【教案】電磁波的發(fā)現(xiàn)及應用（教學設(shè)計）（人教版2019必修第三冊）

第4節(jié)電磁波的發(fā)現(xiàn)及應用教學設(shè)計備課人學科物理課題電磁波的發(fā)現(xiàn)及應用教學內(nèi)容分析本節(jié)包括兩部分內(nèi)容，即電磁波發(fā)現(xiàn)的歷史概況、電磁波譜及其在科技和社會信息化方面的應用。對麥克斯韋電磁場的基本概念和理論，由于學生存在較大的理解難度，教師在教學過程中應該設(shè)置好臺階，逐步深入地引導學生對其進行了解。另一方面，要重視發(fā)揮本節(jié)涉及的物理學史的教育功能，讓學生體會電磁場理論的基本思想在物理學發(fā)展中的理論意義，體會科學家研究物理問題的思想方法，了解赫茲實驗在物理學發(fā)展中的貢獻以及用實驗來驗證理論的方法。對于電磁波產(chǎn)生和傳播的過程，在教學方式上可以采取學生閱讀、互動討論為主的方式，多展示相關(guān)素材，介紹相關(guān)知識，不要求掌握工作原理。重在培養(yǎng)學生科學的物質(zhì)觀，能用這些觀念解釋和解決實際問題，關(guān)注科技進步和社會發(fā)展。學情分析通過前面的學習，學生對電場、磁場已經(jīng)有了初步的認識，特別是對電場的力的性質(zhì)、能量的性質(zhì)均能進行簡單的計算，解決簡單的問題。在本節(jié)中，學生要接觸的電磁場不同于前面的靜電場和磁場，是動態(tài)的場。但學生在必修階段還沒有學習機械振動和機械波的知識，理解起來有一定的困難。因此教師要根據(jù)學生水平，重點介紹電磁波產(chǎn)生和傳播的方式，不必對理論深度有過高要求。教學目標1、了解人類發(fā)現(xiàn)電磁波的歷史，知道麥克斯韋、赫茲等物理學家對電磁波發(fā)現(xiàn)做出的巨大貢獻，領(lǐng)會在電磁波的發(fā)現(xiàn)過程中所蘊含的科學方法和科學精神。2、體驗赫茲證明麥克斯韋預言的電磁波存在的實驗過程及實驗方法，領(lǐng)會物理理論和實驗的相互配合對科學發(fā)展的巨大作用。3、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、了解電磁波譜中各波段的主要特性及其在科技、經(jīng)濟和社會信息化等方面的主要應用。知道可見光是電磁波譜家族中的一個頻段。教學重難點教學重點：電磁波的發(fā)現(xiàn)歷史概況，物理理論和實驗的相互配合對科學發(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；電磁波譜中各波段的主要特性以及在科技、經(jīng)濟和社會信息化等方面的主要應用。教學難點：麥克斯韋電磁場的基本概念和理論。教學過程教學環(huán)節(jié)教師活動學生活動設(shè)計意圖新課導入【講述】古時用點燃煙火傳遞重要消息。白天施煙，夜間點火，臺臺相連——烽火臺。古時候人們信息交流很難，只有最緊急的事才會用到——八百里加急。為方便傳遞信息，古代神話小說里出現(xiàn)了"順風耳和千里眼"。如今，電磁波為信息的傳遞插上了翅膀。廣播、電視、移動通信等通信方式，使古代人“順風耳、千里眼”的夢想變成了現(xiàn)實。那么，電磁波是如何產(chǎn)生的呢？了解人類從古至今傳遞信息方式的變化。從信息傳遞方式的變遷入手，引導學生對現(xiàn)代通訊中利用的電磁波產(chǎn)生探索的興趣，從而引出本節(jié)課的主題。環(huán)節(jié)一電磁場【講述】法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應的那年，一位科學巨星在英國愛丁堡誕生了，他就是——麥克斯韋。麥克斯韋是繼法拉第之后，依據(jù)庫侖、高斯、歐姆、安培、畢奧、薩伐爾、法拉第等前人的一系列發(fā)現(xiàn)和實驗成果，建立了第一個完整的電磁理論體系，不僅科學地預言了電磁波的存在，而且揭示了光、電、磁現(xiàn)象的本質(zhì)的統(tǒng)一性，完成了物理學的又一次大綜合?！咎釂枴渴裁词请姶鸥袘F(xiàn)象？【講述】麥克斯韋認為變化的磁場在線圈中產(chǎn)生電場，正是這種電場(渦旋電場)在線圈中驅(qū)使自由電子做定向的移動，引起了感應電流?！咎釂枴咳绻貌粚щ姷乃芰暇€繞制線圈，線圈中還會有電流、電場嗎？【提問】線圈不存在時線圈所在處的空間還有電場嗎？→總結(jié)：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，即這是一種普遍存在的現(xiàn)象，跟閉合電路是否存在無關(guān)?！咎釂枴考热蛔兓拇艌瞿軌蛟诳臻g產(chǎn)生電場，那么，變化的電場能不能在空間產(chǎn)生磁場？→麥克斯韋提出假設(shè)：變化的電場也相當于一種電流，也在空間產(chǎn)生磁場，即變化的電場在空間產(chǎn)生磁場?！局v述】變化的電場和變化的磁場總是相互聯(lián)系的，它們形成一個不可分離的統(tǒng)一場，這就是電磁場。它既不是電場也不是磁場，更不是電場和磁場的疊加，而是電場和磁場相互依賴，形成不可分割的整體。了解麥克斯韋及其貢獻。復習并回答：在變化的磁場中放入一個閉合的導體回路，閉合導體回路中就產(chǎn)生感應電流。理解麥克斯韋的理論。思考并回答：有電場，無電流。思考并回答：有。思考、領(lǐng)會麥克斯韋的假設(shè)。思考。思考、領(lǐng)會麥克斯韋的假設(shè)。思考、領(lǐng)會電磁場的產(chǎn)生方式。從物理學史入手，由對科學家的介紹轉(zhuǎn)到對其主要貢獻的學習?；仡櫳弦还?jié)學習的電磁感應現(xiàn)象，便于學生理解本節(jié)課的知識點。在電磁感應知識的基礎(chǔ)上，了解麥克斯韋對感應電流產(chǎn)生原理的解釋。根據(jù)電流產(chǎn)生的原因，進一步分析變化的磁場（磁通量）產(chǎn)生的電場。承接上一步，進一步研究變化的電場產(chǎn)生的磁場。在上述分析的基礎(chǔ)上，引導學生理解電磁場產(chǎn)生的方式。環(huán)節(jié)二電磁波【講述】麥克斯韋預言：空間可能存在電磁波。它是變化的電場和磁場交替產(chǎn)生，由近及遠地向周圍傳播?！局v述】1886年，赫茲通過實驗捕提到了電磁波，證實了麥克斯韋的電磁場理論，為無線電技術(shù)的發(fā)展開拓了道路?！局v述】赫茲的實驗現(xiàn)象：當感應圈兩個金屬球間有火花跳過時，立刻產(chǎn)生一個交變電磁場，形成電磁波在空間傳播，經(jīng)過導線環(huán)時激發(fā)出感應電動勢，使得導線環(huán)中也產(chǎn)生了火花?！静シ乓曨l】赫茲的電火花實驗?！⑷醯碾娀鸹ㄩW爍著麥克斯韋理論的光輝，赫茲向全世界宣告：電磁波發(fā)現(xiàn)了?！静シ乓曨l】捕捉電磁波實驗?！局v述】電磁波中的電場和磁場互相垂直，電磁波在與二者均垂直的方向傳播，所以電磁波是橫波。E⊥B⊥V?！局v述】空氣、水，是聲波和水波傳播的介質(zhì)。電磁波可以在真空中傳播，不需要介質(zhì)?！静シ乓曨l】電磁波的傳播?！局v述】電磁波的傳播速度等于光速，光是以波動形式傳播的一種電磁振動，即光是一種電磁波。在上述分析的基礎(chǔ)上理解麥克斯韋的預言。了解相關(guān)物理學史。觀察并思考赫茲的電火花實驗。觀看視頻，并思考。觀看視頻，并思考。思考、理解電磁波的特性。思考、理解電磁波與機械波的不同之處。觀看視頻，加深對電磁波傳播的理解。思考并領(lǐng)會光就是一種電磁波。仍舊從物理學史出發(fā)，引導學生了解電磁波的產(chǎn)生與傳播。介紹電磁波的驗證實驗，帶領(lǐng)學生從實驗現(xiàn)象的角度了解電磁波的存在，即其物質(zhì)性。介紹電磁波的特點，為后續(xù)選修部分的學習打基礎(chǔ)。對比電磁波與機械波，幫助學生初步了解兩者的異同之處，為選修部分的學習打基礎(chǔ)。介紹光是一種電磁波，為選修部分光學相關(guān)知識的學習打基礎(chǔ)。環(huán)節(jié)三電磁波譜【講述】在一列水波中，凸起的最高處叫作波峰；凹下的最低處叫作波谷。鄰近的兩個波峰（或波谷）的距離叫作波長。在1s內(nèi)有多少次波峰（或波谷）通過，波的頻率就是多少。水波不停地向遠方傳播，用來描述波傳播快慢的物理量叫作波速?！ㄋ伲簐＝λ/T＝λf【講述】電磁波的特點：（1）電磁波可以在真空中傳播速度等于光速c＝3×108m/s；（2）電磁波的頻率由振源決定，同一電磁波在不同介質(zhì)中傳播，v和λ變化，v介＜c；（3）不同電磁波在同一介質(zhì)中傳播，速度不同，f越高，v越??；f越低，v越大；（4）電磁波具有波的共性，能發(fā)生反射、折射、干涉、衍射、多普勒效應和偏振現(xiàn)象?！局v述】電磁波的頻率范圍很廣。無線電波、紅外線、可見光、紫外線、倫琴射線、γ射線都是電磁波?？梢姽庵皇请姶挪ㄖ械囊恍〔糠?。按電磁波的波長或頻率大小的順序把它們排列起來,就是電磁波譜?！贌o線電波：波長大于1mm，分為長波、中波、短波和微波，主要用于無線電通訊；②紅外線：波長比無線電波短，比可見光長，所有的物體都在不停地發(fā)射紅外線，主要用于遙感、加熱；③可見光：波長在700nm~400nm，分為紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫七種，可被視網(wǎng)膜感知；④紫外線：波長在400nm~5nm，有較高的能量?？捎糜跍缇荆瑹晒庑?；⑤X射線：波長比紫外線更短，有比紫外線更高的能量，有較強的穿透作用，可用于透視、檢查金屬內(nèi)部缺陷；⑥γ射線：波長比X射線更短，頻率非常高。有很高的能量和很強的穿透作用，可用于檢查金屬內(nèi)部缺陷?！静シ乓曨l】電磁波譜?！局v述】赫茲通過實驗證實了電磁波的存在,這意味著,電磁場不僅僅是一種描述方式,而且是真正的物質(zhì)存在?！咎釂枴可钪谐Ｓ梦⒉t來加熱食物,食物增加的能量是微波給它的,由此可以得出什么結(jié)論？【講述】電磁波的特性：①電磁波具有能量。②電磁波是一種物質(zhì)。③光是一種電磁波，光具有能量。思考、理解波的相關(guān)概念。結(jié)合速度公式，理解波速公式。思考、理解電磁波的特點。觀察、了解電磁波譜的基本特點。了解無線電波的基本特點。了解紅外線的基本特點。了解可見光的基本特點。了解紫外線的基本特點。了解X射線的基本特點。了解γ射線的基本特點。觀看視頻。了解電磁波發(fā)現(xiàn)的意義。思考并回答：電磁波具有能量。了解電磁波的特性。簡單介紹關(guān)于波、波速的知識，為選修部分的學習打基礎(chǔ)。進一步介紹電磁波的特點，為后續(xù)選修部分的學習打基礎(chǔ)。簡單介紹電磁波譜，為后續(xù)選修部分的學習打基礎(chǔ)。通過對實例的分析，明確電磁波的物質(zhì)性。環(huán)節(jié)四電磁波通信【講述】電磁波攜帶信息，既可以有線傳播，也可以無線傳播。如：電信網(wǎng)、廣播電視網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、衛(wèi)星寬帶通信網(wǎng)絡(luò)。了解電磁波在通信領(lǐng)域的廣泛應用。介紹電磁波在通信領(lǐng)域的應用。課堂總結(jié)一、電磁波的發(fā)現(xiàn)過程：①電生磁②磁生電③麥克斯韋的猜想與假設(shè)④麥克斯韋預言電磁波的存在，光是一種電磁波。赫茲驗證電磁波的存在，測出電磁波波速等于光速。二、電磁波的特點：具有能量，物質(zhì)性三、電磁波譜：無線電波、紅外線、可見光（紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫）、紫外線、X射線、γ射線四、電磁波通信板書設(shè)計§13.4電磁波的發(fā)現(xiàn)及