电磁场与电磁波研究性教学专题
电磁场和电磁波的教学设计
电磁场和电磁波的教学设计一、引言电磁场和电磁波是物理学中的重要概念，也是高中物理课程的重要内容之一。
它们在日常生活和科学研究中都有广泛应用。
因此，设计一套富有启发性和趣味性的教学方案，以帮助学生深入理解电磁场和电磁波的概念和特性，具有重要的意义。
本文将从目标、内容、教学方法和评价等方面进行教学设计，以确保教学能够达到预期效果。
二、教学目标1. 知识目标- 了解电磁场和电磁波的定义和基本特性；- 掌握电磁场的强度和方向的表示方法；- 理解电磁波的传播特性和相关测量方法。
2. 能力目标- 能够运用电场和磁场的概念解释电磁现象；- 能够计算电磁场和电磁波的参数；- 能够设计实验验证电磁场和电磁波的性质。
3. 情感目标- 培养学生对物理学的兴趣和好奇心；- 培养学生的科学思维和实验探究的能力； - 培养学生的团队合作和沟通能力。
三、教学内容本教学设计主要涵盖以下内容：1. 电磁场- 电场和磁场的基本概念；- 电磁场的表示方法；- 电磁场的力和能量。
2. 电磁波- 电磁波的定义和特性；- 电磁波的传播方式；- 电磁波的频率和波长；- 电磁波的测量。
四、教学方法1. 探究式教学- 提出问题：通过提出一些引导性问题，引发学生对电磁场和电磁波的思考；- 设计实验：让学生参与到实验中，观察、记录和分析实验现象，通过实验来发现规律；- 分析讨论：与学生一起讨论实验结果，引导学生从现象中归纳出电磁场和电磁波的概念。
2. 多媒体教学- 使用电子演示软件或多媒体课件展示电磁场和电磁波的相关概念和实验过程，辅助学生理解和记忆；- 播放相关视频，使学生能够直观地观察到电磁场和电磁波的现象。
3. 小组合作学习- 将学生分成小组，设计小组活动，例如小组讨论、小组实验等，让学生在小组中共同探究和解决问题；- 鼓励学生相互合作，共同完成实验报告和课堂展示，培养学生的团队合作和沟通能力。
五、教学评价1. 知识评价- 设计小测验，检查学生对电磁场和电磁波的基本概念和特性的理解程度；- 布置作业，要求学生运用电磁场和电磁波的概念解决一些实际问题。
课题研究论文：基于应用背景的“电磁场与电磁波”教学研究
112112 学科教育论文基于应用背景的“电磁场与电磁波”教学研究在十二届全国人大四次会议的记者会上，教育部部长袁贵仁在围绕“教育改革和发展”的谈话中指出，中国高等教育供给侧结构性改革的主要矛盾是培养理论性、学术性人才的学校多，而培养技术、技能型人才的学校少。
他在提出的高校创新创业教育的六件事中明确提到了提升教师创新创业教育教学能力。
从工科“电磁场与电磁波”课程的特点看，由于其数学要求高、理论性强，一直是一门公认的难教难学难考的课程。
考虑到该课程作为专业基础课有着很强的应用背景，有着充足及广泛的素材和实例，引入教学的可行性极强，从而能为培养高素质和高质量的应用型人才搭建一个可靠的平台。
目前各高校对该课程的教学改革进行得如火如荼，包括教学方法、教学内容、考试方式等方面，但无论什么办法，核心的一点就是如何提高学生的学习兴趣和积极性。
笔者认为最重要的是通过认识和专业课的联系及广泛的工程和实际应用例子，使学生真正体会该课程的重要性而自觉投入到学习中。
此课程改革也和中国高等教育和本校的转型完全一致。
要把各种应用例子充实到“电磁场与电磁波”教学的各个环节，不断地强化学生对此的认识。
本文就这一思路和实施重点加以阐述。
一、绪论的精心准备每门课的第一堂课尤为重要，学生听课的效率很高。
十分有必要精心准备好补充的绪论部分，把本课程的地位作用、特点、应用等加以讲述。
要根据不同专业预先了解已上了那些课程，后续有那些专业课，有针对性地设计例子来体现本课程的作用和地位。
如从日常生活中的遥控器到微波炉，从实验中的示波器到电子显微镜，从工程中的发电机到磁悬浮，从医学上的X透射到核磁共振，从通讯领域的手机、局域网到导航系统，从军事上的雷达到隐身飞机等等[1]。
这些例子无不都深刻地反映了电磁场和电磁波在不同领域极其广泛的应用，从而来吸引学生对本课程的学习兴趣和积极性，起到一个良好的开端作用。
二、课堂教学环节的深度融入课堂教学是最核心的环节，除了要使学生掌握“电磁场与电磁波”基本概念和基础知识外，更重要的就要在整个授课过程中贯穿各种应用实例，真正让学生认识到学习本课程的广泛的应用价值。
电磁场与电磁波第二次研究型教学
通过此次的研究型教学，我学会了使用ansoft designer这个软件，并且通过自学学会了如何去设计一个阶跃低通滤波器，通过这部分内容的学习，我明白了即使是初看起来一件比较简单的事情或者一个简单的器件，当你深入的去研究他时，就会有很多意想不到的事情出现，解决问题的过程中我们就慢慢的成长了起来。谁对问题研究的越深，谁就会提出更多的问题或者说解决更多的问题。微波滤波器的实例就能很好的说明这个问题。在研究过程中我们把整个问题化整为零，然后逐个的加以解决，最后再把他们和在一起，也就解决了大问题。
=ωl， =ωl(1)
式中, gN 为归一化滤波电路的参数。阶跃阻抗低通滤波电路的传输线的长度满足
β = ,β = (2)
式中, LH 和LL 分别代表高低阻抗微带线的长度。使
用式( 2) 可以计算得到5 阶契比雪夫低通滤波电路各
微带传输线的结构参数如表1 所示。
3
接下来用ADS 软件对所设计滤波器进行仿真。将各段短传输线的长度和宽度均设为变量, 以理论计算的参数作为初值在一定范围内仿真、优化, 在两端口处各增加两段传输线作为匹配, 电路原理及其
四、参考文献
陈文灵, 王光明, 齐谊娜, 等. 基于分形理论的高低阻抗线低通滤波器[J] . 电波科学学报, 2008
刘海文, 孙晓玮, 李征帆, 等. 周期性缺陷接地结构的微带线[J] . 电波科学学报, 2007
杨金伟．基于Richards变换与Kuroda规则的射频波器设计［J］，台州学院学报，2006
二、正文
1
在无线通信系统中,高性能的低通滤波器起着非常重要的作用,它常被用来抑制系统的谐波输出。阻抗阶跃低通微带滤波电路是一种结构简洁的电路,非常便于电路的设计和实现,然而阶跃阻抗结构在接头处由于相邻耦合线节的线宽不同会产生不连续性,传统的阶跃阻抗低通滤波器所提供的响应在通带内的插入损耗较大,不满足一些微波通信应用的要求;随着无线通信技术的飞速发展,无论是军事通信系统还是民用通信系统,都对通信设备小型化提出了更高的要求,人们希望它体积更小、重量更轻、性能价格比高。为了适应这种需求,献[ 1]采用电磁带隙结构与高低阻抗线结合的方法,虽然通带性能有所改善,但体积增大了,阻带性能变差了;采用DGS技术和增加电抗元件的方法取得一定效果,但这种结构增加了制作的复杂性,且由于不连续性还会带来场的泄漏问题;若采用微细加工技术,在基片上制作高低阻抗低通滤波器,实现的成本和复杂度大大提高。本文引入分形结构,把低阻抗线制作成岛Koch形状,利用其成阶梯锯齿状分布的线宽来改善滤波器的通带特性,而又几乎不影响滤波器的阻带特性;并且采用分形结构不需增加任何集总参数元件,传统的设计方法继续适用。
高中物理教案：电磁场与电磁波
高中物理教案：电磁场与电磁波一、引言电磁场与电磁波是高中物理教学中的重要内容，对于学生理解电磁现象和应用具有重要意义。
本教案将从基本概念开始引入，逐步介绍电磁场和电磁波的特性和应用，帮助学生全面理解相关知识。
二、电磁场的概念和特性1. 电磁场的概念电磁场指由电荷引起的相互作用。
它分为静电场和静磁场两种。
静电场是指只有静止带有电荷的物体所产生的电场；而静磁场则是指只有静止带有磁荷的物体所产生的磁场。
2. 电磁场的特性- 无线传播：与机械波不同，电磁波能够在真空中传播，不受介质限制。
- 步长关系：根据麦克斯韦方程组得到的统一方程式可以推导出光速等于真空中光速。
- 瞬时作用：改变源处时间变化情况可以在任何地点立刻感受到。
- 波动成分：电磁场具有波动性质，可以通过频率和振幅来描述。
三、电磁波的产生与特性1. 电磁波的产生- 霍夫曼实验：当变化的电流通过导线时，会在周围产生交变电场和交变磁场。
- 相互作用：交变电场和交变磁场相互作用形成了互相垂直传播的电磁波。
2. 电磁波谱- 电磁波谱是根据不同频率和波长将电磁辐射进行分类。
包括无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、 X 射线和γ射线等。
可见光是我们日常最为常见的一种。
3. 光的介质传播在真空中，光是以直线传播的；当光从一种介质进入另一种介质时，会发生折射现象，并引起速度改变，使其路径偏离。
四、应用领域与实践案例1. 通信技术无线通信依赖于无线电波的传播特性，其中包括蜂窝网络、卫星通信等。
演示如何通过调制技术将语音、图像和数据转化为电磁波传输。
2. 医学成像应用电磁波的穿透能力，例如 X 射线和核磁共振成像，实现对人体内部结构和组织的观察与诊断。
3. 光学仪器透镜、反射镜、激光器等基于电磁波的技术帮助我们实现对世界的观测和探索。
例如望远镜、显微镜等。
五、实验活动1. 通过演示霍夫曼实验，让学生直观地了解电流变化引起的交变电场和交变磁场相互作用，形成电磁波。
《电磁场与电磁波》课程教学
《电磁场与电磁波》课程教学电磁场与电磁波课程教学电磁场与电磁波是电磁学的基础概念，也是物理学中的重要内容之一。
本文将介绍电磁场与电磁波的基本概念、性质和应用等方面的知识，旨在帮助读者全面了解和掌握这一领域的知识。
二、电磁场的概念和特性1. 电磁场的定义与产生方式电磁场是指由电荷和电流产生的具有电场和磁场成分的物理现象。
电磁场的产生方式包括电荷的静电作用、电流的电动作用和变化磁场的磁生作用等。
2. 电场和磁场的基本性质电场是由正负电荷之间相互作用引起的力场，其特性包括电荷分布、电场线和电势等。
磁场是由电流或磁体产生的作用于其他电流或磁体的力场，其特性包括磁感线、磁感应强度和磁场力等。
3. 电磁场的相互作用和能量传递电磁场中，电场和磁场相互作用，能够相互转化。
电场可以产生磁场，磁场也可以产生电场，二者之间通过电磁感应现象相互关联。
能量在电磁场中的传递和转化是以电磁波的形式进行的。
三、电磁波的概念和特性1. 电磁波的定义和分类电磁波是由电磁场所激发的传播波动，包括电磁波的概念、分类和基本性质。
电磁波按照频率分为不同的波段，包括射频、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线。
2. 电磁波的传播特性电磁波具有媒质无关性、传播速度恒定性和波动性等特点。
它们可以在真空中传播，传播速度等于真空中的光速。
3. 电磁波的应用领域电磁波在通信、遥感、医学、工业等众多领域有着广泛的应用。
例如，无线通信中利用电磁波进行信号传输，医学中利用X射线和γ射线进行诊断和治疗。
四、电磁场与电磁波的实验与应用1. 电磁场实验方法通过实验可以验证电磁场的存在和性质，例如静电实验、磁感线实验和电磁感应实验等。
2. 电磁波实验方法通过实验可以观察和测量电磁波的传播和特性，例如利用天线接收和发射无线电波、利用光学仪器观察可见光的现象等。
3. 电磁场与电磁波的应用案例电磁场和电磁波在生活中有着广泛的应用，如电磁炉、激光器、雷达和卫星等。
这些应用不仅改变了我们的生活方式，也推动了科技的发展。
高中物理教案：电磁场与电磁波
高中物理教案：电磁场与电磁波
1. 引言
本节课将介绍电磁场和电磁波的基本概念及其重要性。
学生将了解电磁场的定义、性质和来源，以及电磁波的特征和应用。
2. 电磁场
2.1 定义和性质
•电磁场是由带电粒子或者带电体所产生的力场。
•常见的电磁场包括静电场、恒定磁场和变化的磁场。
•介绍库仑定律对于描述静电场的重要性。
2.2 来源和作用
•解释带点粒子在静电力作用下发生运动。
•研究变化的磁场对导线中的带电粒子产生力的影响。
•引入法拉第定律，揭示变化的磁通量对于感应产生感应电动势和涡流。
3. 电磁波
3.1 定义和特征
•定义并解释了什么是电磁波，以及它由哪些组成部分。
•描述了不同频率范围内的电磁波，包括射线、微波、可见光等。
3.2 特点和性质
•揭示了电磁波传播的特点，例如速度、波长和频率。
•解释了电磁波的相互作用、穿透能力和反射折射现象。
4. 应用
4.1 通信技术
•探讨无线通信技术中的电磁波应用。
•提到手机、卫星通信和无线网络等常见应用，并解释其原理。
4.2 医学影像技术
•解释医学影像技术中的X光和核磁共振成像原理。
•引入CT扫描和PET扫描等其他医学影像技术。
4.3 其他领域应用
•探讨雷达、激光器、遥感卫星等其他领域中电磁场与电磁波的应用。
5. 总结
简要总结了本节课学习内容,强调提高学生对电磁场与电磁波重要性及应用领域的理解。
同时，鼓励学生进一步探索相关知识并拓展思维。
4-2 电磁场与电磁波 教案
4.2电磁场与电磁波〖教材分析〗本节课内容主要有麦克斯韦的电磁理论和赫兹的火花实验。
通过理论分析和推导使学生对麦克斯韦的电磁理论有一定的了解，不需要计算。
赫兹实验是验证电磁波是否存在的实验，它是检验麦克斯韦理论是否正确的试金石。
最后通过地电磁波和机械波的对比，加深理解和学习研究问题的科学方法。
〖教学目标与核心素养〗物理观念∶理解电磁理论的内容，体会物理观念产生的过程。
科学思维∶结合前面学习过的知识，理解变化的磁场产生电场。
科学探究：培养学生实验探求知识的意识，增强求知欲望。
科学态度与责任∶通过结合生活中各种相应现象及常识，理解电磁波在人们生活中的地位。
〖教学重难点〗教学重点：麦克斯韦电磁场理论的基本内容。
教学难点：电磁波的特点以及赫兹实验原理。
〖教学准备〗多媒体课件。
〖教学过程〗一、新课引入电磁振荡电路中的能量有一部分要以电磁波的形式辐射到周围空间中去，那么，这些电磁波是怎样产生的?动图展示：振荡电路电磁场的变化。
分析：上节课我们讲过振荡电路中的能量消耗主要有俩个，一是电路有电阻，产生的内能，也就是焦耳热。
另外就是一电磁波的形式辐射出去。
这些电磁波是怎样产生的?二、新课教学（一）电磁场1.变化的磁场产生电场在变化的磁场中放一个闭合电路，由于穿过电路的磁通量发生变化，电路里会产生感应电流。
电子的定向移动形成电流，但是电子的定向移动需要电场。
所以麦克斯韦从场认为电路里能产生感应电流，是因为变化的磁场产生了电场，正是这个电场促使导体中的自由电荷做定向运动，产生感应电流。
即：变化的磁场能产生电场。
既然变化的磁场能产生电场，那变换的电场能否产生磁场呢？2.变化的电场产生磁场变化的电场驱动→运动的电荷→产生变化的电流→产生磁场。
麦克斯韦假设∶变化的电场就像运动的电荷，也会在空间产生磁场，即变化的电场产生磁场。
例如，在电容器充、放电的过程中，不仅导体中的电流产生磁场，而且在电容器两极板间周期性变化的电场也产生磁场。
高中物理教案：研究电磁场和电磁波
高中物理教案：研究电磁场和电磁波一、引言（200字）本教案旨在帮助高中物理教师为学生介绍电磁场和电磁波的基本概念。
通过探索电磁场与电磁波的特性，学生将能够了解这两个重要的物理概念对于我们日常生活和科技应用的重要性。
该教案采用逐步推进的方法，让学生通过实验、练习和小组讨论进行深入学习。
二、课程目标（300字）1.了解电荷和电流对于产生电场的作用，并能计算简单情况下的电场强度。
2.理解静止电荷和运动带来的力的变化，并能应用库仑定律进行相关计算。
3.理解基本的导体与绝缘体规律，并能运用高斯定律计算导体内部和周围空间的电场强度。
4.掌握麦克斯韦方程组，并能运用它们分析静态情况下两种不同条件下的定向导线的磁场特性。
5.理解迈克耳孙电磁感应定律，能计算由磁场改变导线中的电流强度。
6.了解电磁波的基本概念和性质，并能运用麦克斯韦方程组解释其产生的原理。
7.能够通过实验研究不同类型的电磁波，如可见光、微波和射频波等，并了解它们应用于日常生活和通信技术的重要性。
三、课程内容（1500字）1. 电荷和电场（400字）•介绍带电粒子和静止带电体所带来的电场强度。
•讲解库仑定律并应用于计算。
•探索高斯定律以及它在理解导体与绝缘体的作用中的重要性。
2. 磁场与安培定律（400字）•学习运动带来的力对物体受力方向变化以及螺线管在不同条件下产生磁场特性之间的关系。
•引入安培环路法则，讲解分析位于环路上各点处磁场强度和方向变化。
3. 迈克耳孙电磁感应定律（300字）•介绍电流和磁场之间的关系。
•讨论不同情况下电磁感应产生的效应。
•引入法拉第电磁感应定律并进行相关实验操作。
4. 电磁波的基本概念（400字）•解释电场和磁场震荡形成无线电波、微波和可见光等电磁波的原理。
•探索麦克斯韦方程组以解释电磁波传播的规律。
5. 应用与发展（100字）•了解不同类型的电磁波在日常生活中的应用，如通信技术、医学成像和雷达系统等。
•探讨未来可能使用的新型电磁波技术，并对其影响进行评估。
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《电磁场与电磁波》研究性教学参考题目
一、要求和建议：
1． 最多5人一组。
任选一个题目，也可自拟相关题目。
2． 研究型学习一报告在第13周（5月24日之前）交，由各小组长组织提交ppt 文档和word 文档。
E-mail to: xtshao@
3． 报告要求：
（1） 题目；
（2） 作者姓名、班级、学号；
（3） 阐述原理，理论分析和计算过程和计算结果；
（4） 收获和体会，哪些内容来自教材，哪些属于知识扩展，并提供参考文献的编号、
作者、文章或书名，出版社或期刊号，时间；
（5） 建议以及存在的问题。
二、静电场特性研究
1、查找相关资料，针对第二章静电场中电位的定义、物理意义，从以下四个方面讨论静电场零电位的选择。
● 静电场电位零点选择的任意性；
● 为什么选择无穷远处为电位零点（U ∞=0）？
● 为什么选择U 地=0，它和U ∞=0是否相容？
● 零点不同的电位如何相加？
2、针对以下给定的电荷分布，用matlab 仿真画出对应的电位和电场分布。
并对结果进行分析。
（1）电荷为Q 、相距d 的电偶极子放置在真空中。
（2）两个接地的半无限大导体板分别放置在x 轴和y 轴上，形成900夹角，正电荷04πε放置在点（a ，a ）处。
（3）一个两维的电位分布近似用二次方表示如下：
)(4220
y x V v +-=ερ v ρ为电荷分布。
证明上述V 函数满足泊松方程。
画出电荷图形和电位分布。
3、求平行板电容器边缘附近的电场分布。
设场点离电容器边缘的距离远大于极板间距，但远小于极板的尺寸，直接积分计算电场。
4、心电图是检测和诊断心脏功能的重要仪器。
当心脏跳动时，身体各部分的电势会发生变化，把金属电极贴在人体有关部分的皮肤上测量电极间电势差的变化情况，就能诊断心脏跳动是否异常。
电极间的电势差有数毫伏，利用记录仪或示波器可把电势差随时间的变化记录或显示出来。
距离很小的正负电荷层称为电偶层，研究电偶层的电势，定性分析心电图的工作原理。
三、恒定电流场与恒定磁场特性研究
1、用安培里定律分析两平行的无限长载流直导线之间的作用力。
2、研究和探讨光和磁的作用及应用。
3、螺线管中具有不同介质分界面时的磁场分布研究（B 和H 边界条件的研究）
长直螺线管一半是空气，一半是铁芯，单位长度上均匀密绕着 n 匝线圈，通流 I ，铁
芯磁导率为μ，截面积为S ，求作用在铁芯截面上的力。
解答如下：
空螺线管内磁场均匀，为 Sx I n Sx H W 22020m 2
121μμ==
假设铁心沿轴向方向虚位移∆x ， 则 x S I n W ∆μμ∆220m )(21-=
x W f ΔΔm =S I n 220)(2
1μμ-= 试问上述解答是否正确？满足边界条件吗？给出正确解答。
4、如下图所示，螺线管的线圈被拉出一段距离。
已知在螺线管内部介质中的磁导率为1μ，其磁感应强度为B1，磁场强度为H1。
在空气中的磁导率为2μ，磁感应强度B2，磁场强度为H2，求出在两种介质表面的磁感应强度以及磁场强度的大小关系。
应用不同介质表面的边界条件和安培环路定律可以推导：
在两种介质边界上有：
B 1n =B 2n ， 由于边界上磁场是垂直于边界的，得：B1=B2； 再由B1=1μH1以及 B2=2μH2，而1μ≠2μ，可以得到H1≠H2。
在两种介质内部有：
由安培环路定律 ，由于两种介质内部的单位长度所包含的电流相同，可以得到H1=H2。
但是这与上面推出的H1≠H2相互矛盾。
讨论载流直螺线管中有两种介质时B 和H 的矛盾之处，并分析原因。
5、依据本课程相关内容，自拟题目进行讨论。
NI H =∙⎰
c dl。