第二章第四節(jié) 電磁場與電磁波

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1、
第四節(jié) 麥克斯韋電磁場理論 一：教學(xué)目標(biāo) （一）：知識(shí)與技能 （1） 初步了解麥克斯韋電磁場理論的基本思想；變化的磁場產(chǎn)生電場，變化的電場產(chǎn)生磁場。相互聯(lián)系著的變化的電場和磁場統(tǒng)稱為電磁場。 （2） 了解電磁波的產(chǎn)生和電磁波的特點(diǎn)。 （3） 了解電磁場的物質(zhì)性 （4） 了解麥克斯韋電磁場理論在物理學(xué)發(fā)展史上的意義。 （二）：過程與方法 （1） 通過對麥克斯韋電磁場理論基本思想形成過程的學(xué)習(xí)，體會(huì)在科學(xué)探究中如何充分利用已有的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)和理論，展開大膽的猜想與假設(shè)，進(jìn)行強(qiáng)有力的邏輯理論思維，建立新理論，語言新現(xiàn)象。 （2） 通過麥克斯韋電磁場理論的成功，感

2、受運(yùn)用數(shù)學(xué)工具進(jìn)行推理論證對物理學(xué)發(fā)展的意義。 （3） 通過“磁現(xiàn)象與電現(xiàn)象有哪些相似之處”的討論與交流，進(jìn)一步掌握類比法，初步形成“對稱”的思想方法。 （4） 通過電磁波具有能量，以及具有與其他物質(zhì)相互作用的屬性，體會(huì)電磁場的物質(zhì)性。 （三）：情感與態(tài)度價(jià)值觀 （1） 通過對麥克斯韋電磁場理論基本思想形成過程的學(xué)習(xí)，感受物理學(xué)的和諧之美，對稱之美，有序之美。 （2） 通過對電磁場理論建立過程的學(xué)習(xí)，體會(huì)物理學(xué)發(fā)展經(jīng)歷了“實(shí)踐――理論――實(shí)踐”的艱辛過程。 （四）：教學(xué)重點(diǎn)：電磁波的特點(diǎn)，麥克斯韋電磁場理論的基本思想 （五）：教學(xué)難點(diǎn)：電磁波的特點(diǎn) （六）：課時(shí)

3、安排：兩課時(shí) 二：教學(xué)過程 引入：介紹偉大的英國物理學(xué)家麥克斯韋（1831－1879）。 （一）：麥克斯韋電磁場理論的基本思想 1． 根據(jù)：前人的實(shí)驗(yàn)事實(shí)，在變化的磁場中放置一個(gè)閉合電路，電路中將會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，這是我們熟悉的電磁感應(yīng)現(xiàn)象。 2．麥克斯韋認(rèn)為：電路里產(chǎn)生感應(yīng)電流，是由于導(dǎo)體中的自由電荷受到電場力的驅(qū)使而做定向移動(dòng)，說明電路所在的空間存在電場，這個(gè)電場是由變化的磁場引起的。―――――變化的磁場周圍產(chǎn)生電場是一種普遍存在的現(xiàn)象。 3．學(xué)生討論與交流：變化的磁場產(chǎn)生的電場與我們熟悉的靜電場有何不同？ 學(xué)生：靜電場的電場線是由正電荷出發(fā)，終止于負(fù)

4、電荷，是不閉合的。而變化的磁場產(chǎn)生的電場沒有起點(diǎn)也沒有終點(diǎn)，是閉合的“旋渦電場” 4．提出：變化的電場能否也產(chǎn)生磁場？ 三個(gè)實(shí)驗(yàn)去驗(yàn)證： （1） 靜止電荷周圍的小磁針不偏轉(zhuǎn) （2） 運(yùn)動(dòng)電荷周圍的小磁針偏轉(zhuǎn) （3） 電容器充電時(shí)周圍的小磁針發(fā)生擺動(dòng) 麥克斯韋認(rèn)為：靜止電荷周圍是穩(wěn)定的電場，不產(chǎn)生磁場；而電荷運(yùn)動(dòng)時(shí)，周圍的小磁針擺動(dòng)說明小磁針?biāo)谔幃a(chǎn)生了另一個(gè)磁場，使小磁針擺動(dòng)，這個(gè)磁場是由電荷運(yùn)動(dòng)在周圍空間產(chǎn)生變化的電場而引起的。―――――變化的電場周圍產(chǎn)生磁場是一種普遍存在的現(xiàn)象。 5．學(xué)生討論與交流：磁現(xiàn)象與電現(xiàn)象有哪些相似之處？ 學(xué)生：自然界中有正負(fù)兩種電荷，同種

5、電荷互相排斥，異種電荷互相吸引。 自然界中也只有南北兩種磁極，同名磁極互相排斥，異名磁極互相吸引。奧斯特發(fā)現(xiàn)電能生磁，法拉第發(fā)現(xiàn)磁能生電，，麥克斯韋正是相信電場與磁場有對稱之美，才從“變化的磁場周圍產(chǎn)生電場”聯(lián)想到“變化的電場周圍產(chǎn)生磁場”，并提出了大膽的假設(shè)！ 6．麥克斯韋電磁場理論的基本思想： （1）均勻變化的磁場（或電場）產(chǎn)生穩(wěn)定的電場（或磁場）。 （2）非均勻變化的磁場（或電場）產(chǎn)生變化的電場（或磁場）。 （3）按三角函數(shù)規(guī)律變化的振蕩磁場（或電場）產(chǎn)生同頻率的三角函數(shù)規(guī)律變化的振蕩電場（或磁場） （4）變化的磁場產(chǎn)生電場，變化的電場產(chǎn)生磁場，變化的電場和磁

6、場總是相互聯(lián)系，形成一個(gè)不可分離的統(tǒng)一場，這就是電磁場 （二）：電磁波的產(chǎn)生及其特點(diǎn) 1． 電磁波的產(chǎn)生：如果在空間某區(qū)域有周期性變化的電場，這個(gè)變化的電場就會(huì)在周圍空間產(chǎn)生周期性變化的磁場；這個(gè)變化的磁場又會(huì)在較遠(yuǎn)的空間引起周期性的電場……這樣變化的電場和磁場就不局限于空間某區(qū)域。而是由近及遠(yuǎn)地向周圍空間傳播出去，電磁波這樣由近及遠(yuǎn)地傳播，就形成電磁波 2． 電磁波的特點(diǎn) （1） 電磁波中電場和磁場相互垂直，電磁波在與兩者均垂直的方向傳播。因此電磁波是橫波 （2） 兩個(gè)相鄰的波峰（或波谷）之間的距離等于電磁波的波長。電磁波在空間以一定的速度傳播，經(jīng)過一個(gè)周期的時(shí)間，傳播一個(gè)

7、波長的距離。即其波長λ，頻率?（周期Τ），波速υ之間遵循的關(guān)系：υ＝λ/Τ=λ? （3） 電磁波的頻率即為電磁振蕩的頻率，它由波源決定，與介質(zhì)無關(guān)。電磁波在真空中的傳播速度等于光在真空傳播速度，c＝3.0×108m/s （4） 電磁波與機(jī)械波一樣，也能產(chǎn)生反射，折射，干涉，衍射等現(xiàn)象，也是傳播能量的一種形式。 （5） 電磁波傳播不需要借助于任何介質(zhì)，在真空中也能傳播，因?yàn)殡姶挪ǖ膫鞑ナ且揽侩妶龊痛艌龅南嗷ゼぐl(fā)，而不是依靠物質(zhì)的機(jī)械傳遞。 3．學(xué)生討論與交流：從電磁波的特點(diǎn)出發(fā)，你認(rèn)為電磁場是客觀存在的嗎？ 學(xué)生：根據(jù)電磁波的特點(diǎn)中的第（5）點(diǎn)可知，電磁場本身就是一種特殊形態(tài)的物質(zhì)

8、，無需借助其他物質(zhì)來傳播 （三）：電磁場的物質(zhì)性 1. 幾種特殊電磁波的例子： （1） 微波爐是利用電磁波進(jìn)行加熱食物。說明電磁場具有能量。 （2） 俄國物理學(xué)家列別捷夫測量除光對被照射的物體有壓力。 2． 結(jié)論：電磁波具有運(yùn)動(dòng)能量，以及與其他物質(zhì)相互作用的屬性，都是物質(zhì)的性質(zhì)。電磁波具有物質(zhì)一般性質(zhì)的同時(shí)，也具有特殊的性質(zhì)。 （四）：麥克斯韋電磁場理論的意義 1． 電磁場理論的建立，經(jīng)歷了“實(shí)踐――理論――實(shí)踐”這一科學(xué)發(fā)展的過程是物理學(xué)發(fā)展史上的典型案例。 2． 麥克斯韋的電磁場理論，實(shí)現(xiàn)了從經(jīng)典物理學(xué)向現(xiàn)代物理學(xué)的重大轉(zhuǎn)折。 三：習(xí)題： 1.下

9、列有關(guān)電磁場的說法中，正確的是 A.變化的磁場一定產(chǎn)生變化的電場 B.變化的電場一定產(chǎn)生磁場 C.變化的磁場一定產(chǎn)生周期性變化的電場 D. 周期性變化的電場一定產(chǎn)生周期性變化的磁場 2．下面說法正確的是 A 恒定電流能夠在周圍空間產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場 B均勻變化的電場能夠在周圍空間產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場 C 靜止電荷能夠在周圍空間產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場 D 變化的電場和磁場互相激發(fā)，形成由近及遠(yuǎn)傳播的電磁場 3．關(guān)于電磁場的下列說法中正確的是 A 任何變化的電場都會(huì)在周圍空間產(chǎn)生變化的磁場 B任何變化的磁場都會(huì)在周圍空間產(chǎn)生變化的電場 C 只有非均勻變化的磁場才會(huì)在周圍空間產(chǎn)生變化

10、的電場 D只有非均勻變化的電場才會(huì)在周圍空間產(chǎn)生變化的磁場 4．空間某處存在一個(gè)變化的磁場，正確的是 A 在變化的磁場周圍一定能產(chǎn)生變化的電場 B 在磁場中放一個(gè)閉合線圈，線圈一定有感應(yīng)電流 C 在磁場中放一個(gè)閉合線圈，線圈不一定有感應(yīng)電流 D 變化的磁場周圍產(chǎn)生電場，跟閉合線圈的存在與否沒有關(guān)系 5．關(guān)于聲波和電磁波的比較，下列說法正確的是（ ） A． 聲波是由生源產(chǎn)生的機(jī)械振動(dòng)向遠(yuǎn)處的傳播，電磁波是由場源產(chǎn)生的電磁 場向遠(yuǎn)處的傳播 B． 聲波只是在介質(zhì)中傳播，電磁波可以在真空中傳播 C． 由空氣進(jìn)入水中傳播時(shí)，聲波的傳播速度變大，電磁波的傳播速度變小

11、 D． 由水中進(jìn)入空氣時(shí)，聲波的波長變長，電磁波的波長變短 6.在經(jīng)典物理學(xué)發(fā)展史中，出現(xiàn)過四個(gè)里程碑式的人物：伽利略，牛頓，法拉第和麥克斯韋。愛因斯坦認(rèn)為他們同樣偉大，你如何理解？查找相關(guān)的資料，寫一篇報(bào)告。 答案：1.BD 2.BD 3.CD 4.CD 5.ABC 6.略 四：小結(jié) 本章的主要內(nèi)容 1．麥克斯韋電磁場理論的基本思想： （1）均勻變化的磁場（或電場）產(chǎn)生穩(wěn)定的電場（或磁場）。 （2）非均勻變化的磁場（或電場）產(chǎn)生變化的電場（或磁場）。 （3）按三角函數(shù)規(guī)律變化的振蕩磁場（或電場）產(chǎn)生同頻率的三角函數(shù)規(guī)律變化的振蕩電場（或磁場） （4

12、）變化的磁場產(chǎn)生電場，變化的電場產(chǎn)生磁場，變化的電場和磁場總是相互聯(lián)系，形成一個(gè)不可分離的統(tǒng)一場，這就是電磁場 2．電磁波的5個(gè)特點(diǎn) 3． 麥克斯韋電磁場理論的意義 五：教學(xué)反思 本節(jié)教材編寫淺顯易懂，邏輯性強(qiáng)，適合于學(xué)生自主學(xué)習(xí)，在教學(xué)中本人充分利用簡捷的邏輯推演，充分展示麥克斯韋思考的精髓，為學(xué)生仿照麥克斯韋的思考來分析其他試驗(yàn)事實(shí)做好示范。在教學(xué)當(dāng)中，多嘗試采用以學(xué)生為主體的教學(xué)模式，確保學(xué)生在輕松，有趣的氣氛中學(xué)習(xí)。 通過對麥克斯韋等偉大物理學(xué)家的故事，他們的思想，他們頑強(qiáng)的意志來鼓勵(lì)學(xué)生，鞭策學(xué)生，樹立一個(gè)榜樣和偶像。這些科學(xué)家與那些歌星比起來，讓他們自己去發(fā)現(xiàn)什么樣的人才是值得做我們的偶像