【中學校本教材及教案】物理校本課程教案（高一物理）

1、高一物理校本教材教案2021-2022日心說與地心說【教學目標】 一、 知識與技能 1.認知地心說與日心說 2.大概了解開普勒三大定律，萬有引力。 3.認識比薩斜塔實驗。 二、過程與方法 培養(yǎng)學生對新知識的接收與思考能力。 三、情感、態(tài)度與價值觀 激發(fā)學生對物理學的興趣，開拓他們的知識層面，讓他們對將要學習的知識有一定的了 解。 【教學重點】 日心說與比薩斜塔實驗的介紹 【教學難點】 1將開普勒三大定律及萬有引力本質(zhì)簡單化 2讓學生轉(zhuǎn)變以往“重、大的物體下落得較快”的思想 【教學方法】 1講授法（介紹一些物理學家及直述物理故事） 2實驗重現(xiàn)法（模仿比薩斜塔實驗） 【教學用具】 粉筆，直尺，球體

2、，紙張， 【課時安排】 1課時（40分鐘） 【教學過程】 課前準備： 在黑板上板書本節(jié)課的學習目標： 地心說： 日心說： 開普勒三定律 萬有引力定律： 還有各位物理學家的圖片 引入（時間約3分鐘） 先向?qū)W生提問:同學們知道我們現(xiàn)在所居住的地球是什么樣子的嗎？ 然后通過麥哲倫環(huán)繞地球的故事說明地球是圓的并及時糾正地球是橢球體的，進而引入地心說； 介紹天體學說與相關(guān)人物（時間約22分鐘） 1.介紹地心說“從地球向外依次有月球、水星、金星、太陽、火星、木星和土星，在各 自的軌道上繞地球運轉(zhuǎn)?！迸c亞里士多德； 2.介紹日心說“太陽是不動的，而且在太陽系中心，地球以及其他行星都一起圍繞太陽做圓周運動，只

3、有月亮環(huán)繞地球運行。”與哥白尼； 3.介紹開普勒與其三大定律； 4介紹牛頓發(fā)現(xiàn)萬有引力的故事： 1666年，23歲的牛頓還是劍橋大學圣三一學院三年級的學生?？吹剿尊钠つw和金色的長發(fā)，很多人以為他還是個孩子。他身體瘦小，沉默寡言，性格嚴肅，這是人們更加相信他還是個孩子。他那雙銳利的眼睛和整天寫滿怒氣的表情更是拒人于千里之外。 黑死病席卷了倫敦，奪走了很多人的生命，那確實是段可怕的日子。大學被迫關(guān)閉，像艾薩克牛頓這樣熱衷于學術(shù)的人只好返回安全的鄉(xiāng)村，期待著席卷城市的病魔早日離去。 在鄉(xiāng)村的日子里，牛頓一直被這樣的問題困惑：是什么力量驅(qū)使月球圍繞地球轉(zhuǎn)，地球圍繞太陽轉(zhuǎn)？為什么月球不會掉落到地球上

4、？為什么地球不會掉落到太陽上？在隨后的幾年里，牛頓聲稱這種事情已經(jīng)發(fā)生過。坐在姐姐的果園里，牛頓聽到熟悉的聲音，“咚”的一聲，一只蘋果落到草地上。他急忙轉(zhuǎn)頭觀察第二只蘋果落地。第二只蘋果從外伸的樹枝上落下，在地上反彈了一下，靜靜地躺在草地上。這只蘋果肯定不是牛頓見到的第一只落地的蘋果，當然第二只和第一只沒有什么差別。蘋果落地雖沒有給牛頓提供答案，但卻激發(fā)這位年輕的科學家思考一個新問題：蘋果會落地，而月球卻不會掉落到地球上，蘋果和月亮之間存在什么不同呢？ 第二天早晨，天氣晴朗，牛頓看見小外甥正在玩小球。他手上拴著一條皮筋，皮筋的另一端系著小球。他先慢慢地搖擺小球，然后越來越快，最后小球就徑直拋出

5、。牛頓猛地意識到月球和小球的運動極為相像。兩種力量作用于小球，這兩種力量是向外的推動力和皮筋的拉力。同樣，也有兩種力量作用于月球，即月球運行的推動力和重力的拉力。正是在重力作用下，蘋果才會落地。牛頓首次認為，重力不僅僅是行星和恒星之間的作用力，有可能是普遍存在的吸引力。他深信煉金術(shù)，認為物質(zhì)之間相互吸引，這使他斷言，相互吸引力不但適用于碩大的天體之間，而且適用于各種體積的物體之間。蘋果落地、雨滴降落和行星沿著軌道圍繞太陽運行都是重力作用的結(jié)果； 5.引入自由落體 自由落體運動探究實驗（時間約6分鐘）（請同學上來完成） 實驗一：將一張白紙與一個球體同時從同一高度由靜止釋放，明顯看到球體比紙張下落

6、得 較快。 實驗二：將一張白紙裁成相同的兩半，另一片揉成紙團，讓其同時從同一高度由靜止釋放， 可以看到紙片比明顯比紙團下落得慢。 6實驗分析： 實驗一：說明重的物體下落得較快 （介紹歷史：早在公元前4世紀的古希臘哲學家亞里士多德經(jīng)過大量的觀察也得到了相同的結(jié)論：重的物體下落得快。） 實驗二：說明質(zhì)量相同的物體下落的快慢不同，如果按照亞里士多德的觀點，則兩物體 下落的快慢應(yīng)該相同，與事實不符；所以說重的物體下落得快的說法不準確。 過渡：是不是重的物體一定比輕的物體下落得快呢？物體下落是否受到空阻力的影響 呢？（向?qū)W生發(fā)問） 實驗二的情況是因為有空氣阻力的影響，那么請同學們想一下我們應(yīng)該怎么做才能

7、減少空氣阻力的影響呢？注意！是減少哦！而不是完全的消除哦！要做到完全地消除空氣阻力是很難的喔！（向?qū)W生提問） 引入伽利略的比薩斜塔實驗仿比薩斜塔實驗（時間約5分鐘） 演示實驗：取出兩個形狀大少相似的球體，站到較高的地方（桌子或椅子）雙手保持同 一高度同時釋放，讓學生觀察結(jié)果。 然后請學生上來再做兩次， 結(jié)論：在物理學中，將物體只在重力的作用下由靜止開始運動叫做自由落體運動。由上 面的實驗可知：做自由落體運動的物體，其下落的快慢與物體的質(zhì)量無關(guān)。 練習：判斷下列物體的運動是否是自由落體運動： A粉筆頭在有空氣的空間里由靜止開始的運動是自由落體運動嗎？ B用手用力向下用力拋出的粉筆頭是自由落體運動

8、嗎？ 分析：自由落體運動只有在沒有空氣的空間里才能發(fā)生，且初速度為0所以AB兩物 體的運動都不是自由落體運動。在有空氣的空間里，如果物體受到的空氣阻力相 對重力來說非常小，或者可以忽略不計時，物體的下落可以近似的看成一個自由落體運動。 課堂小結(jié)（時間4分鐘） 發(fā)問：同學們！有誰可以告訴我我們今天知道了物理世界中曾經(jīng)發(fā)生過的哪些事件或?qū)W到 了什么物理知識??？（把課前準備的板書擦掉，學生們說一個寫一個） 那同學們還記不記得他們分別是誰??？（指著圖片請學生回答） 總結(jié)：好了！同學們，我們通過今天的學習知道了許多物理界曾經(jīng)發(fā)生過的大事，不知道大 家覺得這些事有趣嗎？其實在漫長的物理歷史中還有許許多多非

9、常有趣的事的，例如，大家知道雷電是怎么一回事嗎？你們不知道不要緊，你們以后將會學到的，可是你們知道當初一個叫做富蘭克林的傻瓜是怎樣為了即開雷電的秘密而去引雷上身的嗎？那是一個非常傻，非常有趣而又非常偉大的過程來的，諸如此類的事件還有很多很多，同學們在以后的學習中就會慢慢地接觸到的了。 最后留下一些問題讓同學們思考一下吧！不用告訴我答案 （1）人類認識自然規(guī)律的過程是怎樣的？ （2）伽利略在科學研究的道路上具有怎樣的品質(zhì)？我們要怎樣去學習他的品質(zhì)？ 【板書設(shè)計】 地心說：從地球向外依次有月球、水星、金星、太陽、火星、木星和土星，在各自的軌 道上繞地球運轉(zhuǎn)。 （用粉筆畫） 日心說：太陽是不動的，而

10、且在太陽系中心，地球以及其他行星都一起圍繞太陽 做圓周運動，只有月亮環(huán)繞地球運行。 笛卡兒【教學目標】 一、 知識與技能 1.了解笛卡爾的生平 2.了解開笛卡爾的主要貢獻 二、過程與方法 培養(yǎng)學生對新知識的接收與思考能力。 三、情感、態(tài)度與價值觀 激發(fā)學生對物理學的興趣，開拓他們的知識層面，讓他們對將要學習的知識有一定的了 解。 1596年3月13日，在法國西部的希列塔尼半島上的圖朗城，勒內(nèi) 笛卡兒的啼叫來到了人間。3天后，母親溘然長逝，從小便失去母親的笛卡兒一直體弱多病。一次生病，幼小的笛卡兒的生命幾乎夭折，在慈父的悉心照料下，使他轉(zhuǎn)危為安。勒內(nèi).笛卡兒的名字“勒內(nèi)”一詞，在法語中就是“重生

11、”的意思。笛卡兒從小就表現(xiàn)出他勤于思考，對許多事物都喜歡尋根問底，決不盲目接受別人觀點的特點，在家里聰明的口齒伶俐的保姆被連問不休的小笛卡兒問到張口結(jié)舌。在學校上學時，笛卡兒也常常問出許多他的老師都沒有想到過的問題。8歲的笛卡兒被父親送進學校，由于笛卡兒體質(zhì)比同齡的孩子脆弱得多，校長特許他如果覺得身體不適，可以躺在房間里休息而不必去教室上課，然而小笛卡兒對這種特殊的照顧并不借此偷懶睡覺，而是微閉著雙眼，大腦里卻不停地加快回憶老師教的和自己讀到過的一些內(nèi)容，并提出疑問，繼而用自己所掌握的知識來回答。在他的枕邊總是堆放著一本本哲學、數(shù)學、天文學和歷史的書籍，早年的寂靜的冥思中孕育著笛卡兒的數(shù)學思想

12、。1616年，勒內(nèi)笛卡兒在波埃頓大學獲法律博士學位，后到荷蘭當上了一名軍官。一天，當時頗有名望的貝克曼在城墻上貼了一道數(shù)學難題，懸賞征求答案。笛卡爾請人幫助把題目的荷蘭文翻譯成法文，當時貝克曼滿不在乎地瞧了一眼這位滿臉胳緦胡子的青年軍官，他做夢也沒有想到，兩天之后笛卡兒交來了正確的答案，笛卡兒初露鋒芒，奇遇使這兩位數(shù)學天才成為了非常親密的朋友，成了一起探討數(shù)學和科學問題的好友。這次的成功使笛卡兒看到了自己的數(shù)學才能，更加激起了他的研究熱情。自從歐幾里德的幾何原本問世以來，人們一直把代數(shù)限定在研究數(shù)及其關(guān)系的范疇內(nèi)，把幾何限定在研究位置和圖形的范疇內(nèi)。代數(shù)和幾何截然分家持續(xù)了幾千年，猶如兩座高山

13、被萬丈深淵分割，連接代數(shù)和幾何的橋梁將“數(shù)”和“形”緊密聯(lián)系在一起的科學就是笛卡兒創(chuàng)立的坐標幾何學。坐標幾何（后被人們稱為解析幾何）的基本思想是：在平面上建立起坐標系，坐標系是由兩條正交的上面已標定好方向和長度單位 的直線所組成的。由于確定了坐標系，因此平面上任何一個點都可以用一對實數(shù)來表示它所在的位置，反之，任何一對實數(shù)也可用一個平面上的點來表示。這樣一來圖形和位置關(guān)系研究就可以通過曲線方程來轉(zhuǎn)化為對數(shù)量關(guān)系和計算問題的研究。從此代數(shù)問題有了幾何直觀的解釋，幾何直觀形象有利于去發(fā)現(xiàn)其數(shù)學的描述。笛卡兒是怎樣產(chǎn)生坐標幾何的思想的呢？據(jù)說是在1619年的夏天，笛卡兒因病進了醫(yī)院，中午當他躺在病床

14、上，苦苦思索著一個數(shù)學問題而不得其解時，忽然發(fā)現(xiàn)天花板上有一只蒼蠅從這個地方飛到另一地方，當時天花板是用木條嵌成正方形的圖形。笛卡兒發(fā)現(xiàn)，要說出這只蒼蠅在天花板上的位置，只需要說出蒼蠅所在正方形是在天花板上的第幾行和第幾列。當蒼蠅落在第四行第五列的那個正方形時，他可以用（4，5）來表示 這個位置由此他聯(lián)想到可用這類似的辦法來描述一個點在平面上的位置。他高興地邊跳下床邊叫“我找到了，找到了”，然而不小心將被子上的國際象棋撒了一地，當他目光落到棋盤上時，他又興奮地一拍大腿：“對，對，就是這個圖”。正是由于笛卡兒那種鍥而不舍的毅力，那種勤思苦索的精神，那種獻身科學的決心，使他開創(chuàng)了數(shù)學的新紀元，改變

15、了科學的歷史進程。可以這么說，17世紀以后，數(shù)學之所以能突飛猛進的發(fā)展，在很大程度上要歸功于坐標幾何學的創(chuàng)立。在貝克曼提出“運動守恒原理”的影響下，笛卡兒開展對物理學的研究。在1644年出版的哲學原理一書中，它彌補了伽利略的不足，他還認為在運動量守恒這條規(guī)律之外，再要有其第二級定律兩條：第一條定律是如果沒有外界的作用，任何物質(zhì)粒子的狀態(tài)包括它的大小、形狀、位置和運動）不會有任何變化。 第二條定律是如果物體處在運動之中，那么如無其他原因的作用的話，它將繼續(xù)以同一速度在同一直線方向上運動，既不停下也不偏離原來的方向。笛卡兒最早認識到慣性定律是解決力學問題的關(guān)鍵所在，最早把慣性定律作為原理加以確立。

16、這對后來牛頓的綜合工作有極其深遠的影響。1649年10月，勒內(nèi).笛卡兒應(yīng)瑞典女王克里斯蒂娜的邀請來到瑞典首都斯德哥爾摩，為這位19歲的姑娘講授哲學和數(shù)學，很遺憾由于笛卡兒對女王的生活習慣不適應(yīng)，加上嚴寒冬天的威脅，這位偉大的數(shù)學家、物理學家和哲學家病倒了。1650年2月11日，這位科學巨人與世長辭了。麥克斯韋方程組【教學目標】 一、 知識與技能 1.認知麥克斯韋爾方程組 2.大概了解麥克斯韋方程組的內(nèi)容。 3.知道麥克斯韋方程組的意義。 二、過程與方法 培養(yǎng)學生對新知識的接收與思考能力。 三、情感、態(tài)度與價值觀 激發(fā)學生對物理學的興趣，開拓他們的知識層面，讓他們對將要學習的知識有一定的了 解。

17、 【教學重點】 麥克斯韋方程組的意義 【教學難點】 麥克斯韋方程組的內(nèi)容 麥克斯韋方程組（英語：Maxwells equations），是英國物理學家 HYPERLINK /view/1172487.htm t _blank 詹姆斯麥克斯韋在19世紀建立的一組描述電場、磁場與電荷密度、電流密度之間關(guān)系的 HYPERLINK /view/44690.htm t _blank 偏微分方程。它由四個方程組成：描述 HYPERLINK /view/63129.htm t _blank 電荷如何產(chǎn)生電場的高斯定律、論述 HYPERLINK /view/1209971.htm t _blank 磁單極 H

18、YPERLINK /view/173535.htm t _blank 子不存在的高斯磁定律、描述 HYPERLINK /view/10897.htm t _blank 電流和時變電場怎樣產(chǎn)生磁場的麥克斯韋-安培定律、描述時變磁場如何產(chǎn)生電場的法拉第感應(yīng)定律。從麥克斯韋方程組，可以推論出 HYPERLINK /view/1015.htm t _blank 電磁波在真空中以光速傳播，并進而做出光是電磁波的猜想。麥克斯韋方程組和洛倫茲力方程是 HYPERLINK /view/1882084.htm t _blank 經(jīng)典電磁學的基礎(chǔ)方程。從這些基礎(chǔ)方程的相關(guān)理論，發(fā)展出現(xiàn)代的電力科技與電子科技。麥克

19、斯韋1865年提出的最初形式的方程組由20個等式和20個變量組成。他在1873年嘗試用 HYPERLINK /view/319754.htm t _blank 四元數(shù)來表達，但未成功?，F(xiàn)在所使用的數(shù)學形式是 HYPERLINK /view/11589450.htm t _blank 奧利弗赫維賽德和約西亞吉布斯于1884年以矢量分析的形式重新表達的。歷史背景麥克斯韋誕生以前的半個多世紀中，人類對電磁現(xiàn)象的認識取得了很大的進展。1785年，CA庫侖（Charles ACoulomb）在扭秤實驗結(jié)果的基礎(chǔ)上，建立了說明兩個點電荷之間相互作用力的庫侖定律。1820年HC奧斯特 （Hans Chris

20、tian Oersted）發(fā)現(xiàn)電流能使磁針偏轉(zhuǎn)，從而把電與磁聯(lián)系起來。其后，AM安培（Andre Marie Ampere）研究了電流之間的相互作用力，提出了許多重要概念和安培環(huán)路定律。M法拉第（Michael Faraday）的工作在很多方面有杰出貢獻，特別是1831年發(fā)表的電磁感應(yīng)定律，是電機，變壓器等設(shè)備的重要理論基礎(chǔ)。在麥克斯韋之前，關(guān)于電磁現(xiàn)象的學說都以超距作用觀念為基礎(chǔ)。認為帶電體、磁化體或載流導(dǎo)體之間的相互作用，都是可以超越中間媒質(zhì)而直接進行，并立即完成的。即認為電磁擾動的傳播速度是無限大。在那個時期，持不同意見的只有法拉第。他認為上述這些相互作用與中間媒質(zhì)有關(guān)，是通過中間媒質(zhì)的

21、傳遞而進行的，即主張間遞學說。麥克斯韋繼承了法拉第的觀點，參照流體力學的模型，應(yīng)用嚴謹?shù)臄?shù)學形式總結(jié)了前人的工作，提出了位移電流的假說，推廣了電流的涵義，將電磁場基本定律歸結(jié)為四個微分方程，這就是著名的麥克斯韋方程組。他對這組方程進行了分析，預(yù)見到電磁波的存在，并且斷定電磁波的傳播速度為有限值（與光速接近），且光也是某種頻事的電磁波。上述這些，他都寫入了題為論電與磁的論文中。1887年HR赫茲（Heinrich RHertz） 用實驗方法產(chǎn)生和檢測到了電磁波，證實了麥克斯韋的預(yù)見。19051915年間A愛因斯坦（Albert Einstein）的相對論進一步論證了時間、空間、質(zhì)量，能量和運動之

22、間的關(guān)系，說明電磁場就是物質(zhì)的一種形式，間遞學說得到了公認。1845年，關(guān)于電磁現(xiàn)象的三個最基本的實驗定律： HYPERLINK /view/40407.htm t _blank 庫侖定律（1785年）， HYPERLINK /view/1027007.htm t _blank 畢奧-薩伐爾定律（1820年）， HYPERLINK /view/682939.htm t _blank 法拉第定律（1831-1845年）已被總結(jié)出來， HYPERLINK /view/4241.htm t _blank 法拉第的“ HYPERLINK /view/325136.htm t _blank 電力線”和“

23、 HYPERLINK /view/103501.htm t _blank 磁力線”概念已發(fā)展成“ HYPERLINK /view/22141.htm t _blank 電磁場概念”。1855年至1865年，麥克斯韋在全面地審視了庫侖定律、畢奧薩伐爾定律和法拉第定律的基礎(chǔ)上，把數(shù)學分析方法帶進了電磁學的研究領(lǐng)域，由此導(dǎo)致麥克斯韋電磁理論的誕生。要點分析麥克斯韋電磁場理論的要點可以歸結(jié)為：幾分立的帶電體或電流，它們之間的一切電的及磁的作用都是通過它們之間的中間區(qū)域傳遞的，不論中間區(qū)域是真空還是實體物質(zhì)。電能或磁能不僅存在于帶電體、磁化體或帶電流物體中，其大部分分布在周圍的電磁場中。導(dǎo)體構(gòu)成的電路若

24、有中斷處，電路中的傳導(dǎo)電流將由電介質(zhì)中的位移電流補償貫通，即全電流連續(xù)。且位移電流與其所產(chǎn)生的磁場的關(guān)系與傳導(dǎo)電流的相同。磁通量既無始點又無終點，即不存在磁荷。光波也是電磁波。麥克斯韋方程組有兩種表達方式。1. 積分形式的麥克斯韋方程組是描述電磁場在某一體積或某一面積內(nèi)的數(shù)學模型。表達式為：式是由安培環(huán)路定律推廣而得的全電流定律，其含義是：磁場強度H沿任意閉合曲線的線積分，等于穿過此曲線限定面積的全電流。等號右邊第一項是傳導(dǎo)電流第二項是位移電流。式是法拉第電磁感應(yīng)定律的表達式，它說明電場強度E沿任意閉合曲線的線積分等于穿過由該曲線所限定面積的磁通對時間的變化率的負值。這里提到的閉合曲線，并不一

25、定要由導(dǎo)體構(gòu)成，它可以是介質(zhì)回路，甚至只是任意一個閉合輪廓。式表示磁通連續(xù)性原理，說明對于任意一個閉合曲面，有多少磁通進入盛然就有同樣數(shù)量的磁通離開。即B線是既無始端又無終端的；同時也說明并不存在與電荷相對應(yīng)的磷荷。式是高斯定律的表達式，說明在時變的條件下，從任意一個閉合曲面出來的D的凈通量，應(yīng)等于該閉曲面所包圍的體積內(nèi)全部自由電荷之總和。2. 微分形式的麥克斯韋方程組。微分形式的麥克斯韋方程是對場中每一點而言的。應(yīng)用del算子，可以把它們寫成式是全電流定律的微分形式，它說明磁場強度H的旋度等于該點的全電流密度（傳導(dǎo)電流密度J與位移電流密度之和），即磁場的渦旋源是全電流密度，位移電流與傳導(dǎo)電流

26、一樣都能產(chǎn)生磁場。式是法拉第電磁感應(yīng)定律的微分形式，說明電場強度E的旋度等于該點磁通密度B的時間變化率的負值，即電場的渦旋源是磁通密度的時間變化率。式是磁通連續(xù)性原理的微分形式，說明磁通密度B的散度恒等于零，即B線是無始無終的。也就是說不存在與電荷對應(yīng)的磁荷。式是靜電場高斯定律的推廣，即在時變條件下，電位移D的散度仍等于該點的自由電荷體密度。除了上述四個方程外，還需要有媒質(zhì)的本構(gòu)關(guān)系式才能最終解決場量的求解問題。式中是媒質(zhì)的介電常數(shù)，是媒質(zhì)的磁導(dǎo)率，是媒質(zhì)的電導(dǎo)率。表達形式積分形式麥克斯韋方程組的積分形式如下：這是1873年前后，麥克斯韋提出的表述電磁場普遍規(guī)律的四個方程。其中：（1）描述了電

27、場的性質(zhì)。在一般情況下，電場可以是自由電荷的電場也可以是變化磁場激發(fā)的感應(yīng)電場，而感應(yīng)電場是渦旋場，它的電位移線是閉合的，對封閉曲面的 HYPERLINK /view/832399.htm t _blank 通量無貢獻。（2）描述了磁場的性質(zhì)。磁場可以由傳導(dǎo)電流激發(fā)，也可以由變化電場的位移電流所激發(fā)，它們的磁場都是渦旋場，磁感應(yīng)線都是閉合線，對封閉曲面的通量無貢獻。（3）描述了變化的磁場 HYPERLINK /subview/742418/12498351.htm t _blank 激發(fā)電場的規(guī)律。（4）描述了傳導(dǎo)電流和變化的電場激發(fā)磁場的規(guī)律。穩(wěn)恒場中的形式當時，方程組就還原為靜電場和穩(wěn)恒磁

28、場的方程：無場源自由空間中的形式當，方程組就成為如下形式：麥克斯韋方程組的積分形式反映了空間某區(qū)域的電磁場量(D、E、B、H)和場源(電荷q、電流I)之間的關(guān)系。微分形式在電磁場的實際應(yīng)用中，經(jīng)常要知道空間逐點的電磁場量和電荷、電流之間的關(guān)系。從數(shù)學形式上，就是將麥克斯韋方程組的積分形式化為微分形式。麥克斯韋方程組乃是由四個方程共同組成的： HYPERLINK /view/838518.htm t _blank 高斯定律：該定律描述電場與空間中電荷分布的關(guān)系。 HYPERLINK /view/529375.htm t _blank 電場線開始于 HYPERLINK /view/532075.h

29、tm t _blank 正電荷，終止于 HYPERLINK /view/532077.htm t _blank 負電荷。計算穿過某給定閉曲面的電場線數(shù)量，即其 HYPERLINK /view/1015582.htm t _blank 電通量，可以得知包含在這閉曲面內(nèi)的總電荷。更詳細地說，這定律描述穿過任意閉曲面的電通量與這閉曲面內(nèi)的電荷之間的關(guān)系。高斯磁定律：該定律表明，磁單極子實際上并不存在。所以，沒有孤立磁荷，磁場線沒有初始點，也沒有終止點。磁場線會形成循環(huán)或延伸至無窮遠。換句話說，進入任何區(qū)域的磁場線，必需從那區(qū)域離開。以術(shù)語來說，通過任意閉曲面的 HYPERLINK /view/132

30、307.htm t _blank 磁通量等于零，或者，磁場是一個 HYPERLINK /view/2943422.htm t _blank 無源場。法拉第感應(yīng)定律：該定律描述時變磁場怎樣感應(yīng)出電場。 HYPERLINK /view/34144.htm t _blank 電磁感應(yīng)是制造許多 HYPERLINK /view/54769.htm t _blank 發(fā)電機的理論基礎(chǔ)。例如，一塊旋轉(zhuǎn)的 HYPERLINK /view/5184608.htm t _blank 條形磁鐵會產(chǎn)生時變磁場，這又接下來會生成電場，使得鄰近的閉合電路因而感應(yīng)出電流。麥克斯韋-安培定律：該定律闡明，磁場可以用兩種方法

31、生成：一種是靠 HYPERLINK /view/907747.htm t _blank 傳導(dǎo)電流（原本的 HYPERLINK /view/1003188.htm t _blank 安培定律），另一種是靠時變電場，或稱 HYPERLINK /view/407211.htm t _blank 位移電流（麥克斯韋修正項）。在電磁學里，麥克斯韋修正項意味著時變電場可以生成磁場，而由于法拉第感應(yīng)定律，時變磁場又可以生成電場。這樣，兩個方程在理論上允許自我維持的電磁波傳播于空間。微觀宏觀尺度麥克斯韋方程組通常應(yīng)用于各種場的“宏觀平均場”。當尺度縮小至 HYPERLINK /view/251133.htm

32、t _blank 微觀（microscopic scale），以至于接近單獨原子大小的時侯，這些場的局部波動差異將變得無法忽略，量子現(xiàn)象也會開始出現(xiàn)。只有在宏觀平均的前提下，一些物理量如物質(zhì)的 HYPERLINK /view/1017166.htm t _blank 電容率和 HYPERLINK /view/132235.htm t _blank 磁導(dǎo)率才會得到有意義的定義值。最重的原子核的半徑大約為7 HYPERLINK /view/89504.htm t _blank 飛米（）。所以，在 HYPERLINK /view/1882084.htm t _blank 經(jīng)典電磁學里，微觀尺度指的是

33、尺寸的數(shù)量級大于。滿足微觀尺度，電子和原子核可以視為 HYPERLINK /view/70557.htm t _blank 點電荷，微觀麥克斯韋方程組成立；否則，必需將原子核內(nèi)部的電荷分布納入考量。在微觀尺度計算出來的電場與磁場仍舊變化相當劇烈，空間變化的距離數(shù)量級小于米，時間變化的周期數(shù)量級在10至10秒之間。因此，從微觀麥克斯韋方程組，必需經(jīng)過經(jīng)典平均運算，才能得到平滑、連續(xù)、緩慢變化的宏觀電場與宏觀磁場。宏觀尺度的最低極限為10?米。這意味著 HYPERLINK /view/1015.htm t _blank 電磁波的 HYPERLINK /view/77128.htm t _blank

34、 反射與 HYPERLINK /view/462574.htm t _blank 折射行為可以用宏觀麥克斯韋方程組來描述。以這最低極限為邊長，體積為10?立方米的立方體大約含有10?個原子核和電子。這么多原子核和電子的物理行為，經(jīng)過經(jīng)典平均運算，足以平緩任何劇烈的 HYPERLINK /view/138921.htm t _blank 漲落。根據(jù)可靠文獻記載，經(jīng)典平均運算只需要在空間作平均運算，不需要在時間作平均運算，也不需要考慮到原子的 HYPERLINK /view/82952.htm t _blank 量子效應(yīng)。3評價 HYPERLINK /view/74004.htm t _blank

35、 場概念的產(chǎn)生，也有麥克斯韋的一份功勞，這是當時物理學中一個偉大的創(chuàng)舉，因為正是場概念的出現(xiàn)，使當時許多物理學家得以從牛頓“超距觀念”的束縛中擺脫出來，普遍地接受了電磁作用和引力作用都是“近距作用”的思想。麥克斯韋方程組在 HYPERLINK /view/19690.htm t _blank 電磁學中的地位，如同 HYPERLINK /view/176196.htm t _blank 牛頓運動定律在力學中的地位一樣。以麥克斯韋方程組為核心的 HYPERLINK /view/873602.htm t _blank 電磁理論，是 HYPERLINK /view/460900.htm t _blan

36、k 經(jīng)典物理學最引以自豪的成就之一。它所揭示出的 HYPERLINK /view/1020865.htm t _blank 電磁相互作用的完美統(tǒng)一，為物理學家樹立了這樣一種信念：物質(zhì)的各種相互作用在更高層次上應(yīng)該是統(tǒng)一的。這個理論被廣泛地應(yīng)用到技術(shù)領(lǐng)域。麥克斯韋的貢獻到底有多大【教學目標】 一、 知識與技能 1.認知麥克斯韋爾方程組 2.大概了解麥克斯韋方程組的內(nèi)容。 3.知道麥克斯韋方程組的意義。 二、過程與方法 培養(yǎng)學生對新知識的接收與思考能力。 三、情感、態(tài)度與價值觀 激發(fā)學生對物理學的興趣，開拓他們的知識層面，讓他們對將要學習的知識有一定的了 解。 【教學重點】 麥克斯韋方程組的意義

37、【教學難點】 麥克斯韋方程組的內(nèi)容 麥克斯韋的電磁理論，在物理學上有劃時代的意義。遺憾的是，麥克斯韋本人沒有能夠證實自己的理論（在一定程度上可以說是“沒有去證實”）。這有客觀原因，也有主觀原因。由于環(huán)境和工作條件的限制，麥克斯韋一直沒有更多的機會從事電磁實驗。熱力學和分子物理學的研究，耗去了他大部分時間和精力。再有，他主要是個理論物理學家。就像他的學生弗萊明（18491945）后來所說的那樣，“他從理論上預(yù)言了電磁波的存在，但是好像從來沒有想到過要用什么實驗去證明它?！狈ɡ谝惠呑佣紱]有離開過實驗，可以說沒有實驗就沒有法拉第。麥克斯韋恰好相反，他只是在倫敦的5年里進行了一些有限的實驗，而且多半

38、是氣體動力學方面的。他的寓所，靠近屋頂?shù)牡胤接幸婚g狹長的閣樓，那就是他的實驗室。他的妻子常常給他當助手，生火爐，調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度，條件相當簡陋。后來在皇家學院實驗室里，他作過一些電學實驗，也多只是測定標準電阻這一類工作。電磁學通論完成以后，麥克斯韋忙著籌建卡文迪許實驗室，整理卡文迪許 （17311810）的遺著。由于以上這些原因，電磁理論問世以后，在相當長的時間里沒有得到承認。最初只有劍橋大學的一些青年物理學家支持它。許多人，包括一批有威望的科學家，對還沒有被證明的新理論，都采取觀望態(tài)度。勞厄（18791960）在物理學史中曾經(jīng)這樣評論說：“盡管麥克斯韋理論具有內(nèi)在的完美性，并且和一切經(jīng)驗相符合，

39、但是只能逐漸地被物理學家們接受。它的思想太不平常了，甚至像赫爾姆霍茨和波爾茨曼（18441906）這樣有異常才能的人，為了理解它也花了幾年的力氣?！睅讉€春秋過去了。麥克斯韋把他的心血默默地獻給了卡文迪許實驗室。這座實驗室在1872年破土，到1874年完工。修建經(jīng)費是一位鼓勵科學的公爵捐贈的。為了增添儀器，麥克斯韋也拿出了自己不多的積蓄。在整個籌建過程中，從設(shè)計、施工、儀器購置，直到大門上的題詞，麥克斯韋都親自過問。它是實驗室的創(chuàng)建人，也是第一任主任。后來相繼接替他的是瑞利（18421919）和約瑟夫湯姆遜，湯姆遜以后是盧瑟福（18711937），他們都是世界第一流的物理學家。這座實驗室開花結(jié)果的時期在20世紀。大批優(yōu)秀的科學人才，尤其是原子能物理方面的人才，都是從這