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《電磁波的發(fā)現》教案

時(shí)間:2024-07-01 04:52:45

《電磁波的發(fā)現》教案

《電磁波的發(fā)現》教案

《電磁波的發(fā)現》教案

  新課標要求

  (一)知識與技能

  1.知道麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的兩個(gè)基本觀(guān)點(diǎn):變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng),變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)。

  2.知道電磁場(chǎng)在空間傳播形成電磁波以及電磁波的特點(diǎn)。

  3.知道赫茲實(shí)驗及其重要意義。

  (二)過(guò)程與方法

  通過(guò)對電磁波發(fā)現過(guò)程的了解,認識規律的普遍性與特殊性,培養學(xué)生的邏輯推理和類(lèi)比推理能力。

  (三)情感、態(tài)度與價(jià)值觀(guān)

  培養學(xué)生崇尚科學(xué)、獻身科學(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)。

  教學(xué)方法

  演示推理和類(lèi)比推理

  教學(xué)用具:

  學(xué)生電源一臺,電磁鐵一塊,多匝線(xiàn)圈、燈座、小燈泡各一個(gè),導線(xiàn)若干

  教學(xué)過(guò)程

  (一)引入新課

  師: “神舟六號”上天后,怎樣與地面上的人聯(lián)系呢?

  生:無(wú)線(xiàn)電波。

  師:無(wú)線(xiàn)電廣播、電視、人造衛星、導彈、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代社會(huì )的各個(gè)部門(mén),幾乎都離不開(kāi)“電磁波”, “電磁波”就是現代文明的神經(jīng)中樞。

  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?這一章就要討論這些問(wèn)題。今天我們就從電磁波的發(fā)現開(kāi)始學(xué)習。

  (二)進(jìn)行新課

  1.偉大的預言

 。ń處熓紫认驅W(xué)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,1831~1879)是英國的理論物理學(xué)家、數學(xué)家。1831年6月13日生于英國愛(ài)丁堡。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)向英國皇家學(xué)會(huì )遞交數學(xué)論文,發(fā)表在《愛(ài)丁堡皇家學(xué)會(huì )學(xué)報》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)習數學(xué)和物理學(xué)。1850年轉入劍橋大學(xué),1854年畢業(yè)后留校工作,1856~1865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)驗室主任,1874年,他主持建立的卡文迪許實(shí)驗室竣工,任該實(shí)驗室首任主任。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)的概念提供數學(xué)方法的基礎。尤其是他在倫敦皇家學(xué)院任教期間,有機會(huì )拜訪(fǎng)了法拉第以后,更加強了他的這種信念.年輕的麥克斯韋以他卓越的數學(xué)才能和嚴密的邏輯推理,對法拉第的直觀(guān)形象的電磁場(chǎng)理論加以高度概括,并總結了當時(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

  裝置如圖所示,當穿過(guò)螺線(xiàn)管的磁場(chǎng)隨時(shí)間變化時(shí),上面的線(xiàn)圈中產(chǎn)生感應電動(dòng)勢,引起感應電流使燈泡發(fā)光。

 。厶岢鰡(wèn)題]小燈泡為什么能發(fā)光?

 。蹖W(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(xiàn)圈的磁通量不斷變化,在線(xiàn)圈中產(chǎn)生感應電動(dòng)勢,形成感應電流,小燈泡發(fā)光。

 。劾^續提問(wèn)]電路(線(xiàn)圈)中的電荷為什么能夠定向移動(dòng)呢?

 。蹖W(xué)生回答]受電場(chǎng)力。

 。劢處熆偨Y]麥克斯韋認為變化的磁場(chǎng)在空間產(chǎn)生電場(chǎng)。電路中的自由電荷就是在這個(gè)電場(chǎng)的作用下做定向運動(dòng),產(chǎn)生了感應電流。

 。塾懻摚荩1)如果用不導電的塑料線(xiàn)繞制線(xiàn)圈,線(xiàn)圈中還有電流、電場(chǎng)嗎?

 。2)如果線(xiàn)圈不存在,線(xiàn)圈所在處的空間還有電場(chǎng)嗎?

  麥克斯韋認為線(xiàn)圈只不過(guò)用來(lái)顯示電場(chǎng)的存在,線(xiàn)圈不存在時(shí),變化的磁場(chǎng)同樣在周?chē)臻g產(chǎn)生電場(chǎng),這是一個(gè)普遍規律,跟閉合電路是否存在無(wú)關(guān)(如圖甲、乙所示)。

  我們可以很自然的提出一個(gè)假設:變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)。

  說(shuō)明:在變化的磁場(chǎng)中所產(chǎn)生的電場(chǎng)的電場(chǎng)線(xiàn)是閉合的;而靜電場(chǎng)中的電場(chǎng)線(xiàn)是不閉合的。

  ● 變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)

  師:麥克斯韋根據電現象與磁現象的相似性和變化的磁場(chǎng)能產(chǎn)生電場(chǎng)的現象,提出了另一個(gè)大膽的假設:變化的電場(chǎng)也能產(chǎn)生磁場(chǎng)。

  教師點(diǎn)撥:這個(gè)假設沒(méi)有直接的實(shí)驗做基礎,它出于對自然規律的洞察力,是很大膽的,但卻更有創(chuàng )造力。

  師:根據這兩個(gè)基本論點(diǎn),麥克斯韋推斷:如果在空間某區域中有周期性變化的電場(chǎng),那么,它就在空間產(chǎn)生周期性變化的磁場(chǎng),這個(gè)變化的磁場(chǎng)又在它周?chē)臻g產(chǎn)生新的周期性變化的電場(chǎng)……變化的電場(chǎng)和變化的磁場(chǎng)是相互聯(lián)系著(zhù)的,形成不可分割的統一體,這就是電磁場(chǎng)。

  2.電磁波

  師:機械振動(dòng)在介質(zhì)中的傳播形成機械波,電磁場(chǎng)在空中的傳播會(huì )形成什么?

  生:電磁場(chǎng)在空中傳播形成電磁波。

  師:機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、干涉和衍射;靠介質(zhì)傳播,波速v=λf。

  類(lèi)比機械波的特點(diǎn),學(xué)生討論電磁波具有的特點(diǎn)。

  師生共同得到電磁波的特點(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)習的光的偏振現象已經(jīng)證明了這一點(diǎn)。如上圖所示。

 。2)電磁波可以在真空中傳播,向周?chē)臻g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=λf。在真空中v=3.0×108 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。

  3.赫茲的電火花

  師:麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論還只是一個(gè)預言。還有待于科學(xué)實(shí)驗的證明。是赫茲把這個(gè)天才的預言變成了世人公認的真理。

 。ㄒ龑W(xué)生教材,了解赫茲證實(shí)電磁波存在的探索歷程)

  教師可以向學(xué)生介紹赫茲的生平簡(jiǎn)介(見(jiàn)附錄),激發(fā)學(xué)生求知上進(jìn)的熱情,對學(xué)生進(jìn)行物理情感教育。

  (三)課堂總結、點(diǎn)評

  本節主要學(xué)習了麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的主要內容。知道了麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的兩大支柱:變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng),變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)。還知道了變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)相互聯(lián)系,形成一個(gè)統一的場(chǎng),即電磁場(chǎng)。電磁場(chǎng)由發(fā)生區域向遠處的傳播形成電磁波。電磁波中的電場(chǎng)與磁場(chǎng)相互垂直,且二者均與波的傳播方向垂直,即電磁波是橫波。

  課余作業(yè)

  完成P79“問(wèn)題與練習”的題目。

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