高中物理《电磁场和电磁波》教学设计

2021-06-16 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