高中物理人教版 (2019)必修 第三册4 电磁波的发现及应用教案及反思

这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第三册4 电磁波的发现及应用教案及反思，共11页。教案主要包含了教学目标，核心素养，电磁波谱，电磁波的能量，电磁波通信等内容，欢迎下载使用。


课题
电磁波的发现及应用
单元
13
学科
物理
年级
高二
教材
分析
本节课所采用的教材是人教版高中物理必修3第13章第4节的内容,本节从理论上讲是电磁学的核心内容。这些内容非常抽象。在教学要求上只需有一个初步的定性的了解，突出理论的核心内容。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。本节阐述了电磁波的组成，分波段解释了无线电波、红外线，可见光、紫外线、X射线、丫射线的特点与应用，并指出电磁波具有能量．
课程标准对这些内容的要求都属于“了解”的层次没有繁难的推理和计算．因此，教学方式以引导学生阅读和讨为主。
教学目标与核心素养
一、教学目标
1.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。
2..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。
3.知道各波段电磁波的特性及其应用
4. 通过对各个波段电磁波的了解，认识到科学技术对社会发展的巨大推动作用。
二、核心素养
物理观念：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，可以转化的物理观念。
科学思维：通过学习使学生体会科学家研究物理问题的思想方法。
科学探究：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。
科学态度与责任：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。
重点
1.电磁场理论探究两个核心内容的过程及其内容的含义。
2．电磁波的形成
难点
电磁场理论核心内容的理解以及各波段电磁波的特性及其应用
教学过程
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
导入新课
电磁波与我们的生活息息相关。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。为什么电磁波能得到这样的广泛的应用？它与机械波有何不同？我们在这节课里就学习电磁波的发现历史，进而研究它的主要特征。
了解电磁波与我们的生活息息相关

引起学生学习的兴趣，为引出本节课题做铺垫
讲授新课
一、电磁场
１、麦克斯韦电磁场理论
英国物理学家麦克斯韦系统地总结了人类直至19 世纪中叶对电磁规律的研究成果，以及他本人的创造性工作，最终建立了经典电磁场理论。
出示图片：麦克斯韦
（1）变化的磁场产生电场
出示动画：变化的磁场产生电场
在变化的磁场中放入一个闭合电路，电路里会产生感应电流。这是法拉第发现的电磁感应现象。
麦克斯韦想到：既然产生了感应电流，一定是有了电场，他认为线圈只不过用来显示电场的存在，线圈不存在时，变化的磁场同样在周围空间产生电场；即这个现象的实质是变化的磁场产生了电场。
①均匀变化的磁场产生稳定的电场。
注意：这里的“均匀变化”指在相等时间内磁感应强度的变化量相等。
②非均匀变化的磁场产生变化的电场。
③周期性变化的磁场激发同频率周期性变化的电场。
周期性变化的磁场 周期性变化的电场
（2）变化的电场产生磁场。
既然变化的磁场能够产生电场，那么，变化的电场能产生磁场吗？
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。
均匀变化的电场产生稳定的磁场。
均匀变化的电场 稳定的磁场
②非均匀变化的电场产生变化的磁场。
③周期性变化的电场激发同频率周期性变化的磁场。
周期性变化的电场 周期性变化的磁场
2.电磁场
麦克斯韦根据自己的理论进一步预言，如果在空间某域中有周期性变化的电场，那么，这个变化的电场就在它周围空间产生周期性变化的磁场，这个变化的磁场又在它周围空间产生新的周期性变化的电场……。可见，变化的电场和变化的磁场是相互联系的，形成一个不可分离的统一体，这就是电磁场。
二、电磁波
1.电磁波
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。
电磁波的产生与传播示意图
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。这种变化的电磁场在空间以一定的速度传播的过程叫做电磁波。
2.电磁波特点
（1）电磁波可以在真空中传播。
电磁波与机械波不同，水波和声波等机械波的传播需要介质，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”，而电场和磁场本身就是一种形式的物质。但是电磁波也可以在固体，气体，液体等介质中传播。
（2）电磁波也会发生反射、折射、干涉、衍射、 多普勒效应和偏振现象。
（3）光的电磁理论：电磁波的速度等于光速，光是以波动形式传播的一种电磁振动。
c=3×10 8m/s
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。
1886年，赫兹通过实验捕捉到了电磁波。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。
出示图片：赫兹设计的发射器
他制作了电磁波探测器──谐振环，他把一根粗铜丝弯成环状，环的两端各连一个金属小球，赫兹把谐振环放在放电的莱顿瓶附近，反复调整谐振环的位置和小球的间距，终于在两个小球间闪出电火花。谐振环就好像收音机一样，它是电磁波的接收器。
做一做 捕捉电磁波
出示图片：演示电磁波发射与接收的装置
实验器材：高压发生器 G、发射天线、绝缘架、接收天线、电流表。
实验步骤：1.在高压发生器 G 上安装两根长约 1 m、带有放电电极的铜管 A、B，两极的间隙约 0.5 cm，铜管构成发射天线。
2.在绝缘架上固定同样的两根铜管 C、D 作为接收天线，两管成一直线，中间连接一个电流表。
3.闭合高压发生器 G 的电源，在两个电极间产生放电火花。
4.让接收天线与发射天线平行，改变两个天线的距离，观察电流表示数的变化。
演示电磁波发射与接收的装置视频
现象：两个天线的距离大，电流表示数的越小。
三、电磁波谱
1．波长、频率和波速
（1）波长：相邻的两个波峰(或波谷)之间的距离作波长。符号：λ 单位：m
在一列水波中，凸起的最高处叫作波峰； 凹下的最低处叫作波谷。
（2）频率：在1 s内有多少次波峰或波谷通过，波的频率就是多少。用f表示。
单位：赫兹（Hz） 千赫（kHz） 1KHZ=1000HZ
兆赫（MHz）1MHZ=1000KHZ
（3）波速、波长、频率三者之间的关系是：波速＝波长 × 频率
如果用λ表示电磁波的波长，f表示它的频率：c＝λ f 电磁波在真空中的速度：c＝3×108 m/s
2.电磁波谱
（1）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。
电磁波谱及其应用
（2）电磁波的频率范围很广。无线电波、红外线、可见光、紫外线、 X射线、 γ射线，都是电磁波。它们的波长越来越短，频率越来越高。
①无线电波：长波、中波、短波可以用于广播及其他信号的传输，微波可以用于卫星通信、电视等的信号传输。
②红外线可以用来加热理疗，所有物体都会发射红外线；物体的红外辐射跟温度有关。
应用：红外体温计、红外夜视议、红外摄影、红外遥感技术等。
③可见光
可见光让我们看见这个世界，也可以用于通信。作用：引起人眼视觉。
④紫外线
紫外线可以消毒，紫外线看不见。消毒灯、验钞机灯除发出紫外线外，还发出少量紫光和蓝光。
⑤x射线和γ射线
x射线用于人体检查如CT扫描；x射线用于金属缺陷探测、安全检查等；γ射线可以治疗某些癌症，也可用于金属缺陷探测等。
四、电磁波的能量
法拉第用“力线”形象地描述了电磁场，麦克斯韦用数学语言表述了电磁场。赫兹通过实验证实了电磁波的存在，这意味着，电磁场不仅仅是一种描述方式，而且是真正的物质存在。
1．电磁波的能量
电磁波是一种物质存在的形式。食物中的水分子在微波的作用下热运动加剧，内能增加，温度升高。食物增加的能量是微波给它的。可见，电磁波具有能量。
例如，光是一种电磁波——传播着的电磁场，光具有能量。
思考讨论：播音员的声音为什么能从电台到达我们的收音机？
因为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。
我们有各种各样的仪器，能够探测到各种电磁波。所有这些都表明电磁波具有能量，电磁波是一种物质。
五、电磁波通信
1.通信网络
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。
出示图片：移动通信基站
人们可以通过接入互联网的手机看电影、聊天、购物、查阅资料、视频通话。这些信息都是通过电磁波来传递的。
2.电磁波携带的信息，既可以有线传播，也可以无线传播。
构建卫星宽带通信网络，可以使人们无论身处万米高空的飞机，还是茫茫大海的轮船，甚至没有人烟的荒漠、深山、海岛，都能高速浏览网页，与家人视频通话等。
课堂练习
1.关于电磁波，下列说法中正确的是（ ）
A．变化的电场一定在周围空间产生变化的磁场
B．麦克斯韦首先预言了电磁波的存在，法拉第最先用实验证实了电磁波的存在
C．电磁波和机械波都依赖于介质才能传播
D．各种频率的电磁波在真空中的传播速率都相同
答案:D
2.下列说法中正确的是（ ）
A．变化的磁场不能产生电场
B．变化的电场不能产生磁场
C．麦克斯韦证实了电磁波的存在
D．电磁波能在真空中传播
答案:D
3.在电磁波谱中，红外线、可见光和X射线三个波段的频率大小关系是（ ）
A．红外线的频率最大，可见光的频率最小
B．X射线频率最大，红外线的频率最小
C．可见光的频率最大，红外线的频率最小
D．X射线频率最大，可见光的频率最小
答案:B
4.下列说法中正确的是（ ）
A．磁场不能产生电场
B．电磁波的能量可能是连续的
C．法拉第发现了电流的磁效应
D．麦克斯韦预言了电磁波的存在
答案:D
5.用实验证实了电磁波的存在，为无线电技术的发展开拓了道路，被誉为无线电通信的先驱的德国物理学家是（ ）
A．安培 B．麦克斯韦
C．韦伯 D．赫兹
答案:D
拓展提高
1.关于电磁波传播速度的表达式v=λf，下列结论中正确的是（ ）
A．电磁波的传播速度与传播介质有关
B．频率越高，传播速度就越大
C．发射能量越大，传播速度就越大
D．波长越长，传播速度就越大
答案:A
2.按波长由小到大的顺序，电磁波谱的排列情况况是（ ）
A．红外线、无线电波、紫外线、可见光、γ射线、X射线
B．无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线
C．γ射线，x射线、紫外线、可见光、红外线、无线电波
D．无线电波、紫外线、可见光、红外线、X射线、γ射线
答案:C
3.关于电磁波谱，下列说法正确的是（ ）
A．红外线的波长比无线电波的短
B．微波炉中使用的微波是黄光
C．人们在烤火时感受到温暖，是因为皮肤正在吸收紫外线
D．电磁波不仅具有能量，而且可以携带信息。
答案:AD
学生记忆麦克斯韦电磁场理论
学生了解电磁场
根据电磁波的产生与传播示意图理解电磁波的概念
阅读实验步骤并动手实验
阅读课文说出波长、频率和波速的概念以及三者之间的关系
观察图片，说出电磁波谱以及不同频率电磁波的应用
举例说明电磁波具有能量
阅读课文电磁波通信
学生练习
这些内容非常抽象在中学阶段还没有很好的办法让学生|透彻理解，通过记忆让学生有个大致了解
知道变化的电场和变化的磁场是相互联系的，形成一个不可分离的统一体，这就是电磁场。
掌握变化的电磁场在空间以一定的速度传播的过程叫做电磁波
锻炼学生的动手操作能力
锻炼学生的自主学习能力
锻炼学生的自主学习能力和语言表达能力，掌握电磁波谱及其应用
锻炼学生的理解能力，理解电磁波具有能量，电磁波是一种物质。
了解电磁波与我们的生活息息相关
巩固本节的知识
课堂小结
1.麦克斯韦电磁场理论：变化的磁场激发磁场，变化的电场激发磁场。
2.变化的电场和变化的磁场是相互联系的，形成一个不可分离的统一体，这就是电磁场。
3.电磁场从发生区域向远处的传播叫电磁波。
4. c＝λf c＝3×108 m/s。
5.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。
6.电磁波具有能量，电磁波是一种物质。
梳理自己本节所学知识进行交流
根据学生表述，查漏补缺，并有针对性地进行讲解补充。
板书
一、电磁场
1.麦克斯韦电磁场理论：变化的磁场激发磁场，变化的电场激发磁场。
2.变化的电场和变化的磁场是相互联系的，形成一个不可分离的统一体，这就是电磁场。
二、电磁波
1.电磁场从发生区域向远处的传播叫电磁波。
2.电磁波特点
电磁波可以在真空中传播;电磁波也会发生反射、折射、干涉、衍射、 多普勒效应和偏振现象;
电磁波的速度等于光速。
三、电磁波谱
1．波长、频率和波速
c＝λf c＝3×108 m/s。
2.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。
四、电磁波的能量
电磁波具有能量，电磁波是一种物质。
五、电磁波通信