高中物理 《麦克斯韦的电磁场理论》教案 沪科版选修3-4

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1、3.1麦克斯韦的电磁场理论【教学目标】（一）知识与技能1．了解法拉第的对物理学贡献。2．知道麦克斯韦电磁场理论的主要内容。3．麦克斯韦关于电磁波的预言，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，进行强有力的逻辑理论思维，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“磁生电与电生磁的相似之处”

2、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（4）感悟科学家的创造性思维，体验科学家献身科学的精神；体验物理学的研究方法以及数学在物理学中的特殊地位。（5）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。（6）通过对电磁场理论建立过程的学习，体会物理学发展经历了“实践――理论――实践”的艰辛过程。【学情分析】这部分知识是选修3-1、3-2中电场、磁场、电磁感应等基本电场学知识的延伸和发展。在学习了选修3-1、3-2后学习这部分

3、知识，可以说学生有一定的基础，但是这部分知识介绍的麦克斯韦关于电磁场理论提出的思路，以及他独特的创造性思维，学生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。【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。【教学重点、难点】理解：1、变化的磁场产生电场。2、变化的电场产生磁场。【教学方法、学习方法】1教法：理论分析、逻辑推理和类比推理。2学法：阅读、思考、讨论交流。【教学流程】【教学过程及知识要

4、点】一、法拉第的贡献学生阅读：P.561、法拉第创造性地引入“场”的概念，并用“力线”用来描述抽象的“场”（电场和磁场）。这种方法对电磁现象的描述形象直观，是牛顿时代以来在物理学概念方面最重要的变革。爱因斯坦认为法拉第这一方面的贡献要比电磁感应的发现高出许多。2、场的概念使人们对物质概念提升到一个新的高度：“实物”形态和“场”形态。二、电磁场理论的两大支柱（两个假设）u1、变化的磁场产生电场演示实验：电磁感应（如右）现象分析：麦克斯韦从电磁感应现象的规律出发，分析得到：正由于变化的磁场产生了电场，才使闭合线

5、圈中形成了电流。［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］上述实验表明，变化的磁场在线圈里形成电场。［教师提问］若线圈断开，线圈中有电流、电场吗？［学生回答］有电场，无电流。［继续提问］若线圈被拿走，它原来所处的空间有电场吗？学生对此问题可能难以回答，但这时提出变化的磁场能在其空间产生电场已是水到渠成的时候

6、。师：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）。从而得到结论:变化的磁场产生电场u2、变化的电场产生磁场演示实验：在电容器两级接上交流电源，我们可以看到电流表有一定的示数。麦克斯韦的创造性思维：麦克斯韦在交流电路中，引入“位移电流”的概念：电容器中虽然没有电荷通过，但两极板的电量及极板之间的电场在发生变化。他认为，电路中的电流应该

7、是闭合的，两极板之间变化的电场应该具有电流的特征，并称之为“位移电流”。既然变化的电场具有电流的特征，所以在其周围应该有磁场产生。从而得的结论：变化从电场产生磁场u3、电磁场理论——伟大的丰碑麦克斯韦根据上述两个假设和电磁学实验事实，用一组方程描述电场和磁场，得到了系统而完整的电磁场理论。麦克斯韦电磁理论可以形象的表述为：变化的磁场产生电场变化从电场产生磁场磁场的变化是均匀的，产生的电场是稳定的电场的变化是均匀的，产生的磁场是稳定的磁场的变化是不均匀的，产生的电场是变化的电场的变化是不均匀的，产生的磁场是变

8、化的三、麦克斯韦的伟大预言：1、麦克斯韦进一步推断：变化的磁场和变化的电场相互耦连，形成一个不可分离的统一体——电磁场。变化的电场（振荡的），会在其周围产生变化的磁场，这个变化的磁场又会在其周围产生电场。电场与磁场互相激发，由近及远地向周围空间传播，形成电磁波。他由此预言了电磁波的存在。2、麦克斯韦从他的方程组还得到：电场和磁场的方向相互垂直，并都垂直于传播方向——即电磁波是横波。电磁波在真空中的传播速度恰好等于