2019-2020年高中物理 第三章3.2《電磁場(chǎng)與電磁波》教案 粵教版選修3-4.doc

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2019-2020年高中物理 第三章3.2《電磁場(chǎng)與電磁波》教案 粵教版選修3-4 一、導(dǎo)引 人類認(rèn)識(shí)客觀世界，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，從而開創(chuàng)了無(wú)線電技術(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。 A B 準(zhǔn)備知識(shí)： 1、分析閉合電路中電流的形成： 分析電路中AB中電流的方向是A→B，問為什么會(huì)有A到 B的電流，重點(diǎn)確定電流形成的實(shí)質(zhì)是導(dǎo)體中有電場(chǎng)的結(jié)果，而 電場(chǎng)產(chǎn)生的電場(chǎng)力使電荷發(fā)生了定向移動(dòng)。 B M 結(jié)論：電路中電流形成的實(shí)質(zhì)是電荷在電場(chǎng)力作用下發(fā)生的定向移動(dòng)，而電場(chǎng)力的發(fā)生一定伴隨電場(chǎng)，電場(chǎng)的方向與導(dǎo)體中電流的方向相同。 2、感應(yīng)電流的產(chǎn)生： 要使M中產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件是什么？ 穿過(guò)閉合回路M的B發(fā)生變化。 強(qiáng)調(diào)：在M環(huán)中產(chǎn)生感應(yīng)電流的實(shí)質(zhì)是環(huán)內(nèi)產(chǎn)生了電場(chǎng)，電場(chǎng)驅(qū) 使電子定向移動(dòng)而產(chǎn)生了電流，電場(chǎng)的方向與電流方向相同。 那么將金屬環(huán)拿走，當(dāng)磁場(chǎng)變化時(shí)的電場(chǎng)是否存在呢？————引入麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論。 3、一個(gè)變化的磁場(chǎng)中放一個(gè)閉合線圈會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，這是一種電磁感應(yīng)現(xiàn)象。麥克斯韋研究了這種現(xiàn)象，認(rèn)為若電路閉合就會(huì)有感應(yīng)電流；若電路不閉合，則會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電場(chǎng)；這個(gè)電場(chǎng)驅(qū)使導(dǎo)體中電子的運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生了感應(yīng)電流。 麥克斯韋把這種情況的分析推廣到不存在閉合電路的情形，他認(rèn)為在變化的磁場(chǎng)周圍產(chǎn)生電場(chǎng)，是一種普遍現(xiàn)象，跟閉合電路是否存在無(wú)關(guān)。 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) 當(dāng)穿過(guò)螺線管的磁場(chǎng)隨時(shí)間變化時(shí)，上面的線圈中產(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。 (2)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？ 引導(dǎo)學(xué)生思考后回答，有電場(chǎng)、無(wú)電流。 (3)想象線圈不存在時(shí)線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)為線圈只不過(guò)用來(lái)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(wú)關(guān)。 2．變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng) 我們知道，電流周圍存在著磁場(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)周圍也要產(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)就在它周圍空間產(chǎn)生周期性變化的磁場(chǎng)，這個(gè)變化的磁場(chǎng)又在它周圍空間產(chǎn)生新的周期性變化的電場(chǎng)……。可見，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)域向周圍空間傳播。見課本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) ①是橫波 ②是物質(zhì)波，真空中也能傳播，能獨(dú)立存在(與機(jī)械波不同) ③具有反射、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)線電技術(shù)中使用的電磁波叫無(wú)線電波，見課本表格介紹。 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)能夠在周圍空間產(chǎn)生電場(chǎng)，變化的電場(chǎng)能夠在周圍空間產(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)，向周圍空間傳播這就是電磁波。 四、學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì) 通過(guò)觀察試驗(yàn)，發(fā)揮想象能力，畫出變化磁場(chǎng)產(chǎn)生的電場(chǎng)的電場(chǎng)線。2．總結(jié)機(jī)械波與電磁波的聯(lián)系與區(qū)別 五、板書設(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