高中物理《電磁場(chǎng)和電磁波》教學(xué)設(shè)計(jì)
一、導(dǎo)引
人類(lèi)認(rèn)識(shí)客觀(guān)世界，發(fā)現(xiàn)新的事物，常有二種方式，一種是從生產(chǎn)實(shí)踐，科學(xué)實(shí)驗(yàn)中觀(guān)察分析后發(fā)現(xiàn)新的事物，另一種是從科學(xué)理論出發(fā)，預(yù)言新的事物存在，電磁波的發(fā)現(xiàn)，屬于后一種。麥克斯韋從電磁場(chǎng)理論出發(fā)，運(yùn)用了較為深?yuàn)W的數(shù)學(xué)工具，得到了描述電磁場(chǎng)特性的規(guī)律，并預(yù)言了電磁波的存在。10年后，他的學(xué)生赫茲用實(shí)驗(yàn)方法證實(shí)了麥克斯韋的偉大預(yù)言，發(fā)射并接收了電磁波，從而開(kāi)創(chuàng)了無(wú)線(xiàn)電技術(shù)的新時(shí)代。
我們現(xiàn)在粗略地介紹了一下麥克斯韋的這個(gè)理論。
二、授課
1．麥克斯韋的理論要點(diǎn)一，變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)
演示實(shí)驗(yàn)
裝置如圖所示，當(dāng)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(yīng)電動(dòng)勢(shì)，引起感應(yīng)電流使燈泡發(fā)光。
(1)線(xiàn)圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)說(shuō)明了什么？
麥克斯韋認(rèn)為變化的磁場(chǎng)在線(xiàn)圈中產(chǎn)生電場(chǎng)，正是這種電場(chǎng)(渦旋電場(chǎng))在線(xiàn)圈中驅(qū)使自由電子做定向的移動(dòng)，引起了感應(yīng)電流。
(2)如果用不導(dǎo)電的塑料線(xiàn)繞制線(xiàn)圈，線(xiàn)圈中還會(huì)有電流、電場(chǎng)嗎？
引導(dǎo)學(xué)生思考后回答，有電場(chǎng)、無(wú)電流。
(3)想象線(xiàn)圈不存在時(shí)線(xiàn)圈所在處的空間還有電場(chǎng)嗎？(有)
(4)總結(jié)說(shuō)明，麥克斯韋認(rèn)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)，即這是一種普遍存在的現(xiàn)象，跟閉合電路是否存在無(wú)關(guān)。
2．變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)
我們知道，電流周?chē)嬖谥艌?chǎng)，麥克斯韋研究了電現(xiàn)象和磁現(xiàn)象的相似和聯(lián)系。經(jīng)過(guò)反復(fù)思考提出一個(gè)假設(shè)，變化的`電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)。
這一點(diǎn)，我們從哲學(xué)上知道，事物之間是相互聯(lián)系的，可以相互轉(zhuǎn)化。
比如根據(jù)麥克斯韋的理論，在給電容器充電的時(shí)候，不僅導(dǎo)體中電流要產(chǎn)生磁場(chǎng)，而且在電容器兩極板間周期性變化著的電場(chǎng)周?chē)惨a(chǎn)生磁場(chǎng)。
3．電磁場(chǎng)、電磁波
(1)概念
麥克斯韋根據(jù)自己的理論進(jìn)一步預(yù)言，如果在空間某域中有周期性變化的電場(chǎng)，那么，這個(gè)變化的電場(chǎng)就在它周?chē)臻g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)……�？梢�(jiàn)，變化的電場(chǎng)和變化的磁場(chǎng)是相互聯(lián)系的，形成一個(gè)不可分離的統(tǒng)一體，這就是電磁場(chǎng)，這種變化的電場(chǎng)和變化的磁場(chǎng)總是交替產(chǎn)生，并且由發(fā)生的區(qū)域向周?chē)臻g傳播。見(jiàn)課本6-7圖，電磁場(chǎng)由發(fā)生區(qū)域向遠(yuǎn)處的傳播就是電磁波。
(2)電磁波的特點(diǎn)
�、偈菣M波
�、谑俏镔|(zhì)波，真空中也能傳播，能獨(dú)立存在(與機(jī)械波不同)
�、劬哂蟹瓷�、折射、干涉、衍射等波的一切特性
�。�3）波速公式c＝λf
c為真空中速度，電磁波在真空中速度等于光速。
無(wú)線(xiàn)電技術(shù)中使用的電磁波叫無(wú)線(xiàn)電波，見(jiàn)課本表格介紹。
三、擴(kuò)展
麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論三點(diǎn)
1．變化的磁場(chǎng)能夠在周?chē)臻g產(chǎn)生電場(chǎng)，變化的電場(chǎng)能夠在周?chē)臻g產(chǎn)生磁場(chǎng)。
2．均勻變化的磁場(chǎng)，產(chǎn)生穩(wěn)定的電場(chǎng)，均勻變化的電場(chǎng)，產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場(chǎng)。這里的“均勻變化”指在相等時(shí)間內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度(或電場(chǎng)強(qiáng)度)的變化量相等，或者說(shuō)磁感應(yīng)強(qiáng)度(或電場(chǎng)強(qiáng)度)對(duì)時(shí)間變化率一定。
3．不均勻變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生變化的電場(chǎng)，不均勻變化的電場(chǎng)產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)
4．振蕩的(即周期性變化的)磁場(chǎng)產(chǎn)生同頻率的振蕩電場(chǎng)，振蕩的電場(chǎng)產(chǎn)生同頻率的振蕩磁場(chǎng)。
5．變化的電場(chǎng)和變化的磁場(chǎng)總是相互聯(lián)系著，形成一個(gè)不可分離的統(tǒng)一體，這就是電磁場(chǎng)，向周?chē)臻g傳播這就是電磁波。
四、學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)
通過(guò)觀(guān)察試驗(yàn)，發(fā)揮想象能力，畫(huà)出變化磁場(chǎng)產(chǎn)生的電場(chǎng)的電場(chǎng)線(xiàn)。2．總結(jié)機(jī)械波與電磁波的聯(lián)系與區(qū)別
五、板書(shū)設(shè)計(jì)
電磁場(chǎng)和電磁波
麥克斯韋電磁場(chǎng)理論
1．變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)
2．變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)
3．電磁場(chǎng)→傳播→電磁波
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