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2019-2020年高二物理 （人教大綱版）第二冊(cè) 第十八章 電磁和電磁波 四、電磁波(第一課時(shí)) ●本節(jié)教材分析 本節(jié)主要介紹了電磁波的產(chǎn)生和發(fā)射條件，以及電磁波的特點(diǎn). 電磁波的存在是麥克斯韋電磁場(chǎng)理論導(dǎo)出的必然結(jié)果.應(yīng)該注意的是，在說明周期性變化的電場(chǎng)在周圍空間產(chǎn)生周期性變化的磁場(chǎng)，周期性變化的磁場(chǎng)在周圍空間產(chǎn)生周期性變化的電場(chǎng)，形成向外傳播的電磁波時(shí)，一定要強(qiáng)調(diào)“周圍空間”的含義，二是要強(qiáng)調(diào)產(chǎn)生電場(chǎng)的“磁場(chǎng)”不僅包含變化的電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)，在遠(yuǎn)離振蕩電路的空間，它主要是指變化的電場(chǎng)產(chǎn)生的磁場(chǎng). 電磁波是否存在的實(shí)驗(yàn)是檢驗(yàn)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論是否正確的試金石.因此，證明電磁波存在的赫茲實(shí)驗(yàn)是在物理學(xué)史上起奠基作用的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，這個(gè)實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生認(rèn)識(shí)物理世界來說，同樣會(huì)起到奠基作用.教材中雖然沒有編入赫茲實(shí)驗(yàn)，有條件的學(xué)校可以做一做，課堂上不好做也可在課外做.不少學(xué)校有無線電組合教具，可用其中的電磁波的發(fā)射裝置和接收裝置做實(shí)驗(yàn). 電磁波的公式λ=像機(jī)械波的公式λ=一樣，要求學(xué)生很好地理解和靈活應(yīng)用.還要要求學(xué)生記住真空中電磁波和光的傳播速度c=3.00108 m/s. ●教學(xué)目標(biāo) 一、知識(shí)目標(biāo) 1.知道電磁場(chǎng)在空間傳播形成電磁波. 2.知道什么樣的電磁振蕩和電路有利于向外發(fā)射電磁波. 3.知道電磁波的基本特點(diǎn)，電磁波是橫波. 4.知道電磁波在真空中的傳播速度，知道公式v=λf也適用于電磁波. 5.知道赫茲實(shí)驗(yàn)以及它的重大意義. 二、能力目標(biāo) 培養(yǎng)學(xué)生的邏輯推理和類比推理能力. 三、德育目標(biāo) 培養(yǎng)學(xué)生崇尚科學(xué)、獻(xiàn)身科學(xué)的精神. ●教學(xué)重點(diǎn) 電磁波的發(fā)射. ●教學(xué)難點(diǎn) 電磁波的存在和特點(diǎn). ●教學(xué)方法 演示推理法、分析類比法. ●教學(xué)準(zhǔn)備 鐵銼一把，電池一節(jié)，導(dǎo)線一根，收音機(jī)一臺(tái). ●課時(shí)安排 1課時(shí) ●教學(xué)過程 一、引入新課 在上節(jié)課，我們學(xué)習(xí)了電磁場(chǎng)理論，知道了變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)可以互相轉(zhuǎn)化，形成一個(gè)不可分割的統(tǒng)一的電磁場(chǎng)，那么這種電磁場(chǎng)怎樣向較遠(yuǎn)的空間傳播呢？下面我們通過一個(gè)小實(shí)驗(yàn)來說明這個(gè)問題. 二、新課教學(xué) 1.電磁波的產(chǎn)生 ［演示］照上圖安裝電路元件，先把收音機(jī)開關(guān)打開，然后將收音機(jī)調(diào)諧到無音狀態(tài).這時(shí)將銼刀上的導(dǎo)線頭在銼刀上拖動(dòng)，收音機(jī)會(huì)發(fā)出“喀、喀”的聲音.請(qǐng)同學(xué)們分析這是怎么回事？ ［生］由導(dǎo)線、銼、電池組成的電路，可以看做是一個(gè)振蕩電路，當(dāng)導(dǎo)線頭在銼的表面滑動(dòng)時(shí)，在電路中產(chǎn)生振蕩電流，發(fā)射出電磁波，收音機(jī)接收后發(fā)出聲音. ［師］介紹電磁波的產(chǎn)生.如果在空間某處發(fā)生了變化的電場(chǎng)，就會(huì)在空間引起變化的磁場(chǎng)，這個(gè)變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)又會(huì)在較遠(yuǎn)的空間引起新的變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng).這樣變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)并不局限于空間某個(gè)區(qū)域，而要由近及遠(yuǎn)向周圍空間傳播開去，這樣就形成了電磁波. 2.發(fā)射電磁波的條件 ［師］怎樣才能有效地向外界發(fā)射電磁波呢？請(qǐng)同學(xué)們閱讀教材后回答. ［生］研究表明，要有效發(fā)射電磁波，振蕩電路必須具有如下條件： （1）電磁振蕩的頻率必須足夠高.振蕩頻率越高，發(fā)射電磁波的本領(lǐng)越大. （2）振蕩電路的電場(chǎng)和磁場(chǎng)必須分散到盡可能大的空間，才能有效地向外傳播電磁場(chǎng)的能量. ［師］LC回路的振蕩頻率公式是什么？如何提高振蕩頻率？ ［生］據(jù)f=可知，減小C和L的值，可以提高振蕩頻率f. ［師］如何減小電容器的電容C和電感的自感系數(shù)L？ ［生］據(jù)C=可知，要減小C，可以減小正對(duì)的面積S,增大極板間距d,減小介電常數(shù)ε.減小自感系數(shù)L，可以去掉鐵芯，并減小線圈的橫截面、長(zhǎng)度和匝數(shù). ［師］介紹開放電路及特點(diǎn) （1）構(gòu)造： （2）特點(diǎn)：①由于電路中的L和C都足夠小，因此頻率很大.②由于電容器的極板間距很大，因此電場(chǎng)足夠分散，能分散到很大的空間中. 3.電磁波的特點(diǎn) 機(jī)械波有橫波和縱波之分，且能夠傳遞能量；能發(fā)生反射、折射、干涉和衍射；靠介質(zhì)傳播，波速v=λf.類比得出電磁波的特點(diǎn)： （1）電磁波中的電場(chǎng)和磁場(chǎng)互相垂直，并且都與波的傳播方向垂直，即電磁波是橫波.如右圖所示［投影片］. （2）電磁波可以在真空中傳播，向周圍空間傳播電磁能，在傳播過程中，電磁波能發(fā)生反射、折射、干涉和衍射. （3）三個(gè)特征量的關(guān)系：v=λf. 其中f由振蕩電路決定.λ是兩相鄰的波峰（或波谷）之間的距離，即波長(zhǎng)，它與介質(zhì)和頻率有關(guān)，v是波速，它只與介質(zhì)有關(guān)，在真空中v=3.0108 m/s. 三、小結(jié) 本節(jié)課主要學(xué)習(xí)了以下內(nèi)容： 1.電磁波的產(chǎn)生和發(fā)射條件. 2.開放電路的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn). 3.電磁波的特點(diǎn). 麥克斯韋電磁場(chǎng)理論從建立到贏得物理學(xué)界的普遍承認(rèn)和接受，經(jīng)歷了近20年的時(shí)間.1888年，德國(guó)物理學(xué)家第一次用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在，有力地促進(jìn)了電磁場(chǎng)理論在無線電技術(shù)中的應(yīng)用，這時(shí)天才的物理學(xué)家麥克斯韋已于9年前過早地離開人世，但他的名字永久地載入了人類科學(xué)發(fā)展的史冊(cè). 四、作業(yè) 1.練習(xí)二寫在作業(yè)本上. 2.查閱資料了解電磁波的應(yīng)用. 五、板書設(shè)計(jì) 六、本節(jié)優(yōu)化訓(xùn)練設(shè)計(jì) 1.從地球向月球發(fā)射電磁波，經(jīng)過多長(zhǎng)時(shí)間才能在地球上接到反射回來的電磁波？（地球到月球的距離為3.84105 km） 2.某衛(wèi)星采用20.009 MHz和19.995 MHz的頻率發(fā)射無線電信號(hào)，若光速為2.997108 m/s，求這兩種頻率的電磁波的波長(zhǎng)各是多少？（結(jié)果精確到四位有效數(shù)字） 3.一臺(tái)收音機(jī)在中波波段接收的波長(zhǎng)范圍由560.7 m到186.7 m，它的接收頻率范圍有多大？ 參考答案： 1.2.56 s 2.由λ=得，λ1=14.983 m,λ2=14.993 m. 3.由f=得：f1=0.535 MHz, f2=1.605 MHz.