高中物理《电磁场和电磁波》教学设计

黄飞

高中物理《电磁场和电磁波》教学设计

  一、导引

  人类认识客观世界,发现新的事物,常有二种方式,一种是从生产实践,科学实验中观察分析后发现新的事物,另一种是从科学理论出发,预言新的事物存在,电磁波的发现,属于后一种。麦克斯韦从电磁场理论出发,运用了较为深奥的数学工具,得到了描述电磁场特性的规律,并预言了电磁波的存在。10年后,他的学生赫兹用实验方法证实了麦克斯韦的伟大预言,发射并接收了电磁波,从而开创了无线电技术的新时代。

  我们现在粗略地介绍了一下麦克斯韦的这个理论。

  二、授课

  1.麦克斯韦的理论要点一,变化的磁场产生电场

  演示实验

  装置如图所示,当穿过螺线管的磁场随时间变化时,上面的线圈中产生感应电动势,引起感应电流使灯泡发光。

  (1)线圈中产生感应电动势说明了什么?

  麦克斯韦认为变化的磁场在线圈中产生电场,正是这种电场(涡旋电场)在线圈中驱使自由电子做定向的移动,引起了感应电流。

  (2)如果用不导电的塑料线绕制线圈,线圈中还会有电流、电场吗?

  引导学生思考后回答,有电场、无电流。

  (3)想象线圈不存在时线圈所在处的'空间还有电场吗?(有)

  (4)总结说明,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,变化的磁场同样在周围空间产生电场,即这是一种普遍存在的现象,跟闭合电路是否存在无关。

  2.变化的电场产生磁场

  我们知道,电流周围存在着磁场,麦克斯韦研究了电现象和磁现象的相似和联系。经过反复思考提出一个假设,变化的电场产生磁场。

  这一点,我们从哲学上知道,事物之间是相互联系的,可以相互转化。

  比如根据麦克斯韦的理论,在给电容器充电的时候,不仅导体中电流要产生磁场,而且在电容器两极板间周期性变化着的电场周围也要产生磁场。

  3.电磁场、电磁波

  (1)概念

  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,这种变化的电场和变化的磁场总是交替产生,并且由发生的区域向周围空间传播。见课本6-7图,电磁场由发生区域向远处的传播就是电磁波。

  (2)电磁波的特点

  ①是横波

  ②是物质波,真空中也能传播,能独立存在(与机械波不同)

  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为真空中速度,电磁波在真空中速度等于光速。

  无线电技术中使用的电磁波叫无线电波,见课本表格介绍。

  三、扩展

  麦克斯韦的电磁场理论三点

  1.变化的磁场能够在周围空间产生电场,变化的电场能够在周围空间产生磁场。

  2.均匀变化的磁场,产生稳定的电场,均匀变化的电场,产生稳定的磁场。这里的“均匀变化”指在相等时间内磁感应强度(或电场强度)的变化量相等,或者说磁感应强度(或电场强度)对时间变化率一定。

  3.不均匀变化的磁场产生变化的电场,不均匀变化的电场产生变化的磁场

  4.振荡的(即周期性变化的)磁场产生同频率的振荡电场,振荡的电场产生同频率的振荡磁场。

  5.变化的电场和变化的磁场总是相互联系着,形成一个不可分离的统一体,这就是电磁场,向周围空间传播这就是电磁波。

  四、学生活动设计

  通过观察试验,发挥想象能力,画出变化磁场产生的电场的电场线。2.总结机械波与电磁波的联系与区别

  五、板书设计

  电磁场和电磁波

  麦克斯韦电磁场理论

  1.变化的磁场产生电场

  2.变化的电场产生磁场

  3.电磁场→传播→电磁波