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第十三章 電磁感應(yīng)與電磁波初步
一、新舊教材對(duì)比
新教材 舊教材
必修三第十三章 電磁感應(yīng)與電磁波初步 (1)磁場 磁感線 (2)磁感應(yīng)強(qiáng)度 磁通量 (3)電磁感應(yīng)現(xiàn)象及應(yīng)用 (4)電磁波的發(fā)現(xiàn)及應(yīng)用 (5)能量量子化 2.選擇性必修第二冊 第一章 安培力與洛倫茲力 (1)磁場對(duì)通電導(dǎo)線的作用力 (2)磁場對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力 (3)帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng) (4)質(zhì)譜儀與回旋加速器 3.選擇性必修第二冊 第二章 電磁感應(yīng) (1)楞次定律 (2)法拉第電磁感應(yīng)定律 (3)渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng) (4)互感和自感 1.選修3-1第三章 磁場 (1)磁現(xiàn)象和磁場 (2)磁感應(yīng)強(qiáng)度 (3)幾種常見的磁場 (4)通電導(dǎo)線在磁場中受到的力 (5)運(yùn)動(dòng)電荷在磁場中受到的力 (6)帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng) 2.選修3-2 第四章 電磁感應(yīng) (1)劃時(shí)代的發(fā)現(xiàn) (2)探究感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件 (3)楞次定律 (4)法拉第電磁感應(yīng)定律 (5)電磁感應(yīng)現(xiàn)象的兩類情況 (6)互感和自感 (7)渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)
新舊教材差異明顯，由原來的兩章變成三章。其中必修部分最后一章內(nèi)容跨度大，教材改動(dòng)也較大。
第1節(jié)來自舊教材選修3-1第三章第1、3節(jié)，這樣設(shè)計(jì)的好處在于讓學(xué)生一次性認(rèn)識(shí)磁場，知道磁極和通電導(dǎo)線周圍存在磁場，并且通過實(shí)驗(yàn)知道條形磁鐵、蹄形磁鐵的磁場分布情況，并會(huì)用磁感線近似描繪它們的磁場；通過實(shí)驗(yàn)知道通電直導(dǎo)線、螺線管周圍的磁感線分布情況。關(guān)于舊教材中的地球的磁場和安培分子電流假說這兩個(gè)知識(shí)點(diǎn)從正文移到科學(xué)漫步。
第2節(jié)來自舊教材選修3-1第四章的第2節(jié)，類比如何研究電場，展開研究磁場的大小、方向，磁感線、磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁通量是本章的重點(diǎn)。
第3節(jié)來自舊教材選修3-2第四章的第1、2節(jié)，這里對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)的要求不高，知道感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件，會(huì)分析實(shí)際情景中是否有感應(yīng)電流產(chǎn)生即可。
第4節(jié)電磁波的發(fā)現(xiàn)及應(yīng)用，是新加入的一節(jié)，教科書定性介紹了麥克斯韋的電磁場理論，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到：變化的電場和磁場總是相互聯(lián)系的，形成一個(gè)不可分割的統(tǒng)一的電磁場，在此基礎(chǔ)上也給出了麥克斯韋對(duì)電磁波的預(yù)言，并通過“做一做”讓學(xué)生體會(huì)赫茲對(duì)電磁波預(yù)言的證實(shí)。
第5節(jié)來自舊教材選修3-5，通過黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律與經(jīng)典電磁輻射理論的矛盾，引出普朗克的能量量子化假說。普朗克的能量量子化假說向人們揭示了微觀世界物質(zhì)客體運(yùn)動(dòng)的一個(gè)基本特征，并給出了微觀客體能量量子化的最基本的規(guī)律。這一節(jié)也會(huì)再次出現(xiàn)在選擇性必修3的第四章。
知識(shí)建構(gòu)
三、本章概述
本章是必修課程的最后一章，在力學(xué)和電學(xué)的基礎(chǔ)上，落實(shí)課程標(biāo)準(zhǔn)“電磁場與電磁波初步”的要求，內(nèi)容跨度大，但線索清晰。從電和磁之間的聯(lián)系講到電磁感應(yīng)、再到電磁場、電磁波，然后從任何物體都輻射電磁波，講到黑體輻射，引出能量量子化。從磁現(xiàn)象出發(fā)，體會(huì)了解磁場的存在，類比如何研究電場，展開研究磁場的大小、方向，有利于提升學(xué)生的科學(xué)思維品質(zhì)。磁感線、磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁通量是本章的重點(diǎn)，也是為后面學(xué)習(xí)電磁感應(yīng)做鋪墊。本章既要關(guān)注學(xué)生在這部分內(nèi)容的初中基礎(chǔ)，又要考慮是必修內(nèi)容，不宜講得太深，不過考慮到我們的學(xué)生要接著學(xué)習(xí)選擇性必修二，對(duì)熟練程度上應(yīng)提高要求。
四、核心素養(yǎng)
1.物理觀念
這一章在機(jī)械能和電能的基礎(chǔ)上把能量的觀念拓展到了電磁領(lǐng)域，把物質(zhì)的觀念也拓展到了電磁場。通過電磁感應(yīng)進(jìn)一步豐富了運(yùn)動(dòng)與相互作用的觀念。課標(biāo)要求“通過實(shí)驗(yàn)，了解電磁波，知道電磁場的物質(zhì)性”“通過實(shí)例，了解電磁波的應(yīng)用及其帶來的影響”作為必修部分，對(duì)這一部分內(nèi)容沒有過高要求，教科書只用一節(jié)講述這部分內(nèi)容，更深入的內(nèi)容放在了選擇性必修第二冊。通過黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律與經(jīng)典電磁輻射理論的矛盾，引出普朗克的能量量子化假說。普朗克的能量量子化假說向人們揭示了微觀世界物質(zhì)客體運(yùn)動(dòng)的一個(gè)基本特征，并給出了微觀客體能量量子化的最基本的規(guī)律。在此之前，人們都認(rèn)為由宏觀世界過渡到微觀世界只不過是物理量的數(shù)量變化，而宏觀現(xiàn)象所遵從的基本規(guī)律則應(yīng)繼續(xù)適用于微觀領(lǐng)域。正是能量量子化首次沖擊了這種傳統(tǒng)，成為物理學(xué)發(fā)展史上一個(gè)重大的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，具有深刻的意義。
2.科學(xué)思維
磁場和電場都是電磁學(xué)的核心內(nèi)容。前面已經(jīng)學(xué)習(xí)了電場，對(duì)于磁場，可以通過與電場類比進(jìn)行教學(xué)。有意識(shí)地、恰當(dāng)?shù)剡\(yùn)用類比方法，不但有利于學(xué)生接受知識(shí)，而且有利于發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維能力。初中已經(jīng)介紹了電磁波的內(nèi)容，但只講到“變化的電流產(chǎn)生了電磁波”第四節(jié)定性地介紹了麥克斯韋的電磁場理論，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到：變化的電場和磁場總是相互聯(lián)系的，形成一個(gè)不可分割的統(tǒng)一的電磁場。教科書在此基礎(chǔ)上給出了麥克斯韋對(duì)電磁波的預(yù)言，并通過“做一做”讓學(xué)生體會(huì)赫茲對(duì)電磁波預(yù)言的證實(shí)。這部分內(nèi)容體現(xiàn)了假說、理論預(yù)言、實(shí)驗(yàn)證實(shí)、質(zhì)疑創(chuàng)新等科學(xué)思維在科學(xué)發(fā)現(xiàn)中的重要意義。
3.科學(xué)探究
教科書通過實(shí)驗(yàn)“探究感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件”，提高學(xué)生科學(xué)探究的能力。從學(xué)生的已有認(rèn)知出發(fā)，在初中學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上提出問題:“切割磁感線是產(chǎn)生感應(yīng)電流的唯一方法嗎？還有其他方法嗎 這些方法有什么內(nèi)在聯(lián)系？”從而引出電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)過程——“劃時(shí)代的發(fā)現(xiàn)”。通過法拉第的發(fā)現(xiàn)，讓學(xué)生體會(huì)到，“磁生電”是一種在變化、運(yùn)動(dòng)的過程中才出現(xiàn)的效應(yīng)，這也是為什么法拉第用了十年堅(jiān)持不懈的努力才發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象的原因。為探究“感應(yīng)電流的條件”作了鋪墊。產(chǎn)生感應(yīng)電流的現(xiàn)象很多，如何找到各種現(xiàn)象的共同規(guī)律是重點(diǎn)和難點(diǎn)。教科書通過討論節(jié)前的問題，讓學(xué)生思考:“切割磁感線時(shí)，磁場沒有變化，變化的只有電路 ABCD的面積。那么，與磁場相關(guān)的哪個(gè)物理量發(fā)生了變化呢？”因?yàn)榍懊嬉呀?jīng)學(xué)習(xí)了磁通量，引導(dǎo)學(xué)生提出問題“感應(yīng)電流的產(chǎn)生是否與磁通量的變化有關(guān)呢 ”這樣，在探究感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件時(shí)，就不會(huì)過于發(fā)散。最后，歸納實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，說明電磁感應(yīng)現(xiàn)象的特征是閉合電路中出現(xiàn)了感應(yīng)電流，條件是穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化。
4.科學(xué)態(tài)度與責(zé)任
電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)是電磁學(xué)中最重大的發(fā)現(xiàn)之一。電磁感應(yīng)現(xiàn)象的研究使人們從有特殊性的靜電場和靜磁場的靜場課題，進(jìn)入到變化場的動(dòng)力學(xué)課題。利用電磁感應(yīng)原理制造的發(fā)電機(jī)使人類獲取了巨大而廉價(jià)的電能，為電氣化奠定了基礎(chǔ)。工業(yè)上廣泛應(yīng)用的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)和變壓器就是應(yīng)用電磁感應(yīng)原理制造的。電磁感應(yīng)原理在電工技術(shù)、電子技術(shù)中的應(yīng)用實(shí)例不勝枚舉，在電磁測量、自動(dòng)化技術(shù)中也有廣泛、重要的應(yīng)用。
電磁感應(yīng)現(xiàn)象揭示了電與磁相互聯(lián)系和轉(zhuǎn)化的重要方面，推動(dòng)了電磁學(xué)理論的發(fā)展，通過對(duì)變化磁場、變化電場的研究，麥克斯韋建立了完整的電磁場理論。教科書先介紹麥克斯韋在理論上預(yù)言了電磁波，再介紹赫茲在實(shí)驗(yàn)上證實(shí)了電磁波的存在，然后介紹電磁波在現(xiàn)代社會(huì)生活中的應(yīng)用，把學(xué)生的視野擴(kuò)展到科學(xué)技術(shù)給社會(huì)生活帶來的巨大變化上。
五、課時(shí)安排建議
第1節(jié) 磁場 磁感線 1課時(shí)
第2節(jié) 磁感應(yīng)強(qiáng)度 磁通量 2課時(shí)
第3節(jié) 電磁感應(yīng)現(xiàn)象及應(yīng)用 1課時(shí)
第4節(jié) 電磁波的發(fā)現(xiàn)及應(yīng)用 1課時(shí)
第5節(jié) 能量量子化 1課時(shí)

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