（选必2：核心素养）4.2 电磁场与电磁波（教案3）

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4.2电磁场与电磁波
〖教材分析〗
本节课内容主要有麦克斯韦的电磁理论和赫兹的火花实验。通过理论分析和推导使学生对麦克斯韦的电磁理论有一定的了解，不需要计算。赫兹实验是验证电磁波是否存在的实验，它是检验麦克斯韦理论是否正确的试金石。最后通过地电磁波和机械波的对比，加深理解和学习研究问题的科学方法。
〖教学目标与核心素养〗
物理观念∶理解电磁理论的内容， 体会物理观念产生的过程。
科学思维∶结合前面学习过的知识，理解变化的磁场产生电场。
科学探究：培养学生实验探求知识的意识，增强求知欲望。
科学态度与责任∶通过结合生活中各种相应现象及常识，理解电磁波在人们生活中的地位。
〖教学重难点〗
教学重点：麦克斯韦电磁场理论的基本内容。
教学难点：电磁波的特点以及赫兹实验原理。
〖教学准备〗
多媒体课件。
〖教学过程〗
一、新课引入

电磁振荡电路中的能量有一部分要以电磁波的形式辐射到周围空间中去，那么，这些电磁波是怎样产生的?
动图展示：振荡电路电磁场的变化。
分析：上节课我们讲过振荡电路中的能量消耗主要有俩个，一是电路有电阻，产生的内能，也就是焦耳热。另外就是一电磁波的形式辐射出去。这些电磁波是怎样产生的?
二、新课教学
（一）电磁场
1.变化的磁场产生电场


在变化的磁场中放一个闭合电路，由于穿过电路的磁通量发生变化，电路里会产生感应电流。电子的定向移动形成电流，但是电子的定向移动需要电场。
所以麦克斯韦从场认为电路里能产生感应电流，是因为变化的磁场产生了电场，正是这个电场促使导体中的自由电荷做定向运动，产生感应电流。即：
变化的磁场能产生电场。

既然变化的磁场能产生电场，那变换的电场能否产生磁场呢？
2.变化的电场产生磁场
变化的电场驱动→运动的电荷→产生变化的电流→产生磁场。

麦克斯韦假设∶变化的电场就像运动的电荷，也会在空间产生磁场，即变化的电场产生磁场。
例如，在电容器充、放电的过程中，不仅导体中的电流产生磁场，而且在电容器两极板间周期性变化的电场也产生磁场。
3.电磁波
体会这两个基本观点，你就会发现，变化是关键词，必须得有变化，恒定的磁场不会产生电场，恒定的电场也不会产生磁场。

变化的电场→变化的磁场→变化的电场→变化的磁场……
变化的电场和磁场交替产生，由近及远地向周围传播，形成电磁波。（动图展示）

• 电磁波
  

动图播放：声波和电磁波传递动图。



在机械波中，振动的传播需要具有弹性的介质，而电磁波则不需要任何介质，在真空中也能传播，这是由电磁波的本性所决定的。因为电磁波的传播，靠的是电和磁的相互"感应"，而不是靠介质的机械传递。
波速=光速c

• 预言光是电磁波
  

麦克斯韦从理论上预见，光本身是……按电磁波规律传播的一种电磁振动。"
方向：电磁波在真空中传播时传播方向垂直于电场方向和磁场方向 并且电场方向与磁场方向也始终垂直，所以电磁波是一种横波。

2.赫兹的电火花


动图展示：赫兹实验
当与感应圈相连的两个金属球间产生电火花时，周围空间出现了迅速变化的电磁场。这种变化的电磁场以电磁波的形式在空间传播。当电磁波到达导线环时，它在导线环中激发出感应电动势，使得导线环的空隙中也产生了火花，说明这个导线环接收到了电磁波。
3.赫兹的成果
①电磁波的反射、折射、干涉、偏振和衍射等现象。
②测得电磁波在真空中的速度等于光速c，证明了光是-种电磁波。
③物质存在两种形式，一种是由原子和分子构成的实物 ，另一种则是以电磁场为代表的场。
4.电磁波与机械波的区别

	电磁波	机械波
不同点	在真空或介质中均可传播	一定要有介质才能传播
	传播速度与介质和频率有关（频率越高的电磁波在同一种介质中的传播速度越小）	传播速度只由介质决定
相同点	都会发生折射、反射、衍射、干涉现象
	υ ＝λ·f，两者都是周期性的，都是传播能量的过程

• 课堂练习
  

• 例1：关于麦克斯韦电磁场理论，以下说法正确的是（　　）
  

• A.在赫兹发现电磁波的实验基础上，麦克斯韦提出了完整的电磁场理论
  

• B.变化的磁场在周围的空间一定产生变化的电场
  

• C.恒定的电场可以在周围的空间产生磁场
  

• D.麦克斯韦第一个预言了电磁波的存在，赫兹第一个用试验证明了电磁波的存在
  

• 解析：麦克斯韦提出了电磁波理论，后被赫兹证明，故A错D对，变化的磁场周围一定产生变化的电场。恒定的电场周围不产生磁场。故B对C错。
  

• 例2：关于电磁波的特点,下列说法中不正确的是(　　)
  

• A.电磁波中电场和磁场互相垂直,电磁波沿二者垂直的方向传播
  

• B.电磁波是横波
  

• C.电磁波传播不需要介质
  

• D.电磁波不具有干涉和衍射现象
  

• 解析：电磁波具有波所特有的各种属性,即电磁波具有干涉、衍射、反射等现象。
  

〖板书设计〗
4.2电磁场与电磁波
1.变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场
2.变化的电场和磁场交替产生，由近及远地向周围传播，形成电磁波。
①波速=光速c
②靠电和磁的相互"感应"传播，而不是靠介质的机械传递。
③方向 ∶ 与电场强度E与磁感应强度B互相垂直

• 麦克斯韦预言电磁波的存在，以及光是一种电磁波。
  

• 赫兹证明了电磁波的存在，以及光是一种电磁波。
  

〖教学反思〗
本节的知识对学生而言是比较抽象的，学习起来有一定难度。对麦克斯韦电磁场理论不要求大量的展开，要突出核心内容：变化。在赫兹的火花实验，通过动图方式展示，在结合自己的分析，是可以把它将讲清楚的。总之本节课的设计合理，结构清晰，符合学生的学习规律。