高中物理 第三章 電磁場與電磁波 3.1 麥克斯韋的電磁場理論教案 滬科版選修3-4

1、3.1麥克斯韋的電磁場理論【教學(xué)目標】（一）知識與技能1知道麥克斯韋電磁場理論的重要地位。2知道麥克斯韋電磁場理論的主要內(nèi)容。3知道電磁波的特點。（二）過程與方法通過對電磁波發(fā)現(xiàn)過程的了解，認識規(guī)律的普遍性與特殊性，培養(yǎng)學(xué)生的邏輯推理和類比推理能力。（三）情感、態(tài)度與價值觀培養(yǎng)學(xué)生崇尚科學(xué)、獻身科學(xué)的精神?！窘虒W(xué)重點】變化的磁場產(chǎn)生電場。【教學(xué)難點】變化的電場產(chǎn)生磁場。【教學(xué)方法】演示推理和類比推理【教學(xué)用具】學(xué)生電源一臺，電磁鐵一塊，多匝線圈、燈座、小燈泡各一個，導(dǎo)線若干，多媒體課件【教學(xué)過程】（一）引入新課（導(dǎo)入畫面）師：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

2、知道它到達預(yù)定的地點呢？生：無線電波。師：無線電廣播、電視、人造衛(wèi)星、導(dǎo)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，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？這一章就要討論這些問題。今天我們就從電磁波的發(fā)現(xiàn)開始學(xué)習。（二）進行新課（教師首先向?qū)W生介紹麥克斯韋的生平簡介，激發(fā)學(xué)生的好奇心和求知欲。）麥克斯韋（James Clark Mexwell，18311879）是英國的理論物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家。1831年6月13日生于英國愛丁堡

3、。他的父親是一個科學(xué)家，他從小就受到科學(xué)的熏陶，15歲時向英國皇家學(xué)會遞交數(shù)學(xué)論文，發(fā)表在愛丁堡皇家學(xué)會學(xué)報上，第一次顯露出他出眾的才華。1847年，考入愛丁堡大學(xué)學(xué)習數(shù)學(xué)和物理學(xué)。1850年轉(zhuǎn)入劍橋大學(xué)，1854年畢業(yè)后留校工作，18561865年，他先后在阿丁見大學(xué)和倫敦皇家學(xué)院任教。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(xué)方法的基礎(chǔ)。尤其是他在倫敦皇家學(xué)院任教期間，有機會拜訪了法拉第以

4、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(xué)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(xué)的研究成果，建立了電磁場方程，確立了電磁場理論。師：我們現(xiàn)在粗略地介紹一下麥克斯韋的電磁場理論。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。提出問題小燈泡為什么能發(fā)光？學(xué)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。繼續(xù)提問電路（線圈）中的電荷為什么能夠定向移動呢？學(xué)生回答受電場力。教師總結(jié)上述實驗表明，變

5、化的磁場在線圈里形成電場。教師提問若線圈斷開，線圈中有電流、電場嗎？學(xué)生回答有電場，無電流。繼續(xù)提問若線圈被拿走，它原來所處的空間有電場嗎？學(xué)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)生電場已是水到渠成的時候。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）。變化的電場產(chǎn)生磁場師：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。師：總結(jié)上述兩個

6、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。課件演示：電磁場由發(fā)生區(qū)域向遠處的傳播電磁波師：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

7、、干涉和衍射；靠介質(zhì)傳播，波速v=f。類比機械波的特點，我們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(xué)習的光的偏振現(xiàn)象已經(jīng)證明了這一點。如上圖所示。課件演示：電磁場方向間的關(guān)系（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=3.0108 m/s。師：麥克斯韋電磁場理論的建立具有偉大的歷史意義，足以根牛頓力學(xué)體系相媲美，它是物理學(xué)發(fā)展史中的一個劃時代的里程碑。（三）課堂總結(jié)、點評本節(jié)主要學(xué)習了麥克斯韋電磁場理論的主要內(nèi)容。知道了麥克斯韋電磁場理論的兩大支柱：變化的磁