高中物理人教必修三13.4 電磁波的發(fā)現(xiàn)及應(yīng)用教案_第1頁
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文檔簡介

1、電磁波的發(fā)現(xiàn)及應(yīng)用【教學目標】1了解電磁波的產(chǎn)生與傳播。2知道光是一種電磁波,以及電磁波在真空中的傳播速度。3知道波長與頻率、波速的關(guān)系。4認識電磁波譜。5了解電磁波在科技、經(jīng)濟、社會發(fā)展中的作用?!窘虒W重難點】電磁波的產(chǎn)生與傳播,理解磁場與電場之間的關(guān)聯(lián)?!窘虒W過程】一、新課導入教師:古人都渴望順風耳千里眼,而現(xiàn)今故事已經(jīng)成為現(xiàn)實,人與人之間的交流也是越來越便捷。(展示圖片)大家看到的畫面是“神舟六號”發(fā)射場面?!吧裰哿枴鄙咸旌?,人們是怎樣知道它到達預(yù)定的地點呢?學生回答:無線電波。教師:無線電廣播、電視、人造衛(wèi)星、導彈、宇宙飛船等,傳遞信息和跟地面的聯(lián)系都要利用電磁波?,F(xiàn)代社會的各個部門

2、,幾乎都離不開“電磁波”,可以說“電”作為現(xiàn)代文明的標志,“電磁波”就是現(xiàn)代文明的神經(jīng)中樞,或者叫現(xiàn)代化的代名詞。那么,電磁波是什么?它是怎樣產(chǎn)生的?它有什么性質(zhì)?怎樣利用它傳遞信號?今天我們就來認識一下電磁波。二、新課教學(一)麥克斯韋電磁場理論教師首先向?qū)W生介紹麥克斯韋的生平簡介,激發(fā)學生的好奇心和求知欲。麥克斯韋(James Clark Maxwell,18311879)是英國的理論物理學家、數(shù)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(shù)學論文,發(fā)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

3、丁堡大學學習數(shù)學和物理學。1850年轉(zhuǎn)入劍橋大學,1854年畢業(yè)后留校工作。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(shù)學方法的基礎(chǔ)。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(shù)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(jié)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。教師:我們現(xiàn)在粗略地介紹一下

4、麥克斯韋的電磁場理論。1變化的磁場產(chǎn)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(chǎn)生感應(yīng)電動勢,引起感應(yīng)電流使燈泡發(fā)光。提問:小燈泡為什么能發(fā)光?學生回答:由于交變電流產(chǎn)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(chǎn)生感應(yīng)電動勢,形成感應(yīng)電流,小燈泡發(fā)光。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(jié):上述實驗表明,變化的磁場在線圈里形成電場。提問:若線圈斷開,線圈中有電流、電場嗎?學生回答:有電場,無電流。提問:若線圈被拿走,它原來所處的空間有電場嗎?學生對此問題可能難以回答,但這時提出變化的磁場能在其空間產(chǎn)生電場已是水

5、到渠成的時候。教師:由上面的電磁感應(yīng)現(xiàn)象,我們可以很自然的提出一個假設(shè):變化的磁場產(chǎn)生電場。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(chǎn)生電場,這是一個普遍規(guī)律,跟閉合電路是否存在無關(guān)(如圖甲、乙所示)。2變化的電場產(chǎn)生磁場教師:麥克斯韋根據(jù)電現(xiàn)象與磁現(xiàn)象的相似性和變化的磁場能產(chǎn)生電場的現(xiàn)象,提出了另一個大膽的假設(shè):變化的電場也能產(chǎn)生磁場。演示課件中的動畫加深對麥克斯韋的電磁場理論的理解。教師:總結(jié)上述兩個結(jié)論,麥克斯韋認為,變化的電場和磁場是互相聯(lián)系的,形成一個統(tǒng)一的電磁場。麥克斯韋根據(jù)自己的理論進一步預(yù)言,如果在空間某區(qū)域中有周期性變化的電場,那么,這

6、個變化的電場就在它周圍空間產(chǎn)生周期性變化的磁場,這個變化的磁場又在它周圍空間產(chǎn)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(lián)系的,形成一個不可分離的統(tǒng)一體,這就是電磁場。電場和磁場只是這個統(tǒng)一的電磁場的兩種具體表現(xiàn)。這種變化的電場和變化的磁場總是交替產(chǎn)生,并且由發(fā)生的區(qū)域向周圍空間傳播。于是一個偉大的預(yù)言誕生了空間可能存在電磁波。(二)電磁波教師:講解電磁波的產(chǎn)生電磁波的傳播靠的是電場和磁場的相互“激發(fā)”,所以不需要介質(zhì),可以在真空中傳播。1電磁波形成示意圖:教師:機械波有橫波和縱波之分,且能夠傳遞能量;能發(fā)生反射、折射、干涉和衍射;靠介質(zhì)傳播,波速v=f。2類比機械波的特點,我們

7、可以得出電磁波的特點:(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(xiàn)象已經(jīng)證明了這一點。如圖所示。(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(fā)生反射、折射、干涉和衍射。(3)三個特征量的關(guān)系:v=f。在真空中v=3.0108m/s。教師與學生一起比較電磁波與機械波。3電磁波與機械波比較(1)傳播條件:機械波傳播需要介質(zhì),而電磁波不需要介質(zhì)。(2)傳播規(guī)律:都遵循“V=f=/T”這個關(guān)系式;且電磁波也能發(fā)生反射、折射、衍射、干涉等現(xiàn)象。(3)傳播本質(zhì):機械波傳播的是機械能,電磁波傳播的是電磁能。

8、(三)電磁波譜教師:我們知道機械波有很多種,頻率各有不同。電磁波的頻率分為也非常廣。無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、射線都是電磁波。按照電磁波的波長或者頻率大小的順序把它們排列起來,就是電磁波譜。教師展示電磁波譜圖教師:由于電磁波具有不同的波長(頻率),因此具有不同的特性,利用這些特性,電磁波在生產(chǎn)生活中有著廣泛的應(yīng)用。無線電波中的中長短波:廣播及其他信號傳輸;無線電中的微波:衛(wèi)星通信、電視等;紅外線:加熱理療;可見光:看清世界認識世界;紫外線:消毒;X射線:診斷病情;射線:摧毀病變細胞。(四)電磁波的能量教師:我們看不見電磁波,但是電磁波無處不在,生活中常常用微波爐來加熱食物,說明

9、電磁波具有能量,而且我們可以用儀器探測到電磁波的存在,說明電磁波是一種真實存在的物質(zhì)。(五)電磁波通信教師:剛才講到無線電波能夠用于通信。那么電磁波是怎么完成通信的呢?1無線電廣播(1)調(diào)制器把音頻信號加載到高頻電磁波上。(2)調(diào)諧器選出特定頻率的信號。(3)揚聲器把音頻信號轉(zhuǎn)換成聲音。2電視(1)攝影機把圖像變成電信號。(2)發(fā)射機把電信號加載到頻率很高的電磁波上。(3)發(fā)射天線將高頻信號發(fā)射到空中。(4)電視機的接收天線把高頻信號接收下來。(5)電視機把圖像信號取出并放大。(6)顯像管將圖像信號還原為圖像。3移動電話移動電話既是無線電發(fā)射臺又是無線電接收臺,既可以發(fā)射電磁波,又可以接收電磁

10、波。三、新堂練習1下列關(guān)于電磁波的說法中正確的是( )A只要電場和磁場發(fā)生變化,就能產(chǎn)生電磁波B電磁波傳播需要介質(zhì)C停止發(fā)射電磁波,發(fā)射出去的電磁波仍能獨立存在D電磁波具有能量,電磁波的傳播是伴隨著能量向外傳遞的2電磁場理論預(yù)言了什么( )A預(yù)言了變化的磁場能夠在周圍空間產(chǎn)生電場B預(yù)言了變化的電場能夠在周圍空間產(chǎn)生磁場C預(yù)言了電磁波的存在,電磁波在真空中的傳播速度為光速D預(yù)言了電能夠產(chǎn)生磁,磁能夠產(chǎn)生電3對于聲波和電磁波的比較,下面說法中正確的是( )A它們都能發(fā)生反射現(xiàn)象B聲音是由物體振動產(chǎn)生的,電磁波是由變化的電磁場產(chǎn)生的C光是一種電磁波,B超利用的是聲波D.它們都能在真空中傳播4下列關(guān)于電磁波的說法中正確的是( )A電磁波傳播時需要介質(zhì)B電磁波是沿某一特定方向在空間傳播的C宇航員在月球上面對面交談時是靠移動無線電話來實現(xiàn)的D水波、聲波是自然現(xiàn)象,而電磁波是人工制造出的現(xiàn)象5關(guān)于電磁

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