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2019-2020年高中物理 4.1《電磁波的發(fā)現(xiàn)》學(xué)案 新人教版選修1-1 學(xué)習(xí)目標 1.了解麥克斯韋個人成長歷程，法拉第對麥克斯韋成長的影響，激勵青少年熱愛科學(xué)，奮發(fā)向上，為科學(xué)獻身. 2、理解麥克斯韋電磁場理論的兩個支柱：變化的磁場產(chǎn)生電場、變化的電場產(chǎn)生磁場。了解變化的電場和磁場相互聯(lián)系形成統(tǒng)一的電磁場及相關(guān)推理思維過程。 3、了解電磁場在空間傳播形成電磁波。知道機械波與電磁波的異同，認識光是以波動形式傳播的一種電磁振動. 4、了解赫茲捕捉電磁波的過程，及電磁波的產(chǎn)生在物理學(xué)發(fā)展史上的偉大意義. 自主學(xué)習(xí) 【問題1】請根據(jù)書本提供的相關(guān)素材和自己課外了解的相關(guān)知識，向同學(xué)介紹電磁波理論的發(fā)現(xiàn)背景（包含麥克斯韋的生平、麥克斯韋和法拉第的關(guān)系及其它相關(guān)人員在電磁波方面所做的貢獻。 【問題2】麥克斯韋通過偉大的預(yù)言和系統(tǒng)知識的總結(jié)得到電場和磁場的密切聯(lián)系，電場和磁場相關(guān)系的基本論點是： ； 。根據(jù)書本的提示，麥克斯韋是通過什么思維方式得到該關(guān)系的？麥克思維在兩個基本論點的基礎(chǔ)上得到的預(yù)言是： 。 【問題3】比較電磁波和機械波的相同點和不同點。 【問題4】赫茲通過實驗證明了電磁波理論，總結(jié)了電磁波的那些特點，請將你總結(jié)的寫在下面空白處。 【問題5】自己動手實驗：實驗器材：一節(jié)電池、一根導(dǎo)線、一把銼刀和一個收音機 實驗操作：把銼刀裸露刀柄接觸電池的負極，導(dǎo)線的一端接在正極上，把導(dǎo)線的另一端在銼刀銼面上滑動，打開收音機，聽有沒有“嗑嗑”的聲音。試討論你所觀察到的現(xiàn)象的成因。 合作探究 圖4.1－1 【問題1】裝置如圖4.1－1所示，當(dāng)穿過螺線管的磁場隨時間變化時，上面的線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，引起感應(yīng)電流使燈泡發(fā)光，思考小燈泡為什么能發(fā)光？并闡述麥克斯韋根據(jù)法拉第發(fā)現(xiàn)的電磁感應(yīng)現(xiàn)象推理變化的磁場產(chǎn)生電場的思維過程？ 【問題2】麥克斯韋從理論上預(yù)言了電磁波存在，在其兩個基本論點的基礎(chǔ)上他做了什么推斷？ 【問題3】關(guān)于電磁場和電磁波的理解，有一些同學(xué)展開了爭論，你支持誰的看法，說出你的理由。 同學(xué)甲：電磁波的傳播不需要介質(zhì)，聲波的傳播需要介質(zhì)。說明兩種波是完全不同的，聲波傳播中的現(xiàn)象，電磁波一定沒有。 同學(xué)乙：電磁波是一種物質(zhì)。 同學(xué)丙：麥克斯韋的預(yù)言電磁波的存在是自己異想天開得到的，沒有任何科學(xué)依據(jù)。 同學(xué)丁：光是以波動的形式傳播的一種電磁振動。 【問題4】赫茲通過實驗驗證麥克斯韋電磁場理論時，所用實驗裝置如圖4.1－2所示，在這個實驗中，導(dǎo)線兩個小球之間能夠產(chǎn)生電火花的理論基礎(chǔ)是什么？可能與你所學(xué)知識中相似？ A B C 圖4.1－2 【問題5】赫茲設(shè)計實驗檢測到電磁波的存在，在科技日益發(fā)達的今天，你可以借助于生活中的什么裝置驗證電磁波的存在？ 課堂檢測 A 1．建立完整的電磁場理論并首先預(yù)言電磁波存在的科學(xué)家是 （ ） A．法拉第 B．奧斯特 　 　 　C．赫茲 D．麥克斯韋 2．1888年，用實驗證實電磁波的存在，使人們認識到物質(zhì)存在的另一種形式，這位物理學(xué)家是（ ） A．赫茲 B．奧斯特 C．麥克斯韋 D．法拉第 3．關(guān)于電磁場和電磁波的說法中正確的是 （ ） A．電場和磁場總是相互聯(lián)系的，它們被統(tǒng)稱為電磁場 B．電磁場由發(fā)生的區(qū)域向遠處的傳播就是電磁波 C．電磁波的傳播速度是3108m/s D．電磁波是一種物質(zhì)，可以在真空中傳播 4．某電場中電場強度隨時間變化的圖像如圖4.1－3所示，能產(chǎn)生磁場的電場是（ ）　　　　　　　　　 t 0 A t 0 B t 0 C t 0 D E E E E 圖4.1－3 B 5． 下列關(guān)于機械波與電磁波的說法正確的是（ ） A．聲波是機械波，耳朵能夠聽到聲波，是因為耳朵和聲源之間有空氣. B．水波的傳播需要水，沒有水就沒有水波. C．電磁波傳播需要空氣，沒有空氣，即使產(chǎn)生了電磁波也傳不出來. a b c d G B Q Q 圖4.1－4 D．電磁波的傳播速度等于光速，不受其它因素影響 6． 在下述各種情況中,可以產(chǎn)生電磁波的是( ). A． 空間有電場和磁場，它們重疊在一起就是電磁波 B．只要磁場發(fā)生變化在其周圍空間就一定有電磁波 C． 一匝線圈，里面通有變化的電流，在這個線圈周圍一定會產(chǎn)生電磁波 D． 如圖4.1-4，a、b、c、d為4根相同的銅管，G為感應(yīng)圈，c、d間接有一氖燈，當(dāng)G工作時，氖燈發(fā)光，這表示感應(yīng)圈G產(chǎn)生了電磁波. 我的收獲 自主學(xué)習(xí) 【問題1】略 【問題2】變化的電場產(chǎn)生磁場，變化的磁場產(chǎn)生電場。變化的電場和磁場交替產(chǎn)生，由近及遠傳播就形成了電磁波 【問題3】. 機械波與電磁波的異同： ①. 它們都是波，均具有波的一切特性.，能夠產(chǎn)生反射、折射、衍射和干涉現(xiàn)象， ②. 機械波傳播需要介質(zhì)，沒有介質(zhì)就沒有機械波，機械波只是傳播機械振動形式，質(zhì)點并不隨波遷移；電磁波可以在真空中傳播，這是因為電磁波的傳播靠的是電場和磁場的相互“激發(fā)”，而電場和磁場本身就是一種形式的物質(zhì). ③. 機械波的傳播速度由介質(zhì)決定，電磁波的傳播速度等于光速. 2. 光是以波動形式傳播的一種電磁振動. 【問題4】電磁波具有反射、折射、干涉、偏振和衍射等現(xiàn)象，證明了電磁波與光具有相同的性質(zhì). 【問題5】解析：會聽到收音機里發(fā)出“喀喀”的聲音. 這是因為導(dǎo)線與鋼銼摩擦，會產(chǎn)生變化的電流，其在周圍產(chǎn)生變化的磁場，變化的磁場又產(chǎn)生變化的電場，如此反復(fù)，則會產(chǎn)生電磁波，故收音機會發(fā)出“喀喀”的聲. 合作探究 【問題1】解析：由于交變電流產(chǎn)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(chǎn)生感應(yīng)電動勢，形成感應(yīng)電流，小燈泡發(fā)光。麥克斯韋從場的觀點進一步想到，產(chǎn)生感應(yīng)電流時，一定是有了促使導(dǎo)體中自由電荷做定向運動的電場. 因此，麥克斯韋認為：這個現(xiàn)象的實質(zhì)是變化的磁場在空間產(chǎn)生了電場. 如果在這個空間有一個閉合電路，那么電路中的自由電荷就在這個電場作用下做定向運動，形成電流；即使在變化的磁場中沒有閉合電路，也同樣要在空間產(chǎn)生電場，故磁場變化時一定產(chǎn)生電場. 【問題2】解析：變化的磁場產(chǎn)生電場，那么變化的電場是否會產(chǎn)生磁場呢？麥克斯韋根據(jù)自然界規(guī)律的統(tǒng)一與和諧，相信電場與磁場具有對稱之美. 認為變化的電場在空間也會產(chǎn)生磁場.根據(jù)這兩個基本論點，麥克斯韋進一步推斷：如果在空間某區(qū)域有不均勻變化的電場，那么這個變化的電場就在空間引起變化的磁場；如果變化的電場屬于均勻變化，則激發(fā)穩(wěn)定的磁場后不再激發(fā)，若這個變化的磁場為非均勻變化的，則又會引起新的變化電場和磁場……于是，變化的電場和磁場交替產(chǎn)生，由近及遠地傳播. 麥克斯韋指出，這種電場和磁場的傳播是一種波動過程. 由此得出空間存在電磁波. 【問題3】通過比較電磁波和機械波的異同，可得知乙和丁的看法是對的。 【問題4】當(dāng)電火花在感應(yīng)圈兩個金屬球間跳動時，必定建立了一個迅速變化的電磁場，按麥克斯韋的理論，這種變化的電磁場以電磁波的形式在空間傳播。當(dāng)電磁波經(jīng)過導(dǎo)線環(huán)時，迅速變化的電磁場在導(dǎo)線環(huán)中激發(fā)出感應(yīng)電動勢，使得導(dǎo)線環(huán)的空隙間也產(chǎn)生了火花。 【問題5】收音機、手機等等 課堂檢測 1、D 2、A 3、BCD 4、ABC 5、ABD 6、D