2024-2025學年新教材高中物理第十二章電能能量守恒定律4電磁波的發(fā)現(xiàn)及應用教案新人教版必修3

PAGE6-電磁波的發(fā)覺及應用【教學目標】1．了解電磁波的產(chǎn)生與傳播。2．知道光是一種電磁波，以及電磁波在真空中的傳播速度。3．知道波長與頻率、波速的關系。4．相識電磁波譜。5．了解電磁波在科技、經(jīng)濟、社會發(fā)展中的作用?！窘虒W重難點】電磁波的產(chǎn)生與傳播，理解磁場與電場之間的關聯(lián)?！窘虒W過程】一、新課導入老師：古人都渴望順風耳千里眼，而現(xiàn)今故事已經(jīng)成為現(xiàn)實，人與人之間的溝通也是越來越便捷。（展示圖片）大家看到的畫面是“神舟六號”放射場面?！吧裰哿枴鄙咸旌螅藗兪窃鯓又浪竭_預定的地點呢？學生回答：無線電波。老師：無線電廣播、電視、人造衛(wèi)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(xiàn)代社會的各個部門，幾乎都離不開“電磁波”，可以說“電”作為現(xiàn)代文明的標記，“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？怎樣利用它傳遞信號？今日我們就來相識一下電磁波。二、新課教學（一）麥克斯韋電磁場理論老師首先向學生介紹麥克斯韋的生平簡介，激發(fā)學生的新奇心和求知欲。麥克斯韋（JamesClarkMaxwell，1831~1879）是英國的理論物理學家、數(shù)學家。1831年6月13日生于英國愛丁堡。他的父親是一個科學家，他從小就受到科學的熏陶，15歲時向英國皇家學會遞交數(shù)學論文，發(fā)表在《愛丁堡皇家學會學報》上，第一次顯露出他出眾的才華。1847年，考入愛丁堡高校學習數(shù)學和物理學。1850年轉入劍橋高校，1854年畢業(yè)后留校工作。1871年，麥克斯韋任劍橋物理試驗室主任，1874年，他主持建立的卡文迪許試驗室竣工，任該試驗室首任主任。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，決心為法拉第的場的概念供應數(shù)學方法的基礎。尤其是他在倫敦皇家學院任教期間，有機會探望了法拉第以后，更加強了他的這種信念。年輕的麥克斯韋以他卓越的數(shù)學才能和嚴密的邏輯推理，對法拉第的直觀形象的電磁場理論加以高度概括，并總結了當時電磁學的探討成果，建立了電磁場方程，確立了電磁場理論。老師：我們現(xiàn)在粗略地介紹一下麥克斯韋的電磁場理論。1．改變的磁場產(chǎn)生電場演示試驗裝置如圖所示，當穿過螺線管的磁場隨時間改變時，上面的線圈中產(chǎn)生感應電動勢，引起感應電流使燈泡發(fā)光。提問：小燈泡為什么能發(fā)光？學生回答：由于交變電流產(chǎn)生的磁場在不斷改變，所以穿過線圈的磁通量不斷改變，在線圈中產(chǎn)生感應電動勢，形成感應電流，小燈泡發(fā)光。提問：電路（線圈）中的電荷為什么能夠定向移動呢？學生回答：受電場力。老師總結：上述試驗表明，改變的磁場在線圈里形成電場。提問：若線圈斷開，線圈中有電流、電場嗎？學生回答：有電場，無電流。提問：若線圈被拿走，它原來所處的空間有電場嗎？學生對此問題可能難以回答，但這時提出改變的磁場能在其空間產(chǎn)生電場已是水到渠成的時候。老師：由上面的電磁感應現(xiàn)象，我們可以很自然的提出一個假設：改變的磁場產(chǎn)生電場。麥克斯韋認為線圈只不過用來顯示電場的存在，線圈不存在時，改變的磁場同樣在四周空間產(chǎn)生電場，這是一個普遍規(guī)律，跟閉合電路是否存在無關（如圖甲、乙所示）。2．改變的電場產(chǎn)生磁場老師：麥克斯韋依據(jù)電現(xiàn)象與磁現(xiàn)象的相像性和改變的磁場能產(chǎn)生電場的現(xiàn)象，提出了另一個大膽的假設：改變的電場也能產(chǎn)生磁場。演示課件中的動畫加深對麥克斯韋的電磁場理論的理解。老師：總結上述兩個結論，麥克斯韋認為，改變的電場和磁場是相互聯(lián)系的，形成一個統(tǒng)一的電磁場。麥克斯韋依據(jù)自己的理論進一步預言，假如在空間某區(qū)域中有周期性改變的電場，那么，這個改變的電場就在它四周空間產(chǎn)生周期性改變的磁場，這個改變的磁場又在它四周空間產(chǎn)生新的周期性改變的電場……可見，改變的電場和改變的磁場是相互聯(lián)系的，形成一個不行分別的統(tǒng)一體，這就是電磁場。電場和磁場只是這個統(tǒng)一的電磁場的兩種詳細表現(xiàn)。這種改變的電場和改變的磁場總是交替產(chǎn)生，并且由發(fā)生的區(qū)域向四周空間傳播。于是一個宏大的預言誕生了――空間可能存在電磁波。（二）電磁波老師：講解電磁波的產(chǎn)生電磁波的傳播靠的是電場和磁場的相互“激發(fā)”，所以不須要介質，可以在真空中傳播。1．電磁波形成示意圖：老師：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；靠介質傳播，波速v=λf。2．類比機械波的特點，我們可以得出電磁波的特點：（1）電磁波中的電場和磁場相互垂直，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。在前面學習的光的偏振現(xiàn)象已經(jīng)證明白這一點。如圖所示。（2）電磁波可以在真空中傳播，向四周空間傳播電磁能，在傳播過程中，電磁波能發(fā)生反射、折射、干涉和衍射。（3）三個特征量的關系：v=λf。在真空中v=3.0×108m/s。老師與學生一起比較電磁波與機械波。3．電磁波與機械波比較（1）傳播條件：機械波傳播須要介質，而電磁波不須要介質。（2）傳播規(guī)律：都遵循“V=λf=λ/T”這個關系式；且電磁波也能發(fā)生反射、折射、衍射、干涉等現(xiàn)象。（3）傳播本質：機械波傳播的是機械能，電磁波傳播的是電磁能。（三）電磁波譜老師：我們知道機械波有許多種，頻率各有不同。電磁波的頻率分為也特別廣。無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線都是電磁波。依據(jù)電磁波的波長或者頻率大小的依次把它們排列起來，就是電磁波譜。老師展示電磁波譜圖老師：由于電磁波具有不同的波長（頻率），因此具有不同的特性，利用這些特性，電磁波在生產(chǎn)生活中有著廣泛的應用。①無線電波中的中長短波：廣播及其他信號傳輸；②無線電中的微波：衛(wèi)星通信、電視等；③紅外線：加熱理療；④可見光：看清世界相識世界；⑤紫外線：消毒；⑥X射線：診斷病情；⑦γ射線：摧毀病變細胞。（四）電磁波的能量老師：我們看不見電磁波，但是電磁波無處不在，生活中經(jīng)常用微波爐來加熱食物，說明電磁波具有能量，而且我們可以用儀器探測到電磁波的存在，說明電磁波是一種真實存在的物質。（五）電磁波通信老師：剛才講到無線電波能夠用于通信。那么電磁波是怎么完成通信的呢？1．無線電廣播（1）調制器把音頻信號加載到高頻電磁波上。（2）調諧器選出特定頻率的信號。（3）揚聲器把音頻信號轉換成聲音。2．電視（1）攝影機把圖像變成電信號。（2）放射機把電信號加載到頻率很高的電磁波上。（3）放射天線將高頻信號放射到空中。（4）電視機的接收天線把高頻信號接收下來。（5）電視機把圖像信號取出并放大。（6）顯像管將圖像信號還原為圖像。3．移動電話移動電話既是無線電放射臺又是無線電接收臺，既可以放射電磁波，又可以接收電磁波。三、新堂練習1．下列關于電磁波的說法中正確的是()A．只要電場和磁場發(fā)生改變，就能產(chǎn)生電磁波B．電磁波傳播須要介質C．停止放射電磁波，放射出去的電磁波仍能獨立存在D．電磁波具有能量，電磁波的傳播是伴隨著能量向外傳遞的2．電磁場理論預言了什么()A．預言了改變的磁場能夠在四周空間產(chǎn)生電場B．預言了改變的電場能夠在四周空間產(chǎn)生磁場C．預言了電磁波的存在，電磁波在真空中的傳播速度為光速D．預言了電能夠產(chǎn)生磁，磁能夠產(chǎn)生電3．對于聲波和電磁波的比較，下面說法中正確的是()A．它們都能發(fā)生反射現(xiàn)象B．聲音是由物體振動產(chǎn)生的，電磁波是由改變的電磁場產(chǎn)生的C．光是一種電磁波，B超利用的是聲波D.它們都能在真空中傳播4．下列關于電磁波的說法中正確的是（）A．電磁波傳播時須要介質B．電磁波是沿某一特定方向在空間傳播的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的現(xiàn)象5．關于電磁波的產(chǎn)生緣由，以下說法中