教學案例
題：電磁波的發(fā)現(xiàn)
（教材：人民教育出版社出版的高二物理選修3-4）
14.1 電磁波的發(fā)現(xiàn)
★新標要求
（一）知識與技能
1．知道麥克斯韋電磁場理論的兩個基本觀點：變化的磁場產生電場，變化的電場產生磁場。
2．知道電磁場在空間傳播形成電磁波以及電磁波的特點。
3．知道赫茲實驗及其重要意義。
（二）過程與方法
通過對電磁波發(fā)現(xiàn)過程的了解，認識規(guī)律的普遍性與特殊性，培養(yǎng)學生的邏輯推理和類比推理能力。
（三）情感、態(tài)度與價值觀
培養(yǎng)學生崇尚科學、獻身科學的精神。
★教學重點
變化的磁場產生電場。
★教學難點
變化的電場產生磁場。
★教學方法
演示推理和類比推理
★教學用具：
學生電一臺，電磁鐵一塊，多匝線圈、燈座、小燈泡各一個，導線若干
★教學過程
（一）引入新
師： “神舟六號”上天后，怎樣與地面上的人聯(lián)系呢？
生：無線電波。
師：無線電廣播、電視、人造衛(wèi)星、導彈、宇宙飛船等，傳遞信息和跟地面的聯(lián)系都要利用電磁波�，F(xiàn)代社會的各個部門，幾乎都離不開“電磁波”， “電磁波”就是現(xiàn)代明的神經中樞。
那么，電磁波是什么？它是怎樣產生的？它有什么性質？怎樣利用它傳遞信號？這一就要討論這些問題。今天我們就從電磁波的發(fā)現(xiàn)開始學習。
（二）進行新
1．偉大的預言
（教師首先向學生介紹麥克斯韋的生平簡介，激發(fā)學生的好奇心和求知欲。）
麥克斯韋（James Clark exwell，1831~1879）是英國的理論物理學家、數學家。1831年6月13日生于英國愛丁堡。他的父親是一個科學家，他從小就受到科學的熏陶，15歲時向英國皇家學會遞交數學論，發(fā)表在《愛丁堡皇家學會學報》上，第一次顯露出他出眾的才華。1847年，考入愛丁堡大學學習數學和物理學。1850年轉入劍橋大學，1854年畢業(yè)后留校工作，1856~1865年，他先后在阿丁見大學和倫敦皇家學院任教。1871年，麥克斯韋任劍橋物理實驗室主任，1874年，他主持建立的卡迪許實驗室竣工，任該實驗室首任主任。1879年11月5日，麥克斯韋在劍橋逝世。
麥克斯韋在電磁場理論方面的工作深受法拉第的影響.他信服法拉第的思想，決心為法拉第的場的概念提供數學方法的基礎。尤其是他在倫敦皇家學院任教期間，有機會拜訪了法拉第以后，更加強了他的這種信念.年輕的麥克斯韋以他卓越的數學才能和嚴密的邏輯推理，對法拉第的直觀形象的電磁場理論加以高度概括，并總結了當時電磁學的研究成果，建立了電磁場方程，確立了電磁場理論。
師：我們現(xiàn)在粗略地介紹一下麥克斯韋的電磁場理論。
● 變化的磁場產生電場
演示實驗
裝置如圖所示，當穿過螺線管的磁場隨時間變化時，上面的線圈中產生感應電動勢，引起感應電流使燈泡發(fā)光。
［提出問題］小燈泡為什么能發(fā)光？
［學生回答］由于交變電流產生的磁場在不斷變化，所以穿過線圈的磁通量不斷變化，在線圈中產生感應電動勢，形成感應電流，小燈泡發(fā)光。
［繼續(xù)提問］電路（線圈）中的電荷為什么能夠定向移動呢？
［學生回答］受電場力。
［教師總結］麥克斯韋認為變化的磁場在空間產生電場。電路中的自由電荷就是在這個電場的作用下做定向運動，產生了感應電流。
［討論］（1）如果用不導電的塑料線繞制線圈，線圈中還有電流、電場嗎？
（2）如果線圈不存在，線圈所在處的空間還有電場嗎？
麥克斯韋認為線圈只不過用顯示電場的存在，線圈不存在時，變化的磁場同樣在周圍空間產生電場，這是一個普遍規(guī)律，跟閉合電路是否存在無關（如圖甲、乙所示）。
我們可以很自然的提出一個假設：變化的磁場產生電場。
說明：在變化的磁場中所產生的電場的電場線是閉合的；而靜電場中的電場線是不閉合的。
● 變化的電場產生磁場
師：麥克斯韋根據電現(xiàn)象與磁現(xiàn)象的相似性和變化的磁場能產生電場的現(xiàn)象，提出了另一個大膽的假設：變化的電場也能產生磁場。
教師點撥：這個假設沒有直接的實驗做基礎，它出于對自然規(guī)律的洞察力，是很大膽的，但卻更有創(chuàng)造力。
師：根據這兩個基本論點，麥克斯韋推斷：如果在空間某區(qū)域中有周期性變化的電場，那么，它就在空間產生周期性變化的磁場，這個變化的磁場又在它周圍空間產生新的周期性變化的電場……變化的電場和變化的磁場是相互聯(lián)系著的，形成不可分割的統(tǒng)一體，這就是電磁場。
2．電磁波
師：機械振動在介質中的傳播形成機械波，電磁場在空中的傳播會形成什么？
生：電磁場在空中傳播形成電磁波。
師：機械波有橫波和縱波之分，且能夠傳遞能量；能發(fā)生反射、折射、干涉和衍射；靠介質傳播，波速v=λf。
類比機械波的特點，學生討論電磁波具有的特點。
師生共同得到電磁波的特點：
（1）電磁波中的電場和磁場互相垂直，并且都與波的傳播方向垂直，即電磁波是橫波。光是一種電磁波。在前面學習的光的偏振現(xiàn)象已經證明了這一點。如上圖所示。
（2）電磁波可以在真空中傳播，向周圍空間傳播電磁能，在傳播過程中，電磁波能發(fā)生反射、折射、干涉和衍射。
（3）三個特征量的關系：v=λf。在真空中v=3.0×108 m/s。
師：麥克斯韋電磁場理論的建立具有偉大的歷史意義，足以根牛頓力學體系相媲美，它是物理學發(fā)展史中的一個劃時代的里程碑。
3．赫茲的電火花
師：麥克斯韋的電磁場理論還只是一個預言。還有待于科學實驗的證明。是赫茲把這個天才的預言變成了世人公認的真理。
（引導學生教材，了解赫茲證實電磁波存在的探索歷程）
教師可以向學生介紹赫茲的生平簡介（見附錄），激發(fā)學生求知上進的熱情，對學生進行物理情感教育。
（三）堂總結、點評
本節(jié)主要學習了麥克斯韋電磁場理論的主要內容。知道了麥克斯韋電磁場理論的兩大支柱：變化的磁場產生電場，變化的電場產生磁場。還知道了變化的電場和磁場相互聯(lián)系，形成一個統(tǒng)一的場，即電磁場。電磁場由發(fā)生區(qū)域向遠處的傳播形成電磁波。電磁波中的電場與磁場相互垂直，且二者均與波的傳播方向垂直，即電磁波是橫波。
★余作業(yè)
完成P79“問題與練習”的題目。
★教學體會
思維方法是解決問題的靈魂，是物理教學的根本；親自實踐參與知識的發(fā)現(xiàn)過程是培養(yǎng)學生能力的關鍵，離開了思維方法和實踐活動，物理教學就成了無之水、無本之木。學生素質的培養(yǎng)就成了鏡中花，水中月。
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