外力作用下的振動(dòng)探究式教學(xué)教案及反思
一、教材分析
“外力作用下的振動(dòng)”是人教版普通高中物理課程標準實(shí)驗教科書(shū)《物理》選修3-4第十一章機械振動(dòng)第5節內容。本節以“外力作用下的振動(dòng)”為標題，介紹了“阻尼振動(dòng)”“受迫振動(dòng)”“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(xué)生認識到阻尼振動(dòng)、受迫振動(dòng)和共振都屬于外力作用下的振動(dòng)，而且有利于學(xué)生對振動(dòng)分類(lèi)的理解。教材首先介紹了振動(dòng)物體的固有頻率的概念，再從能量的角度分析阻尼振動(dòng)，進(jìn)而通過(guò)實(shí)驗探究了受迫振動(dòng)的頻率與驅動(dòng)力頻率的關(guān)系，最后利用實(shí)驗探究了受迫振動(dòng)的振幅與驅動(dòng)力頻率的關(guān)系，從而認識了共振現象。在教學(xué)中我深入挖掘教材資源，充分發(fā)揮探究實(shí)驗的作用，讓學(xué)生親身經(jīng)歷實(shí)驗探究的過(guò)程，讓學(xué)生清楚地認識阻尼振動(dòng)的振幅減小的過(guò)程，觀(guān)察物體在做受迫振動(dòng)時(shí)其頻率跟驅動(dòng)力頻率的關(guān)系，以及受迫振動(dòng)的頻率與物體固有頻率接近時(shí)振動(dòng)的特點(diǎn)，達到了較好的教學(xué)效果。
二、教學(xué)設計
�。ㄒ唬┙虒W(xué)目標
1、知識與技能
知道阻尼振動(dòng)及阻尼振動(dòng)中能量的轉化情況；知道受迫振動(dòng)，知道受迫振動(dòng)的頻率等于驅動(dòng)力的頻率；知道共振以及發(fā)生共振的條件，知道共振的應用和防止。
2、過(guò)程與方法
通過(guò)對阻尼振動(dòng)、受迫振動(dòng)和共振現象的實(shí)驗探究和實(shí)例分析，培養學(xué)生的觀(guān)察分析能力；了解共振在實(shí)際中的應用和防止，提高理論聯(lián)系實(shí)際的能力。
3、情感態(tài)度與價(jià)值觀(guān)
通過(guò)受迫振動(dòng)和共振的教學(xué)，認識內因和外因的辯證關(guān)系；通過(guò)共振的應用和防止的教學(xué)，滲透一分為二的辯證法觀(guān)點(diǎn)。
�。ǘ┙虒W(xué)重點(diǎn)
阻尼振動(dòng)、受迫振動(dòng)、共振及產(chǎn)生共振的條件
�。ㄈ┙虒W(xué)難點(diǎn)
物體是否能發(fā)生共振決定于驅動(dòng)力的頻率與物體固有頻率的大小關(guān)系，與驅動(dòng)力大小無(wú)關(guān)；當f驅?zhuān)絝固時(shí)，物體做受迫振動(dòng)的振幅最大。
�。ㄋ模┙虒W(xué)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(dòng)演示儀、共振演示儀。
�。ㄎ澹┙虒W(xué)過(guò)程
1、探究阻尼振動(dòng)
�、盘岢鰡�(wèn)題，作出假設
簡(jiǎn)諧運動(dòng)是振動(dòng)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(dòng)。同學(xué)們猜想一下：如果振動(dòng)系統受到外力的作用，它將如何振動(dòng)呢？可以用怎樣的實(shí)驗來(lái)探究這一問(wèn)題呢？
�、浦贫ǚ桨�，實(shí)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(xué)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(guān)察水平方向振動(dòng)物體分別在粗糙程度不同的表面上的振動(dòng)情況。
方案二、如圖2所示，觀(guān)察豎直方向振動(dòng)物體分別在空氣和水中的振動(dòng)情況。
圖1探究水平方向
振動(dòng)的物體
圖2探究豎直方向
振動(dòng)的物體
�、羌毿挠^(guān)察，比較現象
學(xué)生觀(guān)察實(shí)驗后，可以總結得出以下現象：
現象一、物體振動(dòng)時(shí)，振幅均減小，最終均停止。
現象二、物體在不同情況下振動(dòng)時(shí)，振幅減小的快慢不同。
�、扔杀砑袄�，探究成因
引導學(xué)生分析現象，比較條件，找出原因：
現象一的成因：物體在振動(dòng)時(shí)均受到阻力的作用，振動(dòng)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(dòng)時(shí)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。
�、蓺w納總結，得出結論
振動(dòng)系統在阻力作用下振幅逐漸減小，這樣的振動(dòng)叫阻尼振動(dòng)，且阻尼越大，振幅減小得越快。
2、探究受迫振動(dòng)
�、盘岢鰡�(wèn)題
阻尼振動(dòng)系統只有在驅動(dòng)力作用下，才能持續地振動(dòng)下去，這時(shí)物體做受迫振動(dòng)，那么，受迫振動(dòng)的頻率與什么因素有關(guān)呢？
�、铺骄糠桨�
�、偕顚�(shí)例：跳水運動(dòng)員在跳板上走動(dòng)時(shí)，跳板做什么振動(dòng)？跳板的振動(dòng)情況和運動(dòng)員的跳動(dòng)情況有關(guān)嗎？
�、趯�(shí)驗探究：利用課本圖11.5-2的裝置研究受迫振動(dòng)的頻率。
通過(guò)改變電動(dòng)機的轉速來(lái)改變驅動(dòng)力的頻率，觀(guān)察振子的振動(dòng)頻率，記錄實(shí)驗結果。
多媒體視頻展示：木板的受迫振動(dòng)，豎直彈簧振子的`受迫振動(dòng)。
�、菤w納結論
物體做受迫振動(dòng)的頻率等于驅動(dòng)力的頻率，
與振動(dòng)物體的固有頻率無(wú)關(guān)。
3、探究共振現象
�、盘岢鰡�(wèn)題
圖3探究受迫振動(dòng)的振幅
D
A
B
C
物體做受迫振動(dòng)的頻率與系統的固有頻率無(wú)關(guān)，那么受迫振動(dòng)的振幅是否也跟它的固有頻率無(wú)關(guān)呢？應該怎樣探究這一問(wèn)題呢？
�、铺骄糠桨�
如圖3所示，在一條張緊的繩子上掛幾個(gè)擺，擺長(cháng)大小為
LDLA=LBLC。讓A擺振動(dòng)觀(guān)察B、C、D的振幅情況。
�、怯^(guān)察現象
B擺的振幅大于C、D擺的振幅。
�、忍骄砍梢�
在A(yíng)擺的作用下，B、C、D擺分別做受迫振動(dòng)，B、C、D擺做受迫振動(dòng)的頻率均等于A(yíng)擺的振動(dòng)頻率。而各擺的固有頻率是由擺長(cháng)大小決定，B做受迫振動(dòng)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(dòng)的頻率不等于C、D擺的固有頻率，C、D擺的振幅小。
�、蓺w納結論
當系統做受迫振動(dòng)時(shí)，如果驅動(dòng)力的頻率十分接近系統的固有頻率時(shí)，振動(dòng)物體的振幅會(huì )很大。如果驅動(dòng)力的頻率等于系統的固有頻率時(shí)，受迫振動(dòng)的振幅最大，這種現象叫共振。
實(shí)驗演示和多媒體展示：音叉的共鳴。
4、探究共振曲線(xiàn)
�、盘岢鰡�(wèn)題
共振曲線(xiàn)反映的是物體做受迫振動(dòng)時(shí)，受迫振動(dòng)的振幅隨驅動(dòng)力頻率的變化關(guān)系。請同學(xué)們仔細觀(guān)察共振曲線(xiàn)，你能發(fā)現什么規律呢？
�、铺骄恳幝�
當驅動(dòng)力的頻率f驅跟受迫振動(dòng)物體的固有頻率f固越接近時(shí)，受迫振動(dòng)的振幅越大；當驅動(dòng)力的頻率f驅等于受迫振動(dòng)物體的固有頻率f固時(shí)，振幅最大。
�、墙鉀Q問(wèn)題
問(wèn)題：下表記錄了某受迫振動(dòng)的振幅隨驅動(dòng)力頻率變化的關(guān)系。若該振動(dòng)系統的固有頻率為f固，則（）
驅動(dòng)力的頻率（HZ）304050607080
受迫振動(dòng)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(gè)答案都不對
解析：表中列出的數據只是部分驅動(dòng)力頻率和受迫振動(dòng)的振幅關(guān)系，不能由此確定數據中振幅最大時(shí)的頻率為物體的固有頻率，不能選A。由共振曲線(xiàn)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(xué)生自學(xué)）
三、教學(xué)反思
普通高中物理課程標準的課程理念是注重學(xué)生的自主學(xué)習，提倡教學(xué)方式的多樣化，重視讓學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)探究過(guò)程，要求學(xué)生具有一定的質(zhì)疑能力，信息收集和處理能力，分析解決問(wèn)題的能力和交流與合作的能力。教學(xué)過(guò)程是體現課程理念，實(shí)現課程目標的一種創(chuàng )造過(guò)程。要搞好新課程理念下的教學(xué)，教師必須轉變教學(xué)理念，既要重視教師在教學(xué)中“導”的作用，更要發(fā)揮學(xué)生在學(xué)習中的“主”的地位，還要充分利用好教與學(xué)的文字資源“本”的信息。在實(shí)際教學(xué)中，教師要充分利用課堂的教學(xué)空間，為學(xué)生盡可能多的提供探究的機會(huì )；教師可以對一些探究的物理問(wèn)題創(chuàng )設一定的情境，讓學(xué)生再去設計、觀(guān)察、體驗、總結和思考。要對學(xué)生的探究成果進(jìn)行客觀(guān)公正地評價(jià)，增強學(xué)生的學(xué)習興趣。
總之，新課改要求教師解放教學(xué)思想，要將課堂教學(xué)開(kāi)放，讓教師由知識的講授者轉變?yōu)閷W(xué)習過(guò)程的引導者，讓學(xué)生由被動(dòng)學(xué)習的接受者轉變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習的探究者，讓課堂由教師的表演舞臺轉變?yōu)閷W(xué)生的學(xué)習樂(lè )園，讓學(xué)生經(jīng)歷知識的獲取過(guò)程，達到“授之以漁”的目的，以培養出適用現代社會(huì )的新型人才。
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