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高中物理教案:《麦克斯韦电磁场理论》

发布时间: 2019-01-25 17:29:49

修改时间: 2019-01-25 17:29:49

阅读量: 6497

作者: 小汐

 电磁理论促进了科学技术的发展,有力的推动了社会的进步。在本节课之前,学生已经学习了奥斯特发现电流的磁效应和法拉第电磁感应定律,这是麦克斯韦电磁场理论的基础。尽管如此,电磁场看不见也摸不着,对学生的空间思维能力要求较高,理解起来确有一定的难度。教学中应重视思维过程以及思维方法的介绍,不可急于求成。福建省教师招聘考试网整理《麦克斯韦电磁场理论》教案,带大家了解电磁场理论建立所经历的“实践――理论――实践”科学发展过程。

一、教学目标

(一)知识与能力

1.了解麦克斯韦电磁场理论的主要内容;

2.了解电磁波;

3.了解麦克斯韦电磁场理论在物理学发展史上的意义。

(二)过程与方法

1.通过对麦克斯韦电磁场理论基本思想形成过程的学习,体会在科学探究中如何充分利用已有的实验基础和理论,展开大胆的猜想与假设,建立新理论,预言新现象。

2.通过麦克斯韦电磁场理论的成功,感受运用数学工具进行推理论证对物理学发展的意义。

3.通过“磁现象与电现象有哪些相似之处”的讨论与交流,进一步掌握类比法,初步形成“对称”的思想方法。 

(三)情感态度与价值观

1.感悟科学家的创造性思维,体验科学家献身科学的精神,培养学生崇尚科学、献身科学的精神。

2.体验物理学的研究方法以及数学在物理学中的特殊地位。

3.通过对麦克斯韦电磁场理论基本思想形成过程的学习,感受物理学的和谐之美、对称之美、有序之美。

二、教学重难点

(一)教学重点

变化的磁场产生电场。

(二)教学难点

变化的电场产生磁场。

三、教学思路

注意介绍科学家的思维起点以及独特的创造性思维方法,同时要遵循学生的思维规律,从学生已知的电磁现象推理、归纳出相关结论。

四、教学过程

(一)引入新课: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(1831-1879)是英国的理论物理学家、数学家。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。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。

(二)变化的磁场产生电场

演示实验:

变化的磁场产生电场

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。

【问题1】小灯泡为什么能发光? 

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。

【问题2】电路(线圈)中的电荷为什么能够定向移动呢?

受电场力。

【总结】上述实验表明,变化的磁场在线圈里形成电场。

【问题3】若线圈断开,线圈中有电流、电场吗?

有电场,无电流。

【问题4】若线圈被拿走,它原来所处的空间有电场吗?

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:电路里产生感应电流,是由于导体中的自由电荷受到电场力的驱使而做定向移动,说明电路所在的空间存在电场,这个电场是由变化的磁场引起的。即变化的磁场周围产生电场是一种普遍存在的现象。

(三)变化的电场产生磁场

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。

麦克斯韦认为:静止电荷周围是稳定的电场,不产生磁场;而电荷运动时,周围的小磁针摆动说明小磁针所在处产生了另一个磁场,使小磁针摆动,这个磁场是由电荷运动在周围空间产生变化的电场而引起的。即变化的电场周围产生磁场是一种普遍存在的现象。

(四)麦克斯韦电磁场理论的基本思想

A.均匀变化的磁场(或电场)产生稳定的电场(或磁场);

B.非均匀变化的磁场(或电场)产生变化的电场(或磁场); 

C.按三角函数规律变化的振荡磁场(或电场)产生同频率的三角函数规律变化。

麦克斯韦根据自己的理论进一步预言,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。

(五)电磁波

1.电磁波的产生:

如果在空间某区域有周期性变化的电场,这个变化的电场就会在周围空间产生周期性变化的磁场,这个变化的磁场又会在较远的空间引起周期性的电场。这样变化的电场和磁场就不局限于空间某区域。而是由近及远地向周围空间传播出去,电磁波这样由近及远地传播,就形成电磁波。

2.电磁波的特点

(1)电磁波中电场和磁场相互垂直,电磁波在与两者均垂直的方向传播,因此电磁波是横波。

(2)两个相邻的波峰(或波谷)之间的距离等于电磁波的波长。电磁波在空间以一定的速度传播,经过一个周期的时间,传播一个波长的距离。即其波长波长,频率频率(周期Τ),波速波速之间遵循的关系:波长、频率、波速之间的关系

(3)电磁波传播不需要借助于任何介质,在真空中也能传播。电磁波在真空中的传播速度等于光在真空传播速度,c=3.0×108m/s。在传播过程中,电磁波能发生反射、折射、干涉和衍射。

3.电磁场的物质性

电磁波具有运动能量,以及与其他物质相互作用的属性,都是物质的性质。

(六)麦克斯韦电磁场理论的意义

1.电磁场理论的建立,经历了“实践――理论――实践”这一科学发展的过程,是物理学发展史上的典型案例。  

2.麦克斯韦的电磁场理论,实现了从经典物理学向现代物理学的重大转折。

本节主要学习物理学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,即变化的磁场产生电场,变化的电场产生磁场。了解了麦克斯韦电磁场理论在物理学发展史上的意义。让学生进一步认识电磁场,对其形成完整、系统的电磁理论具有一定的帮助。


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