2. 电磁场和电磁波主要内容及教案内容

电磁波（教学设计）

【教学设计思想】

本节课的内容是该章第一单元的开篇.这一单元教材在安排上是按照物理学史的发展脉络展开的,讲述了麦克斯韦发现电磁波的背景和过程,这是一次生动的科学思维和科学方法的教育.麦克斯韦凭借自己的数学天赋,从研究法拉第的电磁感应定律到预言“电磁波的存在”,最终建立了完整的电磁学理论.无处不体现着科学探索的精神和方法,更在无形中渗透着创新思维在科学发展中的推动作用。

这节内容在本章教学中起到开门砖的作用.对学生来说本节内容是比较抽象的,陌生的,甚至是无法感知的.对电磁波的产生机制及存在充满好奇又觉得非常神秘不易理解.所以我们必须去引导学生了解人们对电磁波认知的发展历程,从麦克斯韦预言“电磁波的存在”到赫兹用“电火花实验”证实预言的成立.在学生整体感知的过程中引导学生体会这些科学巨人们的思路、方法及他们一丝不苟的科学精神，并激发他们热爱科学、探索真理的求知热情。

本节内容包括“麦克斯韦电磁场理论”的内容、电磁波及电磁场的概念等内容。

【教学目标】

〖知识与技能〗

1.了解电磁波发现的历史背景，知道麦克斯韦对电磁学的伟大贡献。

2.知道麦克斯韦电磁场理论的两大支柱：变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场。

3.知道变化的电场和磁场形成一个互相联系的统一场，即电磁场。

〖过程与方法〗

1.通过了解电磁场理论建立的历史过程，使学生感认识规律的普遍性和特殊性。

2．通过学习使学生体会科学家研究物理问题的思想方法，例如联想、推理、类比、对称等。

〖情感态度与价值观〗

1．通过学习电磁场理论建立的简史，培养学生崇尚科学并愿为科学献身的精神。

2. 变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场，从中渗透事物之间是相互联系的，可以转化的。

【教学重点】

变化的磁场产生电场。

【教学难点】

变化的电场产生磁场。

【教学方法】

体现新课程的理念，让学生在参与中自主与合作学习，并体验简单的科学探究过程和方法。

【教学仪器】、

矩形线圈、通电螺线管、滑动变阻器、电键、小灯泡及220V交流电源。

【教学设计流程图】

学生（主体）

创设情境

引入新课

教师（主导）

播放有关

“卫星”视频

演示实验介绍麦克斯韦生平

了解简史

开始探索

补充说明

提出问题

交流合作，类比分析

麦克斯韦

电磁场论

演示实验

引导启发

明确概念，理解要点

电磁场

电磁波

师生互动

概括总结

【教学过程】

小实验创设情景,导入新课

(在讲台上放置一台处于无波段的收音机,请一名带手机的同学上前来拨号) (师):同学们听到了什么?如何解释着现象出现的原因呢? (生):收音机发出的“喀喀喀”声是因为接收到了电话发出的信号。

(师):电话发出的信号是什么啊？

(生):是电磁波！

增设疑问，铺陈后文

(师):很好！那么这种场景你在哪里还经历过呢？

(生):看电视时，上网时……

(师):看来我们生活的世界中随处可见电磁波的身影啊！

(播放有关人造卫星的视频) (师):同学们在视频中看到了什么？它有什么作用呢？

(生):人造卫星。它就像我们人类在于宇宙中的第三只眼睛，可以帮助我们捕捉和获取我们看不见的各种宇宙信息。

(师):同学们的比喻真的太恰当了，那么居于大气层外的人造卫星是通过什么将讯息传递给人类的呢? (生):电磁波。

(师):很好！看来电磁波对于我们来说是十分重要的。那么如此重要的电磁波在历史上又是如何被发现和使用的呢？这节课我们就将追寻历史的足迹，共同揭秘“电磁波的发现”之谜。

(板书：§14.1 电磁波的发现) ●

探索发现历程，进行新课

(请一名同学介绍麦克斯韦的生平和发现电磁波的历史过程，激发学生探索新鲜事物的热情和学习的兴趣。教师鼓励评价并补充说明) (一)麦克斯韦电磁场理论

1.变化的磁场产生电场

(演示法拉第电磁感应实验，观察到：与矩形线圈相连的小灯泡发光了。) (师):灯泡为什么会发光呢？

(生):因为矩形线圈切割磁感线产生的感应电流流过了灯泡。

(师):Good！我们知道电流的形成因为电荷的定向移动，那么电荷为什么会发生定向移动呢？

(生):由于受到了电场力的作用。

(师):那么这个电场是谁激发的呢？它是如何形成的呢？

(学生小组讨论，相互交流补充) (生):是由变化的磁场生产的。

(师):很好！大家都猜想是变化的磁场产生了电场，那么大家试想一下：如果矩形线圈由不导电的塑料绕制而成的，那么会有电流吗？会有电场吗？

(生):无电流但有电场。

(师):那么请大家再想：如果没有这个矩形线圈，电场还存在吗？

(生):存在！

(师):Very Good！看来这个线圈只是用来显示电场的存在，即便它不存在，变化的磁场同样会在其周围空间及发电场。我们的想法和当年的麦克斯韦的想法便不谋而合了！因此他提出了“变化的磁场激发电场”. (板书：变化的磁场激发电场) (师):这一观点也揭示了电磁感应现象的实质。

2.变化的电场产生磁场

(师):那么麦克斯韦的第二个预言“变化的电场产生磁场”又是如何让提出的呢？其实这是他假设的。此时一定有同学心生疑问：假设不就相当于它信口开河的想当然嘛？事实并不如此，他的假设是有一定依据的。他坚信物理世界是一个充溢着和谐美与对称美的世界，尤其相信电与磁之间是完美对称的。现在请同学们结合你们所掌握的知识想一想电与磁之间有哪些对称之处呢？

(生1):电荷有正负两种，磁极有南北两极。

(生2):电场可以用电场线、电场强度来描述，而磁场可以用磁感线和磁场强度描述。

(生3):电场对带电体有力的作用，磁场对运动的物体也有力的作用，即二者都有力的属性。

(师):很好！看来大家都是生活中的有心人啊！其实奥斯特发现电生磁后，法拉第经过十年努力提出了磁生电的观点也是从对称的角度入手研究的。现在请大家思考：我们前面学过静止的电荷能在空间激发静电场，就是稳定分布的电场。那么假想电荷是运动的呢？

(生):产生变化的电场。

(师):既然电荷运动了，它就可能形成电流，根据奥斯特的观点：电流周围会有磁场，那么又没有可能电流周围的磁场是由于变化的电场形成的呢?于是麦克斯韦大胆的假设：变化的电场就是电流。因此他提出了：变化的电场产生磁场。

(板书：变化的电场产生磁场) (师):假设他的猜想是正确的，变化的电场产生磁场。请大家想象：假设在局部空间中存在着变化的电场，那么会发生什么呢？

(利用PPT演示：变化的电场和磁场的交替变化) (师):综合我们的分析，同学们能得出那些结论呢？

(小组讨论)：

均匀变化的磁场（电场）激发稳恒的电场（磁场）；

周期性变化的磁场（电场）激发同频率周期性变化的电场（磁场）。

(二)电磁场

(师):总的看来，我们不难发现：变化的电场和磁场的交替激发，紧密相连形成了一个不可分割的整体，这就是麦克斯韦定义的电磁场。

(教师言语后，板书：电磁场——变化的电场和磁场交替激发，所形成的一个不可分割的统一体。) (三)电磁波

(师):请大家想象一下：如果在这个区域中存在着周期性变化的电场，那么接下来会发生什么呢？

(生):它会激发出同频率变化的周期性磁场，磁场再激发同周期变化的电场……

(师):很好！那么大家感觉这种变化形式像什么呢？

(生):像水波! (师):所以呀，我们便把电磁场这种由近及远的传播叫做电磁波。

(板书：电磁波：电磁场从发生区域向远处的传播。) 【课堂小结】

至此，我们探索“电磁波的发现”之旅也画上了圆满的句号。相信同学们一路上一定收获颇多吧！这节课我们认识到了麦克斯韦建立的电磁场理论具有伟大的历史意义，是物理学发展史中的一座划时代的里程碑。它揭示了电、光、磁本质上的统一。可叹的是麦克斯韦有生之年没能观察到电磁波的存在，更无缘体验电磁波的广泛应用。而是20年后的德国物理学家赫兹证实了这一伟大的预言，把天才的猜想变成了世人公认的真理。那么他是如何做到的呢？就让我们期待下节课的学习。

【板书设计】

§14.1 电磁波的发现

电磁场理论的建立

麦克斯韦电磁场理论

①

变化的磁场激发磁场，变化的电场激发磁场；

②

均匀变化的磁场（电场）激发稳恒的电场（磁场）；

③

周期性变化的磁场（电场）激发同频率周期性变化的电场（磁场）。

电磁场：变化的电场和磁场交替激发，所形成的一个不可分割的统一体。

电磁波：电磁场从发生区域向远处的传播。