2024-2025學(xué)年新教材高中物理第4章電磁振蕩與電磁波2電磁場(chǎng)與電磁波教案新人教版選擇性必修第二冊(cè)

PAGE1-電磁場(chǎng)與電磁波【教學(xué)目標(biāo)】1．初步了解麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的基本思想。2．了解電磁波的產(chǎn)生和電磁波的特點(diǎn)。3．了解電磁場(chǎng)的物質(zhì)性。4．了解麥克斯韋電磁場(chǎng)理論在物理學(xué)發(fā)展史上的意義?！窘虒W(xué)重難點(diǎn)】1．電磁振蕩中電場(chǎng)能和磁場(chǎng)能的轉(zhuǎn)化。2．麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的基本內(nèi)容。【教學(xué)過(guò)程】一、新課導(dǎo)入1．打開(kāi)收音機(jī)的開(kāi)關(guān)，轉(zhuǎn)動(dòng)選臺(tái)旋鈕，旋到使收音機(jī)收不到電臺(tái)的頻道，然后開(kāi)大音量。在收音機(jī)旁邊，將電池盒的兩根引線反復(fù)碰撞，你會(huì)聽(tīng)到收音機(jī)中發(fā)出“喀喀”的響聲。為什么會(huì)產(chǎn)生這種現(xiàn)象呢？打開(kāi)電扇，將它靠近收音機(jī)，看看又會(huì)怎樣。提示：電磁波是由電磁振蕩產(chǎn)生的，在收音機(jī)旁邊，將電池盒兩引線反復(fù)碰觸，改變的電流產(chǎn)生改變的磁場(chǎng)，改變的磁場(chǎng)產(chǎn)生改變的電場(chǎng)，這樣會(huì)發(fā)出電磁波，從而導(dǎo)致收音機(jī)中發(fā)出“喀喀”聲。若將轉(zhuǎn)動(dòng)的電扇靠近收音機(jī)，因?yàn)殡娚戎须妱?dòng)機(jī)內(nèi)通有交變電流，電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行同樣會(huì)引起收音機(jī)發(fā)出“喀喀”聲。2．復(fù)習(xí)電磁振蕩的周期和頻率：（1）電磁振蕩的周期T：電磁振蕩完成一次周期性改變所用的時(shí)間。（2）電磁振蕩的頻率f：1s內(nèi)完成周期性改變的次數(shù)。（3）LC回路的周期公式。周期公式：。其中：周期T、自感系數(shù)L、電容C的單位分別是秒（s）、亨利（H）、法拉（F）。二、新課教學(xué)（一）電磁場(chǎng)1．改變的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)即使在改變的磁場(chǎng)中沒(méi)有閉合電路，也同樣要在空間產(chǎn)生電場(chǎng)。2．改變的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)逐步深化講解：1．勻稱(chēng)改變的磁場(chǎng)產(chǎn)生穩(wěn)定的電場(chǎng)；非勻稱(chēng)改變的磁場(chǎng)產(chǎn)生改變的電場(chǎng)。周期性改變的磁場(chǎng)產(chǎn)生同頻率周期性改變的電場(chǎng)。2．勻稱(chēng)改變的電場(chǎng)產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場(chǎng)；非勻稱(chēng)改變的電場(chǎng)產(chǎn)生改變的磁場(chǎng)。周期性改變的電場(chǎng)產(chǎn)生同頻率周期性改變的磁場(chǎng)。英國(guó)物理學(xué)家麥克斯韋在總結(jié)前人探討電磁現(xiàn)象成果的基礎(chǔ)上，建立了完整的電磁場(chǎng)理論?？啥ㄐ员硎鰹楦淖兊拇艌?chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)，改變的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)，改變的電場(chǎng)和磁場(chǎng)總是相互聯(lián)系的，形成一個(gè)不行分別的統(tǒng)一場(chǎng)，這就是電磁場(chǎng)。（二）電磁波緊接著電磁場(chǎng)進(jìn)行講解并描述：1．電磁波的產(chǎn)生：改變的電場(chǎng)和磁場(chǎng)由近及遠(yuǎn)地向四周傳播，形成了電磁波。由于電磁波的傳播靠的是電場(chǎng)和磁場(chǎng)的相互“激發(fā)”，所以不須要介質(zhì)，可以在真空中傳播。全局講解電磁波的形成：2．電磁波的特點(diǎn)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、干涉和衍射；靠介質(zhì)傳播，波速v=λf。類(lèi)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)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(xué)習(xí)的光的偏振現(xiàn)象已經(jīng)證明白這一點(diǎn)。如圖所示。［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，向四周空間傳播電磁能，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=λf。在真空中v=3.0×108m/s。麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的建立具有宏大的歷史意義，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．電磁波的證明麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論還只是一個(gè)預(yù)言。還有待于科學(xué)試驗(yàn)的證明。是赫茲把這個(gè)天才的預(yù)言變成了世人公認(rèn)的真理。（引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材，了解赫茲證明電磁波存在的探究歷程）老師可以向?qū)W生介紹赫茲的生平簡(jiǎn)介，激發(fā)學(xué)生求知上進(jìn)的熱忱，對(duì)學(xué)生進(jìn)行物理情感教化。赫茲生平（HeinrichRudolfHertz1857~1894）赫茲是德國(guó)物理學(xué)家，1857年2月22日誕生于漢堡。在求學(xué)時(shí)代，他就被光學(xué)和力學(xué)試驗(yàn)所吸引。1878年轉(zhuǎn)入柏林高校，1879年在物理競(jìng)賽中成果出眾，獲金質(zhì)獎(jiǎng)?wù)拢浯文戢@博士學(xué)位，當(dāng)了亥姆霍茲的助手。1885年任卡爾斯魯高等工業(yè)學(xué)院物理學(xué)教授，1889年接替克勞修斯任波恩高校理論物理學(xué)教授，同年當(dāng)選為柏林科學(xué)院通訊院士。赫茲在物理學(xué)上最主要的貢獻(xiàn)是用試驗(yàn)勝利地證明白電磁波的存在，并且完善了麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論。1888年10月，赫茲在卡爾斯魯高等工業(yè)學(xué)院物理試驗(yàn)室用放電線圈做火花放電試驗(yàn)，偶然發(fā)覺(jué)和放電線圈靠得很近的另一個(gè)開(kāi)口的絕緣線圈中有電火花跳過(guò)。這引起了他的留意，馬上想起以前亥姆霍茲曾提出讓他探討驗(yàn)證麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的問(wèn)題。他設(shè)計(jì)了一個(gè)裝置來(lái)進(jìn)行試驗(yàn)。他在感應(yīng)圈C的兩個(gè)電極上各接一根30cm長(zhǎng)的銅棒A、B，每根銅棒一頭各接一個(gè)黃銅小球，另一頭接邊長(zhǎng)為40cm的正方形黃銅板，讓兩個(gè)黃銅小球相對(duì)著，組成發(fā)生器。當(dāng)通電時(shí)，發(fā)生器的銅球間產(chǎn)生高頻振蕩火花。另外，他用一段導(dǎo)線彎成環(huán)狀，兩端各接一個(gè)銅球作為檢波器（如上圖），檢波器距離電磁波發(fā)生器10m。發(fā)生器的兩個(gè)銅球間產(chǎn)生電火花時(shí)，他在檢波器的兩個(gè)銅球間隙也看到了電火花。赫茲用這樣簡(jiǎn)潔的儀器勝利地證明白電磁波的存在。赫茲的試驗(yàn)報(bào)告轟動(dòng)了科學(xué)界。之后，赫茲又設(shè)計(jì)試驗(yàn)，利用一塊鋅板反射電磁波，并利用入射波和反射波疊加后產(chǎn)生的駐波波長(zhǎng)和發(fā)生器振蕩頻率計(jì)算出電磁波的波速。最終的計(jì)算結(jié)果與麥克斯韋預(yù)料的完全相同——等于光速。赫茲還通過(guò)試驗(yàn)確認(rèn)電磁波是橫波，具有光波的一切特征：能產(chǎn)生反射、折射、衍射、干涉和有偏振性，從而全面驗(yàn)證了光的電磁理論的正確性。1890年以后，赫茲整理了麥克斯韋的理論，進(jìn)一步完善了麥克斯韋方程組，使其更加美麗、對(duì)稱(chēng)，成為麥克斯韋方程組的現(xiàn)代形式。赫茲還首先發(fā)覺(jué)了光電效應(yīng)現(xiàn)象，這一發(fā)覺(jué)后來(lái)成為愛(ài)因斯坦建立光量子理論的試驗(yàn)基礎(chǔ)。赫茲因骨癌于1894年元旦過(guò)早地逝世，年僅37歲。他的導(dǎo)師亥姆霍茲贊揚(yáng)他“才華橫溢、性格堅(jiān)毅，用自己短暫的一生解決了一個(gè)世紀(jì)以來(lái)很多科學(xué)家所沒(méi)有解決的一系列重要的問(wèn)題”。赫茲的試驗(yàn)為無(wú)線電技術(shù)的發(fā)綻開(kāi)拓了新的道路，他被譽(yù)為無(wú)線電通訊的先軀。后人為了紀(jì)念他，用他的名字命名頻率的單位。（三）拓展學(xué)習(xí)：機(jī)械波與電磁波的比較機(jī)械波電磁波對(duì)象探討力學(xué)現(xiàn)象探討電磁現(xiàn)象周期性改變的物理量位移隨時(shí)間和空間做周期性改變電場(chǎng)強(qiáng)度E和磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間和空間做周期性改變傳播傳播須要介質(zhì),波速與介質(zhì)有關(guān),與頻率無(wú)關(guān)傳播無(wú)需介質(zhì),在真空中波速總是c,在介質(zhì)中傳播時(shí),波速與介質(zhì)及頻率都有關(guān)系產(chǎn)生由質(zhì)點(diǎn)（波源）的振動(dòng)產(chǎn)生振蕩電流（電磁振蕩）激發(fā)干涉可以發(fā)生可以發(fā)生衍射可以發(fā)生可以發(fā)生橫波可以是是縱波可以是否三、鞏固練習(xí)1．下列說(shuō)法正確的是（）A．恒定電流能夠在四周空間產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場(chǎng)B．穩(wěn)定電場(chǎng)能夠在四周空間產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場(chǎng)C．勻稱(chēng)改變的電場(chǎng)能夠在四周空間產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場(chǎng)D．勻稱(chēng)改變的電場(chǎng)和磁場(chǎng)相互激發(fā)，形成由近及遠(yuǎn)的電磁波2．當(dāng)電磁波的頻率增加時(shí)，它在真空中的速度將（）A．減小B．增大C．不變D．減小、增大和不變均有可能3．為了使放射的電磁波的波長(zhǎng)增為原來(lái)的2倍，可以將振蕩電路的電容（）A．變?yōu)樵瓉?lái)的4倍B．變?yōu)樵瓉?lái)的2倍C．減為原來(lái)的一半D．減為原來(lái)的1/44．關(guān)于電磁波的傳播速度，以下敘述正確的是（）A．波長(zhǎng)越長(zhǎng)，傳播速度越快B．頻率越高，傳播速度越快C．放射量越大，傳播速度越快D．全部電磁波在真空中的傳播速度都一樣大5．關(guān)于麥克斯韋電磁場(chǎng)理論，下面幾種說(shuō)法正確的是（）A．在電場(chǎng)四周空間