高中物理 第三章 電磁場(chǎng)與電磁波 3.1 麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論教案 滬科版選修3-4

1、3.1麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論【教學(xué)目標(biāo)】（一）知識(shí)與技能1知道麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的重要地位。2知道麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的主要內(nèi)容。3知道電磁波的特點(diǎn)。（二）過(guò)程與方法通過(guò)對(duì)電磁波發(fā)現(xiàn)過(guò)程的了解，認(rèn)識(shí)規(guī)律的普遍性與特殊性，培養(yǎng)學(xué)生的邏輯推理和類比推理能力。（三）情感、態(tài)度與價(jià)值觀培養(yǎng)學(xué)生崇尚科學(xué)、獻(xiàn)身科學(xué)的精神。【教學(xué)重點(diǎn)】變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)。【教學(xué)難點(diǎn)】變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)?！窘虒W(xué)方法】演示推理和類比推理【教學(xué)用具】學(xué)生電源一臺(tái)，電磁鐵一塊，多匝線圈、燈座、小燈泡各一個(gè)，導(dǎo)線若干，多媒體課件【教學(xué)過(guò)程】（一）引入新課（導(dǎo)入畫(huà)面）師：大家看到的畫(huà)面是“神舟六號(hào)”發(fā)射場(chǎng)面?！吧裰哿?hào)”上天后，人們是怎樣

2、知道它到達(dá)預(yù)定的地點(diǎn)呢？生：無(wú)線電波。師：無(wú)線電廣播、電視、人造衛(wèi)星、導(dǎo)彈、宇宙飛船等，傳遞信息和跟地面的聯(lián)系都要利用電磁波?，F(xiàn)代社會(huì)的各個(gè)部門(mén)，幾乎都離不開(kāi)“電磁波”，可以說(shuō)“電”作為現(xiàn)代文明的標(biāo)志，“電磁波”就是現(xiàn)代文明的神經(jīng)中樞，或者叫現(xiàn)代化的代名詞。那么，電磁波是什么？它是怎樣產(chǎn)生的？它有什么性質(zhì)？怎樣利用它傳遞信號(hào)？這一章就要討論這些問(wèn)題。今天我們就從電磁波的發(fā)現(xiàn)開(kāi)始學(xué)習(xí)。（二）進(jìn)行新課（教師首先向?qū)W生介紹麥克斯韋的生平簡(jiǎn)介，激發(fā)學(xué)生的好奇心和求知欲。）麥克斯韋（James Clark Mexwell，18311879）是英國(guó)的理論物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家。1831年6月13日生于英國(guó)愛(ài)丁堡

3、。他的父親是一個(gè)科學(xué)家，他從小就受到科學(xué)的熏陶，15歲時(shí)向英國(guó)皇家學(xué)會(huì)遞交數(shù)學(xué)論文，發(fā)表在愛(ài)丁堡皇家學(xué)會(huì)學(xué)報(bào)上，第一次顯露出他出眾的才華。1847年，考入愛(ài)丁堡大學(xué)學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)和物理學(xué)。1850年轉(zhuǎn)入劍橋大學(xué)，1854年畢業(yè)后留校工作，18561865年，他先后在阿丁見(jiàn)大學(xué)和倫敦皇家學(xué)院任教。1871年，麥克斯韋任劍橋物理實(shí)驗(yàn)室主任，1874年，他主持建立的卡文迪許實(shí)驗(yàn)室竣工，任該實(shí)驗(yàn)室首任主任。1879年11月5日，麥克斯韋在劍橋逝世。麥克斯韋在電磁場(chǎng)理論方面的工作深受法拉第的影響.他信服法拉第的思想，決心為法拉第的場(chǎng)的概念提供數(shù)學(xué)方法的基礎(chǔ)。尤其是他在倫敦皇家學(xué)院任教期間，有機(jī)會(huì)拜訪了法拉第以

4、后，更加強(qiáng)了他的這種信念.年輕的麥克斯韋以他卓越的數(shù)學(xué)才能和嚴(yán)密的邏輯推理，對(duì)法拉第的直觀形象的電磁場(chǎng)理論加以高度概括，并總結(jié)了當(dāng)時(shí)電磁學(xué)的研究成果，建立了電磁場(chǎng)方程，確立了電磁場(chǎng)理論。師：我們現(xiàn)在粗略地介紹一下麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論。變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)演示實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示，當(dāng)穿過(guò)螺線管的磁場(chǎng)隨時(shí)間變化時(shí)，上面的線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，引起感應(yīng)電流使燈泡發(fā)光。提出問(wèn)題小燈泡為什么能發(fā)光？學(xué)生回答由于交變電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)在不斷變化，所以穿過(guò)線圈的磁通量不斷變化，在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，形成感應(yīng)電流，小燈泡發(fā)光。繼續(xù)提問(wèn)電路（線圈）中的電荷為什么能夠定向移動(dòng)呢？學(xué)生回答受電場(chǎng)力。教師總結(jié)上述實(shí)驗(yàn)表明，變

5、化的磁場(chǎng)在線圈里形成電場(chǎng)。教師提問(wèn)若線圈斷開(kāi)，線圈中有電流、電場(chǎng)嗎？學(xué)生回答有電場(chǎng)，無(wú)電流。繼續(xù)提問(wèn)若線圈被拿走，它原來(lái)所處的空間有電場(chǎng)嗎？學(xué)生對(duì)此問(wèn)題可能難以回答，但這時(shí)提出變化的磁場(chǎng)能在其空間產(chǎn)生電場(chǎng)已是水到渠成的時(shí)候。師：由上面的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，我們可以很自然的提出一個(gè)假設(shè)：變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)。麥克斯韋認(rèn)為線圈只不過(guò)用來(lái)顯示電場(chǎng)的存在，線圈不存在時(shí)，變化的磁場(chǎng)同樣在周圍空間產(chǎn)生電場(chǎng)，這是一個(gè)普遍規(guī)律，跟閉合電路是否存在無(wú)關(guān)（如圖甲、乙所示）。變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)師：麥克斯韋根據(jù)電現(xiàn)象與磁現(xiàn)象的相似性和變化的磁場(chǎng)能產(chǎn)生電場(chǎng)的現(xiàn)象，提出了另一個(gè)大膽的假設(shè)：變化的電場(chǎng)也能產(chǎn)生磁場(chǎng)。師：總結(jié)上述兩個(gè)

6、結(jié)論，麥克斯韋認(rèn)為，變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)是互相聯(lián)系的，形成一個(gè)統(tǒng)一的電磁場(chǎng)。麥克斯韋根據(jù)自己的理論進(jìn)一步預(yù)言，如果在空間某區(qū)域中有周期性變化的電場(chǎng)，那么，這個(gè)變化的電場(chǎng)就在它周圍空間產(chǎn)生周期性變化的磁場(chǎng)，這個(gè)變化的磁場(chǎng)又在它周圍空間產(chǎn)生新的周期性變化的電場(chǎng)可見(jiàn)，變化的電場(chǎng)和變化的磁場(chǎng)是相互聯(lián)系的，形成一個(gè)不可分離的統(tǒng)一體，這就是電磁場(chǎng)。電場(chǎng)和磁場(chǎng)只是這個(gè)統(tǒng)一的電磁場(chǎng)的兩種具體表現(xiàn)。這種變化的電場(chǎng)和變化的磁場(chǎng)總是交替產(chǎn)生，并且由發(fā)生的區(qū)域向周圍空間傳播。于是一個(gè)偉大的預(yù)言誕生了空間可能存在電磁波。課件演示：電磁場(chǎng)由發(fā)生區(qū)域向遠(yuǎn)處的傳播電磁波師：機(jī)械波有橫波和縱波之分，且能夠傳遞能量；能發(fā)生反射、折射

7、、干涉和衍射；靠介質(zhì)傳播，波速v=f。類比機(jī)械波的特點(diǎn)，我們可以得出電磁波的特點(diǎn)：（1）電磁波中的電場(chǎng)和磁場(chǎng)互相垂直，并且都與波的傳播方向垂直，即電磁波是橫波。光是一種電磁波。在前面學(xué)習(xí)的光的偏振現(xiàn)象已經(jīng)證明了這一點(diǎn)。如上圖所示。課件演示：電磁場(chǎng)方向間的關(guān)系（2）電磁波可以在真空中傳播，向周圍空間傳播電磁能，在傳播過(guò)程中，電磁波能發(fā)生反射、折射、干涉和衍射。（3）三個(gè)特征量的關(guān)系：v=f。在真空中v=3.0108 m/s。師：麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的建立具有偉大的歷史意義，足以根牛頓力學(xué)體系相媲美，它是物理學(xué)發(fā)展史中的一個(gè)劃時(shí)代的里程碑。（三）課堂總結(jié)、點(diǎn)評(píng)本節(jié)主要學(xué)習(xí)了麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的主要內(nèi)容。知道了麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的兩大支柱：變化的磁