最新高中物理选修34教案1415章全册整册.docx

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最新高中物理选修34教案1415章全册整册

教学案例

课题：

电磁波的发现

（教材：

人民教育出版社出版的高二物理选修3-4）

撰写人：

卢峰

单位：

东平高级中学

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两个基本观点：

变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场。

2．知道电磁场在空间传播形成电磁波以及电磁波的特点。

3．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

★教学过程

（一）引入新课

师：

“神舟六号”上天后，怎样与地面上的人联系呢？

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”，“电磁波”就是现代文明的神经中枢。

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］麦克斯韦认为变化的磁场在空间产生电场。

电路中的自由电荷就是在这个电场的作用下做定向运动，产生了感应电流。

［讨论］

（1）如果用不导电的塑料线绕制线圈，线圈中还有电流、电场吗？

（2）如果线圈不存在，线圈所在处的空间还有电场吗？

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）。

我们可以很自然的提出一个假设：

变化的磁场产生电场。

说明：

在变化的磁场中所产生的电场的电场线是闭合的；而静电场中的电场线是不闭合的。

●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。

教师点拨：

这个假设没有直接的实验做基础，它出于对自然规律的洞察力，是很大胆的，但却更有创造力。

师：

根据这两个基本论点，麦克斯韦推断：

如果在空间某区域中有周期性变化的电场，那么，它就在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……变化的电场和变化的磁场是相互联系着的，形成不可分割的统一体，这就是电磁场。

2．电磁波

师：

机械振动在介质中的传播形成机械波，电磁场在空中的传播会形成什么？

生：

电磁场在空中传播形成电磁波。

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，学生讨论电磁波具有的特点。

师生共同得到电磁波的特点：

（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。

（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P79“问题与练习”的题目。

★教学体会

思维方法是解决问题的灵魂，是物理教学的根本；亲自实践参与知识的发现过程是培养学生能力的关键，离开了思维方法和实践活动，物理教学就成了无源之水、无本之木。

学生素质的培养就成了镜中花，水中月。

教学案例

课题：

电磁振荡

（教材：

人民教育出版社出版的高二物理选修3-4）

撰写人：

孔兵

单位：

东平高级中学

14.2电磁振荡

一、教学目标

1．理解LC回路中产生振荡电流的过程．了解电容器的充电、放电作用及电感阻碍电流变化的作用．

2．会分析振荡电流变化过程中，电场能和磁场能的相互转化的规律，并会分析振荡电流在一个周期变化过程中，电容器上电荷的变化情况及电感线圈中电流的大小和方向的变化情况．

3．知道阻尼振荡和无阻尼振荡的区别，以及振幅减小的原因．

4．通过观察演示实验，概括出电磁振荡等概念，培养学生的观察能力、类比推理能力，以及理解和概括能力．

二、重点、难点分析

1．先通过观察演示实验，总结得到几个基本概念：

振荡电路，振荡电流，电磁振荡现象等．这部分知识，基本概念很抽象，研究对象多是看不见摸不着的电磁场及其运动，理解起来也较为困难，所以做好演示实验是关键，再辅以类比推理和生动的比喻、描述，能增强可接受性．

2．LC回路产生电磁振荡是本章本单元的重点，也是难点．电磁振荡产生的物理过程较为抽象，所以重点应放在电路中电场能和磁场能的相互转化上；分析指出何时电场能转化为磁场能，何时磁场能转化为电场能；何时电场能最大，何时磁场能最大．与之对应的也要指出电路里电流何时最大，何时为零．

其次还要明确电场能和磁场能相互转化的条件是电感线圈的自感电动势的作用和电容器的充放电作用．为了增强可理解性，此处可借助于单摆或弹簧振子的简谐运动来类比、形容电磁振荡过程中能量的转化情况．

三、教具

1．LC振荡电路演示仪（含晶体管振荡器）等．

2．大屏幕示波器（用于观察振荡电流的波形）．

3．如有条件，可用计算机和彩显，使用三维动画软件，模拟LC电路中的振荡过程．

四、主要教学过程

（一）引入新课

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？

就要从电磁振荡开始学习．

（二）主要教学过程设计

1．电磁振荡．

（1）观察演示实验．

简介仪器：

电磁振荡示教板，电感L、电容C；另附晶体管振荡器，市售40V干电池（可延长电流表指针往复摆动时间，达十几次以上）．连接成如图1所示电路．

演示操作：

先用40V电源（用6V电源也可）给电容C充电，若将开关S拨到a端．

提出问题：

将会发生什么现象？

它说明了什么？

引导启发同学边看边想，电流表G指针为什么摆动？

往复摆动说明通过G的电流有什么特点？

在同学回答的基础上，总结得出几个概念：

像这样产生的大小和方向交替变化的电流叫做振荡电流，能产生振荡电流的电路叫振荡电路，上面的LC回路叫LC振荡电路．

上述实验中，为什么电流表G指针往复摆动的幅度越来越小？

如果LC回路中无电阻，也没有其它形式的能量损失，则电流表的指针将一直摆动下去，可是实际中总有能量损失，要维持LC回路中一直有振荡电流，可借助于一种晶体管振荡器，不断地补充能量．然后接上振荡器，再观察现象：

最后，再将振荡电流信号取出，接在示波器上观察波形后，指出振荡电流是一种什么性质的电流？

有何特点？

它是怎样产生的？

总结指出，振荡电流实质上就是前边学过的交流电，它也按正弦规律变化．下面研究它的产生过程．

（2）电磁振荡的产生过程（可结合画图或投影幻灯，启发思考进行分析讲解）．

①给电容C充电—如图2所示，电容器中储存一定的电场能（E电）．

②电容C放电——如图3所示，电场能转化为磁场能：

C上带电量、电场能（电压）逐渐减小（降低），电路中的电流、磁场能则逐渐增大，请同学们想一下这样转化的条件是什么？

为什么是“逐渐”的？

随后指出这是由于电容器C的放电作用（两极板上正、负电荷的吸引作用）和电感L中电流变化时产生的自感电动势的“阻碍”作用所至．当C放电完了时，如图4所示（电场能为零，QC=0，UC=0），磁场能达到最大（与之对应的振荡电流也达到最大Im）．

③反向充电过程，如图5所示，是磁场能转化为电场能的过程，C放电完了时，由于L的自感作用，电路中移动的电荷不能立即停止运动，仍保持原方向流动，经C反向充电，同理则有i减小，E磁减小，而E电增大（QC，UC也随之增大）．直到E磁（i）减为零，E电（QC，UC）增为最大，如图6所示．

④电容C再次反向放电过程，——如图7所示，同理可知E电（QC，UC）减小，直到为零，E磁（i）增大，直到最大（Im）如图8所示．如此下去，回路中就产生了振荡电流．

归纳总结指出：

像上述情况，电路中的电场能和磁场能（与之对应的电荷Q和电流i）做周期性交替变化的现象叫做电磁振荡现象，微观实质是导线中的电子在其平衡位置附近做简谐运动．

2．无阻尼振荡和阻尼振荡．

（1）振荡电路中，若没有能量损耗，则振荡电流的振幅（Im）将不变，如图9所示，叫做无阻尼振荡（或等幅振荡）．

（2）阻尼振荡．任何振荡电路中，总存在能量损耗，使振荡电流i的振幅逐渐减小，如图10所示，这叫做阻尼振荡（或叫减幅振荡）．请同学们想一下：

电路损耗的能量哪里去了？

如果用振荡器周期性地给振荡电路补充能量，就可以保持等幅振荡，这类似于受迫振动．

3．复习巩固（视实际情况，可选一种或二种）

用示波器观察上述两种电磁振荡中振荡电流的波形；用计算机和三维动画软件模拟电磁振荡