麥克斯韋電磁場(chǎng)理論教學(xué)設(shè)計(jì)

第二節(jié)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論教學(xué)設(shè)計(jì)教學(xué)目標(biāo)了解麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的基本內(nèi)容，知道感應(yīng)電場(chǎng)與靜電場(chǎng)的區(qū)別。了解電磁場(chǎng)和電磁波的特點(diǎn)，知道產(chǎn)生電磁場(chǎng)和電磁波的條件。理解赫茲實(shí)驗(yàn)證明電磁波存在的原理。二、學(xué)情分析在本節(jié)課之前，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了奧斯特發(fā)現(xiàn)電流的磁效應(yīng)和法拉第電磁感應(yīng)定律，這是麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的基礎(chǔ)。盡管如此，因?yàn)殡姶艌?chǎng)看不見也摸不著，對(duì)學(xué)生的空間思維能力要求較高，理解起來(lái)確有一定的難度。教學(xué)中應(yīng)重視思維過(guò)程以及思維方法的介紹。三、教學(xué)重點(diǎn)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的兩個(gè)假設(shè)、電磁場(chǎng)和電磁波特點(diǎn)、感應(yīng)電場(chǎng)和靜電場(chǎng)的區(qū)別四、教學(xué)難點(diǎn)變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)原理分析，理解證明電磁波的存在的赫茲實(shí)驗(yàn)五、教學(xué)過(guò)程教學(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)活動(dòng)復(fù)習(xí)舊知識(shí)引入新課問(wèn)：機(jī)械振動(dòng)在介質(zhì)中傳播能產(chǎn)生機(jī)械波，電磁振蕩能否產(chǎn)生電磁波？答：英國(guó)的物理學(xué)家麥克斯韋進(jìn)行了大量研究和總結(jié)之后，他預(yù)言電磁波是存在的，那麥克斯韋提出這個(gè)預(yù)言的依據(jù)是什么呢？（2）導(dǎo)出麥克斯韋的兩個(gè)假設(shè)根據(jù)奧斯特發(fā)現(xiàn)的電流磁效應(yīng)和法拉第發(fā)現(xiàn)的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，麥克斯韋大膽地提出了關(guān)于電磁場(chǎng)理論的兩個(gè)假設(shè)：假設(shè)一、變化的磁場(chǎng)周圍會(huì)產(chǎn)生電場(chǎng)；假設(shè)二、變化的電場(chǎng)周圍會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)；（3）學(xué)習(xí)假設(shè)一同學(xué)們看視頻：“法拉第電磁感應(yīng)現(xiàn)象視頻”介紹麥克斯韋對(duì)這個(gè)視頻的分析理解：電路中感應(yīng)電流產(chǎn)生的原因，是由于導(dǎo)體中的自由電荷，受到了電場(chǎng)力的作用，這個(gè)電場(chǎng)就是由變化的磁場(chǎng)引起的，與閉合電路是否存在無(wú)關(guān)（4）討論交流活動(dòng)感應(yīng)電場(chǎng)與靜電場(chǎng)的不同：感應(yīng)電場(chǎng)的電場(chǎng)線是閉合的，沒(méi)有起點(diǎn)也沒(méi)有終點(diǎn)，而靜電場(chǎng)的電場(chǎng)線是不閉合的，有起點(diǎn)也有終點(diǎn)，起于正電荷或無(wú)窮遠(yuǎn)，止于無(wú)窮遠(yuǎn)或負(fù)電荷（5）學(xué)習(xí)假設(shè)二同學(xué)們看視頻：“充電過(guò)程中的電容令小磁針轉(zhuǎn)動(dòng)”麥克斯韋堅(jiān)信電與磁的規(guī)律是對(duì)稱的，既然變化的磁場(chǎng)周圍能產(chǎn)生電場(chǎng)，那么變化的電場(chǎng)周圍也能產(chǎn)生磁場(chǎng)麥克斯韋認(rèn)為：小磁針發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)是因?yàn)槭艿搅舜艌?chǎng)力的作用，電容在充電的過(guò)程中兩極板間產(chǎn)生了變化的電場(chǎng)，變化的電場(chǎng)再產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁場(chǎng)令小磁針發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，從而證明，麥克斯韋提出的第二個(gè)假設(shè)是正確的。（6）定義電磁場(chǎng)變化的磁場(chǎng)能產(chǎn)生電場(chǎng)，變化的電場(chǎng)能產(chǎn)生磁場(chǎng)，說(shuō)明變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)總是相互聯(lián)系的，形成不可分離的統(tǒng)一體，這就是電磁場(chǎng)（7）對(duì)“變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)”分4種情況1.穩(wěn)定的磁場(chǎng)是不產(chǎn)生電場(chǎng)的2.均勻變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生恒定的電場(chǎng)3.周期性變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生同頻率的周期性變化的電場(chǎng)4.非均勻變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生變化的電場(chǎng)（8）對(duì)“變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)”分4種情況1.穩(wěn)定的電場(chǎng)不產(chǎn)生磁場(chǎng)2.均勻變化的電場(chǎng)產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場(chǎng)3.周期性變化的電場(chǎng)產(chǎn)生同頻率的周期性變化的磁場(chǎng)4.非均勻變化的電場(chǎng)產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)（9）麥克斯韋推斷定義電磁波如果在空間某區(qū)域有周期性變化的電場(chǎng)，這個(gè)變化的電場(chǎng)就會(huì)在周圍空間產(chǎn)生，周期性變化的磁場(chǎng)，這個(gè)變化的磁場(chǎng)又會(huì)在較遠(yuǎn)的空間，產(chǎn)生周期性變化的電場(chǎng)，這樣，變化的電場(chǎng)和變化的磁場(chǎng)交替產(chǎn)生，由近及遠(yuǎn)地向周圍傳播出去，這就形成了電磁波（10）電磁波的特點(diǎn)1.E和B的振動(dòng)方向相互垂直，且兩者都與垂直于傳播速度，電磁波是橫波2.電磁波的頻率為電磁振蕩的頻率，頻率的大小由波源決定，與介質(zhì)無(wú)關(guān)3.電磁波在真空中的傳播速度等于光速，光波的本質(zhì)是電磁波（10）赫茲實(shí)驗(yàn)看模擬赫實(shí)驗(yàn)的視頻分析赫茲實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)原理：把兩個(gè)金屬球連接到感應(yīng)圈上，當(dāng)這兩個(gè)金屬球之間產(chǎn)生電火花時(shí)，周圍的空間便會(huì)激發(fā)出變化的電磁場(chǎng)，變化的電磁場(chǎng)，會(huì)以電磁波的形式向周圍傳播，而右邊的導(dǎo)線環(huán)則相當(dāng)于一個(gè)接收器，當(dāng)電磁波到達(dá)導(dǎo)線環(huán)時(shí)，在導(dǎo)線環(huán)中激發(fā)出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，這使得導(dǎo)線環(huán)的空隙也產(chǎn)生了電火花，這就說(shuō)明導(dǎo)線環(huán)接收到了電磁波，從而可以證明，麥克斯韋的預(yù)言是正確的，電磁波確實(shí)存在（11）小結(jié)這節(jié)課主要學(xué)習(xí)了麥克斯韋關(guān)于電磁場(chǎng)理論的兩個(gè)假設(shè)通過(guò)理論分析麥克斯韋預(yù)言了電磁波的存在明確了電磁波的特點(diǎn)后來(lái)由赫茲做實(shí)驗(yàn)成功證實(shí)了電磁波的存在（12）練習(xí)答疑1．（單選）某閉合電路的電流或電壓隨時(shí)間變化的規(guī)律如圖所示，能發(fā)射電磁波的是（）ABCD答案：C解析：A選項(xiàng)，恒定的電流產(chǎn)生的是恒定的磁場(chǎng)，恒定的磁場(chǎng)不能產(chǎn)生電場(chǎng)，因此不能產(chǎn)生電磁波；B、D選項(xiàng)，均勻變化的電流產(chǎn)生的是均勻變化的磁場(chǎng)，均勻變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生的是恒定的電場(chǎng)，恒定的電場(chǎng)將不能再產(chǎn)生磁場(chǎng)，因此也不能產(chǎn)生電磁波；C選項(xiàng)是按正弦規(guī)律變化的電壓，在閉合電路可以產(chǎn)生按正弦規(guī)律變化的電流，正弦規(guī)律變化的電流能產(chǎn)生按正弦規(guī)律變化的磁場(chǎng)，根據(jù)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論，可以激發(fā)電磁波，C選項(xiàng)正確。2．（單選）關(guān)于電磁波和聲波，下列說(shuō)法正確的是（）A．電磁波和聲波的傳播都需要借助于介質(zhì)B．電磁波在任何介質(zhì)中傳播的速度都相同C．電磁波和聲波都能產(chǎn)生干涉和衍射現(xiàn)象D．電磁波是一種波，聲波也是一種波，理論上它們是同種性質(zhì)的波答案：C解析：A．電磁波的傳播不需要介質(zhì)，聲波的傳播需要介質(zhì)，故A錯(cuò)誤；B．電磁波在不同的介質(zhì)的傳播速度不相同，與介質(zhì)的折射率有關(guān)；故B錯(cuò)誤；C．電磁波和聲波都是波，所以都能產(chǎn)生干涉和衍射現(xiàn)象，故C正確；D．電磁波是一種波，聲波也是一種波，它們具有波的共性，但前者是電磁場(chǎng)在空間的傳播，后者是機(jī)械振動(dòng)在介質(zhì)中的傳播，不是同種性質(zhì)的波，D錯(cuò)誤。故選C。3．（多選）下列關(guān)于電磁波的說(shuō)法中正確的是（

）A．電磁波是沿某一特定方向在空間傳播的B．電磁波是由電磁場(chǎng)發(fā)生的區(qū)域向遠(yuǎn)處傳播，聲波是聲源的振動(dòng)向遠(yuǎn)處傳播C．宇航員在月球上面對(duì)面交談時(shí)是靠移動(dòng)無(wú)線電話來(lái)實(shí)現(xiàn)的D．水波、聲波是自然現(xiàn)象，而電磁波是人工制造出來(lái)的現(xiàn)象答案：BC解析：電磁波可以發(fā)生反射、折射、衍射、干涉等現(xiàn)象，不一定沿某一特定方向在空間傳播，可以在真空傳播，聲波在月球上無(wú)法傳播，因此用無(wú)線電話通過(guò)電磁來(lái)傳播，光波也是電磁波，不是人工制造出來(lái)的4.(單選）根據(jù)麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論，以下敘述中不正確的是（）A．教室中亮著的日光燈周圍空間必有磁場(chǎng)和電場(chǎng)B．工作時(shí)的電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器周圍必有磁場(chǎng)和電場(chǎng)C．赫茲實(shí)驗(yàn)中導(dǎo)線環(huán)的空隙中產(chǎn)生電火花是因?yàn)殡姶挪ㄔ趯?dǎo)線環(huán)中激發(fā)出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)D．把手機(jī)放在抽成真空的玻璃盒中，撥打該手機(jī)號(hào)碼，手機(jī)由于接收不到電磁波信號(hào)而無(wú)法接通答案：D解析：日光燈通交流電，必有變化的電場(chǎng)，因此也會(huì)有磁場(chǎng)，電磁打電計(jì)時(shí)器也是同樣道理，電磁波在真空中可以傳播，因此手機(jī)放在抽真空的玻璃盒中，完全可以接收信號(hào)。5．（多選）以下電場(chǎng)能產(chǎn)生電磁波的是（）A．E=10N/CB．