《電磁場(chǎng)的物質(zhì)性》教學(xué)設(shè)計(jì)

《電磁場(chǎng)的物質(zhì)性》教學(xué)設(shè)計(jì)一、教學(xué)目標(biāo)（一）知識(shí)與技能1、學(xué)生能夠理解電磁場(chǎng)是一種物質(zhì)，知道電磁場(chǎng)具有能量和動(dòng)量。2、能說出電磁場(chǎng)能量密度的表達(dá)式，會(huì)簡(jiǎn)單計(jì)算電磁場(chǎng)中的能量。3、理解電磁波的傳播過程就是電磁場(chǎng)能量的傳播過程。（二）過程與方法1、通過對(duì)生活中電磁現(xiàn)象的分析，如手機(jī)信號(hào)的傳播，培養(yǎng)學(xué)生觀察、分析和歸納的能力。2、經(jīng)歷從電磁場(chǎng)理論的建立到理解電磁場(chǎng)物質(zhì)性的過程，體會(huì)科學(xué)探究中的邏輯推理方法。（三）情感態(tài)度與價(jià)值觀1、感受電磁場(chǎng)在現(xiàn)代科技中的廣泛應(yīng)用，激發(fā)學(xué)生對(duì)物理學(xué)科的學(xué)習(xí)興趣。2、了解科學(xué)家對(duì)電磁場(chǎng)研究的歷程，體會(huì)科學(xué)家們勇于探索、敢于創(chuàng)新的科學(xué)精神。二、學(xué)情分析（一）已有知識(shí)基礎(chǔ)1、學(xué)生在之前的學(xué)習(xí)中已經(jīng)掌握了電場(chǎng)、磁場(chǎng)的基本概念和性質(zhì)，例如電場(chǎng)力、磁場(chǎng)力等。2、了解了電磁感應(yīng)現(xiàn)象，知道變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)，變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)。（二）學(xué)習(xí)能力1、高中學(xué)生具備一定的邏輯思維能力，但對(duì)于抽象概念的理解還需要進(jìn)一步引導(dǎo)。2、他們已經(jīng)有了一定的自主學(xué)習(xí)能力，但在知識(shí)的整合和遷移方面還有待提高。（三）興趣愛好1、現(xiàn)代學(xué)生對(duì)手機(jī)、無線電等電子產(chǎn)品充滿興趣，這為引入電磁場(chǎng)相關(guān)知識(shí)提供了很好的切入點(diǎn)。2、對(duì)于神秘的物理現(xiàn)象，如看不見摸不著的電磁場(chǎng)，學(xué)生通常具有好奇心。（四）學(xué)習(xí)風(fēng)格1、部分學(xué)生傾向于直觀形象的學(xué)習(xí)方式，需要通過實(shí)例、實(shí)驗(yàn)等方式來理解抽象知識(shí)。2、也有學(xué)生喜歡深入探究原理，對(duì)于電磁場(chǎng)物質(zhì)性的理論推導(dǎo)會(huì)比較感興趣。三、教學(xué)重難點(diǎn)（一）教學(xué)重點(diǎn)1、電磁場(chǎng)是一種物質(zhì)的概念理解。2、電磁場(chǎng)能量密度的表達(dá)式及其計(jì)算。（二）教學(xué)難點(diǎn)1、理解電磁場(chǎng)具有動(dòng)量以及其在實(shí)際現(xiàn)象中的體現(xiàn)。2、從微觀角度理解電磁場(chǎng)的物質(zhì)性與宏觀物質(zhì)概念的區(qū)別。四、教學(xué)內(nèi)容（一）電磁場(chǎng)概念的回顧1、復(fù)習(xí)變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)，變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)的相關(guān)知識(shí)。2、通過動(dòng)畫演示，展示交替變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)形成電磁場(chǎng)的過程。（二）電磁場(chǎng)的物質(zhì)性1、從物質(zhì)的基本屬性（能量、動(dòng)量等）出發(fā)，闡述電磁場(chǎng)具有能量和動(dòng)量，從而說明電磁場(chǎng)是一種物質(zhì)。2、舉例說明電磁場(chǎng)能量的存在，如微波爐加熱食物是利用電磁場(chǎng)的能量。（三）電磁場(chǎng)能量密度1、推導(dǎo)電磁場(chǎng)能量密度的表達(dá)式。2、結(jié)合具體例題計(jì)算電磁場(chǎng)中的能量。（四）電磁波與電磁場(chǎng)能量傳播1、講解電磁波是電磁場(chǎng)的一種傳播形式。2、分析手機(jī)信號(hào)傳播過程中電磁場(chǎng)能量的傳遞。五、教學(xué)方法（一）講授法1、系統(tǒng)地講解電磁場(chǎng)的物質(zhì)性相關(guān)的概念、原理和公式。2、例如在講解電磁場(chǎng)能量密度表達(dá)式的推導(dǎo)時(shí)，一步一步清晰地講授。（二）討論法1、組織學(xué)生討論生活中的電磁現(xiàn)象，如收音機(jī)接收廣播信號(hào)與電磁場(chǎng)的關(guān)系。2、針對(duì)電磁場(chǎng)的動(dòng)量這一難點(diǎn)問題，讓學(xué)生分組討論其可能的表現(xiàn)形式。（三）實(shí)例分析法1、分析微波爐加熱食物的原理，讓學(xué)生理解電磁場(chǎng)的能量。2、以手機(jī)通信為例，深入剖析電磁波傳播過程中電磁場(chǎng)能量和動(dòng)量的變化。（四）探究法1、引導(dǎo)學(xué)生探究電磁場(chǎng)物質(zhì)性在現(xiàn)代科技中的應(yīng)用，如電磁輻射防護(hù)。2、探究電磁場(chǎng)與其他物質(zhì)相互作用時(shí)能量和動(dòng)量的轉(zhuǎn)換關(guān)系。六、教學(xué)過程（一）導(dǎo)入（5分鐘）1、故事引入同學(xué)們，今天我要給大家講一個(gè)我自己的小經(jīng)歷。有一次我在坐飛機(jī)的時(shí)候，飛機(jī)上廣播提醒大家要關(guān)閉手機(jī)等電子設(shè)備。我就很好奇，這是為什么呢？后來我才知道，手機(jī)在使用的時(shí)候會(huì)發(fā)射和接收電磁波，而這些電磁波可能會(huì)干擾飛機(jī)上的電子設(shè)備，影響飛行安全。那大家想一下，這個(gè)電磁波到底是什么東西呢？它是怎么產(chǎn)生的，又為什么會(huì)有這么大的影響力呢？這就和我們今天要學(xué)習(xí)的電磁場(chǎng)的物質(zhì)性有關(guān)啦。2、提問引導(dǎo)那在這之前，我們已經(jīng)學(xué)過電場(chǎng)和磁場(chǎng)了，誰能簡(jiǎn)單說一下電場(chǎng)和磁場(chǎng)都有哪些特性呢？（二）新授（30分鐘）1、電磁場(chǎng)概念回顧（5分鐘）（1）首先，我們來簡(jiǎn)單回顧一下以前學(xué)過的知識(shí)。大家都知道，當(dāng)磁場(chǎng)發(fā)生變化的時(shí)候，會(huì)產(chǎn)生電場(chǎng)，就像我們?cè)陔姶鸥袘?yīng)實(shí)驗(yàn)中看到的那樣。同樣的，變化的電場(chǎng)也會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)。這兩個(gè)現(xiàn)象就像是一對(duì)好伙伴，總是相互依存的。（2）我給大家再看一個(gè)動(dòng)畫演示（播放動(dòng)畫）?？?，這里有一個(gè)變化的電場(chǎng)，它周圍就產(chǎn)生了磁場(chǎng)，然后這個(gè)磁場(chǎng)又會(huì)引起新的電場(chǎng)變化，就這樣交替進(jìn)行，就形成了電磁場(chǎng)。這就像是一場(chǎng)神奇的魔術(shù)，電場(chǎng)和磁場(chǎng)不斷地變換著角色，創(chuàng)造出了一種全新的東西——電磁場(chǎng)。2、電磁場(chǎng)的物質(zhì)性（10分鐘）（1）那我們現(xiàn)在來說說為什么電磁場(chǎng)是一種物質(zhì)呢？我們平時(shí)理解的物質(zhì)，都有一些基本的屬性，比如有質(zhì)量、有能量、有動(dòng)量等。電磁場(chǎng)雖然看不見、摸不著，但它也具有能量和動(dòng)量哦。（2）給大家舉個(gè)例子，我們家里的微波爐，大家都用過吧。當(dāng)我們把食物放進(jìn)微波爐里，不一會(huì)兒食物就熱了。這是怎么回事呢？其實(shí)就是微波爐里面的電磁場(chǎng)在起作用。電磁場(chǎng)把能量傳遞給了食物里的水分子，讓水分子快速振動(dòng)，從而產(chǎn)生熱量。這就說明電磁場(chǎng)是有能量的，既然有能量，那它就具有物質(zhì)的屬性，所以我們說電磁場(chǎng)是一種物質(zhì)。（3）那電磁場(chǎng)的動(dòng)量又是怎么回事呢？這就有點(diǎn)難理解了。我們可以想象一下，當(dāng)一束光（光也是一種電磁波，具有電磁場(chǎng)）照射到物體上的時(shí)候，會(huì)對(duì)物體產(chǎn)生一個(gè)壓力，這個(gè)壓力就是電磁場(chǎng)動(dòng)量的一種體現(xiàn)。就像微風(fēng)吹過的時(shí)候，會(huì)對(duì)樹葉產(chǎn)生一個(gè)小小的推力一樣，電磁場(chǎng)的動(dòng)量也能對(duì)物體產(chǎn)生影響。3、電磁場(chǎng)能量密度（10分鐘）（1）現(xiàn)在我們來學(xué)習(xí)一個(gè)比較重要的概念——電磁場(chǎng)能量密度。大家可以把它想象成電磁場(chǎng)中每單位體積里所包含的能量。（2）我們來推導(dǎo)一下它的表達(dá)式（在黑板上慢慢推導(dǎo)）。假設(shè)我們有一個(gè)電場(chǎng)強(qiáng)度為E的電場(chǎng)和一個(gè)磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場(chǎng)，根據(jù)一些物理原理和數(shù)學(xué)推導(dǎo)（這里涉及到一些比較復(fù)雜的過程，大家只要先了解一下思路就好），我們可以得到電磁場(chǎng)能量密度的表達(dá)式是：＄u＝＼frac{1}｛2}（＼epsilon_0E^2＋＼frac{1}｛＼mu_0}B^2)＄（這里的$＼epsilon_0$是真空介電常數(shù)，＄＼mu_0$是真空磁導(dǎo)率）。（3）那我們來看一個(gè)具體的例子，假如有一個(gè)區(qū)域的電場(chǎng)強(qiáng)度E是100V/m，磁感應(yīng)強(qiáng)度B是0.5T，那我們就可以根據(jù)這個(gè)表達(dá)式來計(jì)算這個(gè)區(qū)域的電磁場(chǎng)能量密度啦。首先，我們知道$＼epsilon_0＝8.85\times10^｛－12}C^2/（N\cdotm^2)＄，＄＼mu_0＝4\pi\times10^｛－7}T\cdotm/A$。把這些數(shù)值代入表達(dá)式中，經(jīng)過計(jì)算（這里可以讓學(xué)生自己動(dòng)手計(jì)算一下），就可以得到這個(gè)區(qū)域的電磁場(chǎng)能量密度的值了。4、電磁波與電磁場(chǎng)能量傳播（5分鐘）（1）大家都知道手機(jī)信號(hào)吧，其實(shí)手機(jī)信號(hào)就是一種電磁波。當(dāng)我們打電話或者發(fā)信息的時(shí)候，手機(jī)會(huì)把我們的聲音或者文字信息轉(zhuǎn)化成電磁波發(fā)射出去。（2）那這個(gè)電磁波是怎么傳播的呢？其實(shí)就是電磁場(chǎng)能量的傳播。就像水波在水面上傳播一樣，電磁場(chǎng)的能量以電磁波的形式向周圍傳播。在傳播的過程中，電磁場(chǎng)的能量不斷地傳遞，從手機(jī)這里傳到基站，再傳到接收方的手機(jī)上。（三）鞏固（15分鐘）1、小組討論（10分鐘）（1）我給大家出幾個(gè)問題，大家分組討論一下。第一個(gè)問題是，除了微波爐和手機(jī)信號(hào)，還有哪些生活中的現(xiàn)象可以說明電磁場(chǎng)是一種物質(zhì)呢？（2）第二個(gè)問題是，如果電磁場(chǎng)的能量密度增加了，可能會(huì)對(duì)周圍的環(huán)境產(chǎn)生哪些影響呢？大家可以結(jié)合我們學(xué)過的知識(shí)，以及生活中的觀察來思考這個(gè)問題。（3）每個(gè)小組可以選一個(gè)代表來發(fā)言，分享一下你們小組的討論結(jié)果。2、課堂練習(xí)（5分鐘）（1）給學(xué)生出一道關(guān)于電磁場(chǎng)能量密度計(jì)算的練習(xí)題。例如：已知某一區(qū)域的電場(chǎng)強(qiáng)度E為200V/m，磁感應(yīng)強(qiáng)度B為0.3T，求該區(qū)域的電磁場(chǎng)能量密度。（2）讓學(xué)生在課堂上獨(dú)立完成，然后請(qǐng)一位同學(xué)到黑板上寫出解題過程，其他同學(xué)可以進(jìn)行補(bǔ)充和糾正。（四）總結(jié)（5分鐘）1、知識(shí)點(diǎn)回顧（1）今天我們學(xué)習(xí)了電磁場(chǎng)的物質(zhì)性，首先回顧了電磁場(chǎng)是由交替變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)形成的。（2）然后我們重點(diǎn)學(xué)習(xí)了電磁場(chǎng)是一種物質(zhì)，因?yàn)樗哂心芰亢蛣?dòng)量，像微波爐加熱食物就是電磁場(chǎng)能量的體現(xiàn)，光照射物體產(chǎn)生壓力是電磁場(chǎng)動(dòng)量的體現(xiàn)。（3）還學(xué)習(xí)了電磁場(chǎng)能量密度的表達(dá)式$u＝＼frac{1}｛2}（＼epsilon_0E^2＋＼frac{1}｛＼mu_0}B^2)＄，并且做了相關(guān)的計(jì)算。最后我們知道了電磁波是電磁場(chǎng)能量傳播的一種形式，就像手機(jī)信號(hào)的傳播一樣。2、學(xué)習(xí)方法總結(jié)（1）在學(xué)習(xí)的過程中，我們通過觀察生活中的現(xiàn)象，如微波爐和手機(jī)信號(hào)，來理解抽象的物理概念。（2）還通過推導(dǎo)公式、做練習(xí)題等方式，加深了對(duì)知識(shí)的掌握。希望大家以后在學(xué)習(xí)物理的時(shí)候，也能多聯(lián)系生活實(shí)際，這樣就能更好地理解那些看似復(fù)雜的物理知識(shí)啦。（五）作業(yè)布置（5分鐘）1、基礎(chǔ)作業(yè)（1）讓學(xué)生完成課本上關(guān)于電磁場(chǎng)能量密度計(jì)算的課后練習(xí)題。（2）復(fù)習(xí)今天所學(xué)的內(nèi)容，整理筆記，把電磁場(chǎng)物質(zhì)性的概念、電磁場(chǎng)能量密度表達(dá)式等重點(diǎn)知識(shí)寫在筆記本上。2、拓展作業(yè)（1）查閱資料，了解一下電磁輻射對(duì)人體健康的影響，并寫一篇小短文，闡述自己的觀點(diǎn)。（2）思考一下，如果我們要設(shè)計(jì)一個(gè)能夠屏蔽電磁場(chǎng)的裝置，需要考慮哪些因素？可以畫一個(gè)簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)草圖。七、教學(xué)資源1、多媒體設(shè)備，用于播放電磁場(chǎng)形成的動(dòng)畫、展示生活中的電磁現(xiàn)象圖片等。2、實(shí)物道具，如微波爐的簡(jiǎn)單模型（如果有條件的話），用于直觀地講解電磁場(chǎng)能量的傳遞。八、教學(xué)評(píng)價(jià)（一）形成性評(píng)價(jià)1、在課堂討論環(huán)節(jié)，觀察每個(gè)學(xué)生的參與度，是否積極思考