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2019-2020年高中物理 第三章3.2《電磁場與電磁波》教案 粵教版選修3-4 一、導(dǎo)引 人類認識客觀世界，發(fā)現(xiàn)新的事物，常有二種方式，一種是從生產(chǎn)實踐，科學(xué)實驗中觀察分析后發(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。麥克斯韋從電磁場理論出發(fā)，運用了較為深奧的數(shù)學(xué)工具，得到了描述電磁場特性的規(guī)律，并預(yù)言了電磁波的存在。10年后，他的學(xué)生赫茲用實驗方法證實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)了無線電技術(shù)的新時代。 我們現(xiàn)在粗略地介紹了一下麥克斯韋的這個理論。 A B 準備知識： 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，問為什么會有A到 B的電流，重點確定電流形成的實質(zhì)是導(dǎo)體中有電場的結(jié)果，而 電場產(chǎn)生的電場力使電荷發(fā)生了定向移動。 B M 結(jié)論：電路中電流形成的實質(zhì)是電荷在電場力作用下發(fā)生的定向移動，而電場力的發(fā)生一定伴隨電場，電場的方向與導(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？ 穿過閉合回路M的B發(fā)生變化。 強調(diào)：在M環(huán)中產(chǎn)生感應(yīng)電流的實質(zhì)是環(huán)內(nèi)產(chǎn)生了電場，電場驅(qū) 使電子定向移動而產(chǎn)生了電流，電場的方向與電流方向相同。 那么將金屬環(huán)拿走，當磁場變化時的電場是否存在呢？————引入麥克斯韋的電磁場理論。 3、一個變化的磁場中放一個閉合線圈會產(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，認為若電路閉合就會有感應(yīng)電流；若電路不閉合，則會產(chǎn)生感應(yīng)電場；這個電場驅(qū)使導(dǎo)體中電子的運動，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，他認為在變化的磁場周圍產(chǎn)生電場，是一種普遍現(xiàn)象，跟閉合電路是否存在無關(guān)。 二、授課 1．麥克斯韋的理論要點一，變化的磁場產(chǎn)生電場 演示實驗 當穿過螺線管的磁場隨時間變化時，上面的線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，引起感應(yīng)電流使燈泡發(fā)光。 (1)線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢說明了什么？ 麥克斯韋認為變化的磁場在線圈中產(chǎn)生電場，正是這種電場(渦旋電場)在線圈中驅(qū)使自由電子做定向的移動，引起了感應(yīng)電流。 (2)如果用不導(dǎo)電的塑料線繞制線圈，線圈中還會有電流、電場嗎？ 引導(dǎo)學(xué)生思考后回答，有電場、無電流。 (3)想象線圈不存在時線圈所在處的空間還有電場嗎？(有) (4)總結(jié)說明，麥克斯韋認為線圈只不過用來顯示電場的存在，線圈不存在時，變化的磁場同樣在周圍空間產(chǎn)生電場，即這是一種普遍存在的現(xiàn)象，跟閉合電路是否存在無關(guān)。 2．變化的電場產(chǎn)生磁場 我們知道，電流周圍存在著磁場，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)過反復(fù)思考提出一個假設(shè)，變化的電場產(chǎn)生磁場。 這一點，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候，不僅導(dǎo)體中電流要產(chǎn)生磁場，而且在電容器兩極板間周期性變化著的電場周圍也要產(chǎn)生磁場。 3．電磁場、電磁波 (1)概念 麥克斯韋根據(jù)自己的理論進一步預(yù)言，如果在空間某域中有周期性變化的電場，那么，這個變化的電場就在它周圍空間產(chǎn)生周期性變化的磁場，這個變化的磁場又在它周圍空間產(chǎn)生新的周期性變化的電場……?？梢?，變化的電場和變化的磁場是相互聯(lián)系的，形成一個不可分離的統(tǒng)一體，這就是電磁場，這種變化的電場和變化的磁場總是交替產(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，電磁場由發(fā)生區(qū)域向遠處的傳播就是電磁波。 (2)電磁波的特點 ①是橫波 ②是物質(zhì)波，真空中也能傳播，能獨立存在(與機械波不同) 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。 無線電技術(shù)中使用的電磁波叫無線電波，見課本表格介紹。 三、擴展 麥克斯韋的電磁場理論三點 1．變化的磁場能夠在周圍空間產(chǎn)生電場，變化的電場能夠在周圍空間產(chǎn)生磁場。 2．均勻變化的磁場，產(chǎn)生穩(wěn)定的電場，均勻變化的電場，產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場。這里的“均勻變化”指在相等時間內(nèi)磁感應(yīng)強度(或電場強度)的變化量相等，或者說磁感應(yīng)強度(或電場強度)對時間變化率一定。 3．不均勻變化的磁場產(chǎn)生變化的電場，不均勻變化的電場產(chǎn)生變化的磁場 4．振蕩的(即周期性變化的)磁場產(chǎn)生同頻率的振蕩電場，振蕩的電場產(chǎn)生同頻率的振蕩磁場。 5．變化的電場和變化的磁場總是相互聯(lián)系著，形成一個不可分離的統(tǒng)一體，這就是電磁場，向周圍空間傳播這就是電磁波。 四、學(xué)生活動設(shè)計 通過觀察試驗，發(fā)揮想象能力，畫出變化磁場產(chǎn)生的電場的電場線。2．總結(jié)機械波與電磁波的聯(lián)系與區(qū)別 五、板書設(shè)計 電磁場和電磁波 麥克斯韋電磁場理論 1．變化的磁場產(chǎn)生電場 2．變化的電場產(chǎn)生磁場 3．電磁場→傳播→電磁波