电磁波教案

电磁波教案11篇

作为一名优秀的教育工作者，总不可避免地需要编写教案，编写教案有利于我们科学、合理地支配课堂时间。那么写教案需要注意哪些问题呢？下面是小编收集整理的电磁波教案，希望能够帮助到大家。

（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（James Clark Mexwell，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=3.0×108 m/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。

一 ……此处隐藏12498个字……导学生讨论：如何改造普通的LC振荡电路，才能使它能够有效地发射电磁波？

师生一起讨论后，引出开放电路的概念。将闭合电路变成开放电路就可以有效地把电磁波发射出去。

如图所示，是由闭合电路变成开放电路的示意图。

师：无线电波是由开放电路发射出去的。

讲解：在实际应用中常把开放电路的下端跟地连接。跟地连接的导线叫做地线。线圈上部接到比较高的导线上，这条导线叫做天线。天线和地线形成了一个敞开的电容器，电磁波就是由这样的开放电路发射出去的。电视发射塔要建得很高，是为了使电磁波发射得较远。实际发射无线电波的装置中还需在开放电路旁加一个振荡器电路与之耦合，如图所示。

振荡器电路产生的高频率振荡电流通过L2与L1的互感作用，使L1也产生同频率的振荡电流，振荡电流在开放电路中激发出无线电波，向四周发射．

师：发射电磁波是为了利用它传递某种信号。例如无线电报传递的是电码符号，无线电广播传递的是声音，电视广播传递的不仅有声音，还有图像。这就要求发射的电磁波随信号而改变。电磁波是怎样传递这些信号的呢？

讲解：在电磁波发射技术中，如果把这种电信号“加”到高频等幅振荡电流上，那么，载有信号的高频振荡电流产生的电磁波就载着要传送的信号一起发射出去。把要传递的信号“加”到高频等幅振荡电流上，使电磁波随各种信号而改变的技术叫做调制。

进行调制的装置叫做调制器。要传递的电信号叫做调制信号。

使高频振荡电流的振幅随调制信号而改变叫做调幅（AM）。

使高频振荡电流的频率随调制信号而改变叫做调频（FM）。

右图是调幅装置的示意图．接在振荡器和线圈之间的话筒就是一个最简单的调制器，由声源发出的声音振动使话筒里的碳粒发生时松时紧的变化，它的电阻也发生时大时小的变化。所以，虽然振荡器产生的是高频等幅振荡电流，但是线圈通过的却是随声音而改变的高频调幅电流．由于线圈的互感作用，从开放电路中发射的也是这种高频调幅电流。这种电磁波叫调幅波。（多媒体演示：调幅波）

（用示波器观察调幅波形）

2．无线电波的接收

师：处在电磁波传播空间中的导体，会产生感应电流，导作中感应电流的频率与激起它的电磁波频率相同，因此，利用放在电磁波传播空间中的导体，就可以接收到电磁波，这样的导体就是接收天线。

在无线电技术中，用天线和地线组成的接收电路来接收电磁波。

讲解：世界上有许许多多的无线电台、电视台以及各种无线电通讯设备，它们不断地向空中发射不同频率的电磁波，这些电磁波强弱不等地弥漫在我们周围。如果不加选择地把它们都接收下来，那必然是信号一片混乱，分辨不清，达不到我们传递信息的目的。所以，接收电磁波时，首先要从诸多的电磁波中把我们需要的选出来，通常叫做选台。这就要设法使我们需要的电磁波在接收天线中激起的感应电流最强。在无线电技术里，是利用电谐振来达到这个目的的。当接收电路的固有频率跟接收到的电磁波的频率相同时，接收电路中产生的振荡电流最强。这种现象叫做电谐振，相当于机械振动中的共振。

（用示波器观察电谐振波形）

师：接收电路产生电谐振的过程叫做调谐，能够调谐的接收电路叫做调谐电路。

如图是收音机的调谐电路。调节可变电容器的电容来改变调谐电路的频率，使它跟要接收的电台发出的电磁波的频率相同，这个频率的电磁波在调谐电路里激起较强的感应电流，这样就选出了这个电台。（演示调谐过程）

讲解：收音机接收的经过调制的高频振荡电流（对应图讲解），这种电流通过收音机的耳机或扬声器，并不能使它们振动而发声，为什么呢，假定某一个半周期电流的作用是使振动片向某个方向运动，下一个半周期电流就以几乎同样大的作用使振动片向反方向运动．高频电流的周期非常短，半周期更短，而振动片的惯性相当大，所以在振动片还没有来得及在电流的作用下向某个方向运动的时候，就立刻有一个几乎同样大的作用要使它向反方向运动，结果振动片实际上不发生振动．要听到声音，必须从高频振荡电流中“检”出声音信号，使扬声器(或耳机)中的动片随声音信号振动。

从接收到的高频振荡电流中“检”出所携带的调制信号过程，叫做检波。检波是调制的逆过程，因此也叫解调。由于调制的方法不同，检波的方法也不同。检波之后的信号再经过放大、重现，我们就可以听到或看到了。

下面介绍收音机中对调幅波的检波。

右图是晶体二极管的检波电路，是利用晶体二极管的单向导电性来进行检波的。调谐电路中产生的是经过调幅的高频振荡电流，L1和L2绕在同一磁棒上，由于互感作用，在L2上产生的是高频交变电压．由于二极管的单向导电性，通过它的是单向脉动电流，这个单向脉动电流既有高频成分，又有低频的声音信号，高频成分基本从电容器C（复习旁路电容器）通过，剩下的音频电流通过耳机发声。（用示波器观察检波过程）实际上就是一个晶体二极管收音机的电路图．这种收音机声音很小，只能用开机收听本地电台．为了提高收音机的接收性能，需要用放大器把微弱的信号放大．图示是加有放大器的收音机方框图．由天线和调谐电路接收到的高频调幅电流，先通过放大器进行高频放大，然后进行检波和低频放大，放大后的音频电流输送到喇叭，使它们发出声音。

下面我们通过调幅和调频两种方式，来看看无线电波发射和接收的全过程。

（1）调幅发射和接收。（实验演示）

（2）调频发射和接收。（实验演示）

比喻：

高频电流→火车 音频电流→货物

调制→发射→传播→调谐→解调

装货→出站→运行→进站→卸货

师：我们再来看一下无线电波的分段。（投影）

波段 波长 频率 传播方式 主要用途

长波 30 000 m~3 000 m 10 kHz~100 kHz 地波 超远程无线通讯和导航

中波 3 000 m~200 m 100 kHz~1 500 kHz 地波和天波 调幅无线电广播、电报、通信

中短波 200 m~50 m 1500 kHz~6 000 kHz

短波 50 m~10 m 6MHz~30 MHz 天波

微波 米波 10 m~1 m 30MHz~300MHz 近似直线传播 调频无线电广播、电视、导航

分米波 1 m~0.1 m 300 MHz~3 000 MHz 直线传播 电视、雷达、导航

厘米波 10 cm~1 cm 3 000 MHz~30 000 MHz

毫米波 10 mm~1 mm 30000MHz~300 000 MHz

（三）课堂总结、点评

本节课主要学习了以下内容

1．电磁波的产生和发射条件。

2．开放电路的结构和特点。

3．电磁波的发射过程和接收过程

（四）课余作业

完成P92“问题与练习”中的题目。阅读P91“科学足迹”。

预习下一节：电磁波的发射和接收。