高二物理3-4第十四章_电磁波(全章教案)

1高二物理选修3-4教案第十四章电磁波§14.1电磁波的发现教学目标（一）知识与技能：①了解发现电磁波的历史背景，知道麦克斯韦对电磁学的伟大贡献。②了解麦克斯韦电磁场理论的主要观点，知道电磁波的概念及通过电磁波体会电磁场的物质性。（二）过程与方法：体验赫兹证明电磁波存在的实验过程及实验方法，领会物理实验对物理学发展的基础意义。（三）情感态度与价值观：领会发现电磁波的过程中所蕴含的科学精神和科学研究方法。教学重点麦克斯韦电磁场理论。教学难点对电磁波与机械波的异同认识不清。教法选择和学法指导启发诱导法、类比法教学过程一、引入新课通过前面机械波的学习，我们对机械波有了一定的了解，请同学们会议有关机械波的知识。问：机械波是如何形成的？答：波源产生振动，通过介质将波源的振动形式向外传播形成机械波。问：机械波有哪些性质？答：机械波具有干涉、衍射、反射、折射等性质。上一章我们提到“光是一种电磁波”，电磁波于我们的生活息息相关。问什么电磁波能得到这样广泛的应用？它与机械波有何不同？我们将在这节课里学习电磁波被发现历史，进而研究它的主要特征。二、课前预习让学生通过看书回答以下问题：1、麦克斯韦关于电场和磁场的预言是什么？2答：变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场。2、麦克斯韦的关于光的本质的预言是什么？答：从本质上来说，光是一种电磁波。3、赫兹的实验在电磁学的发展过程中有什么作用？答：赫兹的实验验证了电磁波的存在，并精确的测定了电磁波在真空中的速度等于光速，证实了麦克斯韦的预言。也为后来无线电技术的发展开辟了道路。三、新课教学1、伟大的预言①变化的磁场产生电场问：通过3-2电磁感应的学习我们知道，闭合线圈中的磁通量发生变化就能产生感应电流，可是为什么会有感应电流呢？自由电荷是如何定向移动的呢？答：有感应电流存在说明在线圈的周围存在感应电场，自由电荷在感应电场的作用下做定向移动。问：如果回路不闭合，线圈中有感应电流吗？有感应电动势吗？有电场吗？答：没有感应电流，在感应电动势和感应电场依然存在。问：如果空间没有线圈，还会有感应电场吗？答：有。麦克斯韦在对法拉第、安培、奥斯特、库仑等科学家的研究成果进行了大量的分析、计算的基础上，加以自己的推理、猜想，大胆的预言：即使变化的磁场周围没有闭合回路，同样也会有磁场，也就是说，变化的磁场产生电场，但这个电场与我们前面所学的静电场是有区别的，它是一种涡旋电场。②变化的电场产生磁场我们知道自然规律存在着对称性与和谐性。麦克斯韦认为电与磁也是对称的、统一的。既然变化的磁场能产生电场，那么变化的电场就一定能产生磁场，。这个假说是基于麦克斯韦对自然规律的洞察力提出的，是具有创造性的。问：教科书中提出：“如果在空间某区域中有均匀变化的电场，那么……这个变化的电场就在空间激发变化的磁场……空间可能存在电磁波。”为什么要“周期性变化”呢？师：这也是麦克斯韦在当时的大胆猜想。可以由前面所学的知识类比理解。由tE可知，均匀变化的磁场周围产生的是均匀变化的电场，这个电场不能再激发磁场，所以不会有电磁波。反之，如果磁场是周期性变化的，那么它所激发的电场必定也是周期性变化的，这个周期性变化的电场再激发周期性变化的磁场……，如此循环下去，就形成了电磁波。由此，麦克斯韦的电磁场理论可以概括为：A．变化的磁场激发电场，变化的电场激发磁场；B．均匀变化的磁场激发恒定的电场，均匀变化的电场激发恒定的磁场；C．周期性变化的磁场激发周期性变化的电场，周期性变化的电场激发周期性变化的磁场；D．变化的电场和磁场交替激发，形成一个不可分割的统一体，由近及远向外传播，形成电磁波。2、电磁波看课本14.1-3图，观察并回答问题①电场和磁场的方向有什么关系？它们与波的传播方向有什么关系？说明电磁波是横波还是纵波？答：电场方向、磁场方向与波的传播方向两两垂直，说明电磁波是横波。3②电场强度最大的位置，磁感应强度的值是怎么样的？答：磁感应强度最大。麦克斯韦经过分析和计算，发现电磁波在真空中的传播速度等于光速，所以推测光也是一种电磁波，也遵循波的传播规律，即：①电磁波在真空中的传播速度等于光速，光是一种电磁波；②电磁波的波速、波长和频率的关系为：fv。麦克斯韦的这个发现是物理学发展史上的一个里程碑，这个理论揭示了光、电、磁在本质上是统一的，但是很遗憾，麦克斯韦在有生之年并没有观察到电磁波，这项工作由德国科学家赫兹在麦克斯韦去世20年后才得以完成。3、赫兹的电火花赫兹的电火花实验的装置如教科书图14.1-4所示。实验器材分为两部分，一是产生电磁波的装置——与高压感应线圈相连的两个金属小球，二是探测、接收装置——谐振环，用一根粗铜丝弯成环状，环的两端各连一个间距可以调整的金属小球。赫兹通过电火花实验验证了电磁波的存在，同时，他还精确的测定了电磁波在真空中的传播速度等于光速，证实了麦克斯韦的理论。课堂练习1、麦克斯韦根据什么现象认为“变化的磁场产生电场”？关于“变化的电场产生磁场”的观点，他是在什么情况下提出的？为什么说他的两个假设是正确的？2、麦克斯韦关于电磁场理论的主要论点是什么？请用麦克斯韦的电磁场理论说明电磁波是怎么产生的。你家的照明电路在工作时会产生电磁波吗？3、能否用实验说明电磁波的存在归纳小节1、麦克斯韦电磁波理论的主要论点？2、光与电、磁在本质上的联系？体现在哪里？3、赫兹的电火花实验的作用？布置作业1、完成《学海导航》的相关内容板书设计一、伟大的预言1、变化的磁场产生电场2、变化的电场产生磁场3、电磁波二、电磁波电、磁、光在本质上的统一性三、赫兹的电火花证实了电磁波的存在，测出电磁波在真空中的速度等于光速，验证了麦克斯韦预言的正确性。4§14.2电磁振荡教学目标：了解电磁振荡产生的过程。教学过程：一、学习电磁振荡和电磁波的重要性。无线电广播是利用电磁波传播的，电视广播也是利用电磁波传播的，导弹，人造地球卫星的控制以及宇宙飞船跟地面的通信联系都是利用电磁波。那么，电磁波是什么呢？它是怎样产生的，有些什么性质以及怎样利用它来传递各种信号呢？这一章就要研究这些问题。要了解电磁波，首先就要了解什么是电磁振荡，我们就从电磁振荡开始学习。二、新课内容：1、实验右图所示。将电键K扳到1，给电容器充电，然后将电键扳到2，此时可以见到G表的指针来回摆动。2、总结：能产生大小和方向都都作周期发生变化的电流叫振荡电流。能产生振荡电流的电路叫振荡电路。其中最简单的振荡电路叫LC回路。3、振荡电流是一种交变电流，是一种频率很高的交变电流，它无法用线圈在磁场中转动产生，只能是由振荡电路产生。4、那么振荡电路中的交变电流有一些什么样的性质：（1）介绍振荡电路中交变电流的一些重要性质：对应的电流图像i0Tt对应电容器所带的电量qq0Tt（2）电路分析：甲图：电场能达到最大，磁场能为零，电路感应电流i=0甲→乙：电场能↓，磁场能↑，电路中电流i↑，电路中电场能向磁场能转化，叫放电过程。1K2εCLG—甲乙丙丁戊5乙图：磁场能达到最大，电场能为零，电路中电流I达到最大。乙→丙：电场能↑，磁场能↓，电路中电流i↓，电路中电场能向磁场能转化，叫充电过程。丙图：电场能达到最大（与甲图的电场反向），磁场能为零，电路中电流为零。丙→丁：电场能↓，磁场能↑，电路中电流i↑，电路中电场能向磁场能转化，叫放电过程。丁图：磁场能达到最大，电场能为零，回路中电流达到最大（方向与原方向相反），丁→戊：电场能↑，磁场能↓，电路中电流i↓，电路中电场能向磁场能转化，叫充电过程。戊与甲是重合的，从而振荡电路完成了一个周期。综述：①充电完毕（充电开始）：电场能达到最大，磁场能为零，回路中感应电流i=0。②放电完毕（放电开始）：电场能为零，磁场能达到最大，回路中感应电流达到最大。③充电过程：电场能在增加，磁场能在减小，回路中电流在减小，电容器上电量在增加。从能量看：磁场能在向电场能转化。④放电过程：电场能在减少，磁场能在增加，回路中电流在增加，电容器上的电量在减少。从能量看：电场能在向磁场能转化。归纳：在振荡电路中产生振荡电流的过程中，电容器极板上的电荷，通过线圈的电流，以及跟电流和电荷相联系的磁场和电场都发生周期性变化，这种现象叫电磁振荡。例题1、在LC振荡电路中，某时刻若磁场B正在增加，则电容器处于（放）电状态,电场能正在（减小）磁场能正在（增加）能量转变状态为（电场能正在向磁场能转化）电容器上板带（正）电。例题2、在LC的回路中，电流i——t的关系如图所示，①若规定逆时针方向为电流的正方向，说明t0时刻电路中能量变化情况，及电场能、磁场能、充放电等情况。②下列分析情况正确的是：（D）A、t1时刻电路的磁场能正在减小。B、t1→t2时间电路中的电量正在不断减少。C、t2→t3时间电容器正在充电。D、t4时刻电容中的电场能最大。5、阻尼振荡与无阻尼振荡。（1）阻尼振荡：在振荡电路中由于能量被逐渐消耗，振荡电路中的电流要逐渐减小，直到最后停下来。（2）无阻尼振荡：在电磁振荡的电路中，如果没有能量损失，振荡应该永远地持续下去，电路中振荡电流的振幅应该永远保持不变，这种振荡叫无阻尼振荡布置作业完成《学海导航》的相关内容教学反思BabCit0t1t0t2t3t46§14．3电磁波的发射和接收教学目标（1）了解无线电波的波长范围。（2）了解无线电波的发射过程和调制的简单概念。（3）了解调谐、检波及无线电波接收的基本原理。教学重点：（1）理解电磁波的发射和接收过程；调制、调幅和调频；调谐和解调；（2）知道什么是电谐振和调谐电路教学难点：知道什么是电谐振和调谐电路课型：新授课课时：1课时教学方法：讨论法；探究法；讲解法教具：两台对讲机、一部手机、一台收音机教学过程一、新课导入：大家来看一下我手中的东西，分别是：收音机、手机、对讲机。其中，通过对讲机和手机，我们可以把自己话音传到我们想要它们去的地方，也可以听到对方的话音。这两个设备是以什么样的形式来传递和接收声音呢？电磁波对，就是电磁波，今天，我们就一块来学习电磁波的发射和接收。首先我们来一块看一下这节课的学习目标：（1）了解无线电波的波长范围。（2）了解无线电波的发射过程和调制的简单概念。（3）了解调谐、检波及无线电波接收的基本原理。大家都预习过了，我们今天将从电磁波的发射和接收这两个过程来学习这节课的内容，首先请第一组同学给我们展示第一部分内容。第一组同学主要讲的内容1.无线电波的发射7问题1：如何有效地发射电磁波？发射电磁波的振荡电路，需满足：（1）要有足够高的频率.（2）要用开放电路，使振荡电路的电场和磁场（能量）分散到尽可能大的空间.问题2：如何有效地传递人们所需要的信息？利用无线电波传递信号，要求发射的无线电波随信号而改变，使无线电波随各种信号而改变叫调制，常用的调制方法有调幅和调频两种，使高频电磁波的振幅随信号的强弱而改变叫调幅，使高频电磁波的频率随信号的强弱而改变叫调频。经过调幅后发射出去的无线电波叫调幅波，经过调频以后发射出去的无线电波叫调频波。（调幅波、调频波统称已调波。）通过以上几步我们就可以把信息有效地发射到空中，但是空中存在着各种各样的电磁波，我们怎样才能把我们所需要的信息有效地接收到，就是我们接下来所要学习的内容。下面请第二个同学给我们展示第二部分的内容。2.无线电波的接收问题3：空中存在着各种各样的电磁波，怎样才能接收到我们所需要电磁波呢？（1）当接收电路的固有频率跟接收的无线电波的频率相等时，激起的振荡电流最强，这就是电谐振现象.（2）使接收电路产生电谐振的过程叫做调谐，能够调谐的电路叫调谐电路.收音机的调谐电路，是通过调节电容来改变电路的频率而实现调谐的.8问题4：我们接收到感应电流是载有信号的高频电流，并不是我们所需要的信号，怎样才能得到我们所需要的信号？（3）从高频振荡电流中“检”出所携带的低频信号电流的过程叫做解调（检波）.①发射要用开放电路（振荡电路演变为开放电路），尽可能使能量分散在空间。发射电磁波的频率足够高，有利于辐射能量。②已调波：经过调制的电磁波（调幅波、调频波）。③调制过程的理解：画出调幅波的波形