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(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)
�。ㄒ唬┙虒W(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)化情況；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)。
（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
�。ㄈ┙虒W(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。
�。ㄋ模┙虒W(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。
�。ㄎ澹┙虒W(xué)過程
1、探究阻尼振動(dòng)
�、盘岢鰡栴}，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？
�、浦贫ǚ桨�，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。
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。
�、扔杀砑袄�，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。
�、蓺w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。
2、探究受迫振動(dòng)
�、盘岢鰡栴}
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
�、偕顚�(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11.5-2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。
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(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
�、盘岢鰡栴}
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
LDLA=LBLC。讓A擺振動(dòng)觀察B、C、D的振幅情況。
�、怯^察現(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(jié)論
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
�、盘岢鰡栴}
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。
�、墙鉀Q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（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（學(xué)生自學(xué)）
三、教學(xué)反思
普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)的課程理念是注重學(xué)生的自主學(xué)習(xí)，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，分析解決問題的能力和交流與合作的能力。教學(xué)過程是體現(xiàn)課程理念，實(shí)現(xiàn)課程目標(biāo)的一種創(chuàng)造過程。要搞好新課程理念下的教學(xué)，教師必須轉(zhuǎn)變教學(xué)理念，既要重視教師在教學(xué)中“導(dǎo)”的作用，更要發(fā)揮學(xué)生在學(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，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(jī)會(huì)；教師可以對(duì)一些探究的物理問題創(chuàng)設(shè)一定的情境，讓學(xué)生再去設(shè)計(jì)、觀察、體驗(yàn)、總結(jié)和思考。要對(duì)學(xué)生的探究成果進(jìn)行客觀公正地評(píng)價(jià)，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)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)開放，讓教師由知識(shí)的講授者轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)習(xí)過程的引導(dǎo)者，讓學(xué)生由被動(dòng)學(xué)習(xí)的接受者轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)的探究者，讓課堂由教師的表演舞臺(tái)轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生的學(xué)習(xí)樂園，讓學(xué)生經(jīng)歷知識(shí)的獲取過程，達(dá)到“授之以漁”的目的，以培養(yǎng)出適用現(xiàn)代社會(huì)的新型人才。
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