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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(biāo) 1.了解麥克斯韋個(gè)人成長(zhǎng)歷程，法拉第對(duì)麥克斯韋成長(zhǎng)的影響，激勵(lì)青少年熱愛(ài)科學(xué)，奮發(fā)向上，為科學(xué)獻(xiàn)身. 2、理解麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的兩個(gè)支柱：變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)、變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)。了解變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)相互聯(lián)系形成統(tǒng)一的電磁場(chǎng)及相關(guān)推理思維過(guò)程。 3、了解電磁場(chǎng)在空間傳播形成電磁波。知道機(jī)械波與電磁波的異同，認(rèn)識(shí)光是以波動(dòng)形式傳播的一種電磁振動(dòng). 4、了解赫茲捕捉電磁波的過(guò)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(wèn)題1】請(qǐng)根據(jù)書(shū)本提供的相關(guān)素材和自己課外了解的相關(guān)知識(shí)，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(xiàn)。 【問(wèn)題2】麥克斯韋通過(guò)偉大的預(yù)言和系統(tǒng)知識(shí)的總結(jié)得到電場(chǎng)和磁場(chǎng)的密切聯(lián)系，電場(chǎng)和磁場(chǎng)相關(guān)系的基本論點(diǎn)是： ； 。根據(jù)書(shū)本的提示，麥克斯韋是通過(guò)什么思維方式得到該關(guān)系的？麥克思維在兩個(gè)基本論點(diǎn)的基礎(chǔ)上得到的預(yù)言是： 。 【問(wèn)題3】比較電磁波和機(jī)械波的相同點(diǎn)和不同點(diǎn)。 【問(wèn)題4】赫茲通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明了電磁波理論，總結(jié)了電磁波的那些特點(diǎn)，請(qǐng)將你總結(jié)的寫(xiě)在下面空白處。 【問(wèn)題5】自己動(dòng)手實(shí)驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)器材：一節(jié)電池、一根導(dǎo)線、一把銼刀和一個(gè)收音機(jī) 實(shí)驗(yàn)操作：把銼刀裸露刀柄接觸電池的負(fù)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(dòng)，打開(kāi)收音機(jī)，聽(tīng)有沒(méi)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(wèn)題1】裝置如圖4.1－1所示，當(dāng)穿過(guò)螺線管的磁場(chǎng)隨時(shí)間變化時(shí)，上面的線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，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(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)的思維過(guò)程？ 【問(wèn)題2】麥克斯韋從理論上預(yù)言了電磁波存在，在其兩個(gè)基本論點(diǎn)的基礎(chǔ)上他做了什么推斷？ 【問(wèn)題3】關(guān)于電磁場(chǎng)和電磁波的理解，有一些同學(xué)展開(kāi)了爭(zhēng)論，你支持誰(shuí)的看法，說(shuō)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(shuō)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(méi)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(kāi)得到的，沒(méi)有任何科學(xué)依據(jù)。 同學(xué)?。汗馐且圆▌?dòng)的形式傳播的一種電磁振動(dòng)。 【問(wèn)題4】赫茲通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證麥克斯韋電磁場(chǎng)理論時(shí)，所用實(shí)驗(yàn)裝置如圖4.1－2所示，在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，導(dǎo)線兩個(gè)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(shí)中相似？ A B C 圖4.1－2 【問(wèn)題5】赫茲設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)檢測(cè)到電磁波的存在，在科技日益發(fā)達(dá)的今天，你可以借助于生活中的什么裝置驗(yàn)證電磁波的存在？ 課堂檢測(cè) A 1．建立完整的電磁場(chǎng)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(shí)驗(yàn)證實(shí)電磁波的存在，使人們認(rèn)識(shí)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(chǎng)和電磁波的說(shuō)法中正確的是 （ ） A．電場(chǎng)和磁場(chǎng)總是相互聯(lián)系的，它們被統(tǒng)稱為電磁場(chǎng) B．電磁場(chǎng)由發(fā)生的區(qū)域向遠(yuǎn)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(chǎng)中電場(chǎng)強(qiáng)度隨時(shí)間變化的圖像如圖4.1－3所示，能產(chǎn)生磁場(chǎng)的電場(chǎng)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(jī)械波與電磁波的說(shuō)法正確的是（ ） A．聲波是機(jī)械波，耳朵能夠聽(tīng)到聲波，是因?yàn)槎浜吐曉粗g有空氣. B．水波的傳播需要水，沒(méi)有水就沒(méi)有水波. C．電磁波傳播需要空氣，沒(méi)有空氣，即使產(chǎn)生了電磁波也傳不出來(lái). 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(chǎng)和磁場(chǎng)，它們重疊在一起就是電磁波 B．只要磁場(chǎng)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(gè)線圈周圍一定會(huì)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(shí)，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(wèn)題1】略 【問(wèn)題2】變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)，變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)。變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)交替產(chǎn)生，由近及遠(yuǎn)傳播就形成了電磁波 【問(wèn)題3】. 機(jī)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(jī)械波傳播需要介質(zhì)，沒(méi)有介質(zhì)就沒(méi)有機(jī)械波，機(jī)械波只是傳播機(jī)械振動(dòng)形式，質(zhì)點(diǎn)并不隨波遷移；電磁波可以在真空中傳播，這是因?yàn)殡姶挪ǖ膫鞑タ康氖请妶?chǎng)和磁場(chǎng)的相互“激發(fā)”，而電場(chǎng)和磁場(chǎng)本身就是一種形式的物質(zhì). ③. 機(jī)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(dòng)形式傳播的一種電磁振動(dòng). 【問(wèn)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(wèn)題5】解析：會(huì)聽(tīng)到收音機(jī)里發(fā)出“喀喀”的聲音. 這是因?yàn)閷?dǎo)線與鋼銼摩擦，會(huì)產(chǎn)生變化的電流，其在周圍產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，變化的磁場(chǎng)又產(chǎn)生變化的電場(chǎng)，如此反復(fù)，則會(huì)產(chǎn)生電磁波，故收音機(jī)會(huì)發(fā)出“喀喀”的聲. 合作探究 【問(wèn)題1】解析：由于交變電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)在不斷變化，所以穿過(guò)線圈的磁通量不斷變化，在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，形成感應(yīng)電流，小燈泡發(fā)光。麥克斯韋從場(chǎng)的觀點(diǎn)進(jìn)一步想到，產(chǎn)生感應(yīng)電流時(shí)，一定是有了促使導(dǎo)體中自由電荷做定向運(yùn)動(dòng)的電場(chǎng). 因此，麥克斯韋認(rèn)為：這個(gè)現(xiàn)象的實(shí)質(zhì)是變化的磁場(chǎng)在空間產(chǎn)生了電場(chǎng). 如果在這個(gè)空間有一個(gè)閉合電路，那么電路中的自由電荷就在這個(gè)電場(chǎng)作用下做定向運(yùn)動(dòng)，形成電流；即使在變化的磁場(chǎng)中沒(méi)有閉合電路，也同樣要在空間產(chǎn)生電場(chǎng)，故磁場(chǎng)變化時(shí)一定產(chǎn)生電場(chǎng). 【問(wèn)題2】解析：變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)，那么變化的電場(chǎng)是否會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)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(chǎng)與磁場(chǎng)具有對(duì)稱之美. 認(rèn)為變化的電場(chǎng)在空間也會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng).根據(jù)這兩個(gè)基本論點(diǎn)，麥克斯韋進(jìn)一步推斷：如果在空間某區(qū)域有不均勻變化的電場(chǎng)，那么這個(gè)變化的電場(chǎng)就在空間引起變化的磁場(chǎng)；如果變化的電場(chǎng)屬于均勻變化，則激發(fā)穩(wěn)定的磁場(chǎng)后不再激發(fā)，若這個(gè)變化的磁場(chǎng)為非均勻變化的，則又會(huì)引起新的變化電場(chǎng)和磁場(chǎng)……于是，變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)交替產(chǎn)生，由近及遠(yuǎn)地傳播. 麥克斯韋指出，這種電場(chǎng)和磁場(chǎng)的傳播是一種波動(dòng)過(guò)程. 由此得出空間存在電磁波. 【問(wèn)題3】通過(guò)比較電磁波和機(jī)械波的異同，可得知乙和丁的看法是對(duì)的。 【問(wèn)題4】當(dāng)電火花在感應(yīng)圈兩個(gè)金屬球間跳動(dòng)時(shí)，必定建立了一個(gè)迅速變化的電磁場(chǎng)，按麥克斯韋的理論，這種變化的電磁場(chǎng)以電磁波的形式在空間傳播。當(dāng)電磁波經(jīng)過(guò)導(dǎo)線環(huán)時(shí)，迅速變化的電磁場(chǎng)在導(dǎo)線環(huán)中激發(fā)出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，使得導(dǎo)線環(huán)的空隙間也產(chǎn)生了火花。 【問(wèn)題5】收音機(jī)、手機(jī)等等 課堂檢測(cè) 1、D 2、A 3、BCD 4、ABC 5、ABD 6、D