（必修3）13.4 电磁波的发现及应用（教案3）

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13.4电磁波的发现及应用
〖教材分析〗
从理论上说，电磁学的核心内容就是电磁场的概念和麦克斯韦的电磁场方程。本节的内容是非常的抽象，学习起来有一定的难度，对于麦克斯韦的电磁场理论，只要知道这两个观点即可。电磁波的应用就非常的形象了，在生活中有大量的应用。通过这一点可以培养学生，把物理融于生活的情怀，激发学习热情。
〖教学目标与核心素养〗
物理观念：了解麦克斯韦电磁场理论的主要观点，知道电磁波的概念以及物质性。能有波长公式进行相应的计算。
科学思维：实物粒子是物质存在的一种形式，场是物质存在的另一种形式。明白电磁波的传递方式，构建相应的物理模型。
科学探究：能够辨别生活中的电磁波的使用情况，大致了赫兹捕捉电磁波的实验。
科学态度与责任：通过麦克斯韦电磁场理论的学习感悟自然界的对称、和谐美；认识到电磁波存在于生活的方方面面；感悟科技对生活的影响。
〖教学重点与难点〗
重点：麦克斯韦电磁场理论
难点：电磁波的特性，波长、波速、频率的关系。
〖教学准备〗
多媒体课件。
〖教学过程〗
一、新课引入

展示图片：古代和现代通信工具。电磁波为信息的传递插上了翅膀。广播、电视、移动通信等通信方式，使古代人"顺风耳、千里眼"的梦想变成了现实。
那么，电磁波是怎样发现的呢?
二、新课教学
（一）电磁场

在前面的学习中，你已经知道奥斯特抢先发现了电生磁，紧接着法拉第发现了磁生电，从而发展出了电磁学。之后麦克斯韦站在两位大师的肩膀上，利用数学工具，历经千辛万苦创立了静典的电磁场理论，为电磁学树立了耀眼的丰碑。
电磁场理论有两个基本观点。第一点变化的磁场能在周围空间产生电场。
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。这是法拉第发现的电磁感应现象。麦克斯韦进一步想到∶既然产生了感应电流，一定是有了电场，它促使导体中的自由电荷做定向运动；即使在变化的磁场中没有闭合电路，同样会在空间产生电场。因此，麦克斯韦认为∶这个现象的实质是变化的磁场产生了电场。这个电场我们之前学习过，叫做感生电场。
既然变化的磁场能产生电场，那变化的电场能否产生磁场吗？可以这就是第二点。

2.变化的电场产生磁场
麦克斯韦确信自然规律的统一性与和谐性，相信电场与磁场的对称之美。他大胆地假设∶变化的电场就像导线中的电流一样，会在空间产生磁场，即变化的电场产生磁场。就在一个电容器里通上交变电流后，检测到了磁场的存在。
3.电磁场
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。也就是说，变化的电场和磁场总是相互联系的，形成一个不可分割的统一体。称为电磁场。


它非常特殊，既不是电场也不是磁场，更不是电场和磁场的叠加，而是电场和磁场相互依赖，形成不可分割的整体。
（二）电磁波
1.伟大的预言
基于以上两个观点，麦克斯韦推断∶ 如果在空间某区域中有周期性变化的电场，那么它就在空间引起周期性变化的磁场；这个变化的磁场又引起新的变化的电场。于是，变化的电场和变化的磁场交替产生，由近及远地向周围传播。一个伟大的预言诞生了—— 空间可能存在电磁波。
2.电磁波的传播


动态图展示：声波和水波的传播过程。
我们熟悉声波和水波，耳朵能够听到声波是因为耳朵和声源之间有空气，水波的传播则需要水。空气、水是声波和水波传播的介质。水波和声波的传播都离不开介质。与这些波不同，电磁波可以在真空中传播，这是因为电磁波的传播靠的是电场和磁场的相互"激发"。即：
电磁波可以在真空中传播，不需要介质。
3.电磁波的传播速度

那么，电磁波以多大的速度传播?（动态图展示光速）
麦克斯韦推算出一个出人意料的答案∶ 电磁波的速度等于光速!他还由此提出了光的电磁理论∶光是以波动形式传播的一种电磁振动。
遗憾的是，麦克斯韦英年早逝，没有看到科学实验对电磁场理论的证实。把天才的预言变成世人公认的真理的人，是德国科学家赫兹。
4.赫兹证实了电磁波的预言

1886年，赫兹通过实验捕提到了电磁波，证实了麦克斯韦的电磁场理论，为无线电技术的发展开拓了道路。
那他是怎么做到的呢？
做一做：捕捉电磁波，播放视频。
（三）电磁波谱
1.波的特性

画一个水波浪线，观察在一列水波中，我们把凸起的最高处叫作波峰;凹下的最低处叫作波谷。邻近的两个波峰（或波谷）的距离叫作波长。在1s内有多少次波峰（或波谷）通过，波的频率就是多少。水波不停地向远方传播，用来描述波传播快慢的物理量叫作波速。
2.波速、波长、频率的关系
波速=波长×频率
可以把波长看成位移，频率与时间周期的关系是倒数。这和我们以前学习过的的<Object: word/embeddings/oleObject1.bin>，是一致的。
对于电磁波，有同样的关系。如果用λ表示电磁波的波长，f表示它的频率，那么，电磁波的波速c与λ、f的关系是
c=λf

我们知道光在真空中的传播速度是，30万米每秒。电磁波在真空中的速度也等于光速，即c=3×108m/s
3.电磁波谱
按电磁波的波长或频率大小的顺序把它们排列起来，就是电磁波谱。
①可见光只是电磁波中的一小部分
②不同的电磁波由于具有不同的频率，才具有不同的特性。利用这些特性，电磁波在生产、生活中有广泛的应用。
（四）电磁波的能量
麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹通过实验证实了电磁波的存在，这说明电磁波是一种客观存在的物质。
①生活中常用微波炉来加热食物。
②光是一种电磁波——传播着的电磁场，光具有能量。
③电台发射的电磁波在收音机的天线里感应出了电流，有电流就有能量。



（五）电磁波通信
展示图片：阐述现代通信。
随着计算机网络的发展和智能手机的出现，负责通话的电信网、广播电视网和互联网相互渗透、相互兼容，逐步整合成为统一的信息通信网络。
〖板书设计〗
13.4电磁波的发现及应用
一、电磁场
1.变化的磁场产生电场
2.变化的电场产生磁场
3.变化的电场和磁场总是相互联系的，形成一个不可分割的统一场。称为电磁场。
二、电磁波
1.麦克斯韦预言电磁波的存在，赫兹证明了电磁波的存在。
2.电磁波可以在真空中以光速在传播，不需要介质。
3.光也是一种电磁波。
三、电磁波谱
1.波速=波长×频率 c=λf
2.按波的波长或频率大小的顺序把它们排列起来，就是电磁波谱。
3.可见光只是电磁波中的一小部分
4.不同的电磁波由于具有不同的频率，才具有不同的特性。
四、电磁波的能量
五、电磁波通信
〖教学反思〗

• 电磁波的知识是非常抽象的，但是生活中的电磁波又是无处不在的，这种感觉像是“最熟悉的陌生人”。所以在教学中主要是以讲授知识点为主，例举一些生活的实例进行解析。
  

• 2、本节课的主要内容有三个，要体验赫兹证明电磁波存在的实验过程及实验方法，领会物理实验对物理发展的基础意义。通过观察生活中的通信情况来更加领会电磁学的魅力。