高中物理教案电磁场和电磁波
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
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
电磁波教案示例之二
(一)教学目的
1.使学生知道当导体中有迅速变化的电流时,周围空间会有电磁波向外传播,借助于电磁波可以传输信号。
2.使学生知道电磁波的频率、波长的初步概念,能记住波长和频率的关系,能记住电磁波在空气中的传播速度。
(二)教具
粗棉绳一根(用5根粗棉线搓在一起构成)、金属锉刀一把、电池、导线、半导体收音机一台、画有收音机刻度板的小黑板。
课前要求有条件的学生自带一个小半导体收音机。
(三)教学过程
1.电磁波
用类此推理的方法,由机械波引出电磁波。
我们把导体中迅速变化的电流在周围空间产生的波叫做电磁波(板书)。
无线电通信正是利用电磁波来传输信号的。
2.电磁波的频率
就水面波来说,振源(木杆)每上下振动一次,水面上就出现一个波峰(凸起部分)和一个波谷(凹下部分)。在1秒钟内木杆振动的次数越多(即振动越快),水面上出现的波峰(或波谷)数也越多。
我们再观察一下绳上形成的波。
演示用手捏住竖直下垂绳子的上端,沿水平向左右先后做快慢不同的振动,可以看到,当振动较快时,从绳子上端每秒钟出现的波峰(或波谷)数较多;当振动较慢时,从绳子上端每秒钟出现的波峰(或波谷)数较少。
在以上情况下(指水波和绳上形成的波),1秒内出现的波峰(或波谷)数,叫做频率。它的单位名称叫赫兹(Hz),简称赫,常用频率单位还有千赫(kHz)和兆赫(mHz)。
1千赫=103赫
1兆赫=106赫
跟水波和绳上形成的波类似,电磁波也有自己的频率,电磁波的频率由电路中每秒电流变化的次数(或说每秒种电流振荡的次数)决定。
3.电磁波的波长
像前面那样,再做一次用绳子形成波的演示,让学生仔细观察:当改变振动的快慢时,不但波的频率发生改变,而且相邻两个波峰(或波谷)间的距离也不相同。
相邻两个波峰(或波谷)的距离,叫做波长。
由上面的演示还可看出,手捏住绳第一次振动出现一个波峰,第二次振动又出现一个波峰,而此时第一个波峰已向下传播了一段距离,这个距离恰好是一个波长。因此,也可以说波长等于每振动一次波峰沿波的传播方向传播的距离。波长的单位是米。
电磁波也有自己的波长,电磁波的波长表示电磁波每振动(或说振荡)一次传播的距离。
4.波长、频率、波速三者间的关系
波速表示波传播的快慢,由教材上水波在1秒内传播的波形图可以知道:
波速=波长×频率
对电磁波来说,同样有
波速=波长×频率
电磁波的波速和光速相同,在空气或真空中每秒传播的距离约30万千米,记为3×108米/秒。在空气或真空中,各种频率的电磁波的波速是相同的,所以,频率越高的电磁波,它的波长就越短。
指导学生阅读教材上的电磁波(无线电波)波段划分表。
5.布置作业
课外观察一台多波段收音机的选台指示盘,注意看各波段都在哪些频率范围和波长范围?把对应的波长和频率相乘,看看是不是等于光速?
(四)设想、体会
电磁波一节的教案,以演示为基础,有意识地突出振动和波的形成的关系。通过观察分析水波和绳上形成的波,让学生初步了解波的频率和波长的物理意义,再运用类比方法引出电磁波的频率和波长,以及波速、波长、频率三者间的关系,并注意引导学生初步建立在空气或真空中电磁波的波速与光速相同的观念。
注:本教案依据的教材是人教社初中物理第二册
电磁波教学设计示例
(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×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×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3×108米/秒。在空气中和在真空中近似。
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2.9979×108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。
文章来源:http://m.jab88.com/j/45527.html
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