人教版高中物理《光的電磁說》教學(xué)設(shè)計(jì)

1、光的電磁說教學(xué)設(shè)計(jì)【教學(xué)目標(biāo)】1 知識(shí)與技能：l 了解光的電磁說歷史及建立過程。l 簡要說出紅外線、紫外線和倫琴射線的特點(diǎn)，列舉幾個(gè)重要用途。l 能夠描述電磁波譜的排列依據(jù)和排列順序。l 能夠分析比較電磁波譜中不同波段的電磁波的產(chǎn)生機(jī)理。2 過程與方法關(guān)于光的電磁說一節(jié)，內(nèi)容大多類似科普常識(shí)的介紹，沒有太難以理解的理論，可以指導(dǎo)學(xué)生看書、歸納、總結(jié)，鍛煉學(xué)生的自學(xué)能力3 情感目標(biāo)與價(jià)值觀培養(yǎng)：l 讓學(xué)生體會(huì)到科學(xué)發(fā)展是一代一代科學(xué)家辛勤勞動(dòng)的曲折過程，樹立為科學(xué)獻(xiàn)身的精神。l 從中體會(huì)到科學(xué)研究的一些基本方法“實(shí)驗(yàn)(事實(shí))理論假設(shè)實(shí)驗(yàn)(提供新的事實(shí))修正理論(甚至建立新的假設(shè))”，以及人們的認(rèn)

2、識(shí)就是從不斷地糾正偏差錯(cuò)誤中提高的【教學(xué)用具】1 實(shí)物實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)鈔機(jī)，x射線管。2 多媒體課件：資料文字，關(guān)于紅外線、紫外線、倫琴射線應(yīng)用的幾個(gè)圖片；倫琴射線的產(chǎn)生裝置示意圖；電磁波譜的排列圖表及分類動(dòng)畫。【設(shè)計(jì)理念】 本節(jié)學(xué)習(xí)內(nèi)容有很大的容量：在知識(shí)方面，對光的本性問題作出了進(jìn)一步的闡述，使學(xué)生在知道光是一種波的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步了解光到底是一種什么樣的波，解開了光的本質(zhì)之謎，使學(xué)生更明確的接受了光的波動(dòng)說理論。電磁波譜則是對以前學(xué)過的無線電波、各種光波的分析總結(jié)，通過比較概括，使學(xué)生意識(shí)到自然界中看來錯(cuò)綜復(fù)雜的各種波按照一定的規(guī)律有序的排列起來，產(chǎn)生一種有序的自然美。同時(shí)本節(jié)課的學(xué)習(xí)內(nèi)容中還有著

3、厚重的物理學(xué)科文化積淀，有物理學(xué)史、科學(xué)方法等人文精神教育題材。通過簡要的史料介紹，一方面讓學(xué)生體會(huì)到科學(xué)發(fā)展是一代一代科學(xué)家辛勤勞動(dòng)的曲折過程，樹立為科學(xué)獻(xiàn)身的精神；另一方面，從中體會(huì)到科學(xué)研究的一些基本方法，以及人們的認(rèn)識(shí)就是從不斷地糾正偏差錯(cuò)誤中提高的光的本性的認(rèn)識(shí)史，也是對學(xué)生進(jìn)行辯證唯物主義教育的好教材。教材在知識(shí)陳述上較為淺顯易懂，而關(guān)于這些知識(shí)的“背景”，則是相當(dāng)豐富、承賦人文，為實(shí)施“科學(xué)的人文教育價(jià)值”提供了很大的空間。基于這些特點(diǎn)，本節(jié)課的設(shè)計(jì)突出“以人為本，以學(xué)生為主體”的設(shè)計(jì)理念，從光的電磁說的歷史話題入手，采取老師講解和學(xué)生看書自學(xué)相結(jié)合的方法，歸納總結(jié)出紅外線、紫外

4、線、倫琴射線的特點(diǎn)和應(yīng)用，按照各種電磁波的排列順序，從原子的外部向內(nèi)部逐步分析，將各種波段的電磁波和其產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行對應(yīng)，進(jìn)一步強(qiáng)化規(guī)律有序的電磁波排列依據(jù)。本節(jié)課的整體設(shè)計(jì)思想是：以光的本性的歷史探討為線索，通過前人、麥克斯韋、赫茲對光的本性的進(jìn)一步深入研究，先后經(jīng)歷了假設(shè)、預(yù)言、理論推導(dǎo)、實(shí)驗(yàn)證實(shí)、進(jìn)一步分析修正的過程，展示科學(xué)研究的曲折歷程和艱辛，進(jìn)一步滲透科學(xué)思想方法和進(jìn)行人文精神教育。在對具體的紅外線、紫外線、倫琴射線的學(xué)習(xí)中，主要采取自學(xué)討論的方式，然后進(jìn)行歸納總結(jié)，提高自學(xué)能力。在對電磁波譜的排列規(guī)律學(xué)習(xí)中，注重引導(dǎo)學(xué)生分析其排列規(guī)律，并向?qū)W生解釋清楚重疊部分的原因。在學(xué)生分析了電

5、磁波譜的排列規(guī)律之后，進(jìn)一步誘導(dǎo)學(xué)生沿著原子的外部向內(nèi)部逐層分析各種電磁波產(chǎn)生的機(jī)理，從而對電磁波譜有更深刻的理解。整個(gè)學(xué)習(xí)過程注重課堂中老師講解和學(xué)生自學(xué)討論的有機(jī)結(jié)合，配合課件進(jìn)行，注意時(shí)間分配，把握好課堂節(jié)奏，做到精、準(zhǔn)、透，以達(dá)到預(yù)期目的?！窘虒W(xué)過程】 整體設(shè)計(jì)四個(gè)大的標(biāo)題：一 光的電磁說的歷史發(fā)展；二 三種電磁波的具體認(rèn)識(shí)；三 電磁波譜的排列順序和規(guī)律；四 各電磁波的產(chǎn)生機(jī)理。一 光的電磁說的歷史發(fā)展(結(jié)合ppt課件進(jìn)行講解)光的干涉和衍射現(xiàn)象無可懷疑地證明了光是一種波，19世紀(jì)中葉，光的波動(dòng)說獲得很大成功，逐漸得到人們公認(rèn)。但是，光到底是什么性質(zhì)的波？和以前我們學(xué)習(xí)過的機(jī)械波一樣嗎

6、？本質(zhì)到底是什么，這個(gè)問題一直沒有解決。當(dāng)時(shí)人們把光波看成象機(jī)械波那樣，需要有傳播的媒介，曾假設(shè)在宇宙空間充滿一種特殊物質(zhì)以太，以太應(yīng)具有的性質(zhì)：一是很大的彈性（甚至象鋼一樣）；二是極小的密度（比空氣要稀薄得多），然而各種證明以太存在的實(shí)驗(yàn)結(jié)果都是否定的，這就使光的波動(dòng)說在傳播媒介問題上陷入了困境。 19世紀(jì)60年代，英國物理學(xué)家麥克斯韋提出電磁場的理論，預(yù)見了電磁波的存在，并提出電磁波是橫波，傳播的速度等于光速，根據(jù)它跟光波的這些相似性，指出光波是一種電磁波-光的電磁說。 18861888年間，赫茲用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在，測得它傳播的速度等于光速，與麥克斯韋的預(yù)言符合得相當(dāng)好，從而證實(shí)了光

7、的電磁說是正確的。二 三種電磁波的具體認(rèn)識(shí)學(xué)生自學(xué)環(huán)節(jié)需要分析歸納的問題：閱讀教材中關(guān)于紅外線、紫外線、倫琴射線三部分內(nèi)容并思考紅外線、紫外線和x射線有哪些特性及應(yīng)用?通過學(xué)生閱讀和歸納，教師進(jìn)行提問和歸納講解（結(jié)合豐富的ppt圖片和資料文字進(jìn)行歸納總結(jié)）：1 紅外線l 發(fā)現(xiàn)過程：1800年英國物理學(xué)家赫謝耳用靈敏溫度計(jì)研究光譜各色光的熱作用時(shí)，把溫度計(jì)移至紅光區(qū)域外側(cè)，發(fā)現(xiàn)溫度更高，說明這里存在一種不可見的射線，后來就叫做紅外線。（用棱鏡顯示可見譜），在電磁波中，能夠作用于人的眼睛并引起視覺的，只是一個(gè)很窄的波段，通常叫做可見光。其中波長最短的是紫光，波長約為400nm波長最長的是紅光，波長

8、約為770nm，紅外線則是波長更長的不能引起視覺的一部分電磁波，其波長在770nm106nm范圍內(nèi)。l 特點(diǎn)：最顯著的是熱作用l 應(yīng)用：（1）紅外線加熱，這種加熱方式優(yōu)點(diǎn)是能使物體內(nèi)部發(fā)熱，加熱效率高，效果好。紅外線的頻率比可見光更接近固體物質(zhì)分子的固有頻率，因此更容易引起分子的共振。所以紅外線的電磁能更容易轉(zhuǎn)變?yōu)槲镔|(zhì)的內(nèi)能。利用這種熱作用可以加熱物體、烘干郵漆和谷物、進(jìn)行醫(yī)療等。遠(yuǎn)紅外烤箱的燈管工作時(shí)發(fā)出的光從可見光到波長很長的紅外線，加熱作用主要是靠其中的長波紅外線來實(shí)現(xiàn)的。（2）紅外攝影，（遠(yuǎn)距離攝影、高空攝影、衛(wèi)星地面攝影）這種攝影不受白天黑夜的限制。（3）紅外線成像（夜視儀）可以在漆

9、黑的夜間能看見目標(biāo)。（4）紅外遙感，可以在飛機(jī)或衛(wèi)星上戡測地?zé)?，尋找水源、監(jiān)測森林火情，估計(jì)家農(nóng)作物的長勢和收成，預(yù)報(bào)臺(tái)風(fēng)、寒潮。2 紫外線l 發(fā)現(xiàn)過程：1801年德國的物理學(xué)家里特，發(fā)現(xiàn)在紫外區(qū)放置的照相底板感光，熒光物質(zhì)發(fā)光，說明在該區(qū)域存在著一種有別于可見光的電磁波，這就是紫外線。波長比可見光中的紫光還要短的一部分電磁波成為紫外線，波長大約為5nm400nml 特點(diǎn)：化學(xué)效應(yīng)、生物效應(yīng)。l 應(yīng)用：（1）照明（日光燈）、人民幣上的防偽標(biāo)志。關(guān)于在日光燈中的應(yīng)用前面已經(jīng)學(xué)習(xí)過了，在此不在提及。大額鈔票上有用熒光物質(zhì)印刷的文字，在可見光下肉眼看不見，用紫外線照射則會(huì)發(fā)出可見光，這種防偽標(biāo)志應(yīng)用

10、的就是紫外線的熒光作用（用驗(yàn)鈔機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場演示）。誘殺害蟲（2）醫(yī)務(wù)及食品消毒。（3）治療皮膚病、硬骨病。3 倫琴射線l 發(fā)現(xiàn)過程：德國物理學(xué)家倫琴在1895年發(fā)現(xiàn)的。波射線。長比紫外線更短，也叫x射線。l 特點(diǎn)：有較強(qiáng)的穿透能力。l 應(yīng)用：工業(yè)上金屬探傷：由于倫琴射線穿透物質(zhì)的厚度跟物質(zhì)的密度有關(guān)，這樣就可以用來檢查金屬部件內(nèi)部有沒有砂眼、裂紋等缺陷。醫(yī)療上透視人體、檢查體內(nèi)的病變及骨骼情況。通過x關(guān)拍照，更自習(xí)的分析骨骼的完損情況。l x射線管的基本原理：如圖所示，燈絲電源接通后在射線管內(nèi)的燈絲由于受熱，發(fā)射出電子。高壓電源所起的作用是在陰極k極和陽極a極之間形成一個(gè)強(qiáng)電場，當(dāng)燈絲中發(fā)射出來

11、的電子進(jìn)入強(qiáng)電場中時(shí)，受到有陰極指向陽極的很大的電場力，從而使電子加速，形成速度比較高的電子流，當(dāng)電子流以很大的能量打在對陰極上時(shí)，使得對陰極原子中的內(nèi)層電子受到激發(fā)，從而產(chǎn)生x射線。此外還有比倫琴射線波長更短的電磁波，如放射性元素放出的r射線三 電磁波譜的排列順序和規(guī)律無線電波、紅外線、可見光、紫外線、倫琴射線、r射線等合起來構(gòu)成了范圍廣闊的電磁波譜。從無線電波到r射線，都是本質(zhì)相同的電磁波，它們的行為服從共同的規(guī)律，另一方面由頻率或波長的不同而又表現(xiàn)出不同的特性，如波長越長的無線電波，很容易表現(xiàn)出干涉、衍射等現(xiàn)象，隨波長越來越短的可見光、紫外線、x射線、r射線要觀察到它們的干涉、衍射現(xiàn)象、

12、就越來越困難了。我們按照波長由大到小的順序，將這些電磁波排列起來，就行成了電磁波譜，排列順序如右圖所示，每種電磁波都有自己的用途（此處利用flash動(dòng)畫進(jìn)行演示說明）。對電磁波譜的說明：1 電磁波譜的排列順序是從無線電波、微波、紅外線、可見光、紫外線、x射線、r射線，波長一次變小，頻率依次增大。2 每種電磁波都是一個(gè)波長段，而不是某種單純的波長或頻率。3 可見光只是這個(gè)電磁波譜中很窄的一部分。4 對于重疊的區(qū)域：微波的最小波長和紅外線的最大波長部分重合，這兩種電磁波的產(chǎn)生機(jī)理不同，所具有的特點(diǎn)也各異，在具體的用途上不同，但是所具有的波長和頻率卻接近；紫外線的最小波長部分和x射線的最大波長部分也

13、是重合的，也具有同樣的特點(diǎn)。四 各電磁波的產(chǎn)生機(jī)理 我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了無線電波的產(chǎn)生是由于振蕩電路中的自由電子周期性運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的。紅外線、可見光、紫外線是原子的外層電子受到不同程度的激發(fā)后產(chǎn)生的；倫琴射線是原子的內(nèi)層電子受到激發(fā)后產(chǎn)生的；r射線則是原子核受到激發(fā)后產(chǎn)生的，具體的產(chǎn)生原因我們將在后面的原子物理當(dāng)中做進(jìn)一步的學(xué)習(xí)。這樣，我們可以看到，從原子的外層電子被激發(fā)、內(nèi)層電子被激發(fā)到原子核被激發(fā)，所產(chǎn)生的電磁波的波長逐漸變小，頻率逐漸變大，能量逐漸增大。這樣我們將電磁波譜和譜中每種電磁波的產(chǎn)生機(jī)理結(jié)合起來理解記憶，大大提高了效果。從而也真正領(lǐng)略到自然科學(xué)的規(guī)則有序的美。【總結(jié)】1 將本節(jié)課所學(xué)習(xí)到的電磁波譜的排列順序、每種電磁波的特點(diǎn)及應(yīng)用、各種電磁波的產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行對比、歸納、總結(jié)：波譜無線電