高中物理《电磁场和电磁波》教学设计

作为一名为他人授业解惑的教育工作者，总不可避免地需要编写教学设计，教学设计是把教学原理转化为教学材料和教学活动的计划。那么优秀的教学设计是什么样的呢？下面是小编整理的高中物理《电磁场和电磁波》教学设计，仅供参考，大家一起来看看吧。

高中物理《电磁场和电磁波》教学设计 1

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

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

4.振荡的(即周期性变化的)磁场产生同频率的振荡电场，振荡的电场产生同频率的振荡磁场。

5.变化的电场和变化的磁场总是相互联系着，形成一个不可分离的统一体，这就是电磁场，向周围空间传播这就是电磁波。

四、学生活动设计

通过观察试验，发挥想象能力，画出变化磁场产生的电场的电场线。2.总结机械波与电磁波的联系与区别

五、板书设计

电磁场和电磁波

麦克斯韦电磁场理论

1.变化的磁场产生电场

2.变化的电场产生磁场

3.电磁场→传播→电磁波

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教学目标

（一）知识与技能

1.知道麦克斯韦电磁场理论的两个基本观点：变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场。

2.知道电磁场在空间传播形成电磁波以及电磁波的特点。

3.知道赫兹实验及其重要意义。

（二）过程与方法

通过对电磁波发现过程的了解，认识规律的普遍性与特殊性，培养学生的逻辑推理和类比推理能力。

（三）情感、态度与价值观

培养学生崇尚科学、献身科学的精神。

教学重点

变化的磁场产生电场。

教学难点

变化的电场产生磁场。

教学方法

演示推理和类比推理

教学用具：

学生电源一台，电磁铁一块，多匝线圈、灯座、小灯泡各一个，导线若干

教学过程

（一）引入新课

师： “神舟六号”上天后，怎样与地面上的人联系呢？

生：无线电波。

师：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”， “电磁波”就是现代文明的神经中枢。

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？这一章就要讨论这些问题。今天我们就从电磁波的发现开始学习。

（二）进行新课

1.伟大的预言

（教师首先向学生介绍麦克斯韦的生平简介，激发学生的好奇心和求知欲。）

麦克斯韦（James Clark Mexwell，1831~1879）是英国的理论物理学家、数学家。1831年6月13日生于英国爱丁堡。他的父亲是一个科学家，他从小就受到科学的熏陶，15岁时向英国皇家学会递交数学论文，发表在《爱丁堡皇家学会学报》上，第一次显露出他出众的才华。1847年，考入爱丁堡大学学习数学和物理学。1850年转入剑桥大学，1854年毕业后留校工作，1856~1865年，他先后在阿丁见大学和伦敦皇家学院任教。1871年，麦克斯韦任剑桥物理实验室主任，1874年，他主持建立的卡文迪许实验室竣工，任该实验室首任主任。1879年11月5日，麦克斯韦在剑桥逝世。

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。尤其是他在伦敦皇家学院任教期间，有机会拜访了法拉第以后，更加强了他的这种信念.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。

师：我们现在粗略地介绍一下麦克斯韦的电磁场理论。

变化的磁场产生电场

2、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。

［提出问题］小灯泡为什么能发光？

［学生回答］由于交变电流产生的磁场在不断变化，所以穿过线圈的磁通量不断变化，在线圈中产生感应电动势，形成感应电流，小灯泡发光。

［继续提问］电路（线圈）中的电荷为什么能够定向移动呢？

［学生回答］受电场力。

［教师总结］麦克斯韦认为变化的磁场在空间产生电场。电路中的自由电荷就是在这个电场的作用下做定向运动，产生了感应电流。

［讨论］（1）如果用不导电的塑料线绕制线圈，线圈中还有电流、电场吗？

（2）如果线圈不存在，线圈所在处的空间还有电场吗？

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，这是一个普遍规律，跟闭合电路是否存在无关（如图甲、乙所示）。

我们可以很自然的提出一个假设：变化的磁场产生电场。

说明：在变化的磁场中所产生的电场的电场线是闭合的；而静电场中的电场线是不闭合的。

变化的电场产生磁场

师：麦克斯韦根据电现象与磁现象的相似性和变化的磁场能产生电场的现象，提出了另一个大胆的假设：变化的电场也能产生磁场。

教师点拨：这个假设没有直接的实验做基础，它出于对自然规律的洞察力，是很大胆的，但却更有创造力。

师：根据这两个基本论点，麦克斯韦推断：如果在空间某区域中有周期性变化的电场，那么，它就在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……变化的电场和变化的磁场是相互联系着的，形成不可分割的统一体，这就是电磁场。

2.电磁波

师：机械振动在介质中的传播形成机械波，电磁场在空中的传播会形成什么？

生：电磁场在空中传播形成电磁波。

师：机械波有横波和纵波之分，且能够传递能量；能发生反射、折射、干涉和衍射；靠介质传播，波速v=λf。

类比机械波的特点，学生讨论电磁波具有的特点。

师生共同得到电磁波的特点：

（1）电磁波中的电场和磁场互相垂直，并且都与波的传播方向垂直，即电磁波是横波。光是一种电磁波。在前面学习的光的偏振现象已经证明了这一点。如上图所示。

（2）电磁波可以在真空中传播，向周围空间传播电磁能，在传播过程中，电磁波能发生反射、折射、干涉和衍射。

（3）三个特征量的关系：v=λf。在真空中v=3.0x108 m/s。

师：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。

3.赫兹的电火花

师：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。

（引导学生教材，了解赫兹证实电磁波存在的探索历程）

教师可以向学生介绍赫兹的生平简介（见附录），激发学生求知上进的热情，对学生进行物理情感教育。

（三）课堂总结、点评

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。

课余作业

完成P79“问题与练习”的题目。

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（一）教学目的

1.常识性了解电磁波，知道电磁波的频率、波长的概念。

2.记住电磁波的传播速度。

（二）教具

水，水槽，水木棍，麻绳，电池，半导体收音机，钢锉，导线。

（三）教学过程

1.复习

我们生活在一个充满声音的世界里，人们通过声音（如语言、音乐等）交流思想、表达感情。如家长的教诲、教师的授课可以增长我们的知识；优美动听的音乐可以陶冶人的情操、给人以美的享受。声音是传递信息的一种重要方式，帮助我们了解世界。

通过我们在初中二年级学习过的声现象的有关知识，可以知道：一切正在发声的物体都在振动；我们听到的声音通常是靠空气传的；声波在空气中的传速度大约是340米/秒。

在前面我们还学习过电话，电话的话筒能把声音振动转化为强弱变化的电流，电流流经听筒，听筒又能把它转化为振动，使人听到声音。

2.引入新课

飞机上的飞行员与地面指挥员的对话不用电线；我们每天听收音机或看电视，也没有电线直接通向电台或电视台。可见，这些都不是用电线来传播电信号的，我们称作“无线电通信”。那么，无线电通信是怎样传输信号的呢？今天我们就来学习这方面的简单知识。

3.进行新课

板书：第一节电磁波

(1)演示实验

①手持小木棍，让木棍下端接触水槽水面，使同学们看到，水面上有一圈圈凸凹相间的状态从木棍接触水面处向外传播，形成了水波。

②音叉（或其他发声体）振动时，在空气中会有疏密相间的状态向外传播，形成声波。声波看不见，摸不到，但声波传到我们的耳朵，会引起鼓膜振动，使我们产生听觉。

总结以上实验（和其他事例）得出结论：

板书：波是自然界普通存在的现象

(2)电磁波

板书：当导体中有迅速变化的电流时，会向周围空间发射电磁波。

电磁波看不到，摸不着，我们可以通过实验来间接观察它的存在。

演示课本上图13—2的实验，实验后让学生阅读课本上“实验”后的两个自然段，再提出以下问题让学生回答。

①为什么会发生这种现象？

②举出日常生活中发生的类似的现象。

教师归纳小结，讲解电磁波的初步知识，并说明间接观察是物理学常用的研究方法（如借助小磁针可以间接地研究磁场）。

(3)电磁波的频率和波长

讲解课本图13—3水波在1秒内传播的波形图，结合小木棍振动时产生水波的演示实验说明：

①波峰与波谷的概念；

②在1秒内出现的波峰数（或波谷数）叫水波的频率；频率的单位叫做赫兹，简称赫。常用的频率单位是千赫和兆赫。

板书：1千赫=103赫，1兆赫=106赫

③波长与波速的概念；

④分析得出：波速与波长和频率的'关系。

板书：波速=波长x频率

类似于水波，电磁波也有自己的频率和波长，也同样可以用波形图来描述，讲解课本图13—4频率不同的电磁波的波形图。需要说明以下二点：

①电磁波的频率等于产生电磁波的振荡电流的频率。

②电磁波频率、波长与波速的关系。

板书：对电磁波同样有波速=波长x频率

电磁波在空间是向各个方向传播的，德国物理学家赫兹用实验证实，电磁波的传播速度等于光速。

板书：电磁波在真空中的传播速度与光速相同，是3x108米

注意：不同频率（或不同波长）的电磁波的传播速度都相同，所以频率较大的电磁波，波长较短。

例：我国第一颗人造地球卫星采用20.009兆赫和19.995兆赫的频率发送无线电信号，这两种频率的电磁波的波长各是多少？（光速为2.9979x108米/秒）

（答案：波长分别为14.983米和14.993米）

由于电磁波的频率和波长各不相同，所以在我们周围空间里存在着形形色色的电磁波。按照课本上的图表，介绍无线电通信所用的电磁波（也叫无线电波）的几个波段。

4.小结（略）

5.想想议议：教师演示并提出问题。

打开半导体收音机，调到一个没有电台的地方，使收音机收不到电台的广播。然后开大音量，让收音机靠近220伏特的交流电线，从收音机会听到“杂音”。这是为什么？

6.布置作业

(1)阅读课本上的阅读材料：无线电波的传播途径。

(2)阅读本节教材。

（四）说明

1.本节内容知识多，范围广，要注意掌握教学要求，使初中学生常识性了解电磁波的有关知识，如波长、频率、波速等。有些知识只宜点到为止，不能求深求全。

2.用“类比”水波的办法通俗讲解波的形成和波长、频率、波速的概念；用半导体、钢锉、电池、导线演示电磁波的存在是本节教学的关键。

注：本教案依据的教材是人教社初中物理第三册。

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【学习目标】：

1.了解电磁波的发现背景

2.伟大的预言

3.知道麦克斯韦电磁理论及电磁场和电磁波

【自主学习】：

麦克斯韦(James Clerk Maxwell，1831-1879)，英国物理学家，经典电磁理论的奠基人.1831年6月13日出生于爱丁堡.1847年入爱丁堡大学听课，专攻物理.他很重视实验，涉猎电化学、光学、分子物理学以及机械工程等等.他说：把物理分析和实验研究联合使用得到的物理科学知识，比之一个单纯的实验人员或单纯的物理家所具有的知识更加坚实、有益而牢固. 1850年考入剑桥大学，1854年以优异成绩毕业并获得了学位，留校工作.1856年起任苏格兰阿伯丁的马里沙耳学院的自然哲学讲座教授，直到1874年.经法拉第举荐，自1860年起任伦敦皇家学院的物理学和天文学教授.1871年起负责筹划卡文迪什实验室，随后被任命在剑桥大学创办卡文迪什实验室并担任第一任负责人.1879年11月5日麦克斯韦因患癌症在剑桥逝世，终年仅48岁.

【课堂点拨与交流】

一、电磁波的发现

1、电磁波的发现背景

A、麦克斯韦---科学神童

B、法拉第对麦克斯韦的激励

C、前人的工作成果

2、伟大的预言

A、变化的磁场产生电场------电磁感应现象

B、假设-----变化的电场会产生磁场

C、预言电磁场的存在-----1864年，麦氏发表了电磁场理论，成为人类历史上预言电磁波存在的第一人。

二、电磁场和电磁波

1.、麦克斯韦电磁场理论：

(1).变化的磁场产生电场

(2).变化的'电场产生磁场

2、电磁波

例：电流随时间变化的规律如下列图所示，能发射电磁波的是( )

A、电磁波与机械波的区别

B、电磁波的速度---光速!

C、光是一种电磁波

3、赫兹实验

赫兹证实：(1)电磁场、电磁波的存在。

(2)电磁波能反射、折射、干涉、衍射和偏振等现象，证明了电磁波与光具有相同的性质。

一天，赫兹在一间暗室里做实验。他在两个相隔很近的金属小球上加上高电压，随之便产生一阵阵噼噼啪啪的火花放电。这时，在他身后放着一个没有封口的圆环。当赫兹把圆环的开口处调小到一定程度时，便看到有火花越过缝隙。通过这个实验，他得出了电磁能量可以越过空间进行传播的结论。赫兹的发现公布之后，轰动了全世界的科学界，1887年成为了近代科学技术史的一座里程碑，为了纪念这位杰出的科学家，电磁波的单位便命名为-赫兹(Hz)。

赫兹实验的意义：

赫兹的发现具有划时代的意义，它不但证明了麦克斯韦理论的正确，更重要的是导致了无线电的诞生，开辟了电子技术的新纪元，标志着从有线电通信向无线电通信的转折点。也是整个移动通信的发源点，应该说，从这时开始，人类开始进入了无线通信的新领域。

电磁波成果：

无线电报(1901)广播(1906)电话(1916)传真(1923)电视(1929)微波(1933)雷达(1935)卫星通讯电子计算机因特网等都与电磁波理论相关

有关趣闻

插曲：比赫兹实验早七年，一位叫戴维的人也接收到了电磁波信号，他随即向英国皇家协会会长G斯托克斯汇报，但斯托克斯认为这只是普通的电磁感应现象，戴维过于迷信权威，对于这一天赐良机未与重视，使发现被埋没了。

【课堂练习】

1、按照麦克斯韦的电磁场理论，以下说法中正确的是( )

A、磁场在周围一定产生电场

B、电场在周围一定产生磁场

C、变化的磁场在周围产生电场

D、变化的电场在周围产生磁场

2、按照麦克斯韦的电磁场理论，以下说法中正确的是( )

A、恒定的磁场在周围产生恒定的电场

B、变化的磁场在周围产生变化的电场

C、均匀变化的磁场在周围产生均匀变化的电场

D、均匀变化的磁场在周围产生恒定的电场

3、按照麦克斯韦的电磁场理论，以下说法中不正确的是( )

A、振荡的磁场在周围产生恒定的电场

B、振荡的磁场在周围产生均匀变化的电场

C、振荡的电场在周围产生不同频率的振荡磁场

D、振荡的电场在周围产生同频率的振荡磁场

4、关于电磁波，下列说法中正确的是 （）

A、均匀变化的电场和均匀变化的磁场互相激发，由产生处向远处传播形成电磁波

B、振荡电场和振荡磁场互相激发，由产生处向远处传播形成电磁波

C、电磁波的振荡电场和振荡磁场方向互相垂直，且与传播方向互相垂直

D、电磁波能够发生反射、干涉、衍射、偏振现象

5、比较电磁波和机械波，下列说法中正确的是（）

A、电磁波和机械波都可以在真空中传播

B、电磁波和机械波都是传递能量的一种形式

C、电磁波和机械波都能产生反射、干涉、衍射、偏振现象

D、电磁波和声波都是纵波