第四章电磁波及其应用第1节电磁波的发现【课前准备】【课型】新授课【课时】1课时【教学目标】知识与技能1.理解麦克斯韦电磁场理论的两个支柱:变化的磁场产生电场、变化的电场产生磁场.了解变化的电场和磁场相互联系形成同一的电磁场.2.了解电磁场在空间传播形成电磁波.3.了解麦克斯韦电磁场理论以及赫兹实验在物理学发展中的贡献.体会两位科学家研究物理问题的思想方法。过程与方法通过对科学家发现电磁波的过程的介绍,了解科学探究的过程(提出猜想――实验验证――理论推广),掌握科学探究的方法(理论和实践相结合).情感态度与价值观理论与实践相结合,理论源于实践,又对实践具有指导作用.同时通过了解麦克斯韦、赫兹对电磁波的探索,激发学生对科学探索的神往.【教学重点、难点】教学重点麦克斯韦电磁场理论.教学难点变化的电场和磁场相互联系形成同一的电磁场.【教学方法】探究、讲授、讨论、练习【教学过程】【新课导入】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”作为现代文明的标志,“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?一、电磁波的发现1、伟大的预言【说明】麦克斯韦是英国的理论物理学家、数学家.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提供数学方法的基础.1860年初秋,麦克斯韦特意去拜访法拉第,两人虽然在年龄上相差四十岁,在性情、爱好、特长方面也迥然各异,可是对物质世界的看法却产生了共鸣.法拉第鼓励麦克斯韦:“你不应停留在数学解释我的观点”,而应该突破它.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研究成果,建立了电磁场方程,确立了电磁场理论.【说明】麦克斯韦学习了库仑、安培、奥斯特、法拉第、亨利的研究成果,结合了自己的创造性工作,最终建立了经典电磁场理论.【说明】法拉第电磁感应定律告诉我们:闭合线圈中的磁通量发生变化就能产生感应电流,我们知道电荷的定向移动形成电流,为什么会产生感应电流呢?一定是有了感应电场,因此,麦克斯韦认为,这个法拉第电磁感应的实质是变化的磁场产生电场,电路中的电荷就在这个电场的作用下做定向移动,产生了感应电流.即使变化的磁场周围没有闭合电路,同样要产生电场.变化的磁场产生电场,这是一个普遍规律.【说明】自然规律存在着对称性与和谐性,例如有作用力就有反作用力。既然变化的磁场能够产生电场,那么变化的电场能否产生磁场呢?麦克斯韦大胆地假设,变化的电场能够产生磁场.【问题】什么现象能够说明变化的电场能够产生磁场?【回答】通电螺线管中的电流发生变化,那么螺线管内部的磁场要发生变化.【归纳】根据这两个基本论点,麦克斯韦推断:如果在空间在空间某区域中有不均匀变化的电场,那么这个变化的电场能够引起变化的磁场,这个变化的磁场又引起新的变化的电场.........这样变化的电场引起变化的磁场,变化的磁场又引起变化的电场,变化的电场和磁场交替产生,由近及远传播就形成了电磁波.2、电磁波【问题】在机械波的横波中,质点的振动方向和波的传播方向之间有何关系?【回答】两者垂直【总结】根据麦克斯韦的理论,电磁波中的电场强度和磁感应强度互相垂直,而且两者均与电磁波的传播方向垂直,电磁波是横波【问题】电磁波以多大的速度传播呢?【回答】以光速C传播.【问题】在机械波中是位移随时间做周期性变化,在电磁波中是什么随时间做周期性变化呢?【回答】电场强度E和磁感应强度B.3、赫兹的电火花麦克斯韦电磁场理论的建立具有伟大的历史意义,足以根牛顿力学体系相媲美,它是物理学发展史中的一个划时代的里程碑.麦克斯韦的电磁场理论还只是一个预言.还有待于科学实验的证明.是赫兹把这个天才的预言变成了世人公认的真理,说明:德国科学家赫兹证明了麦克斯韦关于电磁场的理论.【STS】无线电通信1895年5月7日俄国物理学家波波夫已“金属屑与电振荡的关系”的论文向全世界宣布无线电通信技术的诞生,并当众展示了他发明的无线电接收机,那天俄国当局定为“无线电发明日”.1896年3月24日,波波夫将无线电通信的通信距离延长到250米,做了用无线电传送莫尔斯电码的表演为无线电通信技术拉开新的序幕.1898年,年轻的意大利青年马可尼利用游艇证明了他的无线电电报能够在20英里的海面畅通无阻地通信,第一次实际性地使用无线电通信技术.1901年,他在相隔2700公里英国和纽芬兰岛之间成功地进行了跨越大西洋的远距离无线电通信,从此人类进入无线电波进行远距离通信的新时代.随后,无线电通信技术如雨后春笋其涌现出来.直到1946年,美国人罗斯.威玛和日本人八本教授利用高灵敏度摄像管家用电视机接收天线问题,从此超短波转播站一些国家相继建立了,无线电通信技术迅速普及开来.随着电子技术的高速发展,信息超远控制技术为满足遥控、遥测和遥感技术的需要,于人们生产与生活中被广泛使用;后来微电子技术也推动了电子计算机的更新换代,使电子计算机信息处理功能大大增加,日益成为信息处理最重要和必不可少的工具.信息技术是以微电子和光电技术为基础,以计算机和通信技术为支撑,以信息处理技术为主题的技术系统的总称,是一门综合性的技术.今天的信息化时代,就是电子计算机和通信技术紧密结合的标志.无线电通信技术发展到今日,拥有无限潜力.军事、气象、生活、生产等各个领域都对其都有空前的需求.虽然无线电通信技术优点虽然卓越,但其缺点至今给技术的发展带来很大的障碍,都是我们亟须解决的难题.【课时小结】本节主要学习了麦克斯韦电磁场理论的主要内容.知道了麦克斯韦电磁场理论的两大支柱:变化的磁场产生电场,变化的电场产生磁场.还知道了变化的电场和磁场相互联系,形成一个统一的场,即电磁场.电磁场由发生区域向远处的传播形成电磁波.电磁波中的电场与磁场相互垂直,且二者均与波的传播方向垂直,即电磁波是横波.【布置作业】课本P80,问题与练习1,2,3,4【板书设计】一电磁波的发现1、伟大的预言变化的磁场产生电场变化的电场产生磁场变化的电场和磁场交替产生,由近及远传播形成电磁波2、电磁波电磁波是横波,E和B互相垂直,而且两者均与电磁波的传播方向垂直电磁波以光速C传播电磁波中电场强度E和磁感应强度B随时间做周期性变化3、赫兹的电火花赫兹证明了麦克斯韦关于电磁场的理论【教学后记】不论何时,都要尽可能让思考与反省预见到突发的激情,这于审慎者可轻而易举做到。心烦意乱之时,首先要做的就是意识到这一点。先控制住自己的情绪,下决心不再使之加剧。有了这种高明的防范,就能很快终止怒气。要懂得制怒之法,且止息于当止之时:奔跑时停下来最难;狂怒时保持头脑清醒也一样难。过分激动,不论程度高低,都会影响理智。一旦对发怒有了这种警醒,就不会使你因怒气而失控,也不会使你损害良好的辨别力。谨慎地驾驭情绪,就能很好地控制它。你将是马背上第一个理智的人。智者最没有耐性,因为学识减少了他们的耐心。知识渊博的人很难被取悦。俄庀泰特斯告诉我们,生活最重要的准则在于懂得如何忍受一切。他认为这是智慧的一半真谛。容忍愚蠢需要极大的耐心。有时最令我们痛苦的人正是我们最依赖的人,这帮助我们战胜自我。耐心能带来无可估量的内心平静;而内心平静是世间的福祉。不懂得如何容忍他人的人如果还能忍受他自己的话,就应当独处。