《電磁波的發(fā)現(xiàn)及應(yīng)用》教案教學(xué)目標(biāo)教學(xué)目標(biāo)：了解電磁波，知道電磁場的物質(zhì)性。了解電磁波在生產(chǎn)生活中的廣泛應(yīng)用及其對現(xiàn)代社會的影響，體驗科學(xué)知識在生產(chǎn)和科技中的應(yīng)用，體會科學(xué)·技術(shù)·社會·環(huán)境關(guān)系。電磁場，電磁波，電磁波的能量，電磁波通信教學(xué)重點：電磁波譜教學(xué)難點：麥克斯韋電磁場理論的兩個假設(shè)。教學(xué)過程時間教學(xué)環(huán)節(jié)主要師生活動環(huán)節(jié)一電磁波的發(fā)現(xiàn)環(huán)節(jié)二電磁波環(huán)節(jié)三電磁波譜環(huán)節(jié)四電磁波的能量環(huán)節(jié)五電磁波通信環(huán)節(jié)六課堂小結(jié)環(huán)節(jié)一：電磁波的發(fā)現(xiàn)過程【引入課題】中國天問一號火星探測器在7月23日的發(fā)射升空，邁出了我國探索行星和深空的第一步，6天后天問一號在飛離地球約120萬公里的時候，回望地球，對地球和月球進(jìn)行了合影“拍照”，并傳回地球那么，天問一號是怎樣把圖片傳回地球的呢？很顯然是電磁波【知識復(fù)習(xí)】初中的時候我們就學(xué)習(xí)過電磁波，電磁波為信息的傳遞插上了翅膀。廣播、電視、移動通信等通信方式，使古代人“順風(fēng)耳、千里眼”的夢想變成了現(xiàn)實。那么，電磁波是怎樣發(fā)現(xiàn)的呢？讓我們回顧一下科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)電磁波的歷程吧！【老師】介紹電磁波的發(fā)現(xiàn)過程奧斯特首先發(fā)現(xiàn)了電流的周圍有磁場，安培進(jìn)一步做了很多有關(guān)電和磁的的研究工作，法拉第發(fā)現(xiàn)了電生磁的方法，并首先提出了力線和場的概念，英國物理學(xué)家麥克斯韋系統(tǒng)地總結(jié)庫侖、安培、奧斯特、法拉第等人的對電磁規(guī)律的研究成果，再加上他本人的創(chuàng)造性工作，最終建立了經(jīng)典電磁場理論。下面我們定性地介紹一下麥克斯韋關(guān)于電磁場的一些觀點。在變化的磁場中放入一個閉合電路，電路中磁通量發(fā)生了變化，電路里產(chǎn)生了感應(yīng)電流。這是法拉第發(fā)現(xiàn)的電磁感應(yīng)現(xiàn)象。那么，為什么閉合電路中磁通量發(fā)生了變化，就會產(chǎn)生電流呢?麥克斯韋是這樣思考的：線圈中產(chǎn)生了感應(yīng)電流，一定是因為導(dǎo)線內(nèi)自由移動的電荷受到了電場力的作用，也就是說閉合的電路中產(chǎn)生了電場.而這個電場的產(chǎn)生一定是因為線圈內(nèi)的磁場發(fā)生了變化的緣故；他進(jìn)一步猜想：即使在變化的磁場中沒有閉合電路，同樣會在空間產(chǎn)生電場。閉合電路只是可以檢測到電場的存在而已。因此，麥克斯韋認(rèn)為：在變化的磁場中產(chǎn)生感應(yīng)電流的實質(zhì)是變化的磁場產(chǎn)生了電場。既然變化的磁場能夠產(chǎn)生電場，那么，變化的電場能產(chǎn)生磁場嗎？麥克斯韋確信自然規(guī)律的統(tǒng)一性與和諧性，他相信電場與磁場的對稱之美。就像奧斯特發(fā)現(xiàn)了“電生磁”現(xiàn)象之后，法拉第又發(fā)現(xiàn)了“磁生電”現(xiàn)象一樣，他大膽地假設(shè)：變化的電場就像導(dǎo)線中的電流一樣，會在空間產(chǎn)生磁場，即變化的電場產(chǎn)生磁場。按照麥克斯韋的猜測，變化的電場和磁場總是相互聯(lián)系的，形成一個不可分割的統(tǒng)一的電磁場到此麥克斯韋并沒有停步，而是繼續(xù)展開思考環(huán)節(jié)二：電磁波如果在空間某區(qū)域中有周期性變化的電場，那么它就在空間引起周期性變化的磁場；這個變化的磁場又引起新的變化的電場。于是，變化的電場和變化的磁場交替產(chǎn)生，形成一個緊密聯(lián)系的電磁統(tǒng)一體，由近及遠(yuǎn)地向周圍傳播，麥克斯韋把這種電磁統(tǒng)一體稱為電磁波，于是一個偉大的預(yù)言產(chǎn)生了——空間可能存在電磁波。我們熟悉聲波和水波,聲波和水波的傳播都需要介質(zhì)。而電磁波的傳播則不需要介質(zhì)。放在真空罩里手機(jī)依然能夠接收到信號；天問一號能從遙遠(yuǎn)的太空在把照片傳回地球。這些都說明電磁波的可以在真空中傳播。那么電磁波是依靠什么傳播的呢？我們在學(xué)習(xí)電場和磁場時候就知道，電場和磁場本身就是一種物質(zhì)，因此電磁波的傳播依靠的是電場和磁場這種場物質(zhì)自身相互“激發(fā)”而傳播的。那么，電磁波以多大的速度傳播呢？麥克斯韋推算出一個出人意料的答案：電磁波的傳播速度等于光速！同學(xué)們，聽到這里你能想到什么呢？根據(jù)這個推算，麥克斯韋預(yù)言了光是一種電磁波。麥克斯韋不僅預(yù)言了電磁波的存在，而且揭示了電、磁、光現(xiàn)象在本質(zhì)上的統(tǒng)一性，建立了完整的電磁場理論。麥克斯韋電磁理論的意義足以跟牛頓力學(xué)體系相媲美，它是物理學(xué)發(fā)展中一個劃時代的里程碑。遺憾的是，麥克斯韋英年早逝，沒有看到科學(xué)實驗對電磁場理論的證實。把天才的預(yù)言變成世人公認(rèn)的真理的人，是德國科學(xué)家赫茲。1886年，赫茲通過實驗捕捉到了電磁波，證實了麥克斯韋的電磁場理論。他還通過測量證明，電磁波的傳播速度與光速相同。證實了光是一種電磁波。赫茲在人類歷史上首先捕捉到了電磁波。赫茲的實驗為無線電技術(shù)的發(fā)展開拓了道路，后人為了紀(jì)念他，把頻率的單位定義為赫茲?！緦W(xué)生閱讀】接下來我們也來做一個捕捉電磁波的實驗吧。做實驗之前請同學(xué)們暫停一下，先閱讀必修三p120頁的“做一做——捕捉電磁波”。【演示實驗】捕捉電磁波教材上的電流表我們用氖泡代替，當(dāng)氖泡附近有較強(qiáng)的電磁波時，氖泡會發(fā)出紅光，請同學(xué)們仔細(xì)觀察實驗。這個實驗中電火花其實是變化的電流，它會在周圍空間產(chǎn)生電磁波，電磁波以光速向周圍空間傳播，接收天線接收到了較強(qiáng)的電磁波，氖泡發(fā)光。我們捕捉到了電磁波。其實變化的電流無處不在，電磁波也無處不在。當(dāng)法拉第提出“力線”和“場”的概念時，它們還僅僅被看作是一種描述電磁力的方法，但是當(dāng)麥克斯韋提出電磁場理論并被赫茲的實驗證實以后，電磁場就像光一樣真實了。環(huán)節(jié)三電：磁波譜那么我們?nèi)绾蚊枋鲭姶挪?？描述波的物理量有波長、頻率和波速，初中的時候我們學(xué)習(xí)過：在一列水波中，凸起的最高處叫作波峰；凹下的最低處叫作波谷。相鄰的兩個波峰（或波谷）的距離叫作波長。在1s內(nèi)有多少次波峰（或波谷）通過，波的頻率就是多少。水波不停的向遠(yuǎn)方傳播，描述波傳播快慢的物理量叫作波速。【提出問題】學(xué)生收看視頻同時思考那么波速、波長、頻率之間有什么樣的關(guān)系呢？這是一列向右傳播的波，我們在波傳播的路徑上取一點，當(dāng)某個波峰經(jīng)過時，我們作為計時零點，接下來通過該點的波峰依此記為1、2、……等，接下來我們來看動畫，邊看邊思考波速、波長、頻率之間的關(guān)系?！纠蠋煛糠治鋈?秒內(nèi)有兩個波峰通過該點，則波的頻率為兩赫茲，波每秒鐘向前傳播的距離就等于兩個波長的距離，若1秒內(nèi)有三個波峰通過該點，則波的頻率為3赫茲，波每秒鐘向前傳播的距離就等于三個波長的距離，而波每秒鐘向前傳播的距離就是波速，所以波速等于波長乘以頻率所以波速等于波長乘以頻率，這個關(guān)系對電磁波同樣適用。電磁波的波速用c來表示，波長是λ，頻率用f表示，則它們?nèi)咧g的關(guān)系就可以表示為c=λf，真空中的光速c=3×108m/s，一切頻率的電磁波都遵守同樣的傳播規(guī)律。由公式可以看到真空中的電磁波波長越大，頻率越小。電磁波的頻率范圍很廣。我們按電磁波的波長或頻率大小的順序把它們排列起來，就是電磁波譜，如圖，從左到右，波長從大到小，頻率從小到大！依次為無線電波，紅外線、可見光、紫外線、x射線，伽馬射線，可見光只是電磁波中的一小部分。不同的電磁波由于具有不同的頻率，因此具有不同的特性。接下來我們看一段視頻，了解一下不同電磁波的特點和應(yīng)用【學(xué)生】收看視頻后總結(jié)各種電磁波的特點和應(yīng)用，完成課堂任務(wù)。環(huán)節(jié)四：電磁波的能量通過前面的學(xué)習(xí)我們知道電磁波無處不在，生活中常常用微波爐、紅外烤箱加熱或烤制食物；電磁波可以使氖炮發(fā)光；陽光使我們變得溫暖。這些都說明了電磁波具有能量。雖然除了可見光之外的電磁波我們都看不到，但是它們是真實存在的物質(zhì)。電磁波是場物質(zhì)。場物質(zhì)是實物粒子之外的另外一種存在形式。我們可以用儀器探測它們的存在。射電望遠(yuǎn)鏡，就是利用接收來自遙遠(yuǎn)天體的電磁波，來探測和研究宇宙的，我國天眼FAST是目前世界最大的、單口徑、球面射電望遠(yuǎn)鏡?！緦W(xué)生】請同學(xué)們課下閱讀老師提供的“中國天眼”資料，對中國天眼fast有進(jìn)一步的了解。環(huán)節(jié)五：電磁波的能量【學(xué)生】閱讀p122“電磁波通信”，了解電磁波在通信領(lǐng)域的應(yīng)用。同時思考下面的問題：5G是什么？5G技術(shù)對社會發(fā)展有著什么樣的重要意義？【教師】5G是什么呢？就是第5代通信技術(shù)。如果說4G改變生活的話，那么5G將改變社會。這種通信技術(shù)未來跟人工智能、大數(shù)據(jù)緊密結(jié)合，會開啟一個萬物互聯(lián)的全新時代。我們可以為一頭牛、一頭羊裝上通信裝置，可以為一臺設(shè)備、一座鐵塔裝上通信裝置，可以為一座橋梁、一個隧道裝上通信裝置，甚至是一草一木、一紙一筆等等，萬物互聯(lián)的場景將逐步走向現(xiàn)實。我們可以打造智慧農(nóng)業(yè)、智慧城市、智慧交通、智慧醫(yī)療等等，萬物皆可連，萬事皆智慧。從社會發(fā)展層面來說，5G的應(yīng)用和發(fā)展可以將信息轉(zhuǎn)化為行動，給企業(yè)，個人和國家創(chuàng)造新的動力，并帶來更加豐富的體驗和前所未有的經(jīng)濟(jì)發(fā)展機(jī)遇，也許會引發(fā)新的工業(yè)革命。同學(xué)們，你們是不是很期待呢。下面我們對這節(jié)課做一個小結(jié)。這節(jié)課我們主要學(xué)習(xí)了兩部分內(nèi)容。一、電磁波的發(fā)現(xiàn)過程：從奧斯特發(fā)現(xiàn)“電生磁”之后，人們基于對稱性，認(rèn)為磁也能生電。法拉第經(jīng)過長達(dá)十年的時間終于發(fā)現(xiàn)了磁生電的方法，麥克斯韋基于對電磁感應(yīng)現(xiàn)象的本質(zhì)的研究提出了變化的磁場產(chǎn)生電場，又基于對稱性和類比的思想大膽的假設(shè)：變化的電場產(chǎn)生磁場，進(jìn)一步提出了電磁場電磁波的概念，創(chuàng)立了完整的電磁場理論，預(yù)言光就是一種電磁波。最后赫茲在實驗中檢測到了電磁波，測出電磁波波速等于光速，證實了麥克斯韋電磁場理論的正確性。在這個過程中猜想和假設(shè)發(fā)揮了非常大的作用，猜想和假設(shè)是創(chuàng)造性思維中最活躍的部分，它們往往是推動物理學(xué)發(fā)展的重要因素。二、電磁波譜及其應(yīng)用：通過學(xué)習(xí)了解電磁波的主要特征及其物質(zhì)性和其在科技、經(jīng)濟(jì)和社會信息化等方面的主要應(yīng)用和重要作用。課后練習(xí)1.麥克斯韋總結(jié)了法拉第等電磁學(xué)研究先驅(qū)者們的工作,并且做了充滿智慧的創(chuàng)造性的開拓和發(fā)展,把電磁學(xué)發(fā)展成為完整、和諧的理論體系,統(tǒng)一了人們對電磁和光現(xiàn)象的認(rèn)識,為電和磁的利用開辟了理論前景。他的電磁理論有兩個基本論點:(1);

(2)。

2．麥克斯韋電磁場理論告訴我們 ()A．任何電場周圍都要產(chǎn)生磁場B．任何變化的電場都要在周圍空間產(chǎn)生變化的磁場C．任何變化的電場都要在周圍空間產(chǎn)生磁場D．周期性變化的電場要在周圍空間產(chǎn)生周期性變化的磁場3．麥克斯韋的預(yù)言既新穎又深刻,以至于當(dāng)時許多不習(xí)慣用場的觀點來考慮問題的物理學(xué)家都持有懷疑的態(tài)度。因此,麥克斯韋的理論還有待于實驗的檢驗。遺憾的是,他英年早逝。在麥克斯韋發(fā)現(xiàn)電磁場理論20多年后,把天才預(yù)言變成世人公認(rèn)的真理的科學(xué)家是,他通過實驗捕捉到了,還通