人教版选修3-4第14章《电磁波》教学设计与教学建议

1、人教版选修3-4第14章电磁波教学设计与教学建议一、教材分析（一）从新旧教材体系的对比看本章内容的地位与作用：本章主要讲述的是电磁波、电磁振荡、电磁场的概念以及电磁波的发射、传播、接收和应用等知识，是前面所学电磁学、机械振动和机械波等知识的继续本章内容的地位与作用我们可以从新旧教材知识体系的对比中进行分析：教材章节关键词分析必修加选修二（人教版）第十四章 电场第十五章 恒定电流第十六章 磁场第十七章 电磁感应第十八章 交变电流第十九章 电磁场和电磁波电磁本章知识是电磁知识中的一个重要有机组成部分，学生在学习了电磁场、交流电等知识的基础上，进一步学习与生活密切相关的电磁波知识选修3-4（人教版）

2、第十一章 机械振动第十二章 机械波第十三章 光第十四章 电磁波第十五章 相对论简介波从运动形式上看，机械波也好，光波也好（当然，光波属于电磁波），电磁波也好，都具有波动的共性新教材以“波”为线索组织教学内容从比较中可以看到，新旧教材在编排前后章节内容上各有特点，旧教材是按照电磁知识进行归类学习，而新教材的编排是以“波”为线索的从机械振动到电磁振荡、从机械波到电磁波、从实物到场，从电磁与光现象的深入研究到进入高速运动领域的探索（相对论），这样的安排不完全是从学习内容所属的“力”、“热”、“光”、“电”的知识体系出发，而是从人类探索的规律出发，个人认为这样的安排更加符合学生的认知规律，也有助于学生

3、对“波”这种重要的运动形式的理解（二）本章各节内容安排 本章的主要内容是：1 电磁波的发现；2 电磁振荡；3 电磁波的发射和接收；4 电磁波与信息化社会；5 电磁波谱比较而言，新旧教材（必修加选修二）主要不同之处有两点：一是新教材电磁波的发现一节内容中关于麦克斯韦理论部分与原教材基本相同，但增加了关于麦克斯韦与法拉弟研究过程的内容；二是原教材中在“光的电磁说”中的关于电磁波谱知识移到了本章，因此没有分析到各种电磁波的产生机理（三）本章教学内容标准1、初步了解麦克斯韦电磁场理论的基本思想以及在物理学发展史上的意义2、了解电磁波的产生通过电磁波体会电磁场的物质性3、了解电磁波的发射、传播和接收4、

4、通过实例认识电磁波谱，知道光是电磁波5、了解电磁波的应用和在科技、经济、社会发展中的作用从理论上说，电磁学的核心内容就是电磁场的概念和麦克斯韦的电磁场方程，但这些内容比较抽象，在中学阶段学生还不能完全理解，只能要求学生对电磁场的理论有一个初步的定性的了解教材突出了电磁场理论中最核心的内容：变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场变化的电场和磁场交替产生传播出去形成电磁波，并介绍了电磁波在生活中的应用LC回路产生电磁振荡的过程是学生理解电磁波的基础，也是本章内容的一个重点（四）本章新教材的几点设计理念：仔细分析新教材，笔者认为应在教学设计中体会新教材的以下主要理念：1、重视物理学史、强调研究过程教

5、材注重挖掘有教育意义的人类研究过程展示给学生，如“电磁波的发现”一节介绍了法拉弟、麦克斯韦关于电磁波理论的对话、赫兹等科学家如何通过实验进行探索与验证再如教材91页的科学足迹“无线电通信”一文简述了人类应用无线电波的历史这些物理学史资料让学生懂得科学家是如何提出问题的，相应的概念与规律是如何产生、提练的，这对教会学生如何学习是很有益处的2、从生活到物理、从物理到社会新教材在内容编排、语句运用等各方面都体现出“从生活走向物理、从物理走向社会”新课程理念如在全章引入中提及“人类自古以来解决远距离通信”的问题生动的指了电磁波在生活中的重要性，激发了学生强烈的学习兴趣再如，“电磁波与信息化社会”等章节

6、，都充分介绍了电磁波知识在生活中的应用、对社会发展的影响3、强调情感熏陶、提高人文素养 新课程强调三维目标的落实，因而在新课程教学中，对学生进行情感熏陶、提高学生的人文素养，也是我们理科教师的一个责任新教材注意到了这一点，它提供给学生的不仅仅是一个物理知识的网络，同时也是让学生体会科学、文化、艺术的和谐之美的好素材如教材100页“眼睛把太阳在最强辐射区的辐射作为自己的接收对象，这样就能看到更多的东西你是否又一次感受到了自然万物的绝妙与和谐？这是巧合呢，还是生物进化的结果？”这样的材料势必引起学生对自然界的思考4、引领思维方法、提高科学素养 提高学生的科学素养是新课程的基本理念之一教材中很多地方

7、都注重对学生思维能力的培养如机械波与电磁波比较，再如教材83页的一段话“变化的电场产生磁场，这个假设没在直接的实验做基础，它出于对自然规律的洞察力，是很大胆的，但却更具有创造性”强调了合理的假设在科学研究中的作用（五）单元课时分配建议第一单元：第1节 电磁波的发现1课时第二单元：第2节 电磁振荡1课时第3节 电磁波的发射与接收1课时第三单元：第4节 电磁波与信息化社会用1课时第5节 电磁波谱1课时二、各节教学设计建议第1节 电磁波的发现教学要求：1、初步了解麦克斯韦电磁场理论的基本思想以及在物理学发展史上的意义2、了解电磁波的产生3、通过赫兹电火花实验，感受电磁波的存在体会电磁场的物质性4、了

8、解电磁波的周期、频率、波长和波速以及它们之间的关系，知道电磁波在真空中的传播速度等于光速5、通过相关知识的学习，体会物理学的研究方法，认识物理实验、物理模型和数学工具在物理学发展过程中的作用。通过了麦克斯韦的预言，体会猜想与假设的重要性。教学建议:1、带领学生一起回顾电磁波的发现过程:（1）介绍“科学神童”麦克斯韦的机遇与贡献机遇：19世纪中叶电磁现象研究的成果：库仑定律，电荷激发电场，电流激发磁场，电磁感应这时需要一个普遍的电磁理论来统一解释各种电磁现象的时机已到来：科学需要巨人“巨人”需要解决的问题： 把各局部独立的知识综合起来，并给予一定的数学表述 变化的电场能产生磁场吗？ （2）法拉第

9、和其他前辈建立了若干关于电磁现象的实验定律麦克斯韦为这些规律做出了高度概括的数学表示麦克斯韦发现电磁规律并不完整，做出了一些假设，最重要的是：变化的电场能够激发磁场得到了完整自恰的电磁理论预言电磁波的存在赫兹的实验证实了电磁波的存在电磁波的应用，无数事实证明麦克斯韦理论的正确性麦克斯韦的理论与经典时空观相矛盾，导致狭义相对论的产生2、麦克斯韦关于电磁场的两个基本理论，即变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场是如何得出的，是本节内容的重点与难点（1）关于“变化的磁场产生电场”，教师可根据前面学生已有的电磁感应的知识进行分析,回顾感生电动势的产生，提出以下问题： 电路中有了电流，说明变化的磁场区域

10、产生了什么？ 如果用不导电的塑料线绕制线圈,线圈中还有电场吗? 线圈不存在时,线圈所处的空间还有电场吗? 若改成恒定的直流电,线圈中还有电场吗?结论：麦克斯韦把这种情况的分析推广到不存在闭合电路的情形，他认为在变化的磁场周围产生电场，是一种普遍现象，跟闭合电路是否存在无关（2）关于“变化的电场产生磁场”，“变化的电场产生磁场”是麦克斯韦通过创造性假设得到规律的成功之举正如奥斯特发现“电能生磁”引发法拉弟思考并得到“磁能生电”一样，麦克斯韦抓住了电现象和磁现象的一些已知的相关性，通过联想和合理的假设建立了麦克斯韦的电磁场理论基本内容之二：变化的电场产生磁场这一结论在课堂中不易用实验简单的证明（鲁

11、科版教参P43介绍了一种方法，笔者实验不太成功），教学中要强调合理的假设与类比在科学研究中的重要作用，同时也让学生体会到物理的和谐之美 笔者认为也可以通过电容器的充放电来阐述变化的电场周围存在磁场具体的方法是：电流周围存在磁场；如图，电容器充电或放电，电路中有电流，而在电容器极板上的电量为增加或减小，电场会增强或减弱，说明电场增强或减弱可以等效在这个空间存在着等效电流(位移电流)；一切电流周围均存在电场；所以说变化的电场周围也存在电场3、教材中没有提及均匀变化的磁场（电场）产生恒定的电场（磁场），非均匀变化的磁场（电场）产生变化的电场（磁场），振荡的磁场（电场）产生同频率的振荡电场（磁场），这

12、一点笔者认为应该加以说明，而且可以通过变压器来说明它们的周期相同的事实4、电磁波的产生过程时可以通过视频给学生构建一个立体的图景5、电磁波图景的分析： 在讲解电磁波的特点时要注意与机械波进行对比并讲清以下几点： 电磁波传播的速度是光速光是电磁波的一种 电磁波在空间传播时，在任一位置上（或任一时刻）E、B、v三矢量相互垂直电磁波是横波 E达到最大时，B也达到最大这一点只需告诉学生关于这里的“也”是同时还是同位置的问题我认为可以不讲6、关于赫兹实验： 介绍赫兹实验的研究背景与赫兹实验的贡献 做好课堂演示实验第2节 电磁振荡教学要求：1、初步了解LC电路的振荡过程2、初步了解LC电路的振荡周期和频率

13、与电感L和电容C的关系（不要求定量分析电容器极板上的电量、电路中的振荡电流随时间的变化规律不要求用周期、频率公式进行计算）3、电磁振荡过程的分析中具有一定的质疑能力，信息收集能力和处理能力，分析、解决问题和交流、合作能力。教学建议：1、本节内容是全章的重点和难点本节的重点是LC回路中产生电磁振荡的过程及各有关物理量（电流、电量、电场能、磁场能）的变化规律难点是电磁振荡的抽象性与有关物理量变化的关系其中学生还会产生一些疑点，如电容器两极间电压若减小时，为什么电流还会增大？2、整节课应始终注意加强类比，总结电磁振荡与机械振动的区别与联系，帮助学生理解3、电磁振荡不如机械振动直观，讲解时可先复习电容

14、器充电、放电和电感的作用，结合图片逐一分析5个图示的振荡过程，切实弄清电流、电容器极板上的电荷量，是如何变化的，弄清电磁振荡是如何产生的4、要使学生建立起较完整的电磁振荡概念电磁振荡是指电荷、电场、电流、磁场都随时间做周期性变化的现象为了使学生分清振荡电流与交变电流的区别，要指出振荡电流是一种频率很高的交变电流，一般用LC回路产生5、LC振荡电路中电磁振荡过程，可以从两个角度去认识： 从电路角度：放电过程，相当于电容器为电源，电感线圈为用电器充电过程，相当于电感线圈为电源，而电容器相当于用电器，从电路角度认识电磁振荡，便于确定电容器是充电还是放电，哪一极带正电。 从能量角度：放电过程，就是电场

15、能转化为磁场能的过程，充电过程，就是磁场能转化为电场能的过程振荡过程的讲解中，要突出电容器中的电场能与电压的关系，电感中的磁场能与电流的关系，即电压越高，表示电容器中的电场能越大；电流越大，表示电感中的磁场能越大6、做好本节课的演示实验帮助学生加强理解，方法如下： 应用电磁振荡演示教具进行演示。 用传感器和计算机观察振荡电流（教材P87） 用示波器演示回路中产生阻尼振荡的波形。第3节 电磁波的发射和接收教学要求：1、了解无线电波的发射和调制2、了解无线电波的接收过程中的调谐和解调教学建议：1、电磁波的发射主要需要解决两个问题：一是如何才能有效的发射电磁波（要传得足够远），这需要利用开放电路与高

16、频电磁波；二是如何才能有效的传递人们所需要的信息，这就需要调制2、电磁波的接收主要需要解决两个问题：一是获得无线电波信号；二是从获得的信号中选取需要的无线电波信号，即所需要的信息3、让学生清楚以下几个概念：信号、载波、调制、调幅、调频、调谐、解调人们需要传送的信息是电信号（声音、图像等），但这些信号往往频率很低，不易直接发射出去高频电磁波容易发射，我们可以借助高频电磁波把电信号发射出去，高频信号“承载”着低频信号发射出去，所以叫载波把低频电信号加到载波上的过程叫调制调制的方法有两种：使高频电磁波的振幅随着信号的强弱而变，叫调幅使高频电磁波的频率随着信号的强弱而变，叫调频使接收电路产生电谐振的过

17、程叫调谐，调谐的目的在于选择相应的无线电波信号这一过程相当于机械振动中的共振把声音或图像信号从高频电流中还原出来，叫解调，这一过程是调制的逆过程4、可以用图表来表示上述各个相关过程及其联系第4节 电磁波与信息化社会教学要求：1、通过实例，了解电磁波的应用2、了解电磁污染，增强防护电磁污染的意识3、了解电磁波对科技、经济和社会发展的重要作用4、通过调查了解移动通信的原理以及当地移动通信的发展情况，体会物理学对经济、社会发展的贡献。教学建议：1、本节以现代信息技术为主线，对电视、雷达、移动电话、因特网等做了简要的介绍对一些专业词汇，比如“数字信号”等也作了比较详细的解释虽然可能有些原理学生还不能完

18、全理解，但掌握一些基本的知识，学生会很感兴趣而且也是完全可以接受的2、回顾人类传递信息方式的演变，了解一个多世纪以来通信技术发展的三个阶段（以1838年发明电报为标志的通信初级阶段；以1948年香农提出信息论开始的近代通信阶段；以20世纪80年代出现的光纤通信系统为代表和以综合业务数字网迅速崛起为标志的现代通信阶段）3、电视、雷达、移动电话、英特网都是学生比较熟悉的，可以让学生分小组准备一些材料，学生也可以选取其它电磁波在生活中传递信息应用的例子在课堂中进行交流，教师进行适当的补充这里重点应该强调学生的自主性，教师可以布置学生了解无线电波在生活、生产、科学技术、军事等方面的应用，并进行一次交流与讨论第5节 电磁波谱 教学要求：1、知道光是电磁波2、通过实例认识电磁波谱，知道电磁波谱中按频率（或波长）大小的排列顺序3、了解无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线和射线的主要作用4、参加一些科学实践活动或查阅相关资料，尝试经过思考发表自己的见解，尝试运用物理原理和研究方法解决一些与生产和生活相关的实际问题。教学建议：1、本节主要内容是阐述电磁波谱的组成，这部分知识主要是介绍性