2024-2025学年新教材高中物理第十二章电能能量守恒定律4电磁波的发现及应用教案新人教版必修3

PAGE6-电磁波的发觉及应用【教学目标】1．了解电磁波的产生与传播。2．知道光是一种电磁波，以及电磁波在真空中的传播速度。3．知道波长与频率、波速的关系。4．相识电磁波谱。5．了解电磁波在科技、经济、社会发展中的作用。【教学重难点】电磁波的产生与传播，理解磁场与电场之间的关联。【教学过程】一、新课导入老师：古人都渴望顺风耳千里眼，而现今故事已经成为现实，人与人之间的沟通也是越来越便捷。（展示图片）大家看到的画面是“神舟六号”放射场面。“神舟六号”上天后，人们是怎样知道它到达预定的地点呢？学生回答：无线电波。老师：无线电广播、电视、人造卫星、导弹、宇宙飞船等，传递信息和跟地面的联系都要利用电磁波。现代社会的各个部门，几乎都离不开“电磁波”，可以说“电”作为现代文明的标记，“电磁波”就是现代文明的神经中枢，或者叫现代化的代名词。那么，电磁波是什么？它是怎样产生的？它有什么性质？怎样利用它传递信号？今日我们就来相识一下电磁波。二、新课教学（一）麦克斯韦电磁场理论老师首先向学生介绍麦克斯韦的生平简介，激发学生的新奇心和求知欲。麦克斯韦（JamesClarkMaxwell，1831~1879）是英国的理论物理学家、数学家。1831年6月13日生于英国爱丁堡。他的父亲是一个科学家，他从小就受到科学的熏陶，15岁时向英国皇家学会递交数学论文，发表在《爱丁堡皇家学会学报》上，第一次显露出他出众的才华。1847年，考入爱丁堡高校学习数学和物理学。1850年转入剑桥高校，1854年毕业后留校工作。1871年，麦克斯韦任剑桥物理试验室主任，1874年，他主持建立的卡文迪许试验室竣工，任该试验室首任主任。1879年11月5日，麦克斯韦在剑桥逝世。麦克斯韦在电磁场理论方面的工作深受法拉第的影响。他信服法拉第的思想，决心为法拉第的场的概念供应数学方法的基础。尤其是他在伦敦皇家学院任教期间，有机会探望了法拉第以后，更加强了他的这种信念。年轻的麦克斯韦以他卓越的数学才能和严密的逻辑推理，对法拉第的直观形象的电磁场理论加以高度概括，并总结了当时电磁学的探讨成果，建立了电磁场方程，确立了电磁场理论。老师：我们现在粗略地介绍一下麦克斯韦的电磁场理论。1．改变的磁场产生电场演示试验装置如图所示，当穿过螺线管的磁场随时间改变时，上面的线圈中产生感应电动势，引起感应电流使灯泡发光。提问：小灯泡为什么能发光？学生回答：由于交变电流产生的磁场在不断改变，所以穿过线圈的磁通量不断改变，在线圈中产生感应电动势，形成感应电流，小灯泡发光。提问：电路（线圈）中的电荷为什么能够定向移动呢？学生回答：受电场力。老师总结：上述试验表明，改变的磁场在线圈里形成电场。提问：若线圈断开，线圈中有电流、电场吗？学生回答：有电场，无电流。提问：若线圈被拿走，它原来所处的空间有电场吗？学生对此问题可能难以回答，但这时提出改变的磁场能在其空间产生电场已是水到渠成的时候。老师：由上面的电磁感应现象，我们可以很自然的提出一个假设：改变的磁场产生电场。麦克斯韦认为线圈只不过用来显示电场的存在，线圈不存在时，改变的磁场同样在四周空间产生电场，这是一个普遍规律，跟闭合电路是否存在无关（如图甲、乙所示）。2．改变的电场产生磁场老师：麦克斯韦依据电现象与磁现象的相像性和改变的磁场能产生电场的现象，提出了另一个大胆的假设：改变的电场也能产生磁场。演示课件中的动画加深对麦克斯韦的电磁场理论的理解。老师：总结上述两个结论，麦克斯韦认为，改变的电场和磁场是相互联系的，形成一个统一的电磁场。麦克斯韦依据自己的理论进一步预言，假如在空间某区域中有周期性改变的电场，那么，这个改变的电场就在它四周空间产生周期性改变的磁场，这个改变的磁场又在它四周空间产生新的周期性改变的电场……可见，改变的电场和改变的磁场是相互联系的，形成一个不行分别的统一体，这就是电磁场。电场和磁场只是这个统一的电磁场的两种详细表现。这种改变的电场和改变的磁场总是交替产生，并且由发生的区域向四周空间传播。于是一个宏大的预言诞生了――空间可能存在电磁波。（二）电磁波老师：讲解电磁波的产生电磁波的传播靠的是电场和磁场的相互“激发”，所以不须要介质，可以在真空中传播。1．电磁波形成示意图：老师：机械波有横波和纵波之分，且能够传递能量；能发生反射、折射、干涉和衍射；靠介质传播，波速v=λf。2．类比机械波的特点，我们可以得出电磁波的特点：（1）电磁波中的电场和磁场相互垂直，并且都与波的传播方向垂直，即电磁波是横波。光是一种电磁波。在前面学习的光的偏振现象已经证明白这一点。如图所示。（2）电磁波可以在真空中传播，向四周空间传播电磁能，在传播过程中，电磁波能发生反射、折射、干涉和衍射。（3）三个特征量的关系：v=λf。在真空中v=3.0×108m/s。老师与学生一起比较电磁波与机械波。3．电磁波与机械波比较（1）传播条件：机械波传播须要介质，而电磁波不须要介质。（2）传播规律：都遵循“V=λf=λ/T”这个关系式；且电磁波也能发生反射、折射、衍射、干涉等现象。（3）传播本质：机械波传播的是机械能，电磁波传播的是电磁能。（三）电磁波谱老师：我们知道机械波有许多种，频率各有不同。电磁波的频率分为也特别广。无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线都是电磁波。依据电磁波的波长或者频率大小的依次把它们排列起来，就是电磁波谱。老师展示电磁波谱图老师：由于电磁波具有不同的波长（频率），因此具有不同的特性，利用这些特性，电磁波在生产生活中有着广泛的应用。①无线电波中的中长短波：广播及其他信号传输；②无线电中的微波：卫星通信、电视等；③红外线：加热理疗；④可见光：看清世界相识世界；⑤紫外线：消毒；⑥X射线：诊断病情；⑦γ射线：摧毁病变细胞。（四）电磁波的能量老师：我们看不见电磁波，但是电磁波无处不在，生活中经常用微波炉来加热食物，说明电磁波具有能量，而且我们可以用仪器探测到电磁波的存在，说明电磁波是一种真实存在的物质。（五）电磁波通信老师：刚才讲到无线电波能够用于通信。那么电磁波是怎么完成通信的呢？1．无线电广播（1）调制器把音频信号加载到高频电磁波上。（2）调谐器选出特定频率的信号。（3）扬声器把音频信号转换成声音。2．电视（1）摄影机把图像变成电信号。（2）放射机把电信号加载到频率很高的电磁波上。（3）放射天线将高频信号放射到空中。（4）电视机的接收天线把高频信号接收下来。（5）电视机把图像信号取出并放大。（6）显像管将图像信号还原为图像。3．移动电话移动电话既是无线电放射台又是无线电接收台，既可以放射电磁波，又可以接收电磁波。三、新堂练习1．下列关于电磁波的说法中正确的是()A．只要电场和磁场发生改变，就能产生电磁波B．电磁波传播须要介质C．停止放射电磁波，放射出去的电磁波仍能独立存在D．电磁波具有能量，电磁波的传播是伴随着能量向外传递的2．电磁场理论预言了什么()A．预言了改变的磁场能够在四周空间产生电场B．预言了改变的电场能够在四周空间产生磁场C．预言了电磁波的存在，电磁波在真空中的传播速度为光速D．预言了电能够产生磁，磁能够产生电3．对于声波和电磁波的比较，下面说法中正确的是()A．它们都能发生反射现象B．声音是由物体振动产生的，电磁波是由改变的电磁场产生的C．光是一种电磁波，B超利用的是声波D.它们都能在真空中传播4．下列关于电磁波的说法中正确的是（）A．电磁波传播时须要介质B．电磁波是沿某一特定方向在空间传播的C．宇航员在月球上面对面交谈时是靠移动无线电话来实现的D．水波、声波是自然现象，而电磁波是人工制造出的现象5．关于电磁波的产生缘由，以下说法中