)間的變化率的負(fù)值。這里提到的閉合曲線，并不一

25、定要由導(dǎo)體構(gòu)成，它可以是介質(zhì)回路，甚至只是任意一個(gè)閉合輪廓。式表示磁通連續(xù)性原理，說明對于任意一個(gè)閉合曲面，有多少磁通進(jìn)入盛然就有同樣數(shù)量的磁通離開。即B線是既無始端又無終端的；同時(shí)也說明并不存在與電荷相對應(yīng)的磷荷。式是高斯定律的表達(dá)式，說明在時(shí)變的條件下，從任意一個(gè)閉合曲面出來的D的凈通量，應(yīng)等于該閉曲面所包圍的體積內(nèi)全部自由電荷之總和。2. 微分形式的麥克斯韋方程組。微分形式的麥克斯韋方程是對場中每一點(diǎn)而言的。應(yīng)用del算子，可以把它們寫成式是全電流定律的微分形式，它說明磁場強(qiáng)度H的旋度等于該點(diǎn)的全電流密度（傳導(dǎo)電流密度J與位移電流密度之和），即磁場的渦旋源是全電流密度，位移電流與傳導(dǎo)電流

26、一樣都能產(chǎn)生磁場。式是法拉第電磁感應(yīng)定律的微分形式，說明電場強(qiáng)度E的旋度等于該點(diǎn)磁通密度B的時(shí)間變化率的負(fù)值，即電場的渦旋源是磁通密度的時(shí)間變化率。式是磁通連續(xù)性原理的微分形式，說明磁通密度B的散度恒等于零，即B線是無始無終的。也就是說不存在與電荷對應(yīng)的磁荷。式是靜電場高斯定律的推廣，即在時(shí)變條件下，電位移D的散度仍等于該點(diǎn)的自由電荷體密度。除了上述四個(gè)方程外，還需要有媒質(zhì)的本構(gòu)關(guān)系式才能最終解決場量的求解問題。式中是媒質(zhì)的介電常數(shù)，是媒質(zhì)的磁導(dǎo)率，是媒質(zhì)的電導(dǎo)率。表達(dá)形式積分形式麥克斯韋方程組的積分形式如下：這是1873年前后，麥克斯韋提出的表述電磁場普遍規(guī)律的四個(gè)方程。其中：（1）描述了電

27、場的性質(zhì)。在一般情況下，電場可以是自由電荷的電場也可以是變化磁場激發(fā)的感應(yīng)電場，而感應(yīng)電場是渦旋場，它的電位移線是閉合的，對封閉曲面的 HYPERLINK /view/832399.htm t _blank 通量無貢獻(xiàn)。（2）描述了磁場的性質(zhì)。磁場可以由傳導(dǎo)電流激發(fā)，也可以由變化電場的位移電流所激發(fā)，它們的磁場都是渦旋場，磁感應(yīng)線都是閉合線，對封閉曲面的通量無貢獻(xiàn)。（3）描述了變化的磁場 HYPERLINK /subview/742418/12498351.htm t _blank 激發(fā)電場的規(guī)律。（4）描述了傳導(dǎo)電流和變化的電場激發(fā)磁場的規(guī)律。穩(wěn)恒場中的形式當(dāng)時(shí)，方程組就還原為靜電場和穩(wěn)恒磁

28、場的方程：無場源自由空間中的形式當(dāng)，方程組就成為如下形式：麥克斯韋方程組的積分形式反映了空間某區(qū)域的電磁場量(D、E、B、H)和場源(電荷q、電流I)之間的關(guān)系。微分形式在電磁場的實(shí)際應(yīng)用中，經(jīng)常要知道空間逐點(diǎn)的電磁場量和電荷、電流之間的關(guān)系。從數(shù)學(xué)形式上，就是將麥克斯韋方程組的積分形式化為微分形式。麥克斯韋方程組乃是由四個(gè)方程共同組成的： HYPERLINK /view/838518.htm t _blank 高斯定律：該定律描述電場與空間中電荷分布的關(guān)系。 HYPERLINK /view/529375.htm t _blank 電場線開始于 HYPERLINK /view/532075.h

29、tm t _blank 正電荷，終止于 HYPERLINK /view/532077.htm t _blank 負(fù)電荷。計(jì)算穿過某給定閉曲面的電場線數(shù)量，即其 HYPERLINK /view/1015582.htm t _blank 電通量，可以得知包含在這閉曲面內(nèi)的總電荷。更詳細(xì)地說，這定律描述穿過任意閉曲面的電通量與這閉曲面內(nèi)的電荷之間的關(guān)系。高斯磁定律：該定律表明，磁單極子實(shí)際上并不存在。所以，沒有孤立磁荷，磁場線沒有初始點(diǎn)，也沒有終止點(diǎn)。磁場線會形成循環(huán)或延伸至無窮遠(yuǎn)。換句話說，進(jìn)入任何區(qū)域的磁場線，必需從那區(qū)域離開。以術(shù)語來說，通過任意閉曲面的 HYPERLINK /view/132

30、307.htm t _blank 磁通量等于零，或者，磁場是一個(gè) HYPERLINK /view/2943422.htm t _blank 無源場。法拉第感應(yīng)定律：該定律描述時(shí)變磁場怎樣感應(yīng)出電場。 HYPERLINK /view/34144.htm t _blank 電磁感應(yīng)是制造許多 HYPERLINK /view/54769.htm t _blank 發(fā)電機(jī)的理論基礎(chǔ)。例如，一塊旋轉(zhuǎn)的 HYPERLINK /view/5184608.htm t _blank 條形磁鐵會產(chǎn)生時(shí)變磁場，這又接下來會生成電場，使得鄰近的閉合電路因而感應(yīng)出電流。麥克斯韋-安培定律：該定律闡明，磁場可以用兩種方法

31、生成：一種是靠 HYPERLINK /view/907747.htm t _blank 傳導(dǎo)電流（原本的 HYPERLINK /view/1003188.htm t _blank 安培定律），另一種是靠時(shí)變電場，或稱 HYPERLINK /view/407211.htm t _blank 位移電流（麥克斯韋修正項(xiàng)）。在電磁學(xué)里，麥克斯韋修正項(xiàng)意味著時(shí)變電場可以生成磁場，而由于法拉第感應(yīng)定律，時(shí)變磁場又可以生成電場。這樣，兩個(gè)方程在理論上允許自我維持的電磁波傳播于空間。微觀宏觀尺度麥克斯韋方程組通常應(yīng)用于各種場的“宏觀平均場”。當(dāng)尺度縮小至 HYPERLINK /view/251133.htm

32、t _blank 微觀（microscopic scale），以至于接近單獨(dú)原子大小的時(shí)侯，這些場的局部波動(dòng)差異將變得無法忽略，量子現(xiàn)象也會開始出現(xiàn)。只有在宏觀平均的前提下，一些物理量如物質(zhì)的 HYPERLINK /view/1017166.htm t _blank 電容率和 HYPERLINK /view/132235.htm t _blank 磁導(dǎo)率才會得到有意義的定義值。最重的原子核的半徑大約為7 HYPERLINK /view/89504.htm t _blank 飛米（）。所以，在 HYPERLINK /view/1882084.htm t _blank 經(jīng)典電磁學(xué)里，微觀尺度指的是

33、尺寸的數(shù)量級大于。滿足微觀尺度，電子和原子核可以視為 HYPERLINK /view/70557.htm t _blank 點(diǎn)電荷，微觀麥克斯韋方程組成立；否則，必需將原子核內(nèi)部的電荷分布納入考量。在微觀尺度計(jì)算出來的電場與磁場仍舊變化相當(dāng)劇烈，空間變化的距離數(shù)量級小于米，時(shí)間變化的周期數(shù)量級在10至10秒之間。因此，從微觀麥克斯韋方程組，必需經(jīng)過經(jīng)典平均運(yùn)算，才能得到平滑、連續(xù)、緩慢變化的宏觀電場與宏觀磁場。宏觀尺度的最低極限為10?米。這意味著 HYPERLINK /view/1015.htm t _blank 電磁波的 HYPERLINK /view/77128.htm t _blank

34、 反射與 HYPERLINK /view/462574.htm t _blank 折射行為可以用宏觀麥克斯韋方程組來描述。以這最低極限為邊長，體積為10?立方米的立方體大約含有10?個(gè)原子核和電子。這么多原子核和電子的物理行為，經(jīng)過經(jīng)典平均運(yùn)算，足以平緩任何劇烈的 HYPERLINK /view/138921.htm t _blank 漲落。根據(jù)可靠文獻(xiàn)記載，經(jīng)典平均運(yùn)算只需要在空間作平均運(yùn)算，不需要在時(shí)間作平均運(yùn)算，也不需要考慮到原子的 HYPERLINK /view/82952.htm t _blank 量子效應(yīng)。3評價(jià) HYPERLINK /view/74004.htm t _blank

35、 場概念的產(chǎn)生，也有麥克斯韋的一份功勞，這是當(dāng)時(shí)物理學(xué)中一個(gè)偉大的創(chuàng)舉，因?yàn)檎菆龈拍畹某霈F(xiàn)，使當(dāng)時(shí)許多物理學(xué)家得以從牛頓“超距觀念”的束縛中擺脫出來，普遍地接受了電磁作用和引力作用都是“近距作用”的思想。麥克斯韋方程組在 HYPERLINK /view/19690.htm t _blank 電磁學(xué)中的地位，如同 HYPERLINK /view/176196.htm t _blank 牛頓運(yùn)動(dòng)定律在力學(xué)中的地位一樣。以麥克斯韋方程組為核心的 HYPERLINK /view/873602.htm t _blank 電磁理論，是 HYPERLINK /view/460900.htm t _blan

36、k 經(jīng)典物理學(xué)最引以自豪的成就之一。它所揭示出的 HYPERLINK /view/1020865.htm t _blank 電磁相互作用的完美統(tǒng)一，為物理學(xué)家樹立了這樣一種信念：物質(zhì)的各種相互作用在更高層次上應(yīng)該是統(tǒng)一的。這個(gè)理論被廣泛地應(yīng)用到技術(shù)領(lǐng)域。麥克斯韋的貢獻(xiàn)到底有多大【教學(xué)目標(biāo)】 一、 知識與技能 1.認(rèn)知麥克斯韋爾方程組 2.大概了解麥克斯韋方程組的內(nèi)容。 3.知道麥克斯韋方程組的意義。 二、過程與方法 培養(yǎng)學(xué)生對新知識的接收與思考能力。 三、情感、態(tài)度與價(jià)值觀 激發(fā)學(xué)生對物理學(xué)的興趣，開拓他們的知識層面，讓他們對將要學(xué)習(xí)的知識有一定的了 解。 【教學(xué)重點(diǎn)】 麥克斯韋方程組的意義

37、【教學(xué)難點(diǎn)】 麥克斯韋方程組的內(nèi)容 麥克斯韋的電磁理論，在物理學(xué)上有劃時(shí)代的意義。遺憾的是，麥克斯韋本人沒有能夠證實(shí)自己的理論（在一定程度上可以說是“沒有去證實(shí)”）。這有客觀原因，也有主觀原因。由于環(huán)境和工作條件的限制，麥克斯韋一直沒有更多的機(jī)會從事電磁實(shí)驗(yàn)。熱力學(xué)和分子物理學(xué)的研究，耗去了他大部分時(shí)間和精力。再有，他主要是個(gè)理論物理學(xué)家。就像他的學(xué)生弗萊明（18491945）后來所說的那樣，“他從理論上預(yù)言了電磁波的存在，但是好像從來沒有想到過要用什么實(shí)驗(yàn)去證明它?！狈ɡ谝惠呑佣紱]有離開過實(shí)驗(yàn)，可以說沒有實(shí)驗(yàn)就沒有法拉第。麥克斯韋恰好相反，他只是在倫敦的5年里進(jìn)行了一些有限的實(shí)驗(yàn)，而且多半

38、是氣體動(dòng)力學(xué)方面的。他的寓所，靠近屋頂?shù)牡胤接幸婚g狹長的閣樓，那就是他的實(shí)驗(yàn)室。他的妻子常常給他當(dāng)助手，生火爐，調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度，條件相當(dāng)簡陋。后來在皇家學(xué)院實(shí)驗(yàn)室里，他作過一些電學(xué)實(shí)驗(yàn)，也多只是測定標(biāo)準(zhǔn)電阻這一類工作。電磁學(xué)通論完成以后，麥克斯韋忙著籌建卡文迪許實(shí)驗(yàn)室，整理卡文迪許 （17311810）的遺著。由于以上這些原因，電磁理論問世以后，在相當(dāng)長的時(shí)間里沒有得到承認(rèn)。最初只有劍橋大學(xué)的一些青年物理學(xué)家支持它。許多人，包括一批有威望的科學(xué)家，對還沒有被證明的新理論，都采取觀望態(tài)度。勞厄（18791960）在物理學(xué)史中曾經(jīng)這樣評論說：“盡管麥克斯韋理論具有內(nèi)在的完美性，并且和一切經(jīng)驗(yàn)相符合，

39、但是只能逐漸地被物理學(xué)家們接受。它的思想太不平常了，甚至像赫爾姆霍茨和波爾茨曼（18441906）這樣有異常才能的人，為了理解它也花了幾年的力氣?！睅讉€(gè)春秋過去了。麥克斯韋把他的心血默默地獻(xiàn)給了卡文迪許實(shí)驗(yàn)室。這座實(shí)驗(yàn)室在1872年破土，到1874年完工。修建經(jīng)費(fèi)是一位鼓勵(lì)科學(xué)的公爵捐贈(zèng)的。為了增添儀器，麥克斯韋也拿出了自己不多的積蓄。在整個(gè)籌建過程中，從設(shè)計(jì)、施工、儀器購置，直到大門上的題詞，麥克斯韋都親自過問。它是實(shí)驗(yàn)室的創(chuàng)建人，也是第一任主任。后來相繼接替他的是瑞利（18421919）和約瑟夫湯姆遜，湯姆遜以后是盧瑟福（18711937），他們都是世界第一流的物理學(xué)家。這座實(shí)驗(yàn)室開花結(jié)果的時(shí)期在20世紀(jì)。大批優(yōu)秀的科學(xué)人才，尤其是原子能物理方面的人才，都是從這