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21.1电磁波的海洋
第二十一章 电磁波及其应用
人教版2024版物理九年级全册【精做课件】
授课教师：********
班 级：********
时 间：********
电磁波的海洋教案
一、教学目标
（一）知识与技能目标
学生能够准确阐述电磁波的产生原理，清晰描述电磁波的传播特点，包括在真空中和不同介质中的传播情况，以及传播速度等关键要素。
熟练掌握波长、频率和波速的概念及其相互关系（波速 = 波长 × 频率），能够运用该公式进行简单的计算和分析。
深入了解电磁波在现代生活和科技领域中的广泛应用，如无线电通信、广播电视、雷达、手机通信等，明确不同应用场景下电磁波的特点和作用。
（二）过程与方法目标
通过观察演示实验、分析生活实例和科学资料，有效培养学生的观察能力、信息收集与处理能力，提高学生从现象中归纳总结物理规律的能力。
在探究电磁波的产生、传播以及波长、频率和波速关系的过程中，显著提升学生的科学探究能力和逻辑思维能力，引导学生学会运用科学方法解决问题。
通过对电磁波应用实例的讨论和分析，培养学生将物理知识与实际生活相联系的能力，增强学生运用物理知识解释和解决实际问题的意识。
（三）情感态度与价值观目标
充分激发学生对电磁波知识的探索兴趣，引导学生主动关注物理科学在现代科技中的发展，培养学生热爱科学、勇于探索未知的精神。
通过了解电磁波在全球通信、信息传播等方面的重要作用，增强学生的科技意识和社会责任感，让学生体会物理知识对推动社会进步和人类发展的重大意义。
在小组合作探究和讨论活动中，培养学生的团队协作精神和沟通交流能力，让学生学会尊重他人观点，共同完成学习任务。
二、教学重难点
（一）教学重点
深刻理解电磁波的产生原理和传播特点，能够运用相关知识解释常见的电磁波现象。
熟练掌握波长、频率和波速的概念及其相互关系，能够运用公式进行简单计算和实际应用分析。
全面了解电磁波在现代生活和科技中的重要应用，如通信、广播、雷达等领域的工作原理和应用价值。
（二）教学难点
理解电磁波是一种抽象的物质形式，突破对电磁波 “看不见、摸不着” 的认知障碍，建立起电磁波的物理模型。
准确把握波长、频率和波速之间的关系，尤其是在不同介质中电磁波传播时，各物理量的变化情况，能够灵活运用公式解决实际问题。
深入理解电磁波在复杂通信系统和高科技设备中的应用原理，如手机通信中的信号传输、调制解调过程等。
三、教学方法
讲授法：系统讲解电磁波的产生原理、基本概念（波长、频率、波速）、传播特点等基础知识，构建清晰的知识框架，确保学生掌握核心理论。
实验演示法：通过演示电磁波产生的实验（如赫兹实验模拟装置），让学生直观感受电磁波的存在；利用示波器等仪器展示电磁波的波形，帮助学生理解抽象概念。
多媒体辅助教学法：运用图片、视频、动画等多媒体资源，展示电磁波在不同领域的应用场景，如卫星通信、无线网络等，将抽象知识形象化，增强学生的感性认识。
讨论法：组织学生讨论电磁波对现代生活的影响、电磁波应用中的潜在问题（如电磁污染）等话题，促进学生思维碰撞，培养学生的批判性思维和综合分析能力。
练习法：通过课堂例题讲解和课后作业练习，强化学生对波长、频率和波速公式的运用能力，提高学生解决实际问题的技能。
四、教学过程
（一）导入新课（5 分钟）
生活场景引入：展示一组图片，内容包括手机通话、电视播放节目、无线网络信号覆盖区域等，提问学生：“这些设备是如何实现信息传递的？它们背后隐藏着怎样的奥秘？” 引导学生思考，激发学生的好奇心和探究欲望。
问题引导：提出问题：“我们生活在一个充满各种信号的世界里，这些信号是如何在空间中传播的呢？” 引发学生的联想和讨论，从而引出本节课的课题 —— 电磁波的海洋。
（二）新课教学
电磁波的产生（15 分钟）
实验演示：利用赫兹实验模拟装置进行演示，将两个金属小球作为电极，连接到高压电源上，当电源接通时，观察到小球之间产生电火花，同时在一定距离外放置的环形导线中产生感应电流。提问学生：“为什么导线中会产生感应电流？这与我们之前学过的电磁感应现象有什么不同？” 引导学生思考，进而引出电磁波的概念。
理论讲解：讲解电磁波的产生原理，当导体中有迅速变化的电流时，会在周围空间产生电磁波。以手机发射信号为例，手机内部的电路产生快速变化的电流，从而向周围空间发射电磁波。通过动画演示，展示电流变化与电磁波产生的过程，帮助学生理解抽象的原理。
历史介绍：简要介绍赫兹发现电磁波的历史过程，强调这一发现的重要意义，它不仅证实了麦克斯韦的电磁理论，更为无线电通信等现代技术的发展奠定了基础，激发学生的科学探究精神。
电磁波的传播（20 分钟）
传播特点讲解：讲解电磁波的传播特点，电磁波可以在真空中传播，也可以在固体、液体、气体等介质中传播。通过对比声音传播需要介质，而电磁波在真空中能传播的差异，加深学生对电磁波传播特性的理解。介绍电磁波在真空中的传播速度是恒定的，约为\(3 10^{8}m/s\)，与光速相同，这也是光属于电磁波的一种重要依据。
实验验证：利用手机信号在真空罩中的传播实验进行演示，将手机放入真空罩中，用另一部手机拨打该手机，观察到真空罩中的手机屏幕亮起，说明电磁波可以在真空中传播。引导学生思考在不同介质中电磁波传播速度和强度可能会发生变化的原因。
波形展示：使用示波器展示不同频率电磁波的波形，讲解波长、频率的概念。波长是指相邻两个波峰（或波谷）之间的距离，频率是指在\(1s\)内出现的波峰（或波谷）的次数。通过改变信号源的频率，观察示波器上波形的变化，让学生直观感受波长和频率的变化关系。
波长、频率和波速的关系（15 分钟）
公式推导：从波速的定义出发，结合波长和频率的概念，推导得出波速、波长和频率的关系公式：波速 = 波长 × 频率（\(c = f\)）。通过举例说明，如一列波的波长为\(1m\)，频率为\(3 10^{8}Hz\)，计算出波速为\(3 10^{8}m/s\)，帮助学生理解公式的物理意义。
应用练习：给出一些实际问题，如已知某电磁波的频率为\(10^{6}Hz\)，求其波长；已知电磁波在某介质中的传播速度为\(2 10^{8}m/s\)，波长为\(0.5m\)，求其频率等，让学生运用公式进行计算，教师巡视指导，及时纠正学生的错误。
拓展讨论：组织学生讨论在不同介质中，电磁波的波长、频率和波速的变化情况。引导学生思考为什么频率不变，而波长和波速会发生变化，加深学生对三者关系的理解。
电磁波的应用（20 分钟）
通信领域应用：通过播放视频和展示图片，介绍电磁波在通信领域的广泛应用，如无线电广播、电视信号传输、手机通信等。以手机通信为例，详细讲解手机如何将声音信号转化为电信号，再通过调制技术加载到电磁波上发射出去，以及接收端如何解调信号还原声音的过程。引导学生思考手机通信技术从\(1G\)到\(5G\)的发展过程中，电磁波应用的变化和创新。
雷达技术应用：讲解雷达的工作原理，雷达通过向空中发射电磁波，遇到障碍物后反射回来，根据反射波的时间差和方向，确定目标的位置、距离和速度等信息。展示雷达在军事、气象、航空等领域的应用实例，如气象雷达监测天气变化、航空雷达引导飞机起降等，让学生了解雷达技术的重要性。
其他应用：介绍电磁波在其他领域的应用，如微波炉利用微波加热食物、红外线在遥控器中的应用、紫外线在消毒杀菌中的应用等。通过生活实例，让学生体会电磁波与日常生活的紧密联系，提高学生学习物理的兴趣。
（三）课堂小结（5 分钟）
知识梳理：引导学生回顾本节课的主要内容，包括电磁波的产生原理、传播特点、波长频率和波速的关系以及电磁波的应用等，形成知识框架图，帮助学生构建完整的知识体系。
重点强调：强调本节课的重点知识，如电磁波的产生条件、传播速度、波长频率波速公式以及电磁波在通信等领域的重要应用，加深学生对重点内容的理解和记忆。
（四）课堂练习（10 分钟）
基础练习：
填空题：当导体中有______的电流时，会在周围空间产生电磁波；电磁波在真空中的传播速度约为______\(m/s\)。
选择题：关于电磁波，下列说法正确的是（ ）
A. 电磁波不能在真空中传播 B. 电磁波的频率越高，波长越长
C. 手机通信利用电磁波传递信息 D. 红外线不属于电磁波
综合练习：已知某电磁波的频率为\(5 10^{7}Hz\)，求其波长。若该电磁波在某介质中的传播速度变为\(2.4 10^{8}m/s\)，求此时的波长。让学生在练习本上完成，然后请几位学生上台板演，教师进行点评和纠正，规范解题步骤。
（五）布置作业（5 分钟）
基础作业：完成课本课后练习题中与电磁波相关的题目，巩固课堂所学的基础知识和技能。
实践作业：让学生回家后，观察家中有哪些电器设备利用了电磁波，并查阅资料了解这些设备的工作原理，下节课进行分享和交流。
这份教案涵盖 “电磁波的海洋” 教学关键内容。若你对教学环节时长、实验设计、案例选取等方面有不同想法，欢迎随时提出，我会进一步完善。
5
课堂检测
4
新知讲解
6
变式训练
7
中考考法
8
小结梳理
学习目录
1
复习引入
2
新知讲解
3
典例讲解
固定电话之间有电话线连接着，信息是由电流通过电话线传递的。
移动电话之间没有电话线连接，它是靠什么传递信息的？
1.了解电磁波的产生和传播；知道光速是电磁波以及电磁波在真空中的传播速度；知道波长、频率和波速的关系。
2.通过演示了解电磁波的产生，电磁波在真空中的传播，提高学生应用科学文化知识解决实际问题的能力和概括总结的能力。
尽管你对电磁波（electromagnetic wave）这个名词已经十分熟悉，但是，你知道电磁波是怎样产生的吗？先了解水波、声波的产生。
1. 水波、声波的产生
一、电磁波是怎样产生的
木棍在水面上振动会产生水波；说话时声带的振动在空气中形成声波。他们都是都是由于物体发生振动产生的。
水面振动
水波
空气振动
声波
一、电磁波是怎样产生的
2. 实验探究：电磁波是怎样产生的
（1）如图所示，打开收音机的开关，旋至没有电台的位置，将音量调大，取一节干电池和一根导线，拿到收音机附近；
（2）先将导线的一端与电池的负极相连，再将导线的另一端与正极相连，从收音机中能听到一次“喀喀”声后，之后就没有“喀喀”的声音了；
注意：这个实验对电池有损害，最好用旧电池来做。
（3）将导线的一端与电池的其中一极反复摩擦，使它们时断时续地接触，能从收音机中不断听到“喀喀”声.
一、电磁波是怎样产生的
（4）实验分析
①用导线连接电池正、负极。刚接通时电流从无到有，听到“喀喀”声，说明变化的电流产生电磁波。
接通后电流稳定不再变化，没有声音，说明稳定的电流不产生电磁波。
②导线的一端摩擦电池的一极，导线中电流不断变化，听到连续不断的“喀喀”声，说明变化的电流产生电磁波。
（5）探究结论
当电路中有迅速变化的电流时，其周围就会产生电磁波.
3. 电磁波的产生
（1）电磁波：与水波、声波的形成相似，导线中电流的迅速变化会在空间激起（产生） 电磁波。
（2）电磁波传递信息：广播电台、电视台以及移动电话靠复杂的电子线路来产生迅速变化的电流，发出电磁波。虽然电磁波看不见、摸不到，但它确实可以给我们传递各种信息。
电流的迅速变化
电磁波
一、电磁波是怎样产生的
二、电磁波是怎样传播的
以水波为例，了解描述波的物理量：波长、频率、波速。
当把一个小球仍入水中时，会发现小球上下振动，形成水波，并且向四周传播。
1. 波长、频率、波速
（1）波长
在一列水波的传播中，凸起的最高处叫做波峰；凹下的最低处叫做波谷。
邻近两个波峰（或波谷）之间的距离叫做波长，用 λ 表示。
单位：米（m）、厘米（cm）、毫米（mm）等。
二、电磁波是怎样传播的
（2）频率
波在1秒内传播波长的个数叫做波的频率。用字母 f 表示。　
单位：赫兹（Hz）
其他单位：千赫（kHz）、 兆赫（MHz）
这是某一列波在2秒内传播的波长个数为6个，则该波的频率
f =6/2S=3Hz
二、电磁波是怎样传播的
（3）波速
水波不停地向远处传播，用来描述波传播快慢的物理量叫做波速（wave velocity）。
波速=波长×频率 v= λf
单位：米/秒（m/s）
如图所示，如果该波的波长为0.1m，频率f =100Hz
则波速v= λf
= 0.1m×100 Hz =10m/s
二、电磁波是怎样传播的
2. 探究电磁波的传播
【想一想】声波的传播需要介质，电磁波的传播是否需要介质呢？
【实验过程】如图所示，将一部手机置于一密封玻璃罩内，用另一部手机呼叫它，可以听到玻璃罩内的手机发出的铃声，同时看见手机屏幕闪烁。然后，用抽气机逐渐向外抽气会发现铃声越来越小，但玻璃罩内的手机
电磁波的传播不需要介质，电磁波能够在真空中传播.
屏幕仍然闪烁。同时呼叫它的手机也仍然是连通状态。
【实验结论】
二、电磁波是怎样传播的
在太空中的宇航员可以用无线电波与地面站进行联系。
美国“新视野号”探测器
通过真空可以传回照片
大量的事实可以证明真空可以传播电磁波
二、电磁波是怎样传播的
3. 描述电磁波的物理量
跟水波类似，电磁波也有自己的频率、波长和波速。
（1）电磁波的波速
真空中电磁波的波速为c，其数值大约为30万千米每秒。c是物理学中一个十分重要的常数，目前公认的数值是
想一想：电磁波的传播速度是不是看起来很熟悉？你由此产生了什么联想？
电磁波的传播速度与光在真空中的传播速速相同.
c =2.99792458×108 m/s=3.0×108 m/s
二、电磁波是怎样传播的
（2）电磁波的频率
电磁波频率的单位也是赫兹。因为通常电磁波的频率都很高，所以常用的单位还有千赫（kHz）和兆赫（MHz）。
二、电磁波是怎样传播的
收音机的老式无线电扫描频率
（1）电磁波家族
电磁波有无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、 γ射线等。各种光和射线都是波长不同的电磁波。
4. 电磁波家族及电磁波的应用
二、电磁波是怎样传播的
（2）无线电波
①定义：电磁波中用于广播、电视和移动电话的是频率为数百千赫至数百兆赫的那一部分，叫做无线电波（无线电技术中使用的电磁波）。
②特点：无线电波的波长从几毫米到几千米，通常根据波长或频率把无线电波分成几个波段，包括长波、中波、短波、微波等。
二、电磁波是怎样传播的
（3）电磁波的应用
①无线电波：用于广播、电视和移动电话。②红外线：家电的遥控器。③微波：可用来加热食品。④紫外线：灭菌。⑤X射线：医学上用来做透视检查。⑥γ射线：金属探伤。
二、电磁波是怎样传播的
收听广播
紫外线灯消毒
汽车导航
X射线
电磁波的一些应用
二、电磁波是怎样传播的
二、电磁波是怎样传播的
射电望远镜：可以接受宇宙中的星体辐射的微弱电磁波。
被誉为“中国天眼” 的射电望远镜，是世界最大单口径、最灵敏、探测的距离最远的射电望远镜。它能够接收宇宙外太空的电磁波信号，帮助我们发现外太空的中子脉冲星。
中国天眼——FAST
射电望远镜
5. 微波炉
（1）微波炉的原理
电磁波除了用于通信外，还有很多别的应用。比如，我们生活中常常见到的微波炉，就是用电磁波来加热食品的。微波炉内有很强的电磁波，它的波长很短，所以叫做微波。食物的分子在微波的作用下剧烈振动，使得内能增加，温度升高。由于电磁波可以深入食物内部，所以用微波炉烧饭时食物的内部和外部几乎同时变熟，省时、省电。
二、电磁波是怎样传播的
（2）使用微波炉的注意事项
食物中的水分子比其他分子更容易吸收微波的能量，所以含水量高的食物在微波炉中温度上升更快。微波炉中不能使用金属容器，因为会损坏微波炉。微波同其他频率的电磁波一样，过量的照射对人体有害。微波炉的外壳是金属壳，炉门的玻璃上有金属屏蔽网，可以减少电磁波的泄漏，使炉外的电磁波不超过允许值。
你家里有微波炉吗？如果有，看一看它的说明书，向同学介绍它的容积、耗电量大小等数据。它的加热温度和加热时间是由人工控制的还是程序控制的
二、电磁波是怎样传播的
1. 如图所示，将导线一端与电池负极连接，用另
一端与电池正极快速断续接触，可以听到收音机发
出“咯咯”声，表明收音机接收到了( )
D
A. 热量 B. 声波 C. 光能 D. 电磁波
返回
2. ［2024·常州］英国科学家研究发现，用特定波长的红光
持续照射人体背部 ，可明显刺激人体线粒体，增加葡
萄糖消耗，降低血糖水平，该技术有望用来帮助糖尿病患者
通过非药物方式降低血糖，该红光的波形图如图所示，已知
，则该红光的波长为( )
D
A. ，合
B. ，合
C. ，合
D. ，合
【点拨】波长为 的长度，即
。
返回
3. 比网络有更大的容量和更快的数据处理速度，与
相比， 电磁波( )
A
A. 频率更高 B. 频率更低
C. 传播速度更小 D. 传播速度更大
返回
4. ［2024·盐城］将手机“背景灯光提示”和“声音提示”功能打
开，放到真空钟罩中，用抽气机抽去罩中空气。然后打电话
呼叫手机，看到背景灯光亮却听不到铃声。该现象说明
( )
D
A. 声音和电磁波都能在真空中传播
B. 声音和电磁波都不能在真空中传播
C. 声音能在真空中传播，电磁波不能在真空中传播
D. 声音不能在真空中传播，电磁波能在真空中传播
返回
5.微波炉是用来加热食品的，食物分子在微波的作用下剧烈振
动，使得内能______（填“增加”或“减少”），温度升高，加热
时盛食物的容器______（填“能”或“不能”）使用金属容器。
增加
不能
返回
6.雷达利用天线把电磁波向欲探测的目标发射出去，然后再
利用天线接收反射波，根据反射波的方向和延迟时间来判断
目标的方位和距离。已知某地面雷达站向某卫星发射出波长
为的电磁波，经过 的时间，接收到了反射波，则该
卫星与雷达站的距离为________ 。
返回
7.电磁波是一个大家族，图1
是它们的家族谱以及对应的
各种电磁波的主要应用。图2
反映部分电磁波的穿透性能。
（1）红外线的波长比紫外线的波长____（填“长”或“短”）。
长
（2）电磁波的频率用 表示，
由图1可知___ ；它
们在真空中的传播速度
___。（均填“ ”“ ”或“
”）
（3）“铱 ”发出的物质能
穿透三十多毫米厚的钢板，这
一性质可用于金属内部探伤，
结合图2所示推知：“铱 ”
发出的用于金属内部探伤最有
可能的是___（填字母）。
D
A. 可见光 B. 射线 C. 射线 D. 射线
返回
电磁波的海洋
电磁波
的产生
①电磁波的产生：导线中电流的迅速变化
会在空间激起（产生）电磁波.
②电磁波传递信息：可以给我们传递各种信息.
①传播速度：电磁波在真空中可以传播。速度为
c =3×108m/s，与光在真空中的传播速度相同.
②单位：赫兹（Hz）。常用单位还有kHz、MHz.
③电磁波家族：无线电波、红外线、可见光、
紫外线、X射线、 γ射线等。
④无线电波：用于广播、电视和移动电话的
是频率为数百千赫至数百兆赫的那一部分.
无线电波、红外线、微波、紫外线、X射线、γ射线等.
电磁波
的传播
三、课堂总结（1）
电磁波
的应用
谢谢观看！

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