134-電磁波的發(fā)現(xiàn)及應(yīng)用-教學(xué)設(shè)計(jì)人教版2019高中物理必修第三冊(cè)

第13章電磁感應(yīng)與電磁波初步 第4節(jié)電磁波的發(fā)現(xiàn)及應(yīng)用安徽省臨泉第一中學(xué)郭雪鵬教學(xué)內(nèi)容分析《電磁波的發(fā)現(xiàn)及應(yīng)用》是《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》必修課程必修3模塊中“電磁場(chǎng)與電磁波初步”主題下的內(nèi)容。課程標(biāo)準(zhǔn)要求為：通過實(shí)驗(yàn)，了解電磁波，知道電磁場(chǎng)的物質(zhì)性。通過實(shí)例，了解電磁波的應(yīng)用及其帶來的影響。知道手機(jī)和衛(wèi)星通信等都是電磁波的應(yīng)用。了解電磁波在現(xiàn)代社會(huì)中應(yīng)用的實(shí)例?！镀胀ǜ咧形锢碚n程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)解讀》對(duì)課程標(biāo)準(zhǔn)的解讀為：要求學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)知道電磁波產(chǎn)生、傳播和接收，了解電磁波，知道電磁場(chǎng)的物質(zhì)性。學(xué)生通過調(diào)查、查閱資料等活動(dòng)，了解電磁波在生產(chǎn)生活中的廣泛應(yīng)用，及其對(duì)現(xiàn)代社會(huì)的影響，體驗(yàn)科學(xué)知識(shí)在生活和科技中的應(yīng)用，理解科學(xué)·技術(shù)·社會(huì)·環(huán)境關(guān)系。本節(jié)包括兩部分內(nèi)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(huì)信息化方面的應(yīng)用。教材首先提出麥克斯韋電磁場(chǎng)的基本概念與理論，變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)，變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)，電場(chǎng)和磁場(chǎng)形成一個(gè)統(tǒng)一體——電磁場(chǎng)。在電磁場(chǎng)理論建立的過程中，用到了聯(lián)想、推理、類比、對(duì)稱等思想方法，理論的確立最終都要經(jīng)受實(shí)驗(yàn)的檢驗(yàn)。本節(jié)課的教學(xué)重點(diǎn)是電磁波的發(fā)現(xiàn)歷史概括、物理理論和實(shí)驗(yàn)的相互配合對(duì)科學(xué)發(fā)展的巨大作用；電磁波是一種特殊物質(zhì)，能傳播能量和信息。學(xué)情分析學(xué)生在前面一節(jié)學(xué)習(xí)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象，閉合回路磁通量發(fā)生變化，在閉合回路內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流。在恒定電路中學(xué)生知道電流是電荷受恒定電場(chǎng)力定向移動(dòng)形成的。介紹麥克斯韋電磁場(chǎng)理論時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生分析閉合回路內(nèi)形成感應(yīng)電流，電荷是如何做定向移動(dòng)的，引出感應(yīng)電場(chǎng)的存在，感應(yīng)電場(chǎng)由變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生。對(duì)于電磁場(chǎng)理論的介紹，可通過形象的動(dòng)畫、圖片輔助教學(xué)，加強(qiáng)直觀性。中學(xué)生對(duì)物理學(xué)史有強(qiáng)烈的興趣，教師可介紹相關(guān)電磁場(chǎng)物理學(xué)史內(nèi)容或提供給學(xué)生有關(guān)課外閱讀材料讓學(xué)生自主學(xué)習(xí)。學(xué)生在生活中了解電磁波名詞，對(duì)紫外線、X射線的應(yīng)用有所了解，對(duì)于電磁波的應(yīng)用可結(jié)合圖片、短視頻等教學(xué)資源開展電磁波譜內(nèi)容的教學(xué)。教學(xué)目標(biāo)1.學(xué)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(xué)家對(duì)電磁波發(fā)現(xiàn)做出的巨大貢獻(xiàn)，體會(huì)在電磁波的發(fā)現(xiàn)過程中所蘊(yùn)含的科學(xué)方法和科學(xué)精神。2.學(xué)生體驗(yàn)赫茲證明麥克斯韋預(yù)言的電磁波存在的實(shí)驗(yàn)過程及方法，領(lǐng)會(huì)物理理論和實(shí)驗(yàn)的相互配合對(duì)科學(xué)發(fā)展的巨大作用。3.學(xué)生了解電磁波本身是一種特殊物質(zhì)，電磁波能傳遞能量和信息。4.學(xué)生了解電磁波譜中各波段的主要特性及其在科技、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)信息化等方面的主要應(yīng)用。知道可見光是電磁波譜家族中的一個(gè)頻段。教學(xué)重難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)：電磁波的發(fā)現(xiàn)歷史概括、電磁波的特性和應(yīng)用教學(xué)難點(diǎn)：麥克斯韋電磁場(chǎng)的基本概念和理論教學(xué)方法：講授法、啟發(fā)式教學(xué)、自主學(xué)習(xí)、閱讀討論教學(xué)過程新課引入師：電磁波在生產(chǎn)、生活中具有廣泛應(yīng)用，衛(wèi)星和地面通信、手機(jī)移動(dòng)信號(hào)傳播、衛(wèi)星電視、電臺(tái)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(zhì)嗎？電磁波是如何產(chǎn)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(yīng)用？新課教學(xué)1.電磁場(chǎng)情境：閉合導(dǎo)體環(huán)處在變化的磁場(chǎng)中。BBOt問題1：閉合導(dǎo)體環(huán)處在水平面內(nèi)，所在空間存在方向豎直向上的磁場(chǎng)。磁場(chǎng)變化規(guī)律如圖。導(dǎo)體環(huán)內(nèi)有感應(yīng)電流嗎？為什么？（磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間變化，穿過導(dǎo)體環(huán)的磁通量發(fā)生變化，產(chǎn)生了感應(yīng)電流）問題2：電流是自由電荷定向移動(dòng)形成的。恒定電路中，電荷定向運(yùn)動(dòng)的原因是什么？（外電路存在恒定電場(chǎng)，電荷在電場(chǎng)力作用下發(fā)生定向移動(dòng)，形成電流。）問題3：閉合環(huán)產(chǎn)生了感應(yīng)電流，電荷定向移動(dòng)。電荷為什么會(huì)定向移動(dòng)？空間有沒有電場(chǎng)？（有感應(yīng)電流產(chǎn)生，電荷必定受電場(chǎng)力，空間存在電場(chǎng)）英國(guó)物理學(xué)家麥克斯韋提出：變化的磁場(chǎng)在空間產(chǎn)生感應(yīng)電場(chǎng)，當(dāng)存在閉合回路，自由電荷受電場(chǎng)力發(fā)生定向移動(dòng)形成電流。變化的磁場(chǎng)在空間產(chǎn)生電場(chǎng)麥克斯韋根據(jù)物理規(guī)律的對(duì)稱性，大膽提出：變化的電場(chǎng)在空間會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)。變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)相互聯(lián)系，形成不可分割的電磁場(chǎng)。2.電磁波根據(jù)麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論：周期性變化的電場(chǎng)，在空間引起周期性變化的磁場(chǎng)；變化的磁場(chǎng)又引起新的變化的電場(chǎng)……。變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)交替產(chǎn)生，由近及遠(yuǎn)向周圍傳播，產(chǎn)生電磁波。教師投影電磁波圖片：電磁波的產(chǎn)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(chǎng)。描述空間各點(diǎn)的電磁場(chǎng)性質(zhì)，需同時(shí)用物理量E和B。各點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度E和磁感應(yīng)強(qiáng)度B都在隨時(shí)間周期性變化，電場(chǎng)方向和磁場(chǎng)方向垂直，電磁波的傳播方向與E、B方向均垂直。機(jī)械波的傳播需要介質(zhì)，例如聲波在空氣中的傳播是靠空氣分子振動(dòng)，在真空中不能傳播。電磁波是在空間交替產(chǎn)生傳播著的電磁場(chǎng)，不需要介質(zhì)。在宇宙空間，宇航員只能利用電磁波進(jìn)行通信交流。聲波傳播示意圖麥克斯韋根據(jù)電磁場(chǎng)理論計(jì)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(dòng)形式傳播的電磁振動(dòng)。光是電磁波。電磁波的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：麥克斯韋從理論上預(yù)言了電磁波的存在，但沒有進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證電磁波是否真實(shí)存在。德國(guó)物理學(xué)家赫茲在1886-1888年通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了電磁波的存在。赫茲?rùn)z驗(yàn)電磁波的實(shí)驗(yàn)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(yīng)圈，空隙空氣被擊穿時(shí)，成為導(dǎo)體，電流以高頻往復(fù)地通過空隙產(chǎn)生火花,產(chǎn)生較強(qiáng)的電磁波輻射.CD外層裝有套子,用來調(diào)節(jié)CD長(zhǎng)度.調(diào)節(jié)CD長(zhǎng)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(yàn)電磁波的存在.3.電磁波譜電磁波在空間傳播，各點(diǎn)電場(chǎng)和磁場(chǎng)隨時(shí)間周期性變化。在同一時(shí)刻，電場(chǎng)振幅最大的相鄰兩個(gè)空間位置的間距稱為電磁波的波長(zhǎng)，用符號(hào)λ表示，描述電磁波的另一物理量是頻率，符號(hào)為f。電磁波在真空中的傳播速率均為c，三者滿足關(guān)系式c=λf.問題：電磁波波長(zhǎng)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(zhǎng)不同）。將電磁波按波長(zhǎng)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(zhì)不同，各有應(yīng)用。任何物體都會(huì)輻射電磁波。紅外線在軍事上具有重要應(yīng)用。紫外線具有強(qiáng)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(duì)食物加熱的？食物中的水分子在微波作用下熱運(yùn)動(dòng)加劇，內(nèi)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(zhì)。5.電磁波通信結(jié)合PPT圖片介紹電磁波通信的基本原理。作業(yè)：“練習(xí)與應(yīng)用”課后習(xí)題板書設(shè)計(jì)§13.4電磁波的發(fā)現(xiàn)及應(yīng)用電磁場(chǎng)變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)電磁場(chǎng)電磁波周期性變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)交