PAGE1-電磁場與電磁波【教學目標】1．初步了解麥克斯韋電磁場理論的基本思想。2．了解電磁波的產生和電磁波的特點。3．了解電磁場的物質性。4．了解麥克斯韋電磁場理論在物理學發展史上的意義。【教學重難點】1．電磁振蕩中電場能和磁場能的轉化。2．麥克斯韋電磁場理論的基本內容。【教學過程】一、新課導入1．打開收音機的開關，轉動選臺旋鈕，旋到使收音機收不到電臺的頻道，然后開大音量。在收音機旁邊，將電池盒的兩根引線反復碰撞，你會聽到收音機中發出“喀喀”的響聲。為什么會產生這種現象呢？打開電扇，將它靠近收音機，看看又會怎樣。提示：電磁波是由電磁振蕩產生的，在收音機旁邊，將電池盒兩引線反復碰觸，改變的電流產生改變的磁場，改變的磁場產生改變的電場，這樣會發出電磁波，從而導致收音機中發出“喀喀”聲。若將轉動的電扇靠近收音機，因為電扇中電動機內通有交變電流，電動機的運行同樣會引起收音機發出“喀喀”聲。2．復習電磁振蕩的周期和頻率：（1）電磁振蕩的周期T：電磁振蕩完成一次周期性改變所用的時間。（2）電磁振蕩的頻率f：1s內完成周期性改變的次數。（3）LC回路的周期公式。周期公式：。其中：周期T、自感系數L、電容C的單位分別是秒（s）、亨利（H）、法拉（F）。二、新課教學（一）電磁場1．改變的磁場產生電場即使在改變的磁場中沒有閉合電路，也同樣要在空間產生電場。2．改變的電場產生磁場逐步深化講解：1．勻稱改變的磁場產生穩定的電場；非勻稱改變的磁場產生改變的電場。周期性改變的磁場產生同頻率周期性改變的電場。2．勻稱改變的電場產生穩定的磁場；非勻稱改變的電場產生改變的磁場。周期性改變的電場產生同頻率周期性改變的磁場。英國物理學家麥克斯韋在總結前人探討電磁現象成果的基礎上，建立了完整的電磁場理論。可定性表述為改變的磁場產生電場，改變的電場產生磁場，改變的電場和磁場總是相互聯系的，形成一個不行分別的統一場，這就是電磁場。（二）電磁波緊接著電磁場進行講解并描述：1．電磁波的產生：改變的電場和磁場由近及遠地向四周傳播，形成了電磁波。由于電磁波的傳播靠的是電場和磁場的相互“激發”，所以不須要介質，可以在真空中傳播。全局講解電磁波的形成：2．電磁波的特點機械波有橫波和縱波之分，且能夠傳遞能量；能發生反射、折射、干涉和衍射；靠介質傳播，波速v=λf。類比機械波的特點，我們可以得出電磁波的特點：（1）電磁波中的電場和磁場相互垂直，并且都與波的傳播方向垂直，即電磁波是橫波。光是一種電磁波。在前面學習的光的偏振現象已經證明白這一點。如圖所示。［課件演示：電磁場方向間的關系］（2）電磁波可以在真空中傳播，向四周空間傳播電磁能，在傳播過程中，電磁波能發生反射、折射、干涉和衍射。（3）三個特征量的關系：v=λf。在真空中v=3.0×108m/s。麥克斯韋電磁場理論的建立具有宏大的歷史意義，足以根牛頓力學體系相媲美，它是物理學發展史中的一個劃時代的里程碑。3．電磁波的證明麥克斯韋的電磁場理論還只是一個預言。還有待于科學試驗的證明。是赫茲把這個天才的預言變成了世人公認的真理。（引導學生閱讀教材，了解赫茲證明電磁波存在的探究歷程）老師可以向學生介紹赫茲的生平簡介，激發學生求知上進的熱忱，對學生進行物理情感教化。赫茲生平（HeinrichRudolfHertz1857~1894）赫茲是德國物理學家，1857年2月22日誕生于漢堡。在求學時代，他就被光學和力學試驗所吸引。1878年轉入柏林高校，1879年在物理競賽中成果出眾，獲金質獎章，其次年獲博士學位，當了亥姆霍茲的助手。1885年任卡爾斯魯高等工業學院物理學教授，1889年接替克勞修斯任波恩高校理論物理學教授，同年當選為柏林科學院通訊院士。赫茲在物理學上最主要的貢獻是用試驗勝利地證明白電磁波的存在，并且完善了麥克斯韋的電磁場理論。1888年10月，赫茲在卡爾斯魯高等工業學院物理試驗室用放電線圈做火花放電試驗，偶然發覺和放電線圈靠得很近的另一個開口的絕緣線圈中有電火花跳過。這引起了他的留意，馬上想起以前亥姆霍茲曾提出讓他探討驗證麥克斯韋電磁場理論的問題。他設計了一個裝置來進行試驗。他在感應圈C的兩個電極上各接一根30cm長的銅棒A、B，每根銅棒一頭各接一個黃銅小球，另一頭接邊長為40cm的正方形黃銅板，讓兩個黃銅小球相對著，組成發生器。當通電時，發生器的銅球間產生高頻振蕩火花。另外，他用一段導線彎成環狀，兩端各接一個銅球作為檢波器（如上圖），檢波器距離電磁波發生器10m。發生器的兩個銅球間產生電火花時，他在檢波器的兩個銅球間隙也看到了電火花。赫茲用這樣簡潔的儀器勝利地證明白電磁波的存在。赫茲的試驗報告轟動了科學界。之后，赫茲又設計試驗，利用一塊鋅板反射電磁波，并利用入射波和反射波疊加后產生的駐波波長和發生器振蕩頻率計算出電磁波的波速。最終的計算結果與麥克斯韋預料的完全相同——等于光速。赫茲還通過試驗確認電磁波是橫波，具有光波的一切特征：能產生反射、折射、衍射、干涉和有偏振性，從而全面驗證了光的電磁理論的正確性。1890年以后，赫茲整理了麥克斯韋的理論，進一步完善了麥克斯韋方程組，使其更加美麗、對稱，成為麥克斯韋方程組的現代形式。赫茲還首先發覺了光電效應現象，這一發覺后來成為愛因斯坦建立光量子理論的試驗基礎。赫茲因骨癌于1894年元旦過早地逝世，年僅37歲。他的導師亥姆霍茲贊揚他“才華橫溢、性格堅毅，用自己短暫的一生解決了一個世紀以來很多科學家所沒有解決的一系列重要的問題”。赫茲的試驗為無線電技術的發綻開拓了新的道路，他被譽為無線電通訊的先軀。后人為了紀念他，用他的名字命名頻率的單位。（三）拓展學習：機械波與電磁波的比較機械波電磁波對象探討力學現象探討電磁現象周期性改變的物理量位移隨時間和空間做周期性改變電場強度E和磁感應強度B隨時間和空間做周期性改變傳播傳播須要介質,波速與介質有關,與頻率無關傳播無需介質,在真空中波速總是c,在介質中傳播時,波速與介質及頻率都有關系產生由質點（波源）的振動產生振蕩電流（電磁振蕩）激發干涉可以發生可以發生衍射可以發生可以發生橫波可以是是縱波可以是否三、鞏固練習1．下列說法正確的是（）A．恒定電流能夠在四周空間產生穩定的磁場B．穩定電場能夠在四周空間產生穩定的磁場C．勻稱改變的電場能夠在四周空間產生穩定的磁場D．勻稱改變的電場和磁場相互激發，形成由近及遠的電磁波2．當電磁波的頻率增加時，它在真空中的速度將（）A．減小B．增大C．不變D．減小、增大和不變均有可能3．為了使放射的電磁波的波長增為原來的2倍，可以將振蕩電路的電容（）A．變為原來的4倍B．變為原來的2倍C．減為原來的一半D．減為原來的1/44．關于電磁波的傳播速度，以下敘述正確的是（）A．波長越長，傳播速度越快B．頻率越高，傳播速度越快C．放射量越大，傳播速度越快D．全部電磁波在真空中的傳播速度都一樣大5．關于麥克斯韋電磁場理論，下面幾種說法正確的是（）A．在電場四周空間