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摘要：教师在《电磁波的发现》教学中，要让学生知道麦克斯韦电磁场理论的重要地位和主要内容外，还要学生弄清楚电磁波的特点，了解赫兹实验及其重要意义.通过对电磁波发现过程的了解，认识规律的普遍性与特殊性，培养学生的逻辑推理和类比推理能力，从而激发学生对科学发现的探索精神.关键词：电磁波；发现；教学高中物理课贵在向学生传授知识与技能，方法为以物为轴心，揭示其内在原理.本文以《电磁波的发现》一节课为例，首先，教师要让学生知道麦克斯韦电磁场理论的重要地位和主要内容外，还要学生弄清楚电磁波的特点，了解赫兹实验及其重要意义.其次，通过对电磁波发现过程的了解，认识规律的普遍性与特殊性，培养学生的逻辑推理和类比推理能力.最后，学生在学习中不但懂得电磁场的重要意义及其产生的原理，而且还要培养学生崇尚科学、献身科学的精神.因此，作为高中物理教师必须取其所长，根据各校的具体情况，因生制宜，才能产生良好的教学效果.
笔者根据本校的情况，在教学“电磁波的发现”一课中，其一，是理清教学重点是变化的磁场产生电场；其二，教学的难点在于变化的电场产生磁场；其三，该节课教学的方法可以运用演示推理和类比推理；类比通常指对两类对象在性质或关系方面的类似性进行研究，并在此基础上做出推断，由一类对象已知的属性和关系，而达到对另一类对象的某种未知属性和关系的推测，所以它是一种从特殊到特殊的思维方式.在科学研究中起着触类旁通、启迪思维、为新的科学探索开辟道路的重要作用.麦克斯韦指出：“物理类比的意思是利用一种科学定律和另一种科学定律之间的部分类似性，用它们中的一个去说明另一个.类比是建立在两类定律在数学形式相似的基础上.”最后，教师在做好多媒体课件的同时，还要准备好必要的教学用具：电源一台，电磁铁一块，多匝线圈、灯座、小灯泡各一个，导线若干.
一、以教材为根本，借用教材以外新内容
物理课对大多数中学生来说，是一门理论与实际紧密相连的实验课.但是，纯粹的理论讲授，常常造成学生对物理的似懂非懂，知其一，不知其二，并且易于当节课讲，学生还知道，过后再提却易于忘记.因此，激发学生的学习兴趣显得尤其重要.笔者结合国内科学发展新科技，运用多媒体引入新内容.首先，同学们看到的画面是“神舟九号”发射场面.“神舟九号”三名航天员中，唯一一名女性刘洋，她上中学母校即在郑州第十一中学，随后，展现出刘洋在郑州第十一中学参加各种活动及其毕业合影照片.这样一来，学生对学习此课的兴趣马上被激发出来，同时，也为本校有这样一位航天英雄感到自豪和骄傲.假若，刘洋的物理基础很差，她能成为今天的女航天员吗？显然，不可能.刘洋和她的战友们成功完成航天任务后，她曾描述过这样一个细节：执行神五任务时，飞船发射时产生的低频振动与人体内脏频率一样，产生了共振，航天员杨利伟非常难受，感觉可能活不下去了.下来后杨利伟及时与技术人员交流、分享，神六升空时这个问题得到了解决.刘洋风趣的说，神五航天员当时是坐着拖拉机进入太空的，到了神七、神九执行任务时，我们就是坐着小轿车进入太空的.当航天员们上天后，人们是怎样知道它到达预定地点呢？
一些学生回答：利用无线电波.教师对此，可以以此为线索，将无线电广播、电视、人造卫星、导弹、宇宙飞船等，传递信息和跟地面的联系都要利用电磁波.现代社会的各个部门，几乎都离不开“电磁波”，可以说“电”作为现代文明的标志，“电磁波”就是现代文明的神经中枢，或者叫现代化的代名词.那么，电磁波是什么？它是怎样产生的？它有什么性质？怎样利用它传递信号？
二、从发现电磁波开始
教师首先向学生介绍电磁场理论的奠基人麦克斯韦的生平事迹说起，激发学生的好奇心和求知欲.而不是直白麦克斯韦预言电磁波的存在，赫兹通过实验证明了这个预言的正确性.以故事形式向学生由浅入深、循序渐进地讲授某些知识更容易让学生易于接受和加深记忆.
麦克斯韦（James Clark Mexwell，1831—1879）是英国的理论物理学家、数学家.1831年6月13日生于英国爱丁堡.他的父亲是一个科学家，他从小就受到科学的熏陶，15岁时向英国皇家学会递交数学论文，发表在《爱丁堡皇家学会学报》上，第一次显露出他出众的才华.1847年，考入爱丁堡大学学习数学和物理学.1850年转入剑桥大学，1854年毕业后留校工作，1856—1865年，他先后在爱丁堡大学和伦敦皇家学院任教.1871年，麦克斯韦任剑桥物理实验室主任，1874年，他主持建立的卡文迪许实验室竣工，任该实验室首任主任.1879年11月5日，麦克斯韦在剑桥逝世.麦克斯韦在电磁场理论方面的工作深受法拉第的影响，他信服法拉第的思想，决心为法拉第的场的概念提供数学方法的基础.尤其是他在伦敦皇家学院任教期间，有机会拜访了法拉第以后，更加强了他的这种信念.年轻的麦克斯韦以他卓越的数学才能和严密的逻辑推理，对法拉第的直观形象的电磁场理论加以高度概括，并总结了当时电磁学的研究成果，建立了电磁场方程，确立了电磁场理论.那么，麦克斯韦的电磁场理论具体内容是什么？
1.变化的磁场产生电场.教师可以从一个演示实验做起.装置如图1所示，当穿过螺线管的磁场随时间变化时，上面的线圈中产生感应电动势，引起感应电流使灯泡发光.
图1图2教师提出问题：“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.”教师继续问：“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.”在这个试验中，你们发现了什么？师生最终形成一致的实验结论，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.”教师继续提问：“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.教师从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2甲、乙所示）. 2.变化的电场产生磁场.教师依照麦克斯韦根据电现象与磁现象的相似性和变化的磁场能产生电场的现象，提出了另一个大胆的假设：变化的电场也能产生磁场.总结上述两个结论，麦克斯韦认为，变化的电场和磁场是互相联系的，形成一个统一的电磁场.麦克斯韦根据自己的理论进一步预言，如果在空间某区域中有周期性变化的电场，那么，这个变化的电场就在它周围空间产生周期性变化的磁场，这个变化的磁场又在它周围空间产生新的周期性变化的电场……可见，变化的电场和变化的磁场是相互联系的，形成一个不可分离的统一体，这就是电磁场.电场和磁场只是这个统一的电磁场的两种具体表现.这种变化的电场和变化的磁场总是交替产生，并且由发生的区域向周围空间传播.于是一个伟大的预言诞生了——空间可能存在电磁波.此时，可以用课件展示：电磁场由发生区域向远处的传播——电磁波.
图33.电磁波作用原理.教师紧跟如上问题，密切衔接电磁波的作用原理.比如，讲机械波有横波和纵波之分，且能够传递能量；能发生反射、折射、干涉和衍射；靠介质传播，波速v=λf.类比机械波的特点，我们可以得出电磁波的特点：①电磁波中的电场和磁场互相垂直，并且都与波的传播方向垂直，即电磁波是横波.光是一种电磁波.在前面学习的光的偏振现象已经证明了这一点.如图3所示.并利用课件演示：电磁场方向间的关系，从而加深学生的记忆.②电磁波可以在真空中传播，向周围空间传播电磁能，在传播过程中，电磁波能发生反射、折射、干涉和衍射.③三个特征量的关系：v=λf.在真空中v=3.0×108 m/s.教师从麦克斯韦电磁场理论的建立具有伟大的历史意义，足以根牛顿力学体系相媲美，它是物理学发展史中的一个划时代的里程碑.让学生了解一个伟大的发现，会引发以后技术上革新.
4.赫兹的电火花.教师可以将麦克斯韦的电磁场理论在当时来说，它还只是一个预言，还有待于科学实验的证明.只是赫兹把这个天才的预言变成了世人公认的真理.引导学生阅读教材，了解赫兹证实电磁波存在的探索历程.教师可以向学生介绍赫兹的生平简介，激发学生求知上进的热情，对学生进行物理情感教育.
三、在课堂总结、点评中，鼓励学生勇于探索发现
世界著名科学家爱因斯坦说：“提出一个问题比解决一个问题更重要.”物理课是一门科学技术性很强的课程，是激发学生勇于探求科学真理的实用性课程.物理课的根本就是在提出问题，发现问题，解决问题中来实现其课程目标的.在当今世界，有许多已知，即被人们已经认识到的物理现象，并且实际运用在人们生活之中的.也有一些未知的物理之谜，有待于人们去揭示.作为中学物理教师，按照教课目标，讲授完所有科目，并非意味着圆满完成了中学物理的所有内容.青少年正是探求世界万物真相的最佳年龄阶段，也是植根于喜爱科学发现的最好种子.因此，教师讲授“电磁波的发现”一课中，除要求学生了解电磁波知识以外，还要引导学生善于“发现”，在“发现”中，追求真理，追索快乐，追求生命价值的意义.在深层上更要激发学生提出问题，发现问题，然后去追求探索，有的可能要用一生，甚至几代人的追求才能完成.本节主要学习了麦克斯韦电磁场理论的主要内容.知道了麦克斯韦电磁场理论的两大支柱：变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场.还知道了变化的电场和磁场相互联系，形成一个统一的场，即电磁场.电磁场由发生区域向远处的传播形成电磁波.电磁波中的电场与磁场相互垂直，且二者均与波的传播方向垂直，即电磁波是横波.最后，可以让学生自电磁波的发现后，对科学界有哪些技术影响作一次课堂总结，让学生对科学技术每一次重大发现，由此，促使科学的巨大创新和进步，掀起学生对物理学习的极大热情和求索精神.参考文献：[1]Maxwell，on Farday’s Linesof Force，ed.W.D.Niven，The Scientificpapersof Jamesclerk Maxwell，Cambridge University Press，Vol.1，（1890）：155-209.中国首位飞天70后女航天员 [OE/OL].百度百科，详见：http：//baike.baidu.com/view/18191.htm.[2]刘洋林州作报告，比喻自己是坐“轿车”升空[OE/OL].大河网，2013-04-08.http：//henan.sina.com.cn/news/z/2013-04-08/1557-62418.html.[3]（英）巴兹尔？马洪.麦克斯韦：改变一切的人[M].肖明译.长沙：湖南科学技术出版社，2011：1-164.[4]向义和. 大学物理导论：物理学的理论与方法、历史与前沿[M].北京：清华大学出版社，1999：233.
[郑州市第十一中学 （450016）]
笔者根据本校的情况，在教学“电磁波的发现”一课中，其一，是理清教学重点是变化的磁场产生电场；其二，教学的难点在于变化的电场产生磁场；其三，该节课教学的方法可以运用演示推理和类比推理；类比通常指对两类对象在性质或关系方面的类似性进行研究，并在此基础上做出推断，由一类对象已知的属性和关系，而达到对另一类对象的某种未知属性和关系的推测，所以它是一种从特殊到特殊的思维方式.在科学研究中起着触类旁通、启迪思维、为新的科学探索开辟道路的重要作用.麦克斯韦指出：“物理类比的意思是利用一种科学定律和另一种科学定律之间的部分类似性，用它们中的一个去说明另一个.类比是建立在两类定律在数学形式相似的基础上.”最后，教师在做好多媒体课件的同时，还要准备好必要的教学用具：电源一台，电磁铁一块，多匝线圈、灯座、小灯泡各一个，导线若干.
一、以教材为根本，借用教材以外新内容
物理课对大多数中学生来说，是一门理论与实际紧密相连的实验课.但是，纯粹的理论讲授，常常造成学生对物理的似懂非懂，知其一，不知其二，并且易于当节课讲，学生还知道，过后再提却易于忘记.因此，激发学生的学习兴趣显得尤其重要.笔者结合国内科学发展新科技，运用多媒体引入新内容.首先，同学们看到的画面是“神舟九号”发射场面.“神舟九号”三名航天员中，唯一一名女性刘洋，她上中学母校即在郑州第十一中学，随后，展现出刘洋在郑州第十一中学参加各种活动及其毕业合影照片.这样一来，学生对学习此课的兴趣马上被激发出来，同时，也为本校有这样一位航天英雄感到自豪和骄傲.假若，刘洋的物理基础很差，她能成为今天的女航天员吗？显然，不可能.刘洋和她的战友们成功完成航天任务后，她曾描述过这样一个细节：执行神五任务时，飞船发射时产生的低频振动与人体内脏频率一样，产生了共振，航天员杨利伟非常难受，感觉可能活不下去了.下来后杨利伟及时与技术人员交流、分享，神六升空时这个问题得到了解决.刘洋风趣的说，神五航天员当时是坐着拖拉机进入太空的，到了神七、神九执行任务时，我们就是坐着小轿车进入太空的.当航天员们上天后，人们是怎样知道它到达预定地点呢？
一些学生回答：利用无线电波.教师对此，可以以此为线索，将无线电广播、电视、人造卫星、导弹、宇宙飞船等，传递信息和跟地面的联系都要利用电磁波.现代社会的各个部门，几乎都离不开“电磁波”，可以说“电”作为现代文明的标志，“电磁波”就是现代文明的神经中枢，或者叫现代化的代名词.那么，电磁波是什么？它是怎样产生的？它有什么性质？怎样利用它传递信号？
二、从发现电磁波开始
教师首先向学生介绍电磁场理论的奠基人麦克斯韦的生平事迹说起，激发学生的好奇心和求知欲.而不是直白麦克斯韦预言电磁波的存在，赫兹通过实验证明了这个预言的正确性.以故事形式向学生由浅入深、循序渐进地讲授某些知识更容易让学生易于接受和加深记忆.
麦克斯韦（James Clark Mexwell，1831—1879）是英国的理论物理学家、数学家.1831年6月13日生于英国爱丁堡.他的父亲是一个科学家，他从小就受到科学的熏陶，15岁时向英国皇家学会递交数学论文，发表在《爱丁堡皇家学会学报》上，第一次显露出他出众的才华.1847年，考入爱丁堡大学学习数学和物理学.1850年转入剑桥大学，1854年毕业后留校工作，1856—1865年，他先后在爱丁堡大学和伦敦皇家学院任教.1871年，麦克斯韦任剑桥物理实验室主任，1874年，他主持建立的卡文迪许实验室竣工，任该实验室首任主任.1879年11月5日，麦克斯韦在剑桥逝世.麦克斯韦在电磁场理论方面的工作深受法拉第的影响，他信服法拉第的思想，决心为法拉第的场的概念提供数学方法的基础.尤其是他在伦敦皇家学院任教期间，有机会拜访了法拉第以后，更加强了他的这种信念.年轻的麦克斯韦以他卓越的数学才能和严密的逻辑推理，对法拉第的直观形象的电磁场理论加以高度概括，并总结了当时电磁学的研究成果，建立了电磁场方程，确立了电磁场理论.那么，麦克斯韦的电磁场理论具体内容是什么？
1.变化的磁场产生电场.教师可以从一个演示实验做起.装置如图1所示，当穿过螺线管的磁场随时间变化时，上面的线圈中产生感应电动势，引起感应电流使灯泡发光.
图1图2教师提出问题：“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.”教师继续问：“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.”在这个试验中，你们发现了什么？师生最终形成一致的实验结论，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.”教师继续提问：“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.教师从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2甲、乙所示）. 2.变化的电场产生磁场.教师依照麦克斯韦根据电现象与磁现象的相似性和变化的磁场能产生电场的现象，提出了另一个大胆的假设：变化的电场也能产生磁场.总结上述两个结论，麦克斯韦认为，变化的电场和磁场是互相联系的，形成一个统一的电磁场.麦克斯韦根据自己的理论进一步预言，如果在空间某区域中有周期性变化的电场，那么，这个变化的电场就在它周围空间产生周期性变化的磁场，这个变化的磁场又在它周围空间产生新的周期性变化的电场……可见，变化的电场和变化的磁场是相互联系的，形成一个不可分离的统一体，这就是电磁场.电场和磁场只是这个统一的电磁场的两种具体表现.这种变化的电场和变化的磁场总是交替产生，并且由发生的区域向周围空间传播.于是一个伟大的预言诞生了——空间可能存在电磁波.此时，可以用课件展示：电磁场由发生区域向远处的传播——电磁波.
图33.电磁波作用原理.教师紧跟如上问题，密切衔接电磁波的作用原理.比如，讲机械波有横波和纵波之分，且能够传递能量；能发生反射、折射、干涉和衍射；靠介质传播，波速v=λf.类比机械波的特点，我们可以得出电磁波的特点：①电磁波中的电场和磁场互相垂直，并且都与波的传播方向垂直，即电磁波是横波.光是一种电磁波.在前面学习的光的偏振现象已经证明了这一点.如图3所示.并利用课件演示：电磁场方向间的关系，从而加深学生的记忆.②电磁波可以在真空中传播，向周围空间传播电磁能，在传播过程中，电磁波能发生反射、折射、干涉和衍射.③三个特征量的关系：v=λf.在真空中v=3.0×108 m/s.教师从麦克斯韦电磁场理论的建立具有伟大的历史意义，足以根牛顿力学体系相媲美，它是物理学发展史中的一个划时代的里程碑.让学生了解一个伟大的发现，会引发以后技术上革新.
4.赫兹的电火花.教师可以将麦克斯韦的电磁场理论在当时来说，它还只是一个预言，还有待于科学实验的证明.只是赫兹把这个天才的预言变成了世人公认的真理.引导学生阅读教材，了解赫兹证实电磁波存在的探索历程.教师可以向学生介绍赫兹的生平简介，激发学生求知上进的热情，对学生进行物理情感教育.
三、在课堂总结、点评中，鼓励学生勇于探索发现
世界著名科学家爱因斯坦说：“提出一个问题比解决一个问题更重要.”物理课是一门科学技术性很强的课程，是激发学生勇于探求科学真理的实用性课程.物理课的根本就是在提出问题，发现问题，解决问题中来实现其课程目标的.在当今世界，有许多已知，即被人们已经认识到的物理现象，并且实际运用在人们生活之中的.也有一些未知的物理之谜，有待于人们去揭示.作为中学物理教师，按照教课目标，讲授完所有科目，并非意味着圆满完成了中学物理的所有内容.青少年正是探求世界万物真相的最佳年龄阶段，也是植根于喜爱科学发现的最好种子.因此，教师讲授“电磁波的发现”一课中，除要求学生了解电磁波知识以外，还要引导学生善于“发现”，在“发现”中，追求真理，追索快乐，追求生命价值的意义.在深层上更要激发学生提出问题，发现问题，然后去追求探索，有的可能要用一生，甚至几代人的追求才能完成.本节主要学习了麦克斯韦电磁场理论的主要内容.知道了麦克斯韦电磁场理论的两大支柱：变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场.还知道了变化的电场和磁场相互联系，形成一个统一的场，即电磁场.电磁场由发生区域向远处的传播形成电磁波.电磁波中的电场与磁场相互垂直，且二者均与波的传播方向垂直，即电磁波是横波.最后，可以让学生自电磁波的发现后，对科学界有哪些技术影响作一次课堂总结，让学生对科学技术每一次重大发现，由此，促使科学的巨大创新和进步，掀起学生对物理学习的极大热情和求索精神.参考文献：[1]Maxwell，on Farday’s Linesof Force，ed.W.D.Niven，The Scientificpapersof Jamesclerk Maxwell，Cambridge University Press，Vol.1，（1890）：155-209.中国首位飞天70后女航天员 [OE/OL].百度百科，详见：http：//baike.baidu.com/view/18191.htm.[2]刘洋林州作报告，比喻自己是坐“轿车”升空[OE/OL].大河网，2013-04-08.http：//henan.sina.com.cn/news/z/2013-04-08/1557-62418.html.[3]（英）巴兹尔？马洪.麦克斯韦：改变一切的人[M].肖明译.长沙：湖南科学技术出版社，2011：1-164.[4]向义和. 大学物理导论：物理学的理论与方法、历史与前沿[M].北京：清华大学出版社，1999：233.
[郑州市第十一中学 （450016）]