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1、第十三章电磁感应与电磁波初步学习过程（一）本单元的知识结构图如下在初中学习电生磁、磁生电的基础上进一步深入研究古代人类对磁场的发现历程，了解奥斯特、法拉第、麦克斯韦等科学家的发现，能够学会定性定量的描述磁场，初步建立电磁场的物质观念和能量观念。本单元是深入学习选择性必修二部分的基础，在模型建立、归纳抽象、概念建立、分析论证、逻辑推理、实验探究等思维能力与核心素养方面都实现了进阶。依据学习内容、学情分析和教学目标设计学习过程进阶图如下。（二）学习过程设计的说明学习进阶层级设计及解读：L1层级要求学生学习初中物理和高中物理必修三电场和电路课程之后，对电磁学知识有一定的基础和了解。进入本单元学习后，
2、教材顺承物理学史的发展沿革，让学生经历人类认识世界的过程。L1层级以最早古代人类认识磁现象的历史开篇，让学生了解磁现象在生产生活中的应用，了解我国古代在磁现象方面的研究和对人类文明的影响。接下来，从电与磁是否有关这个问题切入，介绍奥斯特、安培等科学家的发现历程由电生磁，通过经历一些定性的实验，以科学探究了解磁场，磁场又对电有力的作用，逐步建立起磁场的概念。本层级的学习，要求从科学和人文两个角度提升认识，要充分挖掘蕴藏在知识背后的人文内涵，以科学家培养严谨求实的科学态度与责任来感化学生启迪学生。L2层级要完成对磁场的描述这一复杂的问题。磁感线学生在初中学习过，并不陌生，它可以形象的描述的磁场的强
3、弱和方向分布，高中阶段对这个知识点的要求是要充分理解磁感线是空间分布的，教师应该通过演示实验来加深认识，教学中应注意培养学生的空间想象力，使学生形成经典物理的物质观、运动观和相互作用观等物理观念，并能用这些观念解释有关磁场的自然现象和一些实际问题。如何定量的描述磁场呢？我们类比描述电场的方法，用比值法定义一个物理量磁感应强度，磁场对磁极和电流的作用力远比电荷之间的作用力复杂，我们用小磁针N极受力方向定义磁感应强度的方向，用电流元受磁场力与电流元之比定义磁感应强度，这样是符合中学生认知的。电流元可以类比为“试探电荷”。从形象到抽象，从定性描述到定量描述，运用类比法和比值法定义物理量，深化和完善正
4、确的物理观念中的物质观，渗透模型建构、科学推理等物理学科核心素养。L3层级要完成电能生磁，磁能否生电这一问题的探讨。电和磁有着密切的关联，电能生磁，磁也可以生电，这就是电磁感应，电磁感应现象的发现是电磁学中最重大的发现之一，它的研究使人们从有特殊性的静电场课题，进入到变化场的动力学课题。电磁感应现象揭示了电与磁相互联系和转化的重要方面，推动了电磁学理论的发展，在科学上和技术上都具有划时代的意义。探究感应电流的产生条件是非常好的科学探究素材，学生经历问题、证据、解释、交流的过程，通过现象分析、归纳事物本质特征。在认识电磁感应现象的同时，自然而然得渗透科学家“电生磁、磁生电”研究过程的介绍，体验科
5、学探索中科学思想方法的重要作用，体会物质世界的多样性和统一性。同时，让学生通过调查、查阅资料等活动，知道电磁感应现象在生产生活中的广泛应用，以及对现代社会的影响，体验科学知识在生活和科技中的应用，理解科学、技术、社会、环境关系。L4层级主要解决电磁波的发现和应用这一问题。电磁波为信息的传递插上了翅膀。广播、电视、移动通信等通信方式，使古代人“顺风耳、千里眼”的梦想变成了现实。电磁波是发现，离不开才华横溢的物理学家麦克斯韦。麦克斯韦不仅注意到物理现象、定律之间以及物理现象、定律与其他事物之间的局部相似性，而且考虑到数学形式的对称性，创造性地建立了电磁学方程，建立了完整的电磁场理论。这种对称思想渗
6、透在电磁场理论建立的整个历史过程中，我们要重视发挥这段物理学史的教育功能。在教学中渗透对称思想的美学教育，启发学生用心智领悟美，对激发学生的学习动力、提高学生的创新精神。L5层级完成能量量子化的认识。量子物理的新世界，极大地丰富和深化了人们对于物质世界的认识。在学习能量量子化理论之前，学生接受的都是经典的电磁理论，认为电磁波理所当然的以波的形式存在。能量量子化的初步认识，使学生打开了新的思维模式，也为后面继续学习光电效应及波尔理论奠定了基础。此层级的教学建议在学生课前充分预习和课上适当讨论的基础上，教学难点的突破均以教师的生动讲解为主。按照物理学史的发展进程展开，通过设问和铺垫，让学生从物理大
7、师的科学探索活动中，体会到物理学惊心动魄的发展历程，学习他们实事求是的科学方法和勇于创新的科学精神。（二）跨越层级的活动设计【活动一】从磁场的发现角度确定描述磁场的方法任务情境：小磁针周围存在磁场，这个磁场是什么样子？小磁针有两个磁极，它在磁场中静止后就会显示出这一点的磁场对小磁针N极和S极作用力的方向。巨大的电磁铁能吸起成吨的钢铁，小磁体却只能吸起几枚铁钉。磁场有强弱之分，那么我们怎样定量地描述磁场的强弱呢？任务一：实验中我们常用铁屑的分布来反映磁场的分布。观察常见磁场的分布，建立磁感线的概念。任务二：在研究电场时，我们通过分析检验电荷在电场中的受力情况引入了电场强度这个物理量，用它来描述电
8、场的强弱和方向。我们可以用类似的方法，找出表示磁场强弱和方向的物理量。活动目的：从磁场的发现和建立过程来看，磁场尽管看不见，摸不着，但它与电场类似，都是不依赖于我们的感觉而客观存在的物质，并且也都是在跟别的物体发生相互作用时表现出自己的特性。通过这些特性，寻找描述磁场的方法，实现学生做好从L1层级向L2层级的跨越。【活动二】电能生磁，磁能生电吗？任务情境：奥斯特发现了电流的磁效应，震动了整个科学界，它证实电现象与磁现象是有联系的。从电流磁效应的对称性角度，思考：既然电流能够引起磁针的运动，那么，为什么不能用磁体使导线中产生电流呢？任务一：回忆初中所学的电磁感应知识，如何让导体产生电流?任务二：
9、切割磁感线是产生感应电流的唯一方法吗？还有其他方法吗？这些方法有什么内在联系？活动目的：通过电能生磁，磁能生电的对称思想，结合初中的学习基础，引入电磁感应的学习，帮助学生做好从L2层级向L3层级跨越的准备。【活动三】从电磁场的建立到电磁波的发现任务情境：电磁波为信息的传递插上了翅膀。广播、电视、移动通信等通信方式，使古代人“顺风耳、千里眼”的梦想变成了现实。英国物理学家麦克斯韦创造性的建立了经典电磁场理论。任务一：请叙述麦克斯韦关于电磁场的一些观点。任务二：请叙述麦克斯韦关于电磁波的预言。活动目的：库仑、安培、奥斯特、法拉第等人为电磁学的发展奠定了基础，克斯韦系统地总结了人类直至19世纪中叶对
10、电磁规律的研究成果，更有他本人的创造性工作。通过物理学史与新旧知识的关联，完成从L3层级向L4层级跨越。【活动四】从经典电磁理论到能量量子化任务情境：把铁块投进火炉中，刚开始铁块只是发热，并不发光。随着温度的升高，铁块会慢慢变红，开始发光。铁块依次呈现暗红、赤红、橘红等颜色，直至成为黄白色。为什么会有这样的变化呢？任务一：发现经典物理学理论存在缺陷结合铁块随温度升高从发热，再到发光，铁块的颜色不断发生变化的现象，说明什么是“热辐射”？物体热辐射辐射的是什么？由于物体表面除了热辐射之外，还会吸收和反射外界射来的电磁波，所以要想研究物体热辐射，首先要建立一个物理模型“黑体”。什么是黑体？黑体辐射研究的社会背景是什么？大量实验发现，黑体辐射的实验规律是什么？任务二：维恩公式和瑞利-金斯公式都是用经典物理学的方法来研究热辐射所得的结果，都与实验结果不相符合，明显地暴露了经典物理学的缺陷。既然已有的理论不能合理解释黑体辐射的规律，这必然会促使人们去发现新的理论。普朗克如何解释黑体辐射的实验规律？活动目的：通过经典理论在微观世界里存在着缺陷，引入量子理论的学习。完成从L4层级向L5层级跨越。学科网（北京）股份有限公司