初中人教版（2024）第二十一章 电磁波及其应用第1节 电磁波的海洋教学设计

这是一份初中人教版（2024）第二十一章 电磁波及其应用第1节 电磁波的海洋教学设计，共11页。教案主要包含了演示实验，实验分析，实验结论，播放视频，进行实验等内容，欢迎下载使用。
年级
九年级
学科
物理
教师
课题
第1节 电磁波的海洋
教学
目标
物理观念
了解电磁波的产生和传播，知道电磁波的波长、频率和电磁波在真空中的传播速度。初步了解不同频率范围的电磁波及其应用。能利用电磁波的相关知识解释生活中的有关现象。
科学思维
在学习电磁波的过程中，体会类比推理的科学方法。
科学探究
经历电磁波的产生和传播的演示实验过程，培养实验观察与分析解释的能力。
科学态度
与责任
通过对电磁波的应用及我国在天文观测领域的成就的了解，体会物理学对人类生活和社会发展的意义。
教材
分析
本节主要包括电磁波是怎样产生的、电磁波是怎样传播的、电磁波大家族三部分内容。我们生活在电磁波的海洋里，电磁波与日常生活和社会发展密切相关。通过对电磁波的产生与传播的学习，学生初步认识电磁波及其特征;通过了解电磁波大家族中不同频率范围的电磁波在生活中的应用，学生认识电磁波的重要作用。
本节教学的重点是了解电磁波的产生与传播、不同频率范围电磁波的应用，难点是了解电磁波的波长、频率和波速。此前学生已经学习了电磁感应及声波等知识，具备了一定的知识基础。突破教学难点的关键是将电磁波的波长、频率、波速与水波进行类比，这样可以使学生更直观地理解电磁波的性质和传播方式，从而加深对电磁波的认识。
学情分析
1. 知识储备分析：九年级的学生已经具备了一定的物理基础知识和实验探究能力，对生活中的各种现象有较强的好奇心和求知欲。他们在日常生活中广泛接触到各种使用电磁波的设备，如手机、电视、收音机等，对电磁波的存在有一定的感性认识。
2. 学习难点分析：学生对于电磁波的产生、传播等本质问题知之甚少。同时，这个阶段的学生正处于从形象思维向抽象思维过渡的关键时期，对于电磁波这种看不见、摸不着的物质，理解起来可能会存在较大的困难。此外，波速、波长和频率的关系等知识点较为抽象，需要学生具备一定的数学基础和逻辑思维能力，这也给学生的学习带来了一定的挑战。因此，在教学过程中，教师需要结合学生的实际情况，采用多样化的教学方法，通过直观的实验、生动的多媒体展示以及与生活实际相结合的方式，引导学生积极参与课堂学习，帮助学生突破学习难点，提高学生的学习效果。
教学重点
了解电磁波的产生与传播、不同频率范围电磁波的应用。
教学难点
了解电磁波的波长、频率和波速。
教学
器材
电池一节、收音机一台、导线一根、真空罩一个、抽气机、手机两部。
多媒体ppt，包含视频《时断时续的电流能够产生电磁波》、《电磁波在真空中的传播》等。
教学过程
教师活动
学生活动
导入新课
【问题】打开收音机的开关，调至没有电台的位置，将音量开大。取一节旧干电池和一根导线，拿到收音机附近。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摩擦，使它们时断时续地接触，可以听到收音机发出“咔咔”声。
收音机为什么会发出这种声音呢？
思考问题，激发兴趣，进入情景。
学习新课 一、电磁波的产生
1. 水波、声波的产生
【提问】尽管你对电磁波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？我们先了解水波、声波的产生。
【播放图片，回忆声波的产生】
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。
【总结】声波与水波都是都是由于物体发生振动产生的。

水波 声波
2. 实验探究：电磁波是怎样产生的
【演示实验】
（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；
（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。
【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。
【实验结论】当电路中有迅速变化的电流时，其周围会产生电磁波。
3. 电磁波的产生
（1）电磁波：变化的电流在空间会激起（产生）电磁波。
（2）电磁波传递信息和能量：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，但它确实可以传递信息和能量。
【播放视频】——《时断时续的电流能够产生电磁波》
【例题1】如图所示，打开收音机的开关，旋至没有电台的位置，将音量开大，取一节干电池和一根导线，先将导线的一端与电池的负极相连，再将导线的另一端与电池的正极快速摩擦，使它们时断时续地接触，会听到收音机中传出“喀喀”声。关于这个实验，下列说法错误的是（ D ）
A．这个实验对电池有损害，最好用旧电池来做
B．迅速变化的电流能够产生电磁波
C．收音机可以接收到电磁波信号
D．电磁波只能在空气中传播
【解析】A．用导线将电源正负极相连，会将电池短路，容易损坏电池，最好用旧电池来做，故A正确，不符合题意；
B．导线和电池时断时续地接触，会产生变化的电流，变化的电流能够激起电磁波，故B正确，不符合题意；
C．收音机中传出“喀喀”声，说明收音机接收到电磁波信号，C正确，不符题意；
D． 电磁波可在真空中传播，故D错误，符合题意。故选D。
回忆水波、声波的产生。
观察实验，分析现象，归纳结论。

知道电磁波的概念。
观看视频，进一步了解电磁波的产生。
做例题1，知道电磁波的产生。

学习新课 二、电磁波的传播
【提问】电磁波是怎样传播的？传播的速度有多大？
1. 波长、频率、波速
以水波为例，了解描述波的特征的物理量：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
在一列水波的传播中，凸起的最高处叫作波峰；凹下的最低处叫作波谷。邻近两个波峰（或波谷）之间的距离叫作波长，用λ表示。
单位：米（m）、厘米（cm）、毫米（mm）等。
（2）频率
在某确定位置，1 s内有多少次波峰或波谷通过，波的频率就是多少。用字母f表示。
单位：赫兹（Hz）。其他单位：千赫（kHz）、兆赫（MHz）。1MHz=103kHz 1kHz=103Hz
如图所示，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
（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作波速。
单位：米/秒（m/s）
波速=波长×频率 即 v= λf
如上图所示，如果该波的波长为0.1m，频率f =3Hz。则波速v= λf= 0.1m×3Hz =0.3m/s
2. 描述电磁波的物理量
跟水波类似，电磁波也有自己的波速、频率和波长。
（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c =2.99792458×108 m/s=3.0×108 m/s，电磁波的传播速度与光在真空中的传播速速相同。
（2）电磁波的频率
电磁波频率的单位也是赫兹（Hz）。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）。
3. 探究电磁波的传播
【提问】声波的传播需要介质，电磁波的传播是否需要介质呢？
【进行实验】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】电磁波的传播不需要介质，电磁波能够在真空中传播。
大量事实可以证明真空可以传播电磁波。例如，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。
【播放视频】——《真空可以传播电磁波》
【例题2】下列关于电磁波的说法正确的是（ B ）
A．电磁波在空气中的传播速度是340m/s
B．5G网络的电磁波与4G网络的电磁波在空气中的传播速度相同
C．电磁波只能传递声音信号，不能传递图像信号
D．在真空中，电磁波的频率越高，波长越长
【解析】A．电磁波在空气中的传播速度是3×108m/s ，故A错误；
B．电磁波的传播速度由介质决定，同一介质中不同频率的电磁波（如5G和4G）传播速度相同，故B正确；
C．电磁波既能传递声音信号，也能传递图像信号，故C错误；
D．电磁波在真空中的波速一定，所以电磁波的波长和频率成反比关系。在真空中，电磁波的频率越高，波长越短，故D错误。
故选B。
以水波为例，了解描述波的特征的物理量：波长、频率、波速。
知道它们的意义、单位及其之间的关系。
知道描述电磁波的三个物理量。
记住真空中电磁波的传播速度。
设计并进行实验，知道电磁波能够在真空中传播。
列举真空可以传播电磁波的事例。
观看视频，验证真空可以传播电磁波。
做例题2，知道电磁波的传播，知道电磁波的频率与波长的关系。
学习新课 三、电磁波大家族
在学生回答的基础上归纳。
1. 电磁波大家族
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。
2. 电磁波的应用
（1）无线电波
①定义：通常用于广播、电视和移动通信的是频率为数百千赫至数百兆赫的那一部分电磁波，叫作无线电波。
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。
③电磁波在通信领域的应用极为广泛。无线电广播、电视信号传输，手机通信，以及卫星通信，都依赖于电磁波来实现。
（2）X射线、γ射线
在医疗领域， X射线成像技术被广泛用于骨折诊断和肿瘤检测，它利用X射线的穿透性来拍摄人体内部结构的影像。
核磁共振成像（MRI）则利用电磁波中的射频波与强磁场相互作用，产生高分辨率的身体内部图像，主要用于软组织成像。
（3）电磁波在工业与科研领域的一些应用
用雷达技术利用无线电波和微波探测目标物体的位置、速度和形状，广泛应用于气象预报、航空航海、交通管理和军事领域。
电磁波还用于工业产品的非破坏性检测，能够检测出产品内部的缺陷和质量问题。
（4）微波炉
①微波：波长在无线电波中较短的电磁波，叫作微波。
②微波炉原理：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。
（5）电磁波观测天体：宇宙中存在的电磁波覆盖了整个电磁波段。我们可以在无线电波段观测天体。在“天眼之父”南仁东的带领下，我国建成了世界上最大的500m口径球面射电望远镜。
电磁波在日常生活中的一些其他重要应用。例如，遥控器利用红外线控制电视、空调等家电设备；太阳能电池则利用可见光和紫外线将光能转化为电能，提供清洁能源。
【例题3】】各色光在真空中的波长如图所示，植物中叶绿素a会吸收波长在430nm~662nm之间的光。真空中，波长650nm的光（ C ）
A．是紫光 B．不是电磁波
C．波长比蓝光的长 D．比波长500nm的光传播速度大
【详解】A．由图可知波长650nm的光是红光，故A不符合题意；
B．红光也属于电磁波，故B不符合题意；
C．该光的波长是650nm，蓝光的波长是430-450nm，故该光的波长比蓝光的波长长，故C符合题意；
D．该光和波长为500nm的光都是电磁波，在真空中的传播速度一样，故D不符合题意。故选C。
阅读课本第177页图21.1-5《不同频率范围的电磁波及其应用》，回答电磁波的家族有哪些？

阅读课本第177页图21.1-5《不同频率范围的电磁波及其应用》，结合生活中的事例，回答电磁波的应用哪些？
做例题3，知道电磁波的应用，知道电磁波的频率与波长的关系。
课
堂
练
习
课
堂
练
习
1．2024年4月28日，神舟十七号、神舟十八号航天员乘组在中国空间站举行了交接仪式。如图所示画面从空间站传回地球，利用的是（ ）
A．电磁波B．光导纤维 C．超声波D．次声波
【答案】A
【详解】电磁波可以在真空中传播，所以画面从空间站传回地球，利用的是电磁波。故A符合题意，BCD不符合题意。故选A。
2．我国于2018年和2024年先后发射了鹊桥号和鹊桥二号中继星，架起了地球与月球背面通信的“天桥”。相比于鹊桥号，鹊桥二号距月球更近（如图），采用了反射率更高的镀金钼丝天线。下列说法不正确的是（ ）
A．鹊桥号利用声波进行信号传输
B．鹊桥二号利用电磁波进行信号传输
C．镀金钼丝天线反射的信号传播速度为3×108m/s
D．信息从月球背面传到鹊桥二号比到鹊桥号用时更短
【答案】A
【详解】AB．降落在月球背面的嫦娥六号要时刻与地球保持通信，需要鹊桥二号中继卫星进行信号转发。该通信利用电磁波传递信息，超声波和次声波不能在真空中传播，故A错误，符合题意，B正确，不符合题意。
C．电磁波在真空中传播的速度3×108m/s，故C正确，不符合题意；
D．根据题意知道，相比于鹊桥号，鹊桥二号距月球更近，所以，信息从月球背面传到鹊桥二号比到鹊桥号用时更短，故D正确，不符合题意。故选A。
3．紫外线按波长大小可分为多个子波段如图，其中EVU段可用于制造芯片，则 （ ）
A．不是电磁波 B．波长大于紫光
C．波长可能为110nm D．传播速度比无线电波大
【答案】C
【详解】AD．紫外线和无线电波都是电磁波，EUV段属于紫外线，所以EUV是电磁波，传播速度与无线电波相同，故AD不符合题意；
BC．由图可知，EUV的波长在10∼124nm，则EUV波长可能为110nm，紫光的波长在400∼430nm，所以EUV波长小于紫光，故B不符合题意，C符合题意。故选C。
4. 如图是一台收音机的屏板，当向右调指针（图中黑块）时，所接收的电磁波（ ）

A．频率变大 B．波速变大 C．波长变长 D．波长不变
【答案】 A。
【详解】收音机屏板上的MHz和kHz，是频率的单位，所以向右调指针时所接收的电磁波的频率变大。由公式v= λf 知道，电磁波的波速一定，电磁波的波长和频率互成反比例关系。所以，频率变大，波长变小，故A符合题意，BCD不符合题意。
故选A。
5. 天问一号于2021年5月在火星着地，火星车次表层探测雷达使用电磁波可以探测火星土壤的地下分层和厚度。包含两个通道，低频通道（15×106Hz~95×106Hz）可以穿透10-100米的深度；高频通道（0.45×109Hz~2.15×109Hz）可以穿透3-10米的深度，图是电磁波家族，下列选项正确的是（ ）
A．低频通道的电磁波在真空中传播速度是340m/s
B．低频通道的电磁波波长比高频通道电磁波波长长
C．低频通道的电磁波在真空中的波速比高频通道电磁波慢
D．高频通道电磁波是x射线
【答案】B。
【解析】AC．电磁波的传播速度与频率无关，它在真空中的传播速度为3×108m/s，故AC错误；
B．电磁波的频率越低，则波长越长，故低频通道的电磁波波长比高频通道电磁波波长长，故B正确；
D．高频通道电磁波的频率高于X射线，高频通道电磁波不是X射线，故D错误。
故选B。
6．如图所示，探究电磁波的产生和传播特性。
（1）如图甲，在验证电磁波的存在的实验中，实验成功的关键是要用导线______（直接/时断时续）接触电池两端，才能听到收音机发出的“咔咔”声；
（2）如图乙将手机放在真空罩中，用抽气机抽去罩中的空气，打电话呼叫罩内的手机，发现手机能收到呼叫信号，说明___________；
（3）如图丙，将手机放到金属盆中，扣上金属网罩，打电话呼叫盆中的手机，不能收到呼叫信号；再将手机放在纸盒中，打电话呼叫，手机能收到呼叫信号，说明______________。
【答案】时断时续；电磁波能在真空中能传播；金属容器能屏蔽电磁波。
【详解】（1）实验中，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接触，使它们时断时续地接触，电路中有时断时续的电流出现，迅速变化的电流产生了电磁波，产生的电磁波被收音机接收到，听到“咔咔”的声音，说明电磁波的存在。
（2）用抽气机抽去罩中的空气，打电话呼叫罩内的手机，手机也能收到呼叫信号，因为电磁波能在真空中能传播。
（3）因为电磁波遇到金属会被反射。将手机放在金属容器中，打电话呼叫容器中的手机，这时手机不能收到呼叫信号；而在纸盒内的手机能收到呼叫信号，说明金属容器能屏蔽电磁波。
板
书
设
计
第1节 电磁波的海洋
一、电磁波的产生
（1）电磁波的产生：变化的电流在空间激起（产生）电磁波。
（2）电磁波能传递信息和能量。
二、电磁波的传播
（1）电磁波的波长：邻近的两个波峰（或波谷）的距离。
（2）电磁波的频率：在某确定位置，1 s内有多少次波峰或波谷通过，波的频率就是多少。
单位： Hz、kHz、MHz.
（3）电磁波的传播速度：
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。
三、电磁波大家族
（1）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。
（2）电磁波应用：无线电波通信；X射线、γ射线应用在医疗领域；微波；红外线、紫外线的应用；观测天体等。
课
堂
小
结
第1节 电磁波的海洋