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4.通过实验，体验赫兹证明电磁波存在的实验过程，领会发现电磁波的物理意义。

【重点难点】

1.了解麦克斯韦电磁场理论的两个要点，尝试用数学的方法细化要点。

2.通过实验，体验赫兹证明电磁波存在的实验过程，领会发现电磁波的物理意义。

【教学过程】

活动1：科学的巨匠———麦克斯韦与赫兹生平简介

詹姆斯?克拉克?麦克斯韦是著名英国 物理学家 ，1831年出生于 苏格兰 爱丁堡 ，1847年中学毕业进入 爱丁堡大学 学习，1850年转入 剑桥大学 三一学院数学系学习。1856年在 苏格兰 阿伯丁的马里沙耳任自然哲学教授，1860年到 伦敦国王学院 任自然哲学和 天文学 教授，1861年当选为伦敦皇家学会会员，1865年春辞去教职回到家乡系统地总结关于电磁学的研究成果，1873年完成了电磁场理论的经典巨著《论电和磁》。1871年受聘为剑桥大学新设立的卡文迪许实验物理学 教授 ，负责筹建著名的卡文迪许实验室。1874年建成后担任这个实验室的第一任主任，直到1879年11月5日在剑桥逝世。

海因里希?鲁道夫?赫兹是著名德国物理学家，1857年生于德国汉堡市一个富裕的犹太人家庭，从小受到了良好的教育，曾经在德国 德累斯顿 、 慕尼黑 和柏林等地学习科学和 工程学 ，23岁时师从于亥姆霍兹和基尔霍夫，1880年获得德国柏林大学博士学位。1883年担任基尔大学物理学讲师，1885年担任德国南部卡尔斯鲁厄高等技术学院物理学教授。1888年赫兹将关于电磁波的实验研究成果总结在《论动电效应的传播速度》一文中，轰动了全世界的科学界。由法拉第开创，麦克斯韦总结的电磁理论，至此才取得决定性的胜利，成为近代科学史上的一座里程碑。

活动2：伟大的预言———麦克斯韦电磁理论两个基本推论

1856~1865的近十年间，麦克斯韦在库仑、安培、奥斯特、法拉第、亨利等人研究工作的基础上，和牛顿一样作出了伟大的历史突破，陆续发表了三篇题为《论法拉第力线》、《论物理力线》、《电磁场的动力学理论》关于电磁场理论的论文。

（1）变化的磁场产生电场

如图甲所示，由法拉第电磁感应定律可知，若穿过闭合线圈的磁场发生变化线圈中将产生感应电流。麦克斯韦进一步指出，电流产生的原因是因为自由电荷在电场中的定向移动，因此该现象的实质应该是变化的磁场在周围空间产生了电场（如图乙所示）。若存在闭合线圈，则自由电荷在电场力作用下定向移动形成感应电流，即使在变化的磁场内不存在闭合线圈，同样也应该在周围空间产生电场。

（2）变化的电场产生磁场

麦克斯韦相信自然规律的统一性与和谐性，相信电场与磁场的对称之美，就像奥斯特发现电流周围存在磁场使得法拉第坚信磁场也一定能产生电那样。麦克斯韦总结了前人的研究，在此基础上大胆假设：既然变化的磁场能产生电场，那么变化的电场就好比导线中的电流，也一定会在周围空间产生磁场，即变化的电场产生磁场。麦克斯韦的假设虽然没有直接的实验依据，但是体现了他对自然规律简洁优美的信念和洞察力，假设非常大胆、非常具有创造力，恰恰揭示了自然界最本质的规律。

麦克斯韦依据上面的两个论点推断：如果在空间某区域中有周期性变化的电场，那么它就会在周围空间引起周期性变化的磁场，这个周期性变化的磁场又会引起新的变化的电场……，于是变化的电场和变化的磁场交替产生，由近及远地向周围传播。一个伟大的预言诞生了——空间可能存在电磁波。

例1、按照麦克斯韦的电磁场理论，以下说法中正确的是（ ）

A、恒定的磁场在周围产生恒定的电场

B、变化的磁场在周围产生变化的电场

C、均匀变化的磁场在周围产生均匀变化的电场

D、均匀变化的磁场在周围产生恒定的电场

活动3：历史的丰碑——媲美牛顿力学体系的科学史诗

麦克斯韦集电磁学研究成果之大成，不仅预言了电磁波的存在，而且揭示了电、磁、光现象在本质上的统一性，建立了完整的电磁场理论。麦克斯韦电磁理论的意义足以与牛顿力学体系相媲美，它是物理学发展中一个划时代的丰碑。

（1）电磁波是横波

电磁波在真空中传播时，它的电场强度与磁感应强度互相垂直，而且两者均与波的传播方向垂直，因此电磁波是横波。在机械波中，位移这个物理量随时间和空间做周期性变化，而在电磁波中，电场强度和磁感应强度这两个物理量随时间和空间做周期性变化。