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1、 第四節(jié) 麥克斯韋電磁場理論 一：教學(xué)目標(biāo)（一）：知識與技能（1） 初步了解麥克斯韋電磁場理論的基本思想；變化的磁場產(chǎn)生電場，變化的電場產(chǎn)生磁場。相互聯(lián)系著的變化的電場和磁場統(tǒng)稱為電磁場。（2） 了解電磁波的產(chǎn)生和電磁波的特點。（3） 了解電磁場的物質(zhì)性（4） 了解麥克斯韋電磁場理論在物理學(xué)發(fā)展史上的意義。（二）：過程與方法（1） 通過對麥克斯韋電磁場理論基本思想形成過程的學(xué)習(xí)，體會在科學(xué)探究中如何充分利用已有的實驗基礎(chǔ)和理論，展開大膽的猜想與假設(shè)，進(jìn)行強有力的邏輯理論思維，建立新理論，語言新現(xiàn)象。（2） 通過麥克斯韋電磁場理論的成功，感受運用數(shù)學(xué)工具進(jìn)行推理論證對物理學(xué)發(fā)展的意義。（3） 通
2、過“磁現(xiàn)象與電現(xiàn)象有哪些相似之處”的討論與交流，進(jìn)一步掌握類比法，初步形成“對稱”的思想方法。（4） 通過電磁波具有能量，以及具有與其他物質(zhì)相互作用的屬性，體會電磁場的物質(zhì)性。（三）：情感與態(tài)度價值觀（1） 通過對麥克斯韋電磁場理論基本思想形成過程的學(xué)習(xí)，感受物理學(xué)的和諧之美，對稱之美，有序之美。（2） 通過對電磁場理論建立過程的學(xué)習(xí)，體會物理學(xué)發(fā)展經(jīng)歷了“實踐理論實踐”的艱辛過程。（四）：教學(xué)重點：電磁波的特點，麥克斯韋電磁場理論的基本思想（五）：教學(xué)難點：電磁波的特點（六）：課時安排：兩課時二：教學(xué)過程引入：介紹偉大的英國物理學(xué)家麥克斯韋（18311879）。（一）：麥克斯韋電磁場理論的基
3、本思想1 根據(jù)：前人的實驗事實，在變化的磁場中放置一個閉合電路，電路中將會產(chǎn)生感應(yīng)電流，這是我們熟悉的電磁感應(yīng)現(xiàn)象。2麥克斯韋認(rèn)為：電路里產(chǎn)生感應(yīng)電流，是由于導(dǎo)體中的自由電荷受到電場力的驅(qū)使而做定向移動，說明電路所在的空間存在電場，這個電場是由變化的磁場引起的。變化的磁場周圍產(chǎn)生電場是一種普遍存在的現(xiàn)象。3學(xué)生討論與交流：變化的磁場產(chǎn)生的電場與我們熟悉的靜電場有何不同？ 學(xué)生：靜電場的電場線是由正電荷出發(fā)，終止于負(fù)電荷，是不閉合的。而變化的磁場產(chǎn)生的電場沒有起點也沒有終點，是閉合的“旋渦電場”4提出：變化的電場能否也產(chǎn)生磁場？三個實驗去驗證：（1） 靜止電荷周圍的小磁針不偏轉(zhuǎn)（2） 運動電荷周
4、圍的小磁針偏轉(zhuǎn)（3） 電容器充電時周圍的小磁針發(fā)生擺動麥克斯韋認(rèn)為：靜止電荷周圍是穩(wěn)定的電場，不產(chǎn)生磁場；而電荷運動時，周圍的小磁針擺動說明小磁針?biāo)谔幃a(chǎn)生了另一個磁場，使小磁針擺動，這個磁場是由電荷運動在周圍空間產(chǎn)生變化的電場而引起的。變化的電場周圍產(chǎn)生磁場是一種普遍存在的現(xiàn)象。5學(xué)生討論與交流：磁現(xiàn)象與電現(xiàn)象有哪些相似之處？學(xué)生：自然界中有正負(fù)兩種電荷，同種電荷互相排斥，異種電荷互相吸引。 自然界中也只有南北兩種磁極，同名磁極互相排斥，異名磁極互相吸引。奧斯特發(fā)現(xiàn)電能生磁，法拉第發(fā)現(xiàn)磁能生電，麥克斯韋正是相信電場與磁場有對稱之美，才從“變化的磁場周圍產(chǎn)生電場”聯(lián)想到“變化的電場周圍產(chǎn)生磁場
5、”，并提出了大膽的假設(shè)！6麥克斯韋電磁場理論的基本思想：（1）均勻變化的磁場（或電場）產(chǎn)生穩(wěn)定的電場（或磁場）。（2）非均勻變化的磁場（或電場）產(chǎn)生變化的電場（或磁場）。（3）按三角函數(shù)規(guī)律變化的振蕩磁場（或電場）產(chǎn)生同頻率的三角函數(shù)規(guī)律變化的振蕩電場（或磁場）（4）變化的磁場產(chǎn)生電場，變化的電場產(chǎn)生磁場，變化的電場和磁場總是相互聯(lián)系，形成一個不可分離的統(tǒng)一場，這就是電磁場（二）：電磁波的產(chǎn)生及其特點1 電磁波的產(chǎn)生：如果在空間某區(qū)域有周期性變化的電場，這個變化的電場就會在周圍空間產(chǎn)生周期性變化的磁場；這個變化的磁場又會在較遠(yuǎn)的空間引起周期性的電場這樣變化的電場和磁場就不局限于空間某區(qū)域。而是
6、由近及遠(yuǎn)地向周圍空間傳播出去，電磁波這樣由近及遠(yuǎn)地傳播，就形成電磁波2 電磁波的特點（1） 電磁波中電場和磁場相互垂直，電磁波在與兩者均垂直的方向傳播。因此電磁波是橫波（2） 兩個相鄰的波峰（或波谷）之間的距離等于電磁波的波長。電磁波在空間以一定的速度傳播，經(jīng)過一個周期的時間，傳播一個波長的距離。即其波長，頻率（周期），波速之間遵循的關(guān)系：/=（3） 電磁波的頻率即為電磁振蕩的頻率，它由波源決定，與介質(zhì)無關(guān)。電磁波在真空中的傳播速度等于光在真空傳播速度，c3.0108m/s（4） 電磁波與機械波一樣，也能產(chǎn)生反射，折射，干涉，衍射等現(xiàn)象，也是傳播能量的一種形式。（5） 電磁波傳播不需要借助于任
7、何介質(zhì)，在真空中也能傳播，因為電磁波的傳播是依靠電場和磁場的相互激發(fā)，而不是依靠物質(zhì)的機械傳遞。3學(xué)生討論與交流：從電磁波的特點出發(fā)，你認(rèn)為電磁場是客觀存在的嗎？學(xué)生：根據(jù)電磁波的特點中的第（5）點可知，電磁場本身就是一種特殊形態(tài)的物質(zhì)，無需借助其他物質(zhì)來傳播（三）：電磁場的物質(zhì)性1. 幾種特殊電磁波的例子：（1） 微波爐是利用電磁波進(jìn)行加熱食物。說明電磁場具有能量。（2） 俄國物理學(xué)家列別捷夫測量除光對被照射的物體有壓力。2 結(jié)論：電磁波具有運動能量，以及與其他物質(zhì)相互作用的屬性，都是物質(zhì)的性質(zhì)。電磁波具有物質(zhì)一般性質(zhì)的同時，也具有特殊的性質(zhì)。（四）：麥克斯韋電磁場理論的意義1 電磁場理論的
8、建立，經(jīng)歷了“實踐理論實踐”這一科學(xué)發(fā)展的過程是物理學(xué)發(fā)展史上的典型案例。2 麥克斯韋的電磁場理論，實現(xiàn)了從經(jīng)典物理學(xué)向現(xiàn)代物理學(xué)的重大轉(zhuǎn)折。三：習(xí)題：1.下列有關(guān)電磁場的說法中，正確的是A.變化的磁場一定產(chǎn)生變化的電場B.變化的電場一定產(chǎn)生磁場C.變化的磁場一定產(chǎn)生周期性變化的電場D. 周期性變化的電場一定產(chǎn)生周期性變化的磁場2下面說法正確的是A 恒定電流能夠在周圍空間產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場B均勻變化的電場能夠在周圍空間產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場C 靜止電荷能夠在周圍空間產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場D 變化的電場和磁場互相激發(fā)，形成由近及遠(yuǎn)傳播的電磁場3關(guān)于電磁場的下列說法中正確的是A 任何變化的電場都會在周圍空間產(chǎn)生變化的
9、磁場B任何變化的磁場都會在周圍空間產(chǎn)生變化的電場C 只有非均勻變化的磁場才會在周圍空間產(chǎn)生變化的電場D只有非均勻變化的電場才會在周圍空間產(chǎn)生變化的磁場4空間某處存在一個變化的磁場，正確的是A 在變化的磁場周圍一定能產(chǎn)生變化的電場B 在磁場中放一個閉合線圈，線圈一定有感應(yīng)電流C 在磁場中放一個閉合線圈，線圈不一定有感應(yīng)電流D 變化的磁場周圍產(chǎn)生電場，跟閉合線圈的存在與否沒有關(guān)系5關(guān)于聲波和電磁波的比較，下列說法正確的是（ ）A 聲波是由生源產(chǎn)生的機械振動向遠(yuǎn)處的傳播，電磁波是由場源產(chǎn)生的電磁 場向遠(yuǎn)處的傳播B 聲波只是在介質(zhì)中傳播，電磁波可以在真空中傳播C 由空氣進(jìn)入水中傳播時，聲波的傳播速度變
10、大，電磁波的傳播速度變小D 由水中進(jìn)入空氣時，聲波的波長變長，電磁波的波長變短6.在經(jīng)典物理學(xué)發(fā)展史中，出現(xiàn)過四個里程碑式的人物：伽利略，牛頓，法拉第和麥克斯韋。愛因斯坦認(rèn)為他們同樣偉大，你如何理解？查找相關(guān)的資料，寫一篇報告。答案：1.BD 2.BD 3.CD 4.CD 5.ABC 6.略四：小結(jié)本章的主要內(nèi)容1麥克斯韋電磁場理論的基本思想：（1）均勻變化的磁場（或電場）產(chǎn)生穩(wěn)定的電場（或磁場）。（2）非均勻變化的磁場（或電場）產(chǎn)生變化的電場（或磁場）。（3）按三角函數(shù)規(guī)律變化的振蕩磁場（或電場）產(chǎn)生同頻率的三角函數(shù)規(guī)律變化的振蕩電場（或磁場）（4）變化的磁場產(chǎn)生電場，變化的電場產(chǎn)生磁場，變化的電場和磁場總是相互聯(lián)系，形成一個不可分離的統(tǒng)一場，這就是電磁場2電磁波的5個特點3 麥克斯韋電磁場理論的意義五：教學(xué)反思本節(jié)教材編寫淺顯易懂，邏輯性強，適合于學(xué)生自主學(xué)習(xí)，在教學(xué)中本人充分利用簡捷的邏輯推演，充分展示麥克斯韋思考的精髓，為學(xué)生仿照麥克斯韋的思考來分析其他試驗事實做好示范。在教學(xué)當(dāng)中，多嘗試采用以學(xué)生為主體的教學(xué)模式，確保學(xué)生在輕松，有趣的氣氛中學(xué)習(xí)。通過對麥克斯韋等偉大物理學(xué)家的故事，他們的思想，他們頑強的意志來鼓勵學(xué)生，鞭策學(xué)生，樹立一個榜樣和偶像。這些科學(xué)家與那些歌星比起來，讓他們自己去發(fā)現(xiàn)什么樣的人才是值得做我們的偶像
第二章第四節(jié) 電磁場與電磁波
