電磁波與信息時(shí)代19.1

第十九章電磁波與信息時(shí)代一、《課標(biāo)》要求1、知道光是電磁波。知道電磁波在真空中傳播速度解讀：這條標(biāo)準(zhǔn)只有終結(jié)性要求。電磁波的速度是很重要的物理常數(shù)，應(yīng)該記住。例5可以結(jié)合“聲和光”的第（5）條標(biāo)準(zhǔn)學(xué)習(xí)。例把晶體管收音機(jī)放在桌邊，在干電池的兩端各連一條導(dǎo)線放在收音機(jī)旁。手中平放一把銼，把與負(fù)極相連的導(dǎo)線與銼把接觸，與正極相連的導(dǎo)線在銼上滑動(dòng)。收音機(jī)中能聽(tīng)到什么？2、了解電磁波的應(yīng)用及其對(duì)人類生活和社會(huì)發(fā)展的影響。解讀：聯(lián)系實(shí)際和進(jìn)行“科學(xué)?技術(shù)?社會(huì)”教育的一條標(biāo)準(zhǔn)。教學(xué)中應(yīng)該著眼于擴(kuò)大學(xué)生的知識(shí)面，例6至例9是幾個(gè)示范。第1個(gè)活動(dòng)建議可以啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維，同時(shí)學(xué)習(xí)電與磁的相互關(guān)系。電磁繼電器在標(biāo)準(zhǔn)中沒(méi)有單獨(dú)寫成一條，但它在生活中應(yīng)用很廣。它隱含在電與磁的知識(shí)中，第3個(gè)活動(dòng)建議把它顯示出來(lái)了，教學(xué)中最好不要忽略。電磁波對(duì)現(xiàn)代社會(huì)生活的意義深遠(yuǎn)，第4個(gè)活動(dòng)建議目的在于引導(dǎo)關(guān)注這方面的發(fā)展。二、本章教材分析1、本章概述本章以電磁波的應(yīng)用為核心展開(kāi)，沿著從發(fā)現(xiàn)并認(rèn)識(shí)電磁波到電磁波的廣泛應(yīng)用這條路子，將電磁波的發(fā)現(xiàn)以及它的波動(dòng)特性和傳播速度快的特點(diǎn)，應(yīng)用到廣播、電視和現(xiàn)代通信之中，以充分展示電磁波價(jià)值的同時(shí)，滲透技術(shù)的意義和STS的理念。教材安排了三節(jié)內(nèi)容，第一節(jié)“最快的信使”，從簡(jiǎn)述信息的重要性和人類沿著快速、準(zhǔn)確、可靠的方向發(fā)展傳遞信息的實(shí)例并配圖說(shuō)明開(kāi)始，引出最快的信使——電磁波。采用類比和實(shí)驗(yàn)方法，讓學(xué)生在感受電磁波的確存在中接受電磁波概念。接著介紹電磁波的特性和波速，以及它的“家族成員”和每個(gè)成員為人類所做的貢獻(xiàn)。第二節(jié)和第三節(jié)“廣播、電視、通信”“走進(jìn)互聯(lián)網(wǎng)”，重點(diǎn)介紹電磁波家族中無(wú)線電波的應(yīng)用。采用圖文結(jié)合的方式展示它們是怎樣應(yīng)用電磁波傳遞各種信息的大致過(guò)程，其中包括在這些過(guò)程中隱含了大量的理論和技術(shù)的支持，盡管并沒(méi)有展開(kāi)，但畫(huà)龍點(diǎn)睛地指出這里包含了許多理論和技術(shù)的支撐。因?yàn)閺V播、電視、現(xiàn)代通信和互聯(lián)網(wǎng)工程，并不是發(fā)現(xiàn)了電磁波就能實(shí)現(xiàn)的。因此，全章內(nèi)容的展示，讓學(xué)生領(lǐng)悟從科學(xué)發(fā)現(xiàn)到實(shí)際應(yīng)用之間，技術(shù)的橋梁作用和科學(xué)、技術(shù)與社會(huì)之間的互動(dòng)關(guān)系。2、編寫特點(diǎn)1）、堅(jiān)持科學(xué)、技術(shù)與社會(huì)互動(dòng)的理念。在電磁波的發(fā)現(xiàn)到它的廣泛應(yīng)用這一過(guò)程中，充分體現(xiàn)STS思想。2）、應(yīng)用簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)，采用類比的方法讓學(xué)生認(rèn)識(shí)電磁波的同時(shí)，確信電磁波的存在。突出電磁波的應(yīng)用價(jià)值，進(jìn)而達(dá)到從知識(shí)的價(jià)值觀念上激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的情趣。3、課時(shí)安排本章安排的三節(jié)內(nèi)容，每節(jié)用1課時(shí)，全章計(jì)3課時(shí)。19．1最快的“信使”1、教學(xué)目標(biāo)知識(shí)與技能1．認(rèn)識(shí)電磁波，知道電磁波是誰(shuí)發(fā)現(xiàn)的，知道光是電磁波。2．知道電磁波在真空中速度，以及波速、波長(zhǎng)和頻率的關(guān)系。認(rèn)識(shí)描述電磁波的波形圖。3．了解電磁波的“家族成員”及其應(yīng)用。過(guò)程與方法4．經(jīng)歷電磁波產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)過(guò)程，學(xué)習(xí)應(yīng)用類比方法推斷電磁波的存在。5．經(jīng)歷用電磁波的波速、波長(zhǎng)與頻率三者之間的關(guān)系式，來(lái)檢驗(yàn)收音機(jī)表盤上刻度的活動(dòng)過(guò)程，確認(rèn)三者之間的關(guān)系。情感、態(tài)度與價(jià)值觀6．從電磁波家族成員的廣泛應(yīng)用中，感悟電磁波發(fā)現(xiàn)的意義和價(jià)值。2、教材說(shuō)明教材首先說(shuō)明信息的價(jià)值，采用圖文結(jié)合方式引出最快的信使——電磁波，接著用實(shí)驗(yàn)并借助類比方法讓學(xué)生確信電磁波的存在。然后介紹電磁波的特性和電磁波的家族成員，同時(shí)也讓學(xué)生知道光也是電磁波。3、教學(xué)建議全章引言：由于本節(jié)是本章的起始，因此，建議用下面的“全章引言”來(lái)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)本章的情趣，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)本章內(nèi)容的積極性。自然界和人類社會(huì)有三種重要的資源，一是物質(zhì)資源，二是情感資源，三是信息資源，三者缺一不可。我們有時(shí)說(shuō)一個(gè)重要的信息，往往能改變一個(gè)人的命運(yùn)，一個(gè)重要的信息，也常常能救活一個(gè)企業(yè)?？梢?jiàn)，信息是何等重要。然而，信息需要及時(shí)捕捉并合理應(yīng)用，才能收到積極的效果。及時(shí)捕捉到的信息，又需要快速地傳遞。因此，自古至今，人類在信息傳遞的方式上作出了不懈的努力，從古老的蜂火、驛馬、信鴿等方式，到今天的現(xiàn)代通信手段，無(wú)不證明人類在信息傳遞方式上的進(jìn)步與完善。今天有人把我們這個(gè)時(shí)代叫做“信息時(shí)代”，一方面說(shuō)明了信息的社會(huì)價(jià)值，另一方面就是因?yàn)榻裉斓男畔鬟f方式，已經(jīng)快速到了將我們的地球變成了小小的村落。為什么信息的傳遞如此快速？學(xué)了本章內(nèi)容之后，你自然就會(huì)明白其中的道理。本節(jié)首先通過(guò)圖文結(jié)合的方式，簡(jiǎn)單介紹人類在信息傳遞方式上演變，演變中隱含了人們?cè)谛畔鬟f方式的改進(jìn)中，通常都遵循“可靠、準(zhǔn)確和快速”三個(gè)原則，并不斷地朝著可靠、準(zhǔn)確和快速的目標(biāo)推進(jìn)。因此，建議教師首先讓學(xué)生閱讀與交流討論本節(jié)開(kāi)頭的內(nèi)容，要求學(xué)生列舉自己所知道的，且又是教材例舉以外的信息傳遞方式，并說(shuō)出哪種傳遞信息的方式最快，最好。教師在學(xué)生交流討論的基礎(chǔ)上要做好小結(jié)，小結(jié)的內(nèi)容建議如下：將教材和學(xué)生列舉的信息傳遞方式，按照時(shí)段作大致的劃分，一是古代，用蜂火、信鴿和驛馬等方式；二是四、五十年代，發(fā)展到用各種交通工具和有線電話；三是現(xiàn)代，已較普遍地使用手機(jī)、可視電話和電子郵件。在古代的傳遞方式中，例如，利用火光（蜂火告急），雖然速度快，但具體的信息內(nèi)容難以獲得，缺乏準(zhǔn)確性和可靠性，又例如，信鴿和驛馬，雖然信息內(nèi)容具體，準(zhǔn)確性與可靠性較好，但速度又跟不上來(lái)。今天的手機(jī)、可視電話和電子郵件，就實(shí)現(xiàn)了“快速、準(zhǔn)確和可靠”三大目標(biāo)。為什么手機(jī)、可視電話和電子郵件能實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確和可靠三大目標(biāo)呢？應(yīng)當(dāng)說(shuō)“電磁波”功不可沒(méi)。什么是電磁波？為什么電磁波有如此功能？通過(guò)小結(jié)，自然地過(guò)度到“體驗(yàn)電磁波”這一段標(biāo)下的內(nèi)容。體驗(yàn)電磁波教材在這一段標(biāo)下，重點(diǎn)安排了一個(gè)活動(dòng)“我們身邊的電磁波”。要演示教材中的實(shí)驗(yàn)并不難，且效果也不錯(cuò)。但是，為了克服學(xué)生“聽(tīng)而不想、觀而不思”的不良學(xué)習(xí)習(xí)慣，建議在演示前，教師要提醒學(xué)生，不僅要注意聽(tīng)，而且要注意看，還要積極地思考。聽(tīng)——收音機(jī)里有什么反應(yīng)？看——教師手拿導(dǎo)線的一端與電池的一極做什么樣的動(dòng)作？思考——為什么導(dǎo)線一端與電池的一個(gè)極之間要迅速斷續(xù)地接觸？跟電池沒(méi)有直接聯(lián)系的收音機(jī)內(nèi)為什么會(huì)發(fā)出響聲？建議教師要鼓勵(lì)學(xué)生對(duì)上述的兩個(gè)問(wèn)題，進(jìn)行海闊天空地想和合乎邏輯地思。這一點(diǎn)很重要，因?yàn)槲覀円囵B(yǎng)學(xué)生觀察與思考相結(jié)合能力和習(xí)慣，就必需要抓住教學(xué)的任何任何一個(gè)時(shí)機(jī)，并不失時(shí)機(jī)地加強(qiáng)訓(xùn)練。只有這樣，學(xué)生的觀察與思考相結(jié)合的能力才能培養(yǎng)起來(lái)，這一良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣才能養(yǎng)成。當(dāng)學(xué)生對(duì)上述兩個(gè)問(wèn)題發(fā)表了各種觀點(diǎn)之后，建議教師要作小結(jié)，小結(jié)的參考內(nèi)容如下：希望同學(xué)們要學(xué)會(huì)用類比的方法來(lái)思考上述的兩個(gè)問(wèn)題，由于導(dǎo)線通常是多根細(xì)銅絲組成，當(dāng)多股細(xì)銅絲頭在與電池的一個(gè)極斷續(xù)接觸時(shí)，一是因?yàn)榻佑|的細(xì)銅絲頭并非每次根根都能接觸到，另一方面接觸又是斷斷續(xù)續(xù)的。這樣，電路中就會(huì)出現(xiàn)時(shí)有，時(shí)無(wú)，時(shí)大、時(shí)小的電流。我們又知道，電流是大量電荷在電路中定向運(yùn)動(dòng)形成的，這說(shuō)明大量電荷在電池的電壓作用下，是一陣，一陣地從電池的一個(gè)極運(yùn)動(dòng)到另一個(gè)極，這跟海浪一陣，一陣地從遠(yuǎn)處沖向海岸相似。于是，我們便聯(lián)想到水波和聲波。我們知道，物體振動(dòng)發(fā)出的聲音，是通過(guò)波動(dòng)方式向外傳播。那么，電荷在電路中一陣，一陣地作沖浪（振蕩）式運(yùn)動(dòng)，是否也會(huì)以波動(dòng)方式向外傳播呢？（建議在這里將“振蕩電流”概念給出，即大量電荷在電路中作振蕩式運(yùn)動(dòng)所形成的電流叫做振蕩電流。因?yàn)樵谙鹿?jié)電磁波的傳播內(nèi)容中出現(xiàn)了高頻振蕩電流，這里順便說(shuō)出來(lái)有好處，學(xué)生也會(huì)大致了解什么是振蕩電流）。1887年德國(guó)物理學(xué)家赫茲用實(shí)驗(yàn)的方法，證明了電荷在電路中作高速振蕩式運(yùn)動(dòng)時(shí)，的確是以波的方式向外傳播的，并首先將這種波叫做“電磁波”。原來(lái)，收音機(jī)發(fā)出的咯、咯聲，是電磁波將電路中大量電荷作振蕩式運(yùn)動(dòng)的信號(hào)傳遞過(guò)來(lái)的。這樣的小結(jié)，形象、生動(dòng)，合乎科學(xué)，學(xué)生是比較容易接受的。認(rèn)識(shí)電磁波有了上面的小結(jié)內(nèi)容，學(xué)生對(duì)電磁波不僅有了感性的認(rèn)識(shí)，而且也有了點(diǎn)科學(xué)的理性領(lǐng)悟。于是，學(xué)生對(duì)教材中電磁波概念的描述，以及電磁波產(chǎn)生的說(shuō)明，就不難理解了。否則，學(xué)生對(duì)教材生硬地端出高頻交流電就能產(chǎn)生電磁波，仍然是迷惑不解的。由于學(xué)生對(duì)電磁波有了些理性的認(rèn)識(shí)，并確認(rèn)了它是客觀存在的，因此，我們建議教師在這里直接告訴學(xué)生，既然電磁波是波，它就必然具有波的一切特性，并跟聲波一樣，我們也可以用波速、頻率、波長(zhǎng)和波形圖來(lái)描述電磁波。這時(shí)，再讓學(xué)生閱讀“認(rèn)識(shí)電磁波”段標(biāo)下的內(nèi)容，并提出以下幾個(gè)問(wèn)題供學(xué)生閱讀與交流討論。在學(xué)生進(jìn)行交流討論的過(guò)程中，教師作適當(dāng)點(diǎn)撥即可。問(wèn)題：1）什么是電磁波？你從電磁波的波形圖中能獲得哪些信息？2）電磁波的波長(zhǎng)和頻率是怎樣規(guī)定的？單位是什么？3）電磁波的速度有多大？為什么它的速度等于波長(zhǎng)與頻率的乘積？4）日常生活中你知道哪些是通過(guò)電磁波傳遞的？上述問(wèn)題的參考答案為：當(dāng)導(dǎo)體中的電流迅速變化或通以高頻交流電時(shí)，導(dǎo)體就會(huì)向周圍空間發(fā)射一種波，物理學(xué)中將這種波叫做電磁波。學(xué)生也可以參照教師小結(jié)中內(nèi)容來(lái)總結(jié)電磁波的概念，即大量電荷在導(dǎo)體中作高速振蕩運(yùn)動(dòng)時(shí)，向外發(fā)出的波，叫做電磁波。我們從電磁波的波形圖中，可以了解到波長(zhǎng)，在知道電磁波的波速情況下，可以測(cè)算電磁波的頻率等。兩個(gè)相鄰的波峰或波谷之間的距離叫做波長(zhǎng)，單位為m，每秒鐘電磁波向前傳播的波長(zhǎng)數(shù)叫做頻率，單位為Hz。電磁波的波速與光速相等，由于，電磁波的頻率是它在每秒種內(nèi)傳播的波長(zhǎng)數(shù)，因此，電磁波的速度就等于波長(zhǎng)乘每秒鐘傳播的波長(zhǎng)數(shù)。略。這樣處理教材內(nèi)容比教師一講到底可能效果更好一些。應(yīng)用電磁波教材主要是通過(guò)圖示和簡(jiǎn)短的文字來(lái)說(shuō)明電磁波的廣泛應(yīng)用的。因此，建議教師用“講解“和”活動(dòng)“的方式來(lái)完成。講解與活動(dòng)的要點(diǎn)建議如下：介紹電磁波譜，說(shuō)明電磁波各波段的劃分，以及波段的名稱、波長(zhǎng)和頻率。建議將教材中活動(dòng)2“觀察收音機(jī)的表盤”移到這里，并進(jìn)行演示。一方面再次讓學(xué)生感受電磁波的存在，另一方面讓學(xué)生相信電磁波具有波長(zhǎng)和頻率等特性。告訴學(xué)生電磁波的各波段具有不同特性，因此它們具有不同的用途，說(shuō)明各波段電磁波的應(yīng)用例子。可見(jiàn)，本節(jié)重點(diǎn)在讓學(xué)生確信電磁波存在的實(shí)驗(yàn)分析，和檢驗(yàn)收音機(jī)表盤上刻度的活動(dòng)上。同時(shí)還要讓學(xué)生認(rèn)識(shí)電磁波的特性和家族成員，以及它們的廣泛應(yīng)用，進(jìn)而達(dá)到激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)本章的興趣。4、教學(xué)評(píng)價(jià)課堂測(cè)評(píng)1．你是怎樣認(rèn)識(shí)電磁波的？由此你感悟到了什么？2．電磁波跟聲波有哪些相似處？發(fā)現(xiàn)電磁波的價(jià)值在哪里？參考答案1．通過(guò)觀察實(shí)驗(yàn)和理性分析兩個(gè)過(guò)程認(rèn)識(shí)電磁波的。這說(shuō)明知識(shí)是通過(guò)觀察實(shí)驗(yàn)和分析論證兩條途徑獲得的。2．它們都是以波動(dòng)的方式傳遞物質(zhì)運(yùn)動(dòng)形式和能量的，它們都有波速、波長(zhǎng)和頻率，且三者關(guān)系為波速等于頻率乘波長(zhǎng)。電磁波的速度跟光速相同，又具有運(yùn)載各種信息，它的家族成員