2024-2025學年高中物理 第二章 機械振動 6 受迫振動 共振教案 新人教版選擇性必修第一冊

2024-2025學年高中物理第二章機械振動6受迫振動共振教案新人教版選擇性必修第一冊學校授課教師課時授課班級授課地點教具教學內(nèi)容2024-2025學年高中物理第二章機械振動6受迫振動共振教案，新人教版選擇性必修第一冊。本節(jié)課主要圍繞以下內(nèi)容展開：

1.受迫振動的概念與特點；

2.驅(qū)動力與受迫振動的相位關(guān)系；

3.共振現(xiàn)象及其產(chǎn)生條件；

4.實際應(yīng)用中的受迫振動與共振現(xiàn)象。核心素養(yǎng)目標1.學生能理解受迫振動的物理本質(zhì)，培養(yǎng)物理觀念和科學思維能力；

2.學生通過探究受迫振動與驅(qū)動力的關(guān)系，提高科學探究能力和問題解決能力；

3.學生了解共振現(xiàn)象在實際應(yīng)用中的價值，增強科學態(tài)度與責任意識；

4.學生通過小組合作學習，培養(yǎng)團隊合作精神和溝通能力。學習者分析1.學生已經(jīng)掌握了簡諧運動的基本概念、振動圖像以及固有周期等基礎(chǔ)知識。他們了解了彈簧振子和單擺等典型振動系統(tǒng)的運動規(guī)律。

2.學生對物理現(xiàn)象具有較強的好奇心，具備一定的觀察能力和邏輯思維能力。在學習風格上，部分學生擅長理論分析，而另一部分學生則更傾向于實驗操作和探究。

3.學生在本節(jié)課可能遇到的困難和挑戰(zhàn)包括：理解受迫振動與自由振動的區(qū)別，掌握受迫振動的相位關(guān)系；對共振現(xiàn)象的產(chǎn)生條件和實際應(yīng)用場景理解不夠深入；在小組合作中，可能出現(xiàn)溝通不暢、分工不明確等問題。教學資源1.硬件資源：

-彈簧振子模型

-單擺實驗裝置

-音叉與共鳴管實驗裝置

-秒表

-傳感器

2.軟件資源：

-物理教學軟件（模擬受迫振動與共振現(xiàn)象）

-動畫演示軟件（展示受迫振動過程）

3.課程平臺：

-學校多媒體教學平臺

-班級學習交流群

4.信息化資源：

-電子教案

-PPT課件

-視頻資料（介紹受迫振動與共振現(xiàn)象的實際應(yīng)用）

5.教學手段：

-講授法

-實驗法

-案例分析法

-小組合作學習

-互動提問與討論

-課后在線輔導與答疑教學實施過程1.課前自主探索

-教師活動：

發(fā)布預(yù)習任務(wù)：通過學校課程平臺，發(fā)布關(guān)于受迫振動的預(yù)習資料，包括PPT和視頻，明確要求學生理解受迫振動的定義和基本特點。

設(shè)計預(yù)習問題：圍繞受迫振動的概念，設(shè)計問題，如“受迫振動與自由振動的區(qū)別是什么？”引導學生思考。

監(jiān)控預(yù)習進度：通過平臺數(shù)據(jù)和學生反饋，跟蹤預(yù)習情況，確保學生為課堂學習做好準備。

-學生活動：

自主閱讀預(yù)習資料：按照要求，閱讀資料并嘗試理解受迫振動的物理本質(zhì)。

思考預(yù)習問題：對提出的問題進行思考，并記錄疑問。

提交預(yù)習成果：通過平臺提交預(yù)習筆記和問題。

-教學方法/手段/資源：

自主學習法：鼓勵學生獨立思考，培養(yǎng)自主學習能力。

信息技術(shù)手段：利用課程平臺和微信，實現(xiàn)資源共享和進度監(jiān)控。

-作用與目的：

幫助學生初步接觸受迫振動概念，為課堂深入學習打下基礎(chǔ)。

培養(yǎng)學生自主學習習慣，增強對物理概念的理解能力。

2.課中強化技能

-教師活動：

導入新課：通過一個現(xiàn)實生活中的共振案例（如橋梁崩塌事件），引起學生興趣，引出受迫振動主題。

講解知識點：詳細講解受迫振動的原理，共振的條件，結(jié)合動畫和實驗演示，幫助學生理解。

組織課堂活動：設(shè)計小組討論和實驗，如探究不同驅(qū)動力頻率下的振動幅度變化，讓學生在實踐中掌握共振現(xiàn)象。

解答疑問：在活動過程中，及時解答學生的疑問。

-學生活動：

聽講并思考：認真聽講，思考受迫振動與共振的關(guān)系。

參與課堂活動：在小組中積極討論，通過實驗觀察共振現(xiàn)象。

提問與討論：對不理解的地方提出問題，參與課堂討論。

-教學方法/手段/資源：

講授法：通過生動的案例和詳細講解，幫助學生理解受迫振動和共振的原理。

實踐活動法：通過實驗和小組討論，讓學生親身感受和掌握共振現(xiàn)象。

合作學習法：通過小組合作，培養(yǎng)學生的團隊協(xié)作能力。

-作用與目的：

加深學生對受迫振動和共振現(xiàn)象的理解，突破本節(jié)課的重難點。

通過實踐活動，培養(yǎng)學生的觀察力和實驗操作能力。

增強學生的團隊合作意識，提高解決問題的能力。

3.課后拓展應(yīng)用

-教師活動：

布置作業(yè)：根據(jù)課堂內(nèi)容，布置相關(guān)習題，鞏固學生對受迫振動和共振的理解。

提供拓展資源：推薦相關(guān)的科普文章和視頻，幫助學生進一步探索受迫振動的應(yīng)用。

反饋作業(yè)情況：及時批改作業(yè)，給予學生反饋和指導。

-學生活動：

完成作業(yè)：認真完成作業(yè)，鞏固學習成果。

拓展學習：利用拓展資源，深化對受迫振動應(yīng)用的理解。

反思總結(jié)：對學習過程進行反思，總結(jié)學習方法和效果。

-教學方法/手段/資源：

自主學習法：鼓勵學生自主完成作業(yè)和拓展學習。

反思總結(jié)法：引導學生自我反思，提升學習效率。

-作用與目的：

鞏固課堂所學知識，提高學生的理論應(yīng)用能力。

拓寬學生知識視野，激發(fā)對物理學科的興趣。

通過反思，幫助學生形成良好的學習習慣，促進個人成長。拓展與延伸1.拓展閱讀材料

-《物理學與生活》中關(guān)于受迫振動與共振現(xiàn)象的章節(jié)；

-《物理世界》雜志中的相關(guān)文章，如“共振現(xiàn)象在日常生活中的應(yīng)用”；

-科普書籍《振動與波》中關(guān)于受迫振動的介紹。

2.課后自主學習和探究

-研究受迫振動在工程領(lǐng)域的應(yīng)用，如橋梁、高樓等大型結(jié)構(gòu)的防共振設(shè)計；

-探索音樂領(lǐng)域的共振現(xiàn)象，如樂器共鳴箱的設(shè)計與音色關(guān)系；

-調(diào)查生活中受迫振動的例子，如洗衣機脫水過程中的振動控制；

-分析受迫振動在醫(yī)學領(lǐng)域的應(yīng)用，如超聲波共振成像技術(shù)。

**受迫振動在工程領(lǐng)域的應(yīng)用**

工程中的許多結(jié)構(gòu)都存在受迫振動的風險，如橋梁在車輛行駛中的振動、高樓在風作用下的振動等。這些振動如果頻率與結(jié)構(gòu)的固有頻率接近，就會引發(fā)共振，導致結(jié)構(gòu)損壞。學生可以研究如何通過設(shè)計來避免這種風險，例如通過改變結(jié)構(gòu)的材料、形狀或增加阻尼器等方法來調(diào)整結(jié)構(gòu)的固有頻率，減少共振的可能性。

**音樂領(lǐng)域的共振現(xiàn)象**

在音樂中，樂器的音色很大程度上取決于共鳴箱的共振特性。學生可以探究不同樂器共鳴箱的設(shè)計如何影響音色，以及如何通過調(diào)整共鳴箱的尺寸、材料等來優(yōu)化音質(zhì)。

**生活中的受迫振動例子**

生活中處處存在受迫振動的例子。例如，洗衣機的脫水過程就是利用受迫振動來快速去除衣物中的水分。學生可以研究這些設(shè)備的工作原理，以及如何通過控制振動來提高效率。

**受迫振動在醫(yī)學領(lǐng)域的應(yīng)用**

醫(yī)學領(lǐng)域的超聲波共振成像技術(shù)（如B超）就是利用了受迫振動的原理。學生可以了解這種技術(shù)的原理，探究超聲波如何通過人體組織的不同密度和聲速來產(chǎn)生圖像，以及這種技術(shù)在診斷和治療中的應(yīng)用。課堂小結(jié)，當堂檢測**課堂小結(jié)：**

本節(jié)課我們學習了受迫振動的概念、特點，以及共振現(xiàn)象的產(chǎn)生條件和實際應(yīng)用。重點理解了以下知識點：

1.受迫振動的定義及其與自由振動的區(qū)別；

2.驅(qū)動力與受迫振動的相位關(guān)系；

3.共振現(xiàn)象的原理，以及如何通過調(diào)整驅(qū)動力頻率來控制振動幅度；

4.受迫振動與共振在工程、音樂、生活和醫(yī)學等領(lǐng)域的應(yīng)用。

**當堂檢測：**

**選擇題：**

1.以下哪項不是受迫振動的特點？

A.振動頻率由外部驅(qū)動力決定

B.振動幅度與驅(qū)動力頻率有關(guān)

C.振動幅度與固有周期有關(guān)

D.驅(qū)動力頻率等于固有頻率時振動幅度最大

2.以下哪個現(xiàn)象不是由于共振引起的？

A.兩人在秋千上相互推動達到較大擺動幅度

B.鋼琴弦被敲擊后產(chǎn)生共鳴，音量增大

C.橋梁在風作用下發(fā)生破壞

D.音叉在共鳴管內(nèi)產(chǎn)生放大聲音

**填空題：**

3.受迫振動的振動頻率由____決定，當驅(qū)動力頻率等于系統(tǒng)的____時，會發(fā)生____。

4.在實際應(yīng)用中，為了減少共振帶來的危害，工程師會通過改變結(jié)構(gòu)的____、____或增加____等方法來調(diào)整結(jié)構(gòu)的固有頻率。

**解答題：**

5.解釋為什么在洗衣機脫水過程中，衣物在高速旋轉(zhuǎn)的桶內(nèi)會越來越干？

6.以一個實例說明受迫振動在醫(yī)學診斷中的應(yīng)用，并簡要說明其工作原理。

**答案與解析：**

**選擇題答案：**

1.C

2.A

**填空題答案：**

3.外部驅(qū)動力、固有頻率、共振

4.材料、形狀、阻尼器

**解答題參考答案：**

5.在洗衣機脫水過程中，衣物在高速旋轉(zhuǎn)的桶內(nèi)由于受迫振動，水分被甩出，因為旋轉(zhuǎn)桶的頻率與衣物的固有頻率接近，導致衣物產(chǎn)生共振，振動幅度增大，水分更容易被甩出。

6.受迫振動在醫(yī)學診斷中的應(yīng)用如超聲波共振成像技術(shù)（B超）。其工作原理是利用超聲波在不同密度和聲速的組織中傳播速度的變化，當超聲波頻率與組織中的微小振動頻率匹配時，產(chǎn)生共振，通過接收反射回來的超聲波信號，可以構(gòu)建出組織的內(nèi)部圖像。板書設(shè)計①**受迫振動定義與特點**

-定義：受迫振動是系統(tǒng)在外力作用下，以外部力的頻率進行振動。

-特點：

-振動頻率由外部驅(qū)動力決定；

-振動幅度與驅(qū)動力頻率有關(guān)；

-當驅(qū)動力頻率等于系統(tǒng)的固有頻率時，振動幅度最大。

②**共振現(xiàn)象的產(chǎn)生條件**

-條件：驅(qū)動力頻率等于系統(tǒng)的固有頻率。

-結(jié)果：振動幅度最大，能量傳遞效率最高。

③**受迫振動的實際應(yīng)用**

-工程：調(diào)整結(jié)構(gòu)參數(shù)，避免共振造成破壞。

-音樂：樂器共鳴箱設(shè)計，優(yōu)化音色。

-生活：洗衣機脫水，利用共振提高效率。

-醫(yī)學：超聲波共振成像，診斷疾病。

板書設(shè)計應(yīng)突出重點，條理清晰，同時加入圖表、示意圖等元素，增加趣味性和直觀性。典型例題講解**例題1：共振現(xiàn)象的應(yīng)用**

題目：解釋為什么在洗衣機脫水過程中，衣物在高速旋轉(zhuǎn)的桶內(nèi)會越來越干？

解答：在洗衣機脫水過程中，衣物在高速旋轉(zhuǎn)的桶內(nèi)由于受迫振動，水分被甩出。旋轉(zhuǎn)桶的頻率與衣物的固有頻率接近，導致衣物產(chǎn)生共振，振動幅度增大，水分更容易被甩出。

**例題2：受迫振動在醫(yī)學診斷中的應(yīng)用**

題目：以一個實例說明受迫振動在醫(yī)學診斷中的應(yīng)用，并簡要說明其工作原理。

解答：受迫振動在醫(yī)學診斷中的應(yīng)用如超聲波共振成像技術(shù)（B超）。其工作原理是利用超聲波在不同密度和聲速的組織中傳播速度的變化，當超聲波頻率與組織中的微小振動頻率匹配時，產(chǎn)生共振，通過接收反射回來的超聲波信號，可以構(gòu)建出組織的內(nèi)部圖像。

**例題3：受迫振動的相位關(guān)系**

題目：解釋受迫振動的相位關(guān)系，并舉例說明。

解答：受迫振動的相位關(guān)系是指驅(qū)動力的相位與系統(tǒng)振動的相位之間的關(guān)系。當驅(qū)動力的相位與系統(tǒng)振動相位一致時，振動幅度最大；當相位差為90度時，振動幅度最小。例如，當我們在推動秋千時，如果我們的推力與秋千的擺動方向一致，秋千的擺動幅度會增大。

**例題4：受迫振動的實際應(yīng)用**

題目：舉例說明受迫振動在工程領(lǐng)域的應(yīng)用。

解答：在工程領(lǐng)域，受迫振動的應(yīng)用主要體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計和減震措施上。例如，在橋梁設(shè)計中，為了避免共振造成的破壞，工程師會通過改變橋梁的結(jié)構(gòu)參數(shù)，如使用不同的材料、調(diào)整橋梁的形狀或增加阻尼器等，來調(diào)整橋梁的固有頻率，減少共振的可能性。

**例題5：共振現(xiàn)象的危害**

題目：解釋共振現(xiàn)象可能帶來的危害，并舉例說明。

解答：共振現(xiàn)象可能帶來的危害包括結(jié)構(gòu)的破壞、設(shè)備的損壞和噪聲的增大等。例如，當一輛行駛在橋梁上的車輛與橋梁的固有頻率接近時，車輛的振動可能會引發(fā)橋梁的共振，導致橋梁的損壞。因此，工程師在設(shè)計橋梁時需要考慮共振現(xiàn)象的影響，采取相應(yīng)的措施來避免共振的發(fā)生。反思改進措施**（一）教學特色創(chuàng)新**

1.**跨學科融合教學**：將物理學與工程學、音樂學等跨學科知識融合，拓展學生對受迫振動與共振現(xiàn)象的理解。

2.**實驗與理論結(jié)合**：通過設(shè)計實驗，讓學生在實踐中觀察和理解受迫振動與共振現(xiàn)象，增強學生的實踐操作能力。

**（二）存在主要問題**

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