电磁波的发现高品质版

课题：14.1电磁波的发现新课标要求（一）知识与技能1．知道麦克斯韦电磁场理论的重要地位。2．知道麦克斯韦电磁场理论的主要内容。3．知道电磁波的特点。4．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，多媒体课件教学过程（一）引入新课（导入画面）师：大家看到的画面是“神舟六号”发射场面。“神舟六号”上天后，人们是怎样知道它到达预定的地点呢？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”，可以说“电”作为现代文明的标志，“电磁波”就是现代文明的神经中枢，或者叫现代化的代名词。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（JamesClarkMexwell，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］上述实验表明，变化的磁场在线圈里形成电场。［教师提问］若线圈断开，线圈中有电流、电场吗？［学生回答］有电场，无电流。［继续提问］若线圈被拿走，它原来所处的空间有电场吗？学生对此问题可能难以回答，但这时提出变化的磁场能在其空间产生电场已是水到渠成的时候。师：由上面的电磁感应现象，我们可以很自然的提出一个假设：变化的磁场产生电场。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）。●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。师：总结上述两个结论，麦克斯韦认为，变化的电场和磁场是互相联系的，形成一个统一的电磁场。麦克斯韦根据自己的理论进一步预言，如果在空间某区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。电场和磁场只是这个统一的电磁场的两种具体表现。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。于是一个伟大的预言诞生了――空间可能存在电磁波。［课件演示：电磁场由发生区域向远处的传播――电磁波］2．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，我们可以得出电磁波的特点：（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。［课件演示：电磁场方向间的关系］（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=3.0×108m/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。（引导学生阅读教材，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P85“问题与练习”的题目。附：备课资料赫兹生平（HeinrichRudolfHertz1857~1894）赫兹是德国物理学家，1857年2月22日出生于汉堡。在求学时代，他就被光学和力学实验所吸引。1878年转入柏林大学，1879年在物理竞赛中成绩出众，获金质奖章，第二年获博士学位，当了亥姆霍兹的助手。1885年任卡尔斯鲁高等工业学院物理学教授，1889年接替克劳修斯任波恩大学理论物理学教授，同年当选为柏林科学院通讯院士。赫兹在物理学上最主要的贡献是用实验成功地证明了电磁波的存在，并且完善了麦克斯韦的电磁场理论。1888年10月，赫兹在卡尔斯鲁高等工业学院物理实验室用放电线圈做火花放电实验，偶然发现和放电线圈靠得很近的另一个开口的绝缘线圈中有电火花跳过。这引起了他的注意，立即想起以前亥姆霍兹曾提出让他研究验证麦克斯韦电磁场理论的问题。他设计了一个装置来进行实验.他在感应圈C的两个电极上各接一根30cm长的铜棒A、B，每根铜棒一头各接一个黄铜小球，另一头接边长为40cm的正方形黄铜板，让两个黄铜小球相对着，组成发生器。当通电时，发生器的铜球间产生高频振荡火花。另外，他用一段导线弯成环状，两端各接一个铜球作为检波器（如上图），检波器距离电磁波发生器10m.发生器的两个铜球间产生电火花时，他在检波器的两个铜球间隙也看到了电火花。赫兹用这样简单的仪器成功地证明了电磁波的存在。赫兹的实验报告轰动了科学界。之后，赫兹又设计实验，利用一块锌板反射电磁波，并利用入射波和反射波叠加后产生的驻波波长和发生器振荡频率计算出电磁波的波速。最后的计算结果与麦克斯韦预料的完全相同——等于光速。赫兹还通过实验确认电磁波是横波，具有光波的一切特征：能产生反射、折射、衍射、干涉和有偏振性，从而全面验证了光的电磁理论的正确性。1890年以后，赫兹整理了麦克斯韦的理论，进一步完善了麦克斯韦方程组，使其更加优美、对称，成为麦克斯韦方程组的现代形式。赫兹还首先发现了光电效应现象，这一发现后来成为爱因斯坦建立光量子理论的实验基础。赫兹因骨癌于1894年元旦过早地逝世，年仅37岁.他的导师亥姆霍兹赞扬他“才华横溢、性格坚毅，用自己短暂的一生解决了一个世纪以来许多科学家所没有解决的一系列重要的问题”。赫兹的实验为无线电技术的发展开辟了新的道路，他被誉为无线电通讯的先躯。后人为了纪念他，用他的名字命名频率的单位。对爸爸的印象，从记事的时候，就有了，他留给我的印象就是沉默少言的，但是脸上却始终有微笑，不管家里遇到了什么样的困难，只要有爸爸在，一切都能够雨过天晴的，小时候，家里很穷，可是作为孩子的我们（我和哥哥），却很幸福。爸爸从来不会因为缺钱，而让我们感觉得些许的拮据和紧张，哪怕的低三下气的问人借钱，爸爸都会按时给我们交了学费，从来都不会给我们兄妹俩拖欠学费。爸爸闲下来的时候，就会给我和哥哥讲他们生活的那个年代，很苦很累，还经历过自然灾害，穷的时候，连饭都吃不饱。在我的印象里，最深的一件事情就是过年的时候，不管这一年钱赚的多还是少，爸爸总会让妈妈带着我和哥哥去买新衣服，当然了，妈妈也必须买新的，唯有爸爸，他是家里面唯一一个可以穿旧衣服过新年的人，这就是我关于爸爸的儿时的印象，他爱家人，从来不肯委屈自己的妻子和孩子。成长岁月里的爸爸在我们渐渐成长的的岁月里，作为孩子，我们都有了自己的认知和想法，青春期的叛逆，我们也给爸爸惹了不少祸，但是，不管我们闯的祸有多大，最后都是爸爸出面，来摆平解决一切。在这个渐渐懂事的过程中，爸爸扮演着一位良师的角色，事情过后，爸爸也会趁机好好的教育我们，让我们懂得，我们做的是对的，值得鼓励的，还是不对的，今后需要去改正的。爸爸在社会上经历的多了，懂得的道理也比我们多很多。我们是在跌跌撞撞的认知中去探索这个社会，而爸爸就是这条探索道路的指明灯！在我们长大的青春光阴里，我们在爸爸身上看到了责任、懂得了承担的重要性！爸爸，在我们的生活中，必不可少，他让我们（大哥和我）拥有了正确的人生观和价值观，他教会了我们如何看待这个世界，如何去更好的创造自己想要的生活！渐渐上了年纪的爸爸：我只想用“渐渐上了年纪”来形容现在的爸爸，不想要用已经“老去”来形容爸爸。没错，岁月是真的很无情的，不知不觉间，爸爸的眼角多了些许的皱纹，额头的皱纹也不自觉的来向他报到了，爸爸再伟大，也终究抵不过岁月的蹉跎。两角鬓白的爸爸，让我们看着多了很多的心疼，一向雷厉风行、无所不能的爸爸，渐渐地，变得老了，特别是当我们都成家以后，爸爸也算是把他一生最重要的任务也都完成了，上了年纪的爸爸，更多的心思，留在了妈妈的身上，一路走来，是妈妈的陪伴和默默的奉献，才让爸爸能够在外工作的时候，毫无杂念！妈妈，就是爸爸最为坚强的后盾，而我们，是爸爸努力奋斗的最大动力，如今，爸爸渐渐地老了，作为儿女，我们无法让时光倒流，能做的就是多陪伴他们，让他们的晚年生活能够幸福！爸爸的一生，都在付出，为了家和家人而付出，如今的我们，都已经成家，更加体会到了为人父母的心酸苦楚，我们能做的就是常回家看看！让父母不感到孤独！我们都是母亲身上掉下来的一块肉，我们跟母亲之间的关系，血浓于水，彼此间的那种爱，是神圣而又不可侵犯的，是妈妈给了我们生命，也是妈妈无怨无悔的把我们抚养成人，在我们成长的过程中，不管是好还是不好，妈妈都一味的去包容，去引领着我们我和妈妈的温情小生活，母爱，总是那么的伟大！都说慈母多败儿，其实啊，母亲在我们的生活着，扮演着不可或缺的角色，没有母亲的无私奉献，又怎会有我们的今天呢？更多的时候，是我们忽略了母亲的重要性，甚至是把母亲对我们的关心和爱护变成了理所当然！其实啊，也是因为我们从出生的时候，就拥有了母亲的爱，也就变得不那么的珍惜了！我觉得，我们生活在这个世上，更要好好地对待我们的母亲，在我的记忆深处，母亲总是很慈祥的，她也有属于她自己的小忧愁，但是，却从来都不会让我们知道，不管生活中，遇到了什么困难或者坎坷，她总是自己一个人想办法面对和解决！以至于曾经的我一直觉得母亲是万能的，没有什么困难事情是母亲不能解决的！儿时记忆中，最深刻的一件事情就是那年的的大冬天，下了很厚很厚的雪，我跟哥哥上学的地方是需要骑着自行车去的，妈妈早早的叫醒了我和哥哥，