【教案】電磁波的發(fā)現(xiàn)及應(yīng)用（教學(xué)設(shè)計(jì)）（人教版2019必修第三冊(cè)）

第4節(jié)電磁波的發(fā)現(xiàn)及應(yīng)用教學(xué)設(shè)計(jì)備課人學(xué)科物理課題電磁波的發(fā)現(xiàn)及應(yīng)用教學(xué)內(nèi)容分析本節(jié)包括兩部分內(nèi)容，即電磁波發(fā)現(xiàn)的歷史概況、電磁波譜及其在科技和社會(huì)信息化方面的應(yīng)用。對(duì)麥克斯韋電磁場(chǎng)的基本概念和理論，由于學(xué)生存在較大的理解難度，教師在教學(xué)過程中應(yīng)該設(shè)置好臺(tái)階，逐步深入地引導(dǎo)學(xué)生對(duì)其進(jìn)行了解。另一方面，要重視發(fā)揮本節(jié)涉及的物理學(xué)史的教育功能，讓學(xué)生體會(huì)電磁場(chǎng)理論的基本思想在物理學(xué)發(fā)展中的理論意義，體會(huì)科學(xué)家研究物理問題的思想方法，了解赫茲實(shí)驗(yàn)在物理學(xué)發(fā)展中的貢獻(xiàn)以及用實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證理論的方法。對(duì)于電磁波產(chǎn)生和傳播的過程，在教學(xué)方式上可以采取學(xué)生閱讀、互動(dòng)討論為主的方式，多展示相關(guān)素材，介紹相關(guān)知識(shí)，不要求掌握工作原理。重在培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的物質(zhì)觀，能用這些觀念解釋和解決實(shí)際問題，關(guān)注科技進(jìn)步和社會(huì)發(fā)展。學(xué)情分析通過前面的學(xué)習(xí)，學(xué)生對(duì)電場(chǎng)、磁場(chǎng)已經(jīng)有了初步的認(rèn)識(shí)，特別是對(duì)電場(chǎng)的力的性質(zhì)、能量的性質(zhì)均能進(jìn)行簡單的計(jì)算，解決簡單的問題。在本節(jié)中，學(xué)生要接觸的電磁場(chǎng)不同于前面的靜電場(chǎng)和磁場(chǎng)，是動(dòng)態(tài)的場(chǎng)。但學(xué)生在必修階段還沒有學(xué)習(xí)機(jī)械振動(dòng)和機(jī)械波的知識(shí)，理解起來有一定的困難。因此教師要根據(jù)學(xué)生水平，重點(diǎn)介紹電磁波產(chǎn)生和傳播的方式，不必對(duì)理論深度有過高要求。教學(xué)目標(biāo)1、了解人類發(fā)現(xiàn)電磁波的歷史，知道麥克斯韋、赫茲等物理學(xué)家對(duì)電磁波發(fā)現(xiàn)做出的巨大貢獻(xiàn)，領(lǐng)會(huì)在電磁波的發(fā)現(xiàn)過程中所蘊(yùn)含的科學(xué)方法和科學(xué)精神。2、體驗(yàn)赫茲證明麥克斯韋預(yù)言的電磁波存在的實(shí)驗(yàn)過程及實(shí)驗(yàn)方法，領(lǐng)會(huì)物理理論和實(shí)驗(yàn)的相互配合對(duì)科學(xué)發(fā)展的巨大作用。3、了解電磁波本身是一種特殊物質(zhì)，電磁波能傳遞能量和信息。4、了解電磁波譜中各波段的主要特性及其在科技、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)信息化等方面的主要應(yīng)用。知道可見光是電磁波譜家族中的一個(gè)頻段。教學(xué)重難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)：電磁波的發(fā)現(xiàn)歷史概況，物理理論和實(shí)驗(yàn)的相互配合對(duì)科學(xué)發(fā)展的巨大作用；電磁波是一種特殊物質(zhì)，能傳播能量和信息；電磁波譜中各波段的主要特性以及在科技、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)信息化等方面的主要應(yīng)用。教學(xué)難點(diǎn)：麥克斯韋電磁場(chǎng)的基本概念和理論。教學(xué)過程教學(xué)環(huán)節(jié)教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)意圖新課導(dǎo)入【講述】古時(shí)用點(diǎn)燃煙火傳遞重要消息。白天施煙，夜間點(diǎn)火，臺(tái)臺(tái)相連——烽火臺(tái)。古時(shí)候人們信息交流很難，只有最緊急的事才會(huì)用到——八百里加急。為方便傳遞信息，古代神話小說里出現(xiàn)了"順風(fēng)耳和千里眼"。如今，電磁波為信息的傳遞插上了翅膀。廣播、電視、移動(dòng)通信等通信方式，使古代人“順風(fēng)耳、千里眼”的夢(mèng)想變成了現(xiàn)實(shí)。那么，電磁波是如何產(chǎn)生的呢？了解人類從古至今傳遞信息方式的變化。從信息傳遞方式的變遷入手，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)現(xiàn)代通訊中利用的電磁波產(chǎn)生探索的興趣，從而引出本節(jié)課的主題。環(huán)節(jié)一電磁場(chǎng)【講述】法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)的那年，一位科學(xué)巨星在英國愛丁堡誕生了，他就是——麥克斯韋。麥克斯韋是繼法拉第之后，依據(jù)庫侖、高斯、歐姆、安培、畢奧、薩伐爾、法拉第等前人的一系列發(fā)現(xiàn)和實(shí)驗(yàn)成果，建立了第一個(gè)完整的電磁理論體系，不僅科學(xué)地預(yù)言了電磁波的存在，而且揭示了光、電、磁現(xiàn)象的本質(zhì)的統(tǒng)一性，完成了物理學(xué)的又一次大綜合。【提問】什么是電磁感應(yīng)現(xiàn)象？【講述】麥克斯韋認(rèn)為變化的磁場(chǎng)在線圈中產(chǎn)生電場(chǎng)，正是這種電場(chǎng)(渦旋電場(chǎng))在線圈中驅(qū)使自由電子做定向的移動(dòng)，引起了感應(yīng)電流。【提問】如果用不導(dǎo)電的塑料線繞制線圈，線圈中還會(huì)有電流、電場(chǎng)嗎？【提問】線圈不存在時(shí)線圈所在處的空間還有電場(chǎng)嗎？→總結(jié)：麥克斯韋認(rèn)為線圈只不過用來顯示電場(chǎng)的存在，線圈不存在時(shí)，變化的磁場(chǎng)同樣在周圍空間產(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關(guān)。【提問】既然變化的磁場(chǎng)能夠在空間產(chǎn)生電場(chǎng)，那么，變化的電場(chǎng)能不能在空間產(chǎn)生磁場(chǎng)？→麥克斯韋提出假設(shè)：變化的電場(chǎng)也相當(dāng)于一種電流，也在空間產(chǎn)生磁場(chǎng)，即變化的電場(chǎng)在空間產(chǎn)生磁場(chǎng)。【講述】變化的電場(chǎng)和變化的磁場(chǎng)總是相互聯(lián)系的，它們形成一個(gè)不可分離的統(tǒng)一場(chǎng)，這就是電磁場(chǎng)。它既不是電場(chǎng)也不是磁場(chǎng)，更不是電場(chǎng)和磁場(chǎng)的疊加，而是電場(chǎng)和磁場(chǎng)相互依賴，形成不可分割的整體。了解麥克斯韋及其貢獻(xiàn)。復(fù)習(xí)并回答：在變化的磁場(chǎng)中放入一個(gè)閉合的導(dǎo)體回路，閉合導(dǎo)體回路中就產(chǎn)生感應(yīng)電流。理解麥克斯韋的理論。思考并回答：有電場(chǎng)，無電流。思考并回答：有。思考、領(lǐng)會(huì)麥克斯韋的假設(shè)。思考。思考、領(lǐng)會(huì)麥克斯韋的假設(shè)。思考、領(lǐng)會(huì)電磁場(chǎng)的產(chǎn)生方式。從物理學(xué)史入手，由對(duì)科學(xué)家的介紹轉(zhuǎn)到對(duì)其主要貢獻(xiàn)的學(xué)習(xí)?；仡櫳弦还?jié)學(xué)習(xí)的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，便于學(xué)生理解本節(jié)課的知識(shí)點(diǎn)。在電磁感應(yīng)知識(shí)的基礎(chǔ)上，了解麥克斯韋對(duì)感應(yīng)電流產(chǎn)生原理的解釋。根據(jù)電流產(chǎn)生的原因，進(jìn)一步分析變化的磁場(chǎng)（磁通量）產(chǎn)生的電場(chǎng)。承接上一步，進(jìn)一步研究變化的電場(chǎng)產(chǎn)生的磁場(chǎng)。在上述分析的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生理解電磁場(chǎng)產(chǎn)生的方式。環(huán)節(jié)二電磁波【講述】麥克斯韋預(yù)言：空間可能存在電磁波。它是變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)交替產(chǎn)生，由近及遠(yuǎn)地向周圍傳播?！局v述】1886年，赫茲通過實(shí)驗(yàn)捕提到了電磁波，證實(shí)了麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論，為無線電技術(shù)的發(fā)展開拓了道路?！局v述】赫茲的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：當(dāng)感應(yīng)圈兩個(gè)金屬球間有火花跳過時(shí)，立刻產(chǎn)生一個(gè)交變電磁場(chǎng)，形成電磁波在空間傳播，經(jīng)過導(dǎo)線環(huán)時(shí)激發(fā)出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，使得導(dǎo)線環(huán)中也產(chǎn)生了火花?！静シ乓曨l】赫茲的電火花實(shí)驗(yàn)?！⑷醯碾娀鸹ㄩW爍著麥克斯韋理論的光輝，赫茲向全世界宣告：電磁波發(fā)現(xiàn)了?！静シ乓曨l】捕捉電磁波實(shí)驗(yàn)?！局v述】電磁波中的電場(chǎng)和磁場(chǎng)互相垂直，電磁波在與二者均垂直的方向傳播，所以電磁波是橫波。E⊥B⊥V?！局v述】空氣、水，是聲波和水波傳播的介質(zhì)。電磁波可以在真空中傳播，不需要介質(zhì)?！静シ乓曨l】電磁波的傳播?！局v述】電磁波的傳播速度等于光速，光是以波動(dòng)形式傳播的一種電磁振動(dòng)，即光是一種電磁波。在上述分析的基礎(chǔ)上理解麥克斯韋的預(yù)言。了解相關(guān)物理學(xué)史。觀察并思考赫茲的電火花實(shí)驗(yàn)。觀看視頻，并思考。觀看視頻，并思考。思考、理解電磁波的特性。思考、理解電磁波與機(jī)械波的不同之處。觀看視頻，加深對(duì)電磁波傳播的理解。思考并領(lǐng)會(huì)光就是一種電磁波。仍舊從物理學(xué)史出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生了解電磁波的產(chǎn)生與傳播。介紹電磁波的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，帶領(lǐng)學(xué)生從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的角度了解電磁波的存在，即其物質(zhì)性。介紹電磁波的特點(diǎn)，為后續(xù)選修部分的學(xué)習(xí)打基礎(chǔ)。對(duì)比電磁波與機(jī)械波，幫助學(xué)生初步了解兩者的異同之處，為選修部分的學(xué)習(xí)打基礎(chǔ)。介紹光是一種電磁波，為選修部分光學(xué)相關(guān)知識(shí)的學(xué)習(xí)打基礎(chǔ)。環(huán)節(jié)三電磁波譜【講述】在一列水波中，凸起的最高處叫作波峰；凹下的最低處叫作波谷。鄰近的兩個(gè)波峰（或波谷）的距離叫作波長。在1s內(nèi)有多少次波峰（或波谷）通過，波的頻率就是多少。水波不停地向遠(yuǎn)方傳播，用來描述波傳播快慢的物理量叫作波速。→波速：v＝λ/T＝λf【講述】電磁波的特點(diǎn)：（1）電磁波可以在真空中傳播速度等于光速c＝3×108m/s；（2）電磁波的頻率由振源決定，同一電磁波在不同介質(zhì)中傳播，v和λ變化，v介＜c；（3）不同電磁波在同一介質(zhì)中傳播，速度不同，f越高，v越?。籪越低，v越大；（4）電磁波具有波的共性，能發(fā)生反射、折射、干涉、衍射、多普勒效應(yīng)和偏振現(xiàn)象?！局v述】電磁波的頻率范圍很廣。無線電波、紅外線、可見光、紫外線、倫琴射線、γ射線都是電磁波?？梢姽庵皇请姶挪ㄖ械囊恍〔糠帧０措姶挪ǖ牟ㄩL或頻率大小的順序把它們排列起來,就是電磁波譜?！贌o線電波：波長大于1mm，分為長波、中波、短波和微波，主要用于無線電通訊；②紅外線：波長比無線電波短，比可見光長，所有的物體都在不停地發(fā)射紅外線，主要用于遙感、加熱；③可見光：波長在700nm~400nm，分為紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫七種，可被視網(wǎng)膜感知；④紫外線：波長在400nm~5nm，有較高的能量?？捎糜跍缇荆瑹晒庑?yīng)等；⑤X射線：波長比紫外線更短，有比紫外線更高的能量，有較強(qiáng)的穿透作用，可用于透視、檢查金屬內(nèi)部缺陷；⑥γ射線：波長比X射線更短，頻率非常高。有很高的能量和很強(qiáng)的穿透作用，可用于檢查金屬內(nèi)部缺陷?！静シ乓曨l】電磁波譜?！局v述】赫茲通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在,這意味著,電磁場(chǎng)不僅僅是一種描述方式,而且是真正的物質(zhì)存在?！咎釂枴可钪谐Ｓ梦⒉t來加熱食物,食物增加的能量是微波給它的,由此可以得出什么結(jié)論？【講述】電磁波的特性：①電磁波具有能量。②電磁波是一種物質(zhì)。③光是一種電磁波，光具有能量。思考、理解波的相關(guān)概念。結(jié)合速度公式，理解波速公式。思考、理解電磁波的特點(diǎn)。觀察、了解電磁波譜的基本特點(diǎn)。了解無線電波的基本特點(diǎn)。了解紅外線的基本特點(diǎn)。了解可見光的基本特點(diǎn)。了解紫外線的基本特點(diǎn)。了解X射線的基本特點(diǎn)。了解γ射線的基本特點(diǎn)。觀看視頻。了解電磁波發(fā)現(xiàn)的意義。思考并回答：電磁波具有能量。了解電磁波的特性。簡單介紹關(guān)于波、波速的知識(shí)，為選修部分的學(xué)習(xí)打基礎(chǔ)。進(jìn)一步介紹電磁波的特點(diǎn)，為后續(xù)選修部分的學(xué)習(xí)打基礎(chǔ)。簡單介紹電磁波譜，為后續(xù)選修部分的學(xué)習(xí)打基礎(chǔ)。通過對(duì)實(shí)例的分析，明確電磁波的物質(zhì)性。環(huán)節(jié)四電磁波通信【講述】電磁波攜帶信息，既可以有線傳播，也可以無線傳播。如：電信網(wǎng)、廣播電視網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、衛(wèi)星寬帶通信網(wǎng)絡(luò)。了解電磁波在通信領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。介紹電磁波在通信領(lǐng)域的應(yīng)用。課堂總結(jié)一、電磁波的發(fā)現(xiàn)過程：①電生磁②磁生電③麥克斯韋的猜想與假設(shè)④麥克斯韋預(yù)言電磁波的存在，光是一種電磁波。赫茲驗(yàn)證電磁波的存在，測(cè)出電磁波波速等于光速。二、電磁波的特點(diǎn)：具有能量，物質(zhì)性三、電磁波譜：無線電波、紅外線、可見光（紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫）、紫外線、X射線、γ射線四、電磁波通信板書設(shè)計(jì)§13.4電磁波的發(fā)現(xiàn)及