外力作用下的振動(dòng)探究式教學(xué)教案

第第頁(yè)外力作用下的振動(dòng)探究式教學(xué)教案

一、教材分析

“外力作用下的振動(dòng)”是人教版一般高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)試驗(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改變，這樣做不僅可以使同學(xué)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)，而且有利于同學(xué)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?gòu)哪芰康慕嵌确治鲎枘嵴駝?dòng)，進(jìn)而通過試驗(yàn)探究了受迫振動(dòng)的頻率與驅(qū)動(dòng)力頻率的關(guān)系，最末利用試驗(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)揮探究試驗(yàn)的作用，讓同學(xué)親身經(jīng)受試驗(yàn)探究的過程，讓同學(xué)清晰地認(rèn)識(shí)阻尼振動(dòng)的振幅減小的過程，觀測(cè)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)

〔一〕教學(xué)目標(biāo)

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)化狀況；知道受迫振動(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)象的試驗(yàn)探究和實(shí)例分析，培育同學(xué)的觀測(cè)分析技能；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)際的技能。

3、情感立場(chǎng)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)。

〔二〕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

〔三〕教學(xué)難點(diǎn)

物體是否能發(fā)生共振決斷于驅(qū)動(dòng)力的頻率與物體固有頻率的大小關(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。

〔四〕教學(xué)預(yù)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。

〔五〕教學(xué)過程

1、探究阻尼振動(dòng)

⑴提出問題，作出假設(shè)

簡(jiǎn)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，是一種抱負(fù)化的運(yùn)動(dòng)。同學(xué)們猜想一下：假如振動(dòng)系統(tǒng)受到外力的作用，它將如何振動(dòng)呢？可以用怎樣的試驗(yàn)來探究這一問題呢？

⑵制定方案，試驗(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

同學(xué)爭(zhēng)論，設(shè)計(jì)探究，溝通總結(jié)，得到下述兩種備選方案：

方案一、如圖1所示，觀測(cè)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)狀況。

方案二、如圖2所示，觀測(cè)豎直方向振動(dòng)物體分別在空氣和水中的振動(dòng)狀況。

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)心觀測(cè)，比較現(xiàn)象

同學(xué)觀測(cè)試驗(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。

現(xiàn)象二、物體在不憐憫況下振動(dòng)時(shí)，振幅減小的快慢不同。

⑷由表及里，探究成因

引導(dǎo)同學(xué)分析現(xiàn)象，比較條件，找出緣由：

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：物體在不憐憫況下振動(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)在阻力作用下振幅漸漸減小，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)

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)狀況和運(yùn)動(dòng)員的跳動(dòng)狀況有關(guān)嗎？

②試驗(yàn)探究：利用課本圖11.5-2的裝置討論受迫振動(dòng)的頻率。

通過轉(zhuǎn)變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來轉(zhuǎn)變驅(qū)動(dòng)力的頻率，觀測(cè)振子的振動(dòng)頻率，記錄試驗(yàn)結(jié)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)。

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)當(dāng)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(zhǎng)大小為

LDLA=LBLC。讓A擺振動(dòng)觀測(cè)B、C、D的振幅狀況。

⑶觀測(cè)現(xiàn)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(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(zhǎng)大小決斷，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

當(dāng)系統(tǒng)做受迫振動(dòng)時(shí)，假如驅(qū)動(dòng)力的頻率非常接近系統(tǒng)的固有頻率時(shí)，振動(dòng)物體的振幅會(huì)很大。假如驅(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。

試驗(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)力頻率的改變關(guān)系。請(qǐng)同學(xué)們認(rèn)真觀測(cè)共振曲線，你能發(fā)覺什么規(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)力頻率改變的關(guān)系。假設(shè)該振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率為f固，那么〔〕

驅(qū)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(duì)

解析：表中列出的數(shù)據(jù)只是部分驅(qū)動(dòng)力頻率和受迫振動(dòng)的振幅關(guān)系，不能由此確定數(shù)據(jù)中振幅最大時(shí)的頻率為物體的固有頻率，不能選A。由共振曲線的規(guī)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(xiàng)為C。

5、生活中的共振和減振現(xiàn)象〔同學(xué)自學(xué)〕

三、教學(xué)反思

一般高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)的課程理念是著重同學(xué)的自主學(xué)習(xí)，提倡教學(xué)方式的多樣化，重視讓同學(xué)經(jīng)受科學(xué)探究過程，要求同學(xué)具有肯定的質(zhì)疑技能，信息收集和處理技能，分析解決問題的技能和溝通與合作的技能。教學(xué)過程是表達(dá)課程理念，實(shí)現(xiàn)課程目標(biāo)的一種制造過程。要搞好新課程理念下的教學(xué)，老師需要轉(zhuǎn)變教學(xué)理念，既要重視老師在教學(xué)中“導(dǎo)”的作用，更要發(fā)揮同學(xué)在學(xué)習(xí)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，老師要充分利用課堂的教學(xué)空間，為同學(xué)盡可能多的提供探究的機(jī)會(huì)；老師可以對(duì)一些探究的物理問題創(chuàng)設(shè)肯定的情境，讓同學(xué)再去設(shè)計(jì)、觀測(cè)、體驗(yàn)、總結(jié)和思索。要對(duì)同學(xué)的