134-電磁波的發(fā)現(xiàn)及應用-教學設計人教版2019高中物理必修第三冊

第13章電磁感應與電磁波初步 第4節(jié)電磁波的發(fā)現(xiàn)及應用安徽省臨泉第一中學郭雪鵬教學內容分析《電磁波的發(fā)現(xiàn)及應用》是《普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）》必修課程必修3模塊中“電磁場與電磁波初步”主題下的內容。課程標準要求為：通過實驗，了解電磁波，知道電磁場的物質性。通過實例，了解電磁波的應用及其帶來的影響。知道手機和衛(wèi)星通信等都是電磁波的應用。了解電磁波在現(xiàn)代社會中應用的實例。《普通高中物理課程標準(2017年版)解讀》對課程標準的解讀為：要求學生通過實驗知道電磁波產生、傳播和接收，了解電磁波，知道電磁場的物質性。學生通過調查、查閱資料等活動，了解電磁波在生產生活中的廣泛應用，及其對現(xiàn)代社會的影響，體驗科學知識在生活和科技中的應用，理解科學·技術·社會·環(huán)境關系。本節(jié)包括兩部分內容，即電磁波發(fā)現(xiàn)的歷史概括、電磁波譜及其在科技和社會信息化方面的應用。教材首先提出麥克斯韋電磁場的基本概念與理論，變化的磁場產生電場，變化的電場產生磁場，電場和磁場形成一個統(tǒng)一體——電磁場。在電磁場理論建立的過程中，用到了聯(lián)想、推理、類比、對稱等思想方法，理論的確立最終都要經受實驗的檢驗。本節(jié)課的教學重點是電磁波的發(fā)現(xiàn)歷史概括、物理理論和實驗的相互配合對科學發(fā)展的巨大作用；電磁波是一種特殊物質，能傳播能量和信息。學情分析學生在前面一節(jié)學習了電磁感應現(xiàn)象，閉合回路磁通量發(fā)生變化，在閉合回路內產生感應電流。在恒定電路中學生知道電流是電荷受恒定電場力定向移動形成的。介紹麥克斯韋電磁場理論時，引導學生分析閉合回路內形成感應電流，電荷是如何做定向移動的，引出感應電場的存在，感應電場由變化的磁場產生。對于電磁場理論的介紹，可通過形象的動畫、圖片輔助教學，加強直觀性。中學生對物理學史有強烈的興趣，教師可介紹相關電磁場物理學史內容或提供給學生有關課外閱讀材料讓學生自主學習。學生在生活中了解電磁波名詞，對紫外線、X射線的應用有所了解，對于電磁波的應用可結合圖片、短視頻等教學資源開展電磁波譜內容的教學。教學目標1.學生了解人類發(fā)現(xiàn)電磁波的歷史知道麥克斯韋、赫茲等物理學家對電磁波發(fā)現(xiàn)做出的巨大貢獻，體會在電磁波的發(fā)現(xiàn)過程中所蘊含的科學方法和科學精神。2.學生體驗赫茲證明麥克斯韋預言的電磁波存在的實驗過程及方法，領會物理理論和實驗的相互配合對科學發(fā)展的巨大作用。3.學生了解電磁波本身是一種特殊物質，電磁波能傳遞能量和信息。4.學生了解電磁波譜中各波段的主要特性及其在科技、經濟和社會信息化等方面的主要應用。知道可見光是電磁波譜家族中的一個頻段。教學重難點教學重點：電磁波的發(fā)現(xiàn)歷史概括、電磁波的特性和應用教學難點：麥克斯韋電磁場的基本概念和理論教學方法：講授法、啟發(fā)式教學、自主學習、閱讀討論教學過程新課引入師：電磁波在生產、生活中具有廣泛應用，衛(wèi)星和地面通信、手機移動信號傳播、衛(wèi)星電視、電臺都是在利用電磁波傳遞信息。本節(jié)課解決以下問題：（教師投影多媒體課件）電磁波是什么？是物質嗎？電磁波是如何產生的？電磁波是如何傳播的？傳播速率是多大？什么是光？光是電磁波嗎？電磁波有哪些應用？新課教學1.電磁場情境：閉合導體環(huán)處在變化的磁場中。BBOt問題1：閉合導體環(huán)處在水平面內，所在空間存在方向豎直向上的磁場。磁場變化規(guī)律如圖。導體環(huán)內有感應電流嗎？為什么？（磁感應強度隨時間變化，穿過導體環(huán)的磁通量發(fā)生變化，產生了感應電流）問題2：電流是自由電荷定向移動形成的。恒定電路中，電荷定向運動的原因是什么？（外電路存在恒定電場，電荷在電場力作用下發(fā)生定向移動，形成電流。）問題3：閉合環(huán)產生了感應電流，電荷定向移動。電荷為什么會定向移動？空間有沒有電場？（有感應電流產生，電荷必定受電場力，空間存在電場）英國物理學家麥克斯韋提出：變化的磁場在空間產生感應電場，當存在閉合回路，自由電荷受電場力發(fā)生定向移動形成電流。變化的磁場在空間產生電場麥克斯韋根據物理規(guī)律的對稱性，大膽提出：變化的電場在空間會產生磁場。變化的電場和磁場相互聯(lián)系，形成不可分割的電磁場。2.電磁波根據麥克斯韋的電磁場理論：周期性變化的電場，在空間引起周期性變化的磁場；變化的磁場又引起新的變化的電場……。變化的電場和磁場交替產生，由近及遠向周圍傳播，產生電磁波。教師投影電磁波圖片：電磁波的產生示意圖教師介紹電磁波：電磁波是在空間傳播著的周期性變化的電磁場。描述空間各點的電磁場性質，需同時用物理量E和B。各點的電場強度E和磁感應強度B都在隨時間周期性變化，電場方向和磁場方向垂直，電磁波的傳播方向與E、B方向均垂直。機械波的傳播需要介質，例如聲波在空氣中的傳播是靠空氣分子振動，在真空中不能傳播。電磁波是在空間交替產生傳播著的電磁場，不需要介質。在宇宙空間，宇航員只能利用電磁波進行通信交流。聲波傳播示意圖麥克斯韋根據電磁場理論計算發(fā)現(xiàn)電磁波在真空中的傳播速度等于光的傳播速度c。麥克斯韋提出：光是以波動形式傳播的電磁振動。光是電磁波。電磁波的實驗驗證：麥克斯韋從理論上預言了電磁波的存在，但沒有進行實驗驗證電磁波是否真實存在。德國物理學家赫茲在1886-1888年通過實驗驗證了電磁波的存在。赫茲檢驗電磁波的實驗裝置示意圖A、B是一端焊有銅球的的金屬棒，二球間留有小孔隙.AB接感應圈，空隙空氣被擊穿時，成為導體，電流以高頻往復地通過空隙產生火花,產生較強的電磁波輻射.CD外層裝有套子,用來調節(jié)CD長度.調節(jié)CD長度，使CD自由振蕩頻率與電磁波頻率相等，電振蕩振幅最大,稱為共振,CD稱為共振偶極子.在CD金屬球空隙出現(xiàn)電火花，檢驗電磁波的存在.3.電磁波譜電磁波在空間傳播，各點電場和磁場隨時間周期性變化。在同一時刻，電場振幅最大的相鄰兩個空間位置的間距稱為電磁波的波長，用符號λ表示，描述電磁波的另一物理量是頻率，符號為f。電磁波在真空中的傳播速率均為c，三者滿足關系式c=λf.問題：電磁波波長越大，電磁波頻率如何變化？電磁波頻率范圍很廣。無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線均為電磁波，它們的頻率（波長不同）。將電磁波按波長或頻率大小的順序排列，形成電磁波譜。電磁波譜不同頻率的電磁波性質不同，各有應用。任何物體都會輻射電磁波。紅外線在軍事上具有重要應用。紫外線具有強烈的殺菌作用，常用于消毒。γ射線能量高，方向性高，用于放射治療。4.電磁波的能量問題：微波爐是一種家庭常用電器。微波爐是如何對食物加熱的？食物中的水分子在微波作用下熱運動加劇，內能增加，溫度升高。食物增加的能量來源于微波。電磁波具有能量。電磁波是一種物質。5.電磁波通信結合PPT圖片介紹電磁波通信的基本原理。作業(yè)：“練習與應用”課后習題板書設計§13.4電磁波的發(fā)現(xiàn)及應用電磁場變化的磁場產生電場變化的磁場產生電場電磁場電磁波周期性變化的電場和磁場交