2019-2020年高中物理 《麥克斯韋的電磁場理論》教案 滬科版選修3-4.doc

2019-2020年高中物理 麥克斯韋的電磁場理論教案 滬科版選修3-4【教學(xué)目標】（一）知識與技能1了解法拉第的對物理學(xué)貢獻。2知道麥克斯韋電磁場理論的主要內(nèi)容。3麥克斯韋關(guān)于電磁波的預(yù)言，了解麥克斯韋電磁場理論在物理學(xué)發(fā)展史上的意義。（二）過程與方法（1） 通過對麥克斯韋電磁場理論基本思想形成過程的學(xué)習(xí)，體會在科學(xué)探究中如何充分利用已有的實驗基礎(chǔ)和理論，展開大膽的猜想與假設(shè)，進行強有力的邏輯理論思維，建立新理論，預(yù)言新現(xiàn)象。（2） 通過麥克斯韋電磁場理論的成功，感受運用數(shù)學(xué)工具進行推理論證對物理學(xué)發(fā)展的意義。（3） 通過“磁生電與電生磁的相似之處”的討論與交流，進一步掌握類比法，初步形成“對稱”的思想方法。（三）情感、態(tài)度與價值觀（4） 感悟科學(xué)家的創(chuàng)造性思維，體驗科學(xué)家獻身科學(xué)的精神；體驗物理學(xué)的研究方法以及數(shù)學(xué)在物理學(xué)中的特殊地位。（5） 通過對麥克斯韋電磁場理論基本思想形成過程的學(xué)習(xí)，感受物理學(xué)的和諧之美、對稱之美、有序之美。（6） 通過對電磁場理論建立過程的學(xué)習(xí)，體會物理學(xué)發(fā)展經(jīng)歷了“實踐理論實踐”的艱辛過程?！緦W(xué)情分析】這部分知識是選修3-1、3-2中電場、磁場、電磁感應(yīng)等基本電場學(xué)知識的延伸和發(fā)展。在學(xué)習(xí)了選修3-1、3-2后學(xué)習(xí)這部分知識，可以說學(xué)生有一定的基礎(chǔ)，但是這部分知識介紹的麥克斯韋關(guān)于電磁場理論提出的思路，以及他獨特的創(chuàng)造性思維，學(xué)生理解起來確有一定的難度，教學(xué)中應(yīng)重視思維過程以及思維方法的介紹，不可急于求成?！窘虒W(xué)思路】注意介紹科學(xué)家的思維起點以及獨特的創(chuàng)造性思維方法，同時要遵循學(xué)生的思維規(guī)律，從學(xué)生已知的電磁現(xiàn)象推理、歸納出相關(guān)結(jié)論?！窘虒W(xué)重點、難點】理解：1、變化的磁場產(chǎn)生電場。2、變化的電場產(chǎn)生磁場。【教學(xué)方法、學(xué)習(xí)方法】1教法：理論分析、邏輯推理和類比推理。2學(xué)法：閱讀、思考、討論交流?！窘虒W(xué)流程】【教學(xué)過程及知識要點】一、法拉第的貢獻 學(xué)生閱讀：P.561、法拉第創(chuàng)造性地引入“場”的概念，并用“力線”用來描述抽象的“場”（電場和磁場）。這種方法對電磁現(xiàn)象的描述形象直觀，是牛頓時代以來在物理學(xué)概念方面最重要的變革。愛因斯坦認為法拉第這一方面的貢獻要比電磁感應(yīng)的發(fā)現(xiàn)高出許多。2、場的概念使人們對物質(zhì)概念提升到一個新的高度：“實物”形態(tài)和“場”形態(tài)。二、電磁場理論的兩大支柱（兩個假設(shè)）u 1、變化的磁場產(chǎn)生電場演示實驗：電磁感應(yīng)（如右）現(xiàn)象分析：麥克斯韋從電磁感應(yīng)現(xiàn)象的規(guī)律出發(fā)，分析得到：正由于變化的磁場產(chǎn)生了電場，才使閉合線圈中形成了電流。提出問題小燈泡為什么能發(fā)光？學(xué)生回答由于交變電流產(chǎn)生的磁場在不斷變化，所以穿過線圈的磁通量不斷變化，在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，形成感應(yīng)電流，小燈泡發(fā)光。繼續(xù)提問電路（線圈）中的電荷為什么能夠定向移動呢？學(xué)生回答受電場力。教師總結(jié)上述實驗表明，變化的磁場在線圈里形成電場。教師提問若線圈斷開，線圈中有電流、電場嗎？學(xué)生回答有電場，無電流。繼續(xù)提問若線圈被拿走，它原來所處的空間有電場嗎？學(xué)生對此問題可能難以回答，但這時提出變化的磁場能在其空間產(chǎn)生電場已是水到渠成的時候。師：由上面的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，我們可以很自然的提出一個假設(shè)：變化的磁場產(chǎn)生電場。麥克斯韋認為線圈只不過用來顯示電場的存在，線圈不存在時，變化的磁場同樣在周圍空間產(chǎn)生電場，這是一個普遍規(guī)律，跟閉合電路是否存在無關(guān)（如圖甲、乙所示）。從而得到結(jié)論:變化的磁場產(chǎn)生電場u 2、變化的電場產(chǎn)生磁場演示實驗：在電容器兩級接上交流電源，我們可以看到電流表有一定的示數(shù)。麥克斯韋的創(chuàng)造性思維：麥克斯韋在交流電路中，引入“位移電流”的概念：電容器中雖然沒有電荷通過，但兩極板的電量及極板之間的電場在發(fā)生變化。他認為，電路中的電流應(yīng)該是閉合的，兩極板之間變化的電場應(yīng)該具有電流的特征，并稱之為“位移電流”。既然變化的電場具有電流的特征，所以在其周圍應(yīng)該有磁場產(chǎn)生。從而得的結(jié)論：變化從電場產(chǎn)生磁場u 3、電磁場理論偉大的豐碑麥克斯韋根據(jù)上述兩個假設(shè)和電磁學(xué)實驗事實，用一組方程描述電場和磁場，得到了系統(tǒng)而完整的電磁場理論。麥克斯韋電磁理論可以形象的表述為：變化的磁場產(chǎn)生電場變化從電場產(chǎn)生磁場磁場的變化是均勻的，產(chǎn)生的電場是穩(wěn)定的電場的變化是均勻的，產(chǎn)生的磁場是穩(wěn)定的磁場的變化是不均勻的，產(chǎn)生的電場是變化的電場的變化是不均勻的，產(chǎn)生的磁場是變化的三、麥克斯韋的偉大預(yù)言：1、麥克斯韋進一步推斷：變化的磁場和變化的電場相互耦連，形成一個不可分離的統(tǒng)一體電磁場。變化的電場（振蕩的），會在其周圍產(chǎn)生變化的磁場，這個變化的磁場又會在其周圍產(chǎn)生電場。電場與磁場互相激發(fā)，由近及遠地向周圍空間傳播，形成電磁波。他由此預(yù)言了電磁波的存在。2、麥克斯韋從他的方程組還得到：電場和磁場的方向相互垂直，并都垂直于傳播方向即電磁波是橫波。電磁波在真空中的傳播速度恰好等于光速，并預(yù)言光是電磁波。3、麥克斯韋提出的電磁場理論，是19世紀的科學(xué)史上的一件大事，是物理學(xué)的有一座偉大豐碑。在當時，麥克斯韋被公認為是“自牛頓之后世界上最偉大的數(shù)學(xué)、物理學(xué)家”?！镜淅治觥俊纠?】根據(jù)麥克斯韋電磁理論，下述正確的有 【 】A.在電場周圍一定產(chǎn)生磁場，磁場周圍一定產(chǎn)生電場。B.在變化的電場周圍一定產(chǎn)生變化的磁場，變化的磁場周圍一定產(chǎn)生變化的電場。C.均勻變化的電場周圍一定產(chǎn)生均勻變化的磁場。D.振蕩的電場一定產(chǎn)生同頻率振蕩的磁場?！敬鸢浮緿【感悟】解決這類題的關(guān)鍵：緊緊抓住麥克斯電磁場理論的要點，并深刻理解。v0B【例2】如圖，內(nèi)壁光滑、水平放置的玻璃圓環(huán)內(nèi)，有一直徑略小于環(huán)口徑的帶正電的小球，正以速率v0沿逆時針方向勻速轉(zhuǎn)動。若在此空間突然加上豎直向上、磁感應(yīng)強度B隨時間成正比例增加的變化磁場，設(shè)小球運動過程中的電量不變，那么 【 】A小球?qū)ΣＡЛh(huán)的壓力不斷增大B小球受到的磁場力不斷增大 C小球先沿逆時針方向做減速運動，過一段時間后，沿順時針方向做加速運動D磁場力一直對小球不做功【分析】因為玻璃環(huán)所處有均勻變化的磁場，在周圍產(chǎn)生穩(wěn)定的渦旋電場，對帶正電的小球做功，由楞次定律，判斷電場方向為順時針，在電場力的作用下，小球先沿逆時針方向做減速運動，過一段時間后，沿順時針方向做加速運動。小球在水平面內(nèi)沿軌跡半徑方向受兩個力：環(huán)的彈力N和磁場的洛侖茲力f，而且兩個力的矢量和始終提供向心力，考慮到小球速度大小的變化和方向的變化以及磁場強弱的變化，彈力和洛侖茲力不一定始終在增大。洛侖茲力始終和運動方向垂直，所以磁場力不做功。正確為CD。【課堂練習(xí)】1.下列有關(guān)電磁場的說法中，正確的是A 變化的磁場一定產(chǎn)生變化的電場B 變化的電場一定產(chǎn)生磁場C 變化的磁場一定產(chǎn)生周期性變化的電場D 周期性變化的電場一定產(chǎn)生周期性變化的磁場2下面說法正確的是A 恒定電流能夠在周圍空間產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場B 均勻變化的電場能夠在周圍空間產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場C 靜止電荷能夠在周圍空間產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場D 變化的電場和磁場互相激發(fā)，形成由近及遠傳播的電磁場3關(guān)于電磁場的下列說法中正確的是A 任何變化的電場都會在周圍空間產(chǎn)生變化的磁場B 任何變化的磁場都會在周圍空間產(chǎn)生變化的電場C 只有非均勻變化的磁場才會在周圍空間產(chǎn)生變化的電場D 只有非均勻變化的電場才會在周圍空間產(chǎn)生變化的磁場4空間某處存在一個變化的磁場，正確的是A 在變化的磁場周圍一定能產(chǎn)生變化的電場B 在磁場中放一個閉合線圈，線圈一定有感應(yīng)電流C 在磁場中放一個閉合線圈，線圈不一定有感應(yīng)電流D 變化的磁場周圍產(chǎn)生電場，跟閉合線圈的存在與否沒有關(guān)系參考答案：1.BD 2.BD 3.CD 4.CD【課堂小結(jié)】本節(jié)主要學(xué)習(xí)了麥克斯韋電磁場理論的主要內(nèi)容。知道了麥克斯韋電磁場理論的兩大支柱：變化的磁場產(chǎn)生電場，變化的電場產(chǎn)生磁場。還知道了變化的電場和磁場相互聯(lián)系，形成一個統(tǒng)一的場，即電磁場。電磁場由發(fā)生區(qū)域向遠處的傳播形成電磁波。電磁波中的電場與磁場相互垂直，且二者均與波的傳播方向垂直，即電磁波是橫波?！炯彝プ鳂I(yè)與活動】1、 閱讀教材P. 5658，理解麥克斯韋的思維過程和他提出的獨特的見解。2、 思考討論練習(xí)：P.58 家庭作業(yè)與活動1、2、3