《外力作用下的振動(dòng)》的探究式教學(xué)設(shè)計(jì)與反思

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1、 《外力作用下的振動(dòng)》的探究式教學(xué)設(shè)計(jì)與反思 江蘇省贛榆高級(jí)中學(xué)楊寧 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(biāo)準(zhǔn) 實(shí)驗(yàn)教科書《物理》選修 3-4 第十一章機(jī)械振動(dòng)第 5 節(jié)內(nèi)容。本節(jié)以“外力作用下的振動(dòng)”為標(biāo)題，介紹了“阻尼振動(dòng)” “受迫振動(dòng)” “共振”的概念。在內(nèi)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(rèn)識(shí)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(duì)振動(dòng)分類的理解。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)而通過實(shí)驗(yàn)探究了受迫振

2、動(dòng)的頻率與驅(qū)動(dòng)力頻率的關(guān)系，最后利用實(shí)驗(yàn)探究了受迫振動(dòng)的振幅與驅(qū)動(dòng)力頻率的關(guān)系，從而認(rèn)識(shí)了共振現(xiàn)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(yàn)的作用，讓學(xué)生親身經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)探究的過程，讓學(xué)生清楚地認(rèn)識(shí)阻尼振動(dòng)的振幅減小的過程，觀察物體在做受迫振動(dòng)時(shí)其頻率跟驅(qū)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(dá)到了較好的教學(xué)效果。 二、教學(xué)設(shè)計(jì) 教學(xué)目標(biāo) 2016 全新精品資料 - 全新公文范文 -全程指導(dǎo)寫作 –獨(dú)家原創(chuàng) 1 / 7 1、知識(shí)與技能 知道阻尼振動(dòng)及阻尼振動(dòng)中能量的轉(zhuǎn)化情況；知道受迫

3、 振動(dòng)，知道受迫振動(dòng)的頻率等于驅(qū)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(yīng)用和防止。 2、過程與方法 通過對(duì)阻尼振動(dòng)、受迫振動(dòng)和共振現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)探究和實(shí) 例分析，培養(yǎng)學(xué)生的觀察分析能力；了解共振在實(shí)際中的應(yīng) 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 通過受迫振動(dòng)和共振的教學(xué)，認(rèn)識(shí)內(nèi)因和外因的辯證關(guān)系；通過共振的應(yīng)用和防止的教學(xué)，滲透一分為二的辯證法觀點(diǎn)。 教學(xué)重點(diǎn) 阻尼振動(dòng)、受迫振動(dòng)、共振及產(chǎn)生共振的條件教學(xué)難點(diǎn) 物體是否能發(fā)生共振決定于驅(qū)動(dòng)力的頻率與物體固有

4、 頻率的大小關(guān)系，與驅(qū)動(dòng)力大小無關(guān)；當(dāng) f 驅(qū)＝ f 固時(shí)，物體做受迫振動(dòng)的振幅最大。 教學(xué)準(zhǔn)備 軟彈簧，滑塊，玻璃板，木板，布，直尺，鐵架臺(tái)，小金屬球，水，大燒杯，受迫振動(dòng)演示儀、共振演示儀。 教學(xué)過程 2016 全新精品資料 - 全新公文范文 -全程指導(dǎo)寫作 –獨(dú)家原創(chuàng) 2 / 7 1、探究阻尼振動(dòng) ⑴提出問題，作出假設(shè) 簡諧運(yùn)動(dòng)是振動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)部的相互作用力提供的回復(fù)力，是一種理想化的運(yùn)動(dòng)。同學(xué)們猜想一下：如果振動(dòng)系統(tǒng)受到外力的作用，它將如何振動(dòng)呢？可以用怎樣的實(shí)驗(yàn)來探究這一問題呢？

5、 ⑵制定方案，實(shí)驗(yàn)探究 備用器材：軟彈簧，滑塊，玻璃板，木板，布，直尺，鐵架臺(tái)，小金屬球，水，大燒杯等 學(xué)生討論，設(shè)計(jì)探究，交流總結(jié)，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(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⑶細(xì)心觀察，比較現(xiàn)象 學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)后，可以總結(jié)得出以下現(xiàn)象： 現(xiàn)象一、物體振動(dòng)時(shí)，振幅均減小，最終均停止。 2016

6、全新精品資料 - 全新公文范文 -全程指導(dǎo)寫作 –獨(dú)家原創(chuàng) 3 / 7 現(xiàn)象二、物體在不同情況下振動(dòng)時(shí)，振幅減小的快慢不 同。 ⑷由表及里，探究成因 引導(dǎo)學(xué)生分析現(xiàn)象，比較條件，找出原因： 現(xiàn)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(tǒng)克服阻力做功，要消耗機(jī)械能，因而振幅不斷減小。 現(xiàn)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(jī)械能消耗得越快，振幅減小得越快。 ⑸歸納總結(jié)，得出結(jié)論 振動(dòng)系統(tǒng)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

7、。 2、探究受迫振動(dòng) ⑴提出問題 阻尼振動(dòng)系統(tǒng)只有在驅(qū)動(dòng)力作用下，才能持續(xù)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？ ⑵探究方案 ①生活實(shí)例：跳水運(yùn)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(yùn)動(dòng)員的跳動(dòng)情況有關(guān)嗎？ ②實(shí)驗(yàn)探究：利用課本圖的裝置研究受迫振動(dòng)的頻率。 通過改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來改變驅(qū)動(dòng)力的頻率，觀察振子 的振動(dòng)頻率，記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 2016 全新精品資料 - 全新公文范文 -全程指導(dǎo)寫作 –獨(dú)家原創(chuàng) 4 / 7

8、 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)。 ⑶歸納結(jié)論 物體做受迫振動(dòng)的頻率等于驅(qū)動(dòng)力的頻率，與振動(dòng)物體 的固有頻率無關(guān)。 3、探究共振現(xiàn)象 ⑴提出問題 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(tǒng)的固有頻率無關(guān)，那么受 迫振動(dòng)的振幅是否也跟它的固有頻率無關(guān)呢？應(yīng)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(gè)擺，擺長大小 為

9、 LD>LA=LB>LC。讓 A 擺振動(dòng)觀察 B、C、 D 的振幅情況。 ⑶觀察現(xiàn)象 B 擺的振幅大于 C、 D 擺的振幅。 ⑷探究成因 2016 全新精品資料 - 全新公文范文 -全程指導(dǎo)寫作 –獨(dú)家原創(chuàng) 5 / 7 在 A 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 擺的振動(dòng)頻率。而各擺的固有頻率是由擺長大小決定， 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。⑸歸納結(jié)論

10、 當(dāng)系統(tǒng)做受迫振動(dòng)時(shí)，如果驅(qū)動(dòng)力的頻率十分接近系統(tǒng)的固有頻率時(shí)，振動(dòng)物體的振幅會(huì)很大。如果驅(qū)動(dòng)力的頻率等于系統(tǒng)的固有頻率時(shí)，受迫振動(dòng)的振幅最大，這種現(xiàn)象叫共振。 實(shí)驗(yàn)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(dòng)時(shí)，受迫振動(dòng)的振幅 隨驅(qū)動(dòng)力頻率的變化關(guān)系。請(qǐng)同學(xué)們仔細(xì)觀察共振曲線，你 能發(fā)現(xiàn)什么規(guī)律呢？ ⑵探究規(guī)律 當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的頻率  f 驅(qū)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(dāng)驅(qū)動(dòng)力的頻率

11、  f 驅(qū)等于受 迫振動(dòng)物體的固有頻率  f 固時(shí)，振幅最大。 ⑶解決問題 問題：下表記錄了某受迫振動(dòng)的振幅隨驅(qū)動(dòng)力頻率變化 2016 全新精品資料 - 全新公文范文 -全程指導(dǎo)寫作 –獨(dú)家原創(chuàng) 6 / 7 的關(guān)系。若該振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率為 f 固，則 驅(qū)動(dòng)力的頻率 304050607080 受迫振動(dòng)的振幅 A．f 固 =60HZB．50HZ