2024-2025學(xué)年高中物理 第十一章 機(jī)械振動 5 外力作用下的振動教學(xué)實(shí)錄1 新人教版選修3-4

2024-2025學(xué)年高中物理第十一章機(jī)械振動5外力作用下的振動教學(xué)實(shí)錄1新人教版選修3-4學(xué)校授課教師課時授課班級授課地點(diǎn)教具教學(xué)內(nèi)容本節(jié)課內(nèi)容選自新人教版選修3-4物理教材第十一章機(jī)械振動第五節(jié)“外力作用下的振動”。主要包括以下內(nèi)容：簡諧振動的回復(fù)力，受迫振動，阻尼振動，共振現(xiàn)象及其應(yīng)用。核心素養(yǎng)目標(biāo)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力，通過實(shí)驗(yàn)和理論分析，理解簡諧振動、受迫振動和共振現(xiàn)象，提高學(xué)生運(yùn)用物理規(guī)律解決實(shí)際問題的能力。同時，強(qiáng)化學(xué)生的科學(xué)思維，使其能夠從物理現(xiàn)象中抽象出物理模型，提升邏輯推理和批判性思維能力。學(xué)情分析本節(jié)課針對的是高中一年級學(xué)生，他們在初中階段已經(jīng)學(xué)習(xí)了基本的物理知識和實(shí)驗(yàn)技能，對物理學(xué)的基本概念和實(shí)驗(yàn)方法有了初步的了解。然而，進(jìn)入高中后，物理知識的深度和廣度都有所增加，學(xué)生在面對較為復(fù)雜的物理現(xiàn)象時，可能會感到學(xué)習(xí)壓力增大。

在知識層面，學(xué)生對振動的基本概念有一定了解，但對外力作用下的振動這一章節(jié)中的理論分析可能較為陌生。在能力方面，學(xué)生具備一定的觀察、實(shí)驗(yàn)和分析能力，但獨(dú)立解決問題的能力還有待提高。在素質(zhì)方面，學(xué)生表現(xiàn)出較強(qiáng)的求知欲和探索精神，但部分學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中存在依賴心理，缺乏主動思考和獨(dú)立探究的意識。

行為習(xí)慣上，學(xué)生在課堂上的參與度較高，但有時會受到外界因素的干擾，如手機(jī)、周圍同學(xué)的討論等。這可能會影響學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。此外，學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)時，往往注重實(shí)驗(yàn)步驟的完成，而忽視了對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的深入分析和理論聯(lián)系。

綜合以上分析，本節(jié)課的教學(xué)需要結(jié)合學(xué)生的實(shí)際情況，注重理論與實(shí)踐的結(jié)合，通過實(shí)驗(yàn)演示和互動討論，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究精神和創(chuàng)新能力，同時幫助他們克服學(xué)習(xí)中的困難，提高學(xué)習(xí)效果。教學(xué)資源-軟硬件資源：電腦、投影儀、白板、計(jì)時器、彈簧振子裝置、頻率計(jì)、傳感器、數(shù)據(jù)采集器

-課程平臺：學(xué)校網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，用于發(fā)布教學(xué)資料和在線作業(yè)

-信息化資源：動畫演示軟件，用于展示振動現(xiàn)象的動態(tài)過程

-教學(xué)手段：實(shí)物演示實(shí)驗(yàn)、小組合作實(shí)驗(yàn)、課堂討論、多媒體教學(xué)教學(xué)實(shí)施過程1.課前自主探索

教師活動：

發(fā)布預(yù)習(xí)任務(wù)：通過在線平臺或班級微信群，發(fā)布預(yù)習(xí)資料（如PPT、視頻、文檔等），明確預(yù)習(xí)目標(biāo)和要求，如“閱讀簡諧振動的基本原理，理解振動方程的意義”。

設(shè)計(jì)預(yù)習(xí)問題：圍繞“簡諧振動”，設(shè)計(jì)一系列具有啟發(fā)性和探究性的問題，引導(dǎo)學(xué)生自主思考，例如“簡諧振動的回復(fù)力如何影響振子的運(yùn)動？”、“如何通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證簡諧振動的特性？”。

監(jiān)控預(yù)習(xí)進(jìn)度：利用平臺功能或?qū)W生反饋，監(jiān)控學(xué)生的預(yù)習(xí)進(jìn)度，確保預(yù)習(xí)效果，如通過預(yù)習(xí)報告的提交情況來評估。

學(xué)生活動：

自主閱讀預(yù)習(xí)資料：按照預(yù)習(xí)要求，自主閱讀預(yù)習(xí)資料，理解簡諧振動的基本原理和振動方程。

思考預(yù)習(xí)問題：針對預(yù)習(xí)問題，進(jìn)行獨(dú)立思考，記錄自己的理解和疑問，如對振動方程公式的推導(dǎo)過程進(jìn)行質(zhì)疑。

提交預(yù)習(xí)成果：將預(yù)習(xí)成果（如筆記、思維導(dǎo)圖、問題等）提交至平臺或老師處，以便教師了解學(xué)生的預(yù)習(xí)情況。

教學(xué)方法/手段/資源：

自主學(xué)習(xí)法：通過預(yù)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力。

信息技術(shù)手段：利用在線平臺和微信群，實(shí)現(xiàn)預(yù)習(xí)資源的共享和監(jiān)控。

作用與目的：

幫助學(xué)生提前了解簡諧振動的基本概念，為課堂學(xué)習(xí)做好準(zhǔn)備。

培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和獨(dú)立思考能力。

2.課中強(qiáng)化技能

教師活動：

導(dǎo)入新課：通過展示彈簧振子的實(shí)際振動現(xiàn)象視頻，引出“外力作用下的振動”課題，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

講解知識點(diǎn)：詳細(xì)講解受迫振動、阻尼振動和共振現(xiàn)象，結(jié)合實(shí)例如汽車懸掛系統(tǒng)分析振動問題。

組織課堂活動：設(shè)計(jì)小組討論，讓學(xué)生分析不同阻尼系數(shù)對振動系統(tǒng)的影響，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證共振條件。

學(xué)生活動：

聽講并思考：認(rèn)真聽講，積極思考老師提出的問題，如“如何判斷系統(tǒng)是否達(dá)到共振？”。

參與課堂活動：積極參與小組討論，通過實(shí)驗(yàn)操作驗(yàn)證理論，如調(diào)整彈簧振子的頻率，觀察振幅變化。

教學(xué)方法/手段/資源：

講授法：通過詳細(xì)講解，幫助學(xué)生理解振動系統(tǒng)的動態(tài)行為。

實(shí)踐活動法：通過實(shí)驗(yàn)和小組討論，讓學(xué)生在實(shí)踐中掌握振動系統(tǒng)的分析方法。

合作學(xué)習(xí)法：通過小組合作，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作意識和溝通能力。

作用與目的：

幫助學(xué)生深入理解振動系統(tǒng)的動態(tài)特性，掌握分析振動問題的方法。

通過合作學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作意識和溝通能力。

3.課后拓展應(yīng)用

教師活動：

布置作業(yè)：根據(jù)“外力作用下的振動”，布置設(shè)計(jì)不同阻尼系數(shù)下振動系統(tǒng)穩(wěn)定性的作業(yè)，如“設(shè)計(jì)一個阻尼振動實(shí)驗(yàn)，分析不同阻尼系數(shù)對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響”。

提供拓展資源：提供與振動相關(guān)的拓展資源，如“振動和波動的經(jīng)典教材”，供學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)。

反饋?zhàn)鳂I(yè)情況：及時批改作業(yè)，給予學(xué)生反饋和指導(dǎo)，如指出解題過程中的錯誤和改進(jìn)建議。

學(xué)生活動：

完成作業(yè)：認(rèn)真完成老師布置的作業(yè)，鞏固學(xué)習(xí)效果。

拓展學(xué)習(xí)：利用老師提供的拓展資源，進(jìn)行進(jìn)一步的學(xué)習(xí)和思考，如閱讀相關(guān)論文或參與科學(xué)競賽。

反思總結(jié)：對自己的學(xué)習(xí)過程和成果進(jìn)行反思和總結(jié)，提出改進(jìn)建議，如“如何改進(jìn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)以獲得更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)？”。

教學(xué)方法/手段/資源：

自主學(xué)習(xí)法：引導(dǎo)學(xué)生自主完成作業(yè)和拓展學(xué)習(xí)。

反思總結(jié)法：引導(dǎo)學(xué)生對自己的學(xué)習(xí)過程和成果進(jìn)行反思和總結(jié)。

作用與目的：

鞏固學(xué)生在課堂上學(xué)到的振動系統(tǒng)知識，提高解決實(shí)際問題的能力。

通過反思總結(jié)，幫助學(xué)生發(fā)現(xiàn)自己的不足并提出改進(jìn)建議，促進(jìn)自我提升。教學(xué)資源拓展1.拓展資源：

（1）振動的基本概念

-簡諧振動：介紹簡諧振動的定義、特征、數(shù)學(xué)描述和物理意義。

-振動方程：講解振動方程的推導(dǎo)過程，包括位移方程、速度方程和加速度方程。

-振幅、頻率和周期：闡述振幅、頻率和周期的概念、計(jì)算方法和物理意義。

（2）受迫振動

-外力作用：介紹外力對振動系統(tǒng)的影響，包括外力頻率、幅值和相位等因素。

-阻尼振動：講解阻尼振動的基本概念，包括阻尼系數(shù)、阻尼振動方程和阻尼振動的特性。

-共振現(xiàn)象：闡述共振現(xiàn)象的定義、產(chǎn)生原因和影響，包括共振頻率、共振幅值和共振條件。

（3）振動實(shí)驗(yàn)

-彈簧振子實(shí)驗(yàn)：介紹彈簧振子的實(shí)驗(yàn)裝置、操作步驟和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄。

-水平振動實(shí)驗(yàn)：講解水平振動實(shí)驗(yàn)的原理、操作步驟和數(shù)據(jù)分析方法。

-旋轉(zhuǎn)振動實(shí)驗(yàn)：闡述旋轉(zhuǎn)振動實(shí)驗(yàn)的裝置、操作步驟和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析。

2.拓展建議：

（1）閱讀相關(guān)書籍

-《振動與波動》：介紹振動與波動的基本概念、理論和方法，幫助學(xué)生深入理解振動現(xiàn)象。

-《物理學(xué)中的振動與波》：講解振動與波動的物理背景和應(yīng)用，拓寬學(xué)生的知識視野。

（2）觀看教學(xué)視頻

-在線教育平臺（如騰訊課堂、網(wǎng)易云課堂等）搜索相關(guān)振動與波動的教學(xué)視頻，如“振動與波動的教學(xué)案例”、“振動實(shí)驗(yàn)演示”等。

（3）參與科學(xué)競賽

-組織或參加物理競賽，如“全國青少年科技創(chuàng)新大賽”、“物理奧林匹克競賽”等，鍛煉學(xué)生的實(shí)際操作能力和創(chuàng)新能力。

（4）探究性學(xué)習(xí)

-針對本節(jié)課的知識點(diǎn)，設(shè)計(jì)探究性學(xué)習(xí)活動，如：

-探究不同質(zhì)量、剛度彈簧對振動系統(tǒng)的影響。

-研究阻尼對振動系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。

-通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證共振現(xiàn)象。

（5）撰寫科技小論文

-鼓勵學(xué)生撰寫科技小論文，總結(jié)振動與波動知識，如“振動在生活中的應(yīng)用”、“共振現(xiàn)象在工程中的影響”等。

（6）參加學(xué)術(shù)講座

-邀請相關(guān)領(lǐng)域的專家學(xué)者進(jìn)行講座，如“振動與波動的最新研究進(jìn)展”、“振動與波動的應(yīng)用領(lǐng)域”等，幫助學(xué)生了解振動與波動的實(shí)際應(yīng)用。課堂1.課堂評價

課堂評價是教學(xué)過程中的重要環(huán)節(jié)，通過提問、觀察、測試等方式，可以及時了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，發(fā)現(xiàn)問題并進(jìn)行解決。以下是針對“外力作用下的振動”這一章節(jié)的課堂評價策略：

（1）提問評價

在課堂教學(xué)中，教師可以通過提問來檢驗(yàn)學(xué)生對知識的掌握程度。以下是一些具體的提問方式：

-知識回顧：提問學(xué)生回顧上一節(jié)課的內(nèi)容，如“簡諧振動的回復(fù)力是什么？它如何影響振子的運(yùn)動？”

-理解程度：針對新知識，提問學(xué)生是否理解，如“什么是受迫振動？它有哪些特點(diǎn)？”

-應(yīng)用能力：提問學(xué)生如何將所學(xué)知識應(yīng)用于實(shí)際問題，如“如何判斷一個振動系統(tǒng)是否達(dá)到共振？”

-創(chuàng)新思維：鼓勵學(xué)生提出自己的觀點(diǎn)和想法，如“你認(rèn)為阻尼振動在現(xiàn)實(shí)生活中有哪些應(yīng)用？”

（2）觀察評價

教師可以通過觀察學(xué)生的課堂表現(xiàn)來評價他們的學(xué)習(xí)情況。以下是一些觀察要點(diǎn)：

-課堂參與度：觀察學(xué)生是否積極參與課堂討論，如是否主動回答問題、是否認(rèn)真聽講。

-實(shí)驗(yàn)操作：觀察學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中的操作是否規(guī)范，如是否按照實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行、是否能夠正確記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

-思考習(xí)慣：觀察學(xué)生在面對問題時是否能夠獨(dú)立思考，如是否能夠提出自己的觀點(diǎn)、是否能夠分析問題。

（3）測試評價

測試是評價學(xué)生學(xué)習(xí)效果的重要手段。以下是一些測試評價策略：

-課堂小測驗(yàn)：在課堂教學(xué)中，通過小測驗(yàn)來檢驗(yàn)學(xué)生對知識的掌握程度，如填寫表格、完成簡答題等。

-課后作業(yè)：布置與振動相關(guān)的課后作業(yè)，如計(jì)算題、實(shí)驗(yàn)報告等，檢驗(yàn)學(xué)生對知識的實(shí)際應(yīng)用能力。

-期中/期末考試：在學(xué)期中或?qū)W期末進(jìn)行期中/期末考試，全面評價學(xué)生對振動章節(jié)知識的掌握情況。

2.作業(yè)評價

對學(xué)生的作業(yè)進(jìn)行認(rèn)真批改和點(diǎn)評，是及時反饋學(xué)生學(xué)習(xí)效果的重要途徑。以下是一些作業(yè)評價策略：

（1）批改原則

-公正性：對學(xué)生的作業(yè)進(jìn)行客觀公正的批改，不偏袒任何學(xué)生。

-完整性：確保批改的作業(yè)內(nèi)容完整，包括所有題目和附加題。

-及時性：及時批改作業(yè)，以便學(xué)生能夠及時了解自己的學(xué)習(xí)情況。

（2）評價方式

-正面評價：對學(xué)生的優(yōu)點(diǎn)和進(jìn)步給予肯定，如“你的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄非常詳細(xì)”、“你的分析思路清晰”。

-指導(dǎo)性評價：對學(xué)生的不足之處給予具體指導(dǎo)，如“在計(jì)算過程中，注意檢查單位的一致性”、“在分析問題時，可以嘗試從多個角度思考”。

-個性化評價：根據(jù)學(xué)生的個體差異，給予個性化的評價和建議。典型例題講解1.例題：

一個質(zhì)量為m的物體在水平面上做簡諧振動，振幅為A，周期為T。求物體在平衡位置時的速度和加速度。

答案：

物體在平衡位置時的速度為最大速度，可以用公式v=ωA計(jì)算，其中ω為角頻率，ω=2π/T。所以，v=2πA/T。

物體在平衡位置時的加速度為最大加速度，可以用公式a=-ω2x計(jì)算，其中x為位移。在平衡位置，x=0，所以a=-ω2A=-4π2A/T2。

2.例題：

一個阻尼振動系統(tǒng)的阻尼系數(shù)為c，質(zhì)量為m，彈簧勁度系數(shù)為k。求系統(tǒng)的固有頻率和阻尼比。

答案：

系統(tǒng)的固有頻率ω?可以用公式ω?=√(k/m)計(jì)算。

阻尼比ζ可以用公式ζ=c/(2√(km))計(jì)算。

3.例題：

一個質(zhì)量為m的物體在水平面上做受迫振動，受迫振動的頻率為f?，阻尼系數(shù)為c，彈簧勁度系數(shù)為k。求系統(tǒng)的共振頻率和共振時的振幅。

答案：

系統(tǒng)的共振頻率f_r可以用公式f_r=ω?/2π計(jì)算，其中ω?為固有頻率，ω?=√(k/m)。

共振時的振幅A_r可以用公式A_r=F/(mω?2)計(jì)算，其中F為驅(qū)動力，F(xiàn)=cω?2m。

4.例題：

一個阻尼振動系統(tǒng)的阻尼系數(shù)為c，質(zhì)量為m，彈簧勁度系數(shù)為k。求系統(tǒng)從最大振幅衰減到1/e所需的時間。

答案：

系統(tǒng)從最大振幅衰減到1/e所需的時間τ可以用公式τ=ln(e)/(-ζω?)計(jì)算，其中ζ為阻尼比，ζ=c/(2√(km))。

5.例題：

一個質(zhì)量為m的物體在水平面上做簡諧振動，振幅為A，周期為T。求物體在位移為x時的速度和加速度。

答案：

物體在位移為x時的速度v可以用公式v=-(ωA2)x/T計(jì)算。

物體在位移為x時的加速度a可以用公式a=-ω2x計(jì)算。

-在簡諧振動中，速度和加速度與位移的關(guān)系是周期性的，即它們是位移的函數(shù)，且具有負(fù)號，表示方向相反。

-阻尼振動中，阻尼系數(shù)決定了振動的衰減速度，阻尼比是阻尼系數(shù)與固有頻率的比值。

-受迫振動中，共振頻率是系統(tǒng)達(dá)到最大振幅的頻率，共振時的振幅與驅(qū)動力和系統(tǒng)的固有特性有關(guān)。

-在阻尼振動中，從最大振幅衰減到1/e所需的時間是一個重要的參數(shù)，它反映了振動的衰減速度。板書設(shè)計(jì)①簡諧振動

-簡諧振動定義

-振動方程：x(t)=A*cos(ωt+φ)

-振幅A、角頻率ω、初相位φ

-速度v(t)=-Aωsin(ωt+φ)

-加速度a(t)=-Aω2co