外力作用下的振動探究式教學教案及反思
一、教材分析
“外力作用下的振動”是人教版普通高中物理課程標準實驗教科書《物理》選修3-4第十一章機械振動第5節內容。本節以“外力作用下的振動”為標題，介紹了“阻尼振動”“受迫振動”“共振”的概念。在內容安排上與老教材有較大的變化，這樣做不僅可以使學生認識到阻尼振動、受迫振動和共振都屬于外力作用下的振動，而且有利于學生對振動分類的理解。教材首先介紹了振動物體的固有頻率的概念，再從能量的角度分析阻尼振動，進而通過實驗探究了受迫振動的頻率與驅動力頻率的關系，最后利用實驗探究了受迫振動的振幅與驅動力頻率的關系，從而認識了共振現象。在教學中我深入挖掘教材資源，充分發揮探究實驗的作用，讓學生親身經歷實驗探究的過程，讓學生清楚地認識阻尼振動的振幅減小的過程，觀察物體在做受迫振動時其頻率跟驅動力頻率的關系，以及受迫振動的頻率與物體固有頻率接近時振動的特點，達到了較好的教學效果。
二、教學設計
（一）教學目標
1、知識與技能
知道阻尼振動及阻尼振動中能量的轉化情況；知道受迫振動，知道受迫振動的頻率等于驅動力的頻率；知道共振以及發生共振的條件，知道共振的應用和防止。
2、過程與方法
通過對阻尼振動、受迫振動和共振現象的實驗探究和實例分析，培養學生的觀察分析能力；了解共振在實際中的應用和防止，提高理論聯系實際的能力。
3、情感態度與價值觀
通過受迫振動和共振的教學，認識內因和外因的辯證關系；通過共振的應用和防止的教學，滲透一分為二的辯證法觀點。
（二）教學重點
阻尼振動、受迫振動、共振及產生共振的條件
（三）教學難點
物體是否能發生共振決定于驅動力的頻率與物體固有頻率的大小關系，與驅動力大小無關；當f驅＝f固時，物體做受迫振動的振幅最大。
（四）教學準備
軟彈簧，滑塊，玻璃板，木板，布，直尺，鐵架臺，小金屬球，水，大燒杯，受迫振動演示儀、共振演示儀。
（五）教學過程
1、探究阻尼振動
⑴提出問題，作出假設
簡諧運動是振動系統內部的相互作用力提供的回復力，是一種理想化的運動。同學們猜想一下：如果振動系統受到外力的作用，它將如何振動呢？可以用怎樣的實驗來探究這一問題呢？
⑵制定方案，實驗探究
備用器材：軟彈簧，滑塊，玻璃板，木板，布，直尺，鐵架臺，小金屬球，水，大燒杯等
學生討論，設計探究，交流總結，得到下述兩種備選方案：
方案一、如圖1所示，觀察水平方向振動物體分別在粗糙程度不同的表面上的振動情況。
方案二、如圖2所示，觀察豎直方向振動物體分別在空氣和水中的振動情況。
圖1探究水平方向
振動的物體
圖2探究豎直方向
振動的物體
⑶細心觀察，比較現象
學生觀察實驗后，可以總結得出以下現象：
現象一、物體振動時，振幅均減小，最終均停止。
現象二、物體在不同情況下振動時，振幅減小的快慢不同。
⑷由表及里，探究成因
引導學生分析現象，比較條件，找出原因：
現象一的成因：物體在振動時均受到阻力的作用，振動系統克服阻力做功，要消耗機械能，因而振幅不斷減小。
現象二的成因：物體在不同情況下振動時受到的阻力大小不同，阻力越大，機械能消耗得越快，振幅減小得越快。
⑸歸納總結，得出結論
振動系統在阻力作用下振幅逐漸減小，這樣的振動叫阻尼振動，且阻尼越大，振幅減小得越快。
2、探究受迫振動
⑴提出問題
阻尼振動系統只有在驅動力作用下，才能持續地振動下去，這時物體做受迫振動，那么，受迫振動的頻率與什么因素有關呢？
⑵探究方案
①生活實例：跳水運動員在跳板上走動時，跳板做什么振動？跳板的振動情況和運動員的跳動情況有關嗎？
②實驗探究：利用課本圖11.5-2的裝置研究受迫振動的頻率。
通過改變電動機的轉速來改變驅動力的頻率，觀察振子的振動頻率，記錄實驗結果。
多媒體視頻展示：木板的受迫振動，豎直彈簧振子的`受迫振動。
⑶歸納結論
物體做受迫振動的頻率等于驅動力的頻率，
與振動物體的固有頻率無關。
3、探究共振現象
⑴提出問題
圖3探究受迫振動的振幅
D
A
B
C
物體做受迫振動的頻率與系統的固有頻率無關，那么受迫振動的振幅是否也跟它的固有頻率無關呢？應該怎樣探究這一問題呢？
⑵探究方案
如圖3所示，在一條張緊的繩子上掛幾個擺，擺長大小為
LDLA=LBLC。讓A擺振動觀察B、C、D的振幅情況。
⑶觀察現象
B擺的振幅大于C、D擺的振幅。
⑷探究成因
在A擺的作用下，B、C、D擺分別做受迫振動，B、C、D擺做受迫振動的頻率均等于A擺的振動頻率。而各擺的固有頻率是由擺長大小決定，B做受迫振動的頻率等于B擺的固有頻率，B擺的振幅最大；C、D做受迫振動的頻率不等于C、D擺的固有頻率，C、D擺的振幅小。
⑸歸納結論
當系統做受迫振動時，如果驅動力的頻率十分接近系統的固有頻率時，振動物體的振幅會很大。如果驅動力的頻率等于系統的固有頻率時，受迫振動的振幅最大，這種現象叫共振。
實驗演示和多媒體展示：音叉的共鳴。
4、探究共振曲線
⑴提出問題
共振曲線反映的是物體做受迫振動時，受迫振動的振幅隨驅動力頻率的變化關系。請同學們仔細觀察共振曲線，你能發現什么規律呢？
⑵探究規律
當驅動力的頻率f驅跟受迫振動物體的固有頻率f固越接近時，受迫振動的振幅越大；當驅動力的頻率f驅等于受迫振動物體的固有頻率f固時，振幅最大。
⑶解決問題
問題：下表記錄了某受迫振動的振幅隨驅動力頻率變化的關系。若該振動系統的固有頻率為f固，則（）
驅動力的頻率（HZ）304050607080
受迫振動的振幅（cm）10.216.827.228.116.58.3
A．f固=60HZB．50f固HZC．50f固HZD．以上三個答案都不對
解析：表中列出的數據只是部分驅動力頻率和受迫振動的振幅關系，不能由此確定數據中振幅最大時的頻率為物體的固有頻率，不能選A。由共振曲線的規律可判斷物體的固有頻率可能在50HZ到60HZ之間，也可能在60HZ到70HZ之間，也可能就是60HZ，故正確選項為C。
5、生活中的共振和減振現象（學生自學）
三、教學反思
普通高中物理課程標準的課程理念是注重學生的自主學習，提倡教學方式的多樣化，重視讓學生經歷科學探究過程，要求學生具有一定的質疑能力，信息收集和處理能力，分析解決問題的能力和交流與合作的能力。教學過程是體現課程理念，實現課程目標的一種創造過程。要搞好新課程理念下的教學，教師必須轉變教學理念，既要重視教師在教學中“導”的作用，更要發揮學生在學習中的“主”的地位，還要充分利用好教與學的文字資源“本”的信息。在實際教學中，教師要充分利用課堂的教學空間，為學生盡可能多的提供探究的機會；教師可以對一些探究的物理問題創設一定的情境，讓學生再去設計、觀察、體驗、總結和思考。要對學生的探究成果進行客觀公正地評價，增強學生的學習興趣。
總之，新課改要求教師解放教學思想，要將課堂教學開放，讓教師由知識的講授者轉變為學習過程的引導者，讓學生由被動學習的接受者轉變為主動學習的探究者，讓課堂由教師的表演舞臺轉變為學生的學習樂園，讓學生經歷知識的獲取過程，達到“授之以漁”的目的，以培養出適用現代社會的新型人才。
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