麥克斯韋電磁場理論教學設(shè)計

第二節(jié)麥克斯韋電磁場理論教學設(shè)計教學目標了解麥克斯韋電磁場理論的基本內(nèi)容，知道感應電場與靜電場的區(qū)別。了解電磁場和電磁波的特點，知道產(chǎn)生電磁場和電磁波的條件。理解赫茲實驗證明電磁波存在的原理。二、學情分析在本節(jié)課之前，學生已經(jīng)學習了奧斯特發(fā)現(xiàn)電流的磁效應和法拉第電磁感應定律，這是麥克斯韋電磁場理論的基礎(chǔ)。盡管如此，因為電磁場看不見也摸不著，對學生的空間思維能力要求較高，理解起來確有一定的難度。教學中應重視思維過程以及思維方法的介紹。三、教學重點麥克斯韋電磁場理論的兩個假設(shè)、電磁場和電磁波特點、感應電場和靜電場的區(qū)別四、教學難點變化的電場產(chǎn)生磁場的實驗原理分析，理解證明電磁波的存在的赫茲實驗五、教學過程教學環(huán)節(jié)教學活動復習舊知識引入新課問：機械振動在介質(zhì)中傳播能產(chǎn)生機械波，電磁振蕩能否產(chǎn)生電磁波？答：英國的物理學家麥克斯韋進行了大量研究和總結(jié)之后，他預言電磁波是存在的，那麥克斯韋提出這個預言的依據(jù)是什么呢？（2）導出麥克斯韋的兩個假設(shè)根據(jù)奧斯特發(fā)現(xiàn)的電流磁效應和法拉第發(fā)現(xiàn)的電磁感應現(xiàn)象，麥克斯韋大膽地提出了關(guān)于電磁場理論的兩個假設(shè)：假設(shè)一、變化的磁場周圍會產(chǎn)生電場；假設(shè)二、變化的電場周圍會產(chǎn)生磁場；（3）學習假設(shè)一同學們看視頻：“法拉第電磁感應現(xiàn)象視頻”介紹麥克斯韋對這個視頻的分析理解：電路中感應電流產(chǎn)生的原因，是由于導體中的自由電荷，受到了電場力的作用，這個電場就是由變化的磁場引起的，與閉合電路是否存在無關(guān)（4）討論交流活動感應電場與靜電場的不同：感應電場的電場線是閉合的，沒有起點也沒有終點，而靜電場的電場線是不閉合的，有起點也有終點，起于正電荷或無窮遠，止于無窮遠或負電荷（5）學習假設(shè)二同學們看視頻：“充電過程中的電容令小磁針轉(zhuǎn)動”麥克斯韋堅信電與磁的規(guī)律是對稱的，既然變化的磁場周圍能產(chǎn)生電場，那么變化的電場周圍也能產(chǎn)生磁場麥克斯韋認為：小磁針發(fā)生轉(zhuǎn)動是因為受到了磁場力的作用，電容在充電的過程中兩極板間產(chǎn)生了變化的電場，變化的電場再產(chǎn)生磁場，磁場令小磁針發(fā)生轉(zhuǎn)動，從而證明，麥克斯韋提出的第二個假設(shè)是正確的。（6）定義電磁場變化的磁場能產(chǎn)生電場，變化的電場能產(chǎn)生磁場，說明變化的電場和磁場總是相互聯(lián)系的，形成不可分離的統(tǒng)一體，這就是電磁場（7）對“變化的磁場產(chǎn)生電場”分4種情況1.穩(wěn)定的磁場是不產(chǎn)生電場的2.均勻變化的磁場產(chǎn)生恒定的電場3.周期性變化的磁場產(chǎn)生同頻率的周期性變化的電場4.非均勻變化的磁場產(chǎn)生變化的電場（8）對“變化的電場產(chǎn)生磁場”分4種情況1.穩(wěn)定的電場不產(chǎn)生磁場2.均勻變化的電場產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場3.周期性變化的電場產(chǎn)生同頻率的周期性變化的磁場4.非均勻變化的電場產(chǎn)生變化的磁場（9）麥克斯韋推斷定義電磁波如果在空間某區(qū)域有周期性變化的電場，這個變化的電場就會在周圍空間產(chǎn)生，周期性變化的磁場，這個變化的磁場又會在較遠的空間，產(chǎn)生周期性變化的電場，這樣，變化的電場和變化的磁場交替產(chǎn)生，由近及遠地向周圍傳播出去，這就形成了電磁波（10）電磁波的特點1.E和B的振動方向相互垂直，且兩者都與垂直于傳播速度，電磁波是橫波2.電磁波的頻率為電磁振蕩的頻率，頻率的大小由波源決定，與介質(zhì)無關(guān)3.電磁波在真空中的傳播速度等于光速，光波的本質(zhì)是電磁波（10）赫茲實驗看模擬赫實驗的視頻分析赫茲實驗實驗原理：把兩個金屬球連接到感應圈上，當這兩個金屬球之間產(chǎn)生電火花時，周圍的空間便會激發(fā)出變化的電磁場，變化的電磁場，會以電磁波的形式向周圍傳播，而右邊的導線環(huán)則相當于一個接收器，當電磁波到達導線環(huán)時，在導線環(huán)中激發(fā)出感應電動勢，這使得導線環(huán)的空隙也產(chǎn)生了電火花，這就說明導線環(huán)接收到了電磁波，從而可以證明，麥克斯韋的預言是正確的，電磁波確實存在（11）小結(jié)這節(jié)課主要學習了麥克斯韋關(guān)于電磁場理論的兩個假設(shè)通過理論分析麥克斯韋預言了電磁波的存在明確了電磁波的特點后來由赫茲做實驗成功證實了電磁波的存在（12）練習答疑1．（單選）某閉合電路的電流或電壓隨時間變化的規(guī)律如圖所示，能發(fā)射電磁波的是（）ABCD答案：C解析：A選項，恒定的電流產(chǎn)生的是恒定的磁場，恒定的磁場不能產(chǎn)生電場，因此不能產(chǎn)生電磁波；B、D選項，均勻變化的電流產(chǎn)生的是均勻變化的磁場，均勻變化的磁場產(chǎn)生的是恒定的電場，恒定的電場將不能再產(chǎn)生磁場，因此也不能產(chǎn)生電磁波；C選項是按正弦規(guī)律變化的電壓，在閉合電路可以產(chǎn)生按正弦規(guī)律變化的電流，正弦規(guī)律變化的電流能產(chǎn)生按正弦規(guī)律變化的磁場，根據(jù)麥克斯韋電磁場理論，可以激發(fā)電磁波，C選項正確。2．（單選）關(guān)于電磁波和聲波，下列說法正確的是（）A．電磁波和聲波的傳播都需要借助于介質(zhì)B．電磁波在任何介質(zhì)中傳播的速度都相同C．電磁波和聲波都能產(chǎn)生干涉和衍射現(xiàn)象D．電磁波是一種波，聲波也是一種波，理論上它們是同種性質(zhì)的波答案：C解析：A．電磁波的傳播不需要介質(zhì)，聲波的傳播需要介質(zhì)，故A錯誤；B．電磁波在不同的介質(zhì)的傳播速度不相同，與介質(zhì)的折射率有關(guān)；故B錯誤；C．電磁波和聲波都是波，所以都能產(chǎn)生干涉和衍射現(xiàn)象，故C正確；D．電磁波是一種波，聲波也是一種波，它們具有波的共性，但前者是電磁場在空間的傳播，后者是機械振動在介質(zhì)中的傳播，不是同種性質(zhì)的波，D錯誤。故選C。3．（多選）下列關(guān)于電磁波的說法中正確的是（

）A．電磁波是沿某一特定方向在空間傳播的B．電磁波是由電磁場發(fā)生的區(qū)域向遠處傳播，聲波是聲源的振動向遠處傳播C．宇航員在月球上面對面交談時是靠移動無線電話來實現(xiàn)的D．水波、聲波是自然現(xiàn)象，而電磁波是人工制造出來的現(xiàn)象答案：BC解析：電磁波可以發(fā)生反射、折射、衍射、干涉等現(xiàn)象，不一定沿某一特定方向在空間傳播，可以在真空傳播，聲波在月球上無法傳播，因此用無線電話通過電磁來傳播，光波也是電磁波，不是人工制造出來的4.(單選）根據(jù)麥克斯韋的電磁場理論，以下敘述中不正確的是（）A．教室中亮著的日光燈周圍空間必有磁場和電場B．工作時的電磁打點計時器周圍必有磁場和電場C．赫茲實驗中導線環(huán)的空隙中產(chǎn)生電火花是因為電磁波在導線環(huán)中激發(fā)出感應電動勢D．把手機放在抽成真空的玻璃盒中，撥打該手機號碼，手機由于接收不到電磁波信號而無法接通答案：D解析：日光燈通交流電，必有變化的電場，因此也會有磁場，電磁打電計時器也是同樣道理，電磁波在真空中可以傳播，因此手機放在抽真空的玻璃盒中，完全可以接收信號。5．（多選）以下電場能產(chǎn)生電磁波的是（）A．E=10N/CB．