2024-2025學(xué)年高中物理 第十一章 機(jī)械振動(dòng) 5 外力作用下的振動(dòng)教案 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(dòng)5外力作用下的振動(dòng)教案新人教版選修3-4授課內(nèi)容授課時(shí)數(shù)授課班級(jí)授課人數(shù)授課地點(diǎn)授課時(shí)間教學(xué)內(nèi)容分析本節(jié)課的主要教學(xué)內(nèi)容是高中物理新人教版選修3-4的第十一章“機(jī)械振動(dòng)”中的第5節(jié)“外力作用下的振動(dòng)”。教學(xué)內(nèi)容圍繞外力對(duì)振動(dòng)系統(tǒng)的影響，包括受迫振動(dòng)的概念、共振現(xiàn)象以及阻尼對(duì)振動(dòng)的影響等。本節(jié)內(nèi)容與學(xué)生在之前學(xué)習(xí)的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)、振動(dòng)能量等知識(shí)緊密相關(guān)，特別是對(duì)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)方程的數(shù)學(xué)表達(dá)及物理意義的理解。

教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生已有知識(shí)的聯(lián)系在于，學(xué)生掌握了簡(jiǎn)諧振動(dòng)的知識(shí)基礎(chǔ)，理解了固有周期和頻率的概念。在此基礎(chǔ)上，本節(jié)課將引導(dǎo)學(xué)生探索外力作用下振動(dòng)系統(tǒng)的行為，例如外力如何影響振動(dòng)的幅度和頻率，以及當(dāng)外力頻率與系統(tǒng)固有頻率相同時(shí)的共振現(xiàn)象。這些內(nèi)容不僅鞏固了學(xué)生對(duì)振動(dòng)的認(rèn)識(shí)，也為理解實(shí)際物理現(xiàn)象如樂(lè)器發(fā)聲、橋梁崩塌等提供了理論基礎(chǔ)。核心素養(yǎng)目標(biāo)本節(jié)課的核心素養(yǎng)目標(biāo)旨在培養(yǎng)學(xué)生的物理觀念、科學(xué)思維和科學(xué)探究能力。通過(guò)學(xué)習(xí)外力作用下的振動(dòng)，學(xué)生能夠形成以下核心素養(yǎng)：

1.物理觀念：理解受迫振動(dòng)的物理本質(zhì)，建立外力與振動(dòng)系統(tǒng)相互作用的觀念，認(rèn)識(shí)到物理現(xiàn)象背后的規(guī)律性。

2.科學(xué)思維：培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用物理知識(shí)分析問(wèn)題的能力，學(xué)會(huì)運(yùn)用數(shù)學(xué)工具描述振動(dòng)現(xiàn)象，提高對(duì)抽象物理概念的理解。

3.科學(xué)探究能力：通過(guò)實(shí)驗(yàn)和案例分析，引導(dǎo)學(xué)生探究外力對(duì)振動(dòng)系統(tǒng)的影響，培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、觀察現(xiàn)象、分析數(shù)據(jù)的能力。

這些核心素養(yǎng)目標(biāo)與新教材的要求相符，有助于學(xué)生深入理解物理知識(shí)，提高解決實(shí)際問(wèn)題的能力。教學(xué)難點(diǎn)與重點(diǎn)1.教學(xué)重點(diǎn)：

-受迫振動(dòng)的概念及其與固有振動(dòng)的區(qū)別。

-外力頻率與振動(dòng)系統(tǒng)固有頻率的關(guān)系，以及由此產(chǎn)生的共振現(xiàn)象。

-阻尼對(duì)振動(dòng)系統(tǒng)的影響，包括振幅的衰減和振動(dòng)頻率的變化。

-利用數(shù)學(xué)工具描述受迫振動(dòng)和共振現(xiàn)象的物理方程。

2.教學(xué)難點(diǎn)：

-理解受迫振動(dòng)中外力與系統(tǒng)固有頻率的相互作用機(jī)制，特別是當(dāng)外力頻率接近系統(tǒng)固有頻率時(shí)，振動(dòng)幅度的顯著增加。

-掌握共振現(xiàn)象的物理本質(zhì)，以及如何在實(shí)際應(yīng)用中利用和避免共振。

-學(xué)生在數(shù)學(xué)表達(dá)式的推導(dǎo)和應(yīng)用方面可能遇到的困難，如如何從物理角度理解阻尼對(duì)振動(dòng)方程的影響。

-設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)，如何選擇合適的參數(shù)來(lái)觀察受迫振動(dòng)和共振現(xiàn)象，以及如何準(zhǔn)確測(cè)量和分析數(shù)據(jù)。教學(xué)資源準(zhǔn)備1.教材：確保每位學(xué)生都備有新人教版選修3-4物理教材，以便于學(xué)生預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)本節(jié)課內(nèi)容。

2.輔助材料：準(zhǔn)備與外力作用下振動(dòng)相關(guān)的圖片、動(dòng)畫(huà)、視頻等資源，直觀展示受迫振動(dòng)和共振現(xiàn)象，幫助學(xué)生形象理解。

3.實(shí)驗(yàn)器材：準(zhǔn)備示波器、振動(dòng)傳感器、音響、彈簧振子等實(shí)驗(yàn)器材，進(jìn)行受迫振動(dòng)和共振實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生親身體驗(yàn)物理現(xiàn)象。

4.教室布置：將教室分為理論講解區(qū)和實(shí)驗(yàn)操作區(qū)，便于學(xué)生分組討論和進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，同時(shí)保證教學(xué)秩序和安全性。教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)1.導(dǎo)入環(huán)節(jié)（5分鐘）

創(chuàng)設(shè)情境：通過(guò)播放一段橋梁在風(fēng)中振動(dòng)的視頻，引導(dǎo)學(xué)生思考橋梁振動(dòng)的原因及其可能帶來(lái)的影響。提出問(wèn)題：“橋梁為什么會(huì)振動(dòng)？”“風(fēng)對(duì)橋梁振動(dòng)有何影響？”

目的：激發(fā)學(xué)生對(duì)振動(dòng)現(xiàn)象的興趣，為新課的學(xué)習(xí)做好鋪墊。

2.講授新課（15分鐘）

（1）受迫振動(dòng)的概念及特點(diǎn)（5分鐘）

利用板書(shū)和多媒體展示，講解受迫振動(dòng)的定義，對(duì)比固有振動(dòng)，突出受迫振動(dòng)的特點(diǎn)。

（2）外力頻率與振動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)系（5分鐘）

通過(guò)動(dòng)畫(huà)和數(shù)學(xué)表達(dá)式，闡述外力頻率與振動(dòng)系統(tǒng)固有頻率之間的關(guān)系，引入共振現(xiàn)象的概念。

（3）阻尼對(duì)振動(dòng)的影響（5分鐘）

結(jié)合實(shí)際案例，講解阻尼對(duì)振動(dòng)幅度和振動(dòng)頻率的影響，推導(dǎo)出相關(guān)物理方程。

3.鞏固練習(xí)（10分鐘）

設(shè)計(jì)練習(xí)題，讓學(xué)生計(jì)算受迫振動(dòng)的振幅，分析不同外力頻率下的振動(dòng)情況。同時(shí)，組織學(xué)生進(jìn)行小組討論，分享解題思路，提高學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和應(yīng)用能力。

4.課堂提問(wèn)（5分鐘）

針對(duì)本節(jié)課的重點(diǎn)內(nèi)容，提出問(wèn)題，檢查學(xué)生對(duì)受迫振動(dòng)、共振現(xiàn)象和阻尼影響的理解程度。通過(guò)提問(wèn)，引導(dǎo)學(xué)生深入思考，促進(jìn)師生互動(dòng)。

5.實(shí)驗(yàn)操作（10分鐘）

將學(xué)生分為若干小組，進(jìn)行受迫振動(dòng)和共振實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，引導(dǎo)學(xué)生觀察現(xiàn)象，測(cè)量數(shù)據(jù)，并分析結(jié)果。

6.創(chuàng)新教學(xué)（5分鐘）

結(jié)合生活實(shí)例，讓學(xué)生思考如何利用受迫振動(dòng)和共振現(xiàn)象為人類服務(wù)，如音樂(lè)器材的調(diào)音、減震裝置的設(shè)計(jì)等。

7.解決問(wèn)題及核心素養(yǎng)能力拓展（5分鐘）

以實(shí)際問(wèn)題為背景，讓學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析問(wèn)題，提出解決方案，培養(yǎng)物理觀念、科學(xué)思維和科學(xué)探究能力。

8.總結(jié)與反饋（5分鐘）

對(duì)本節(jié)課的重點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)，強(qiáng)調(diào)受迫振動(dòng)、共振現(xiàn)象和阻尼影響的核心知識(shí)點(diǎn)。同時(shí)，收集學(xué)生的反饋意見(jiàn)，為后續(xù)教學(xué)提供參考。

總計(jì)用時(shí)：45分鐘

教學(xué)過(guò)程緊扣實(shí)際學(xué)情，注重師生互動(dòng)，通過(guò)創(chuàng)新教學(xué)方法和拓展核心素養(yǎng)能力，幫助學(xué)生理解和掌握本節(jié)課的重難點(diǎn)知識(shí)。同時(shí)，注重學(xué)生的實(shí)踐操作，提高學(xué)生的動(dòng)手能力和問(wèn)題解決能力。知識(shí)點(diǎn)梳理1.受迫振動(dòng)的概念

-受迫振動(dòng)定義：在外力作用下，振動(dòng)系統(tǒng)的振動(dòng)。

-受迫振動(dòng)特點(diǎn)：振動(dòng)頻率受外力頻率影響，與系統(tǒng)固有頻率無(wú)關(guān)。

2.外力頻率與振動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)系

-當(dāng)外力頻率與系統(tǒng)固有頻率相等時(shí)，發(fā)生共振現(xiàn)象，振動(dòng)幅度達(dá)到最大。

-外力頻率與固有頻率的接近程度，影響受迫振動(dòng)的幅度。

3.共振現(xiàn)象

-共振定義：外力頻率與系統(tǒng)固有頻率相等，振動(dòng)幅度顯著增加的現(xiàn)象。

-共振在實(shí)際應(yīng)用中的作用和影響，如樂(lè)器的調(diào)音、橋梁的振動(dòng)等。

4.阻尼對(duì)振動(dòng)的影響

-阻尼定義：振動(dòng)系統(tǒng)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，由于內(nèi)部或外部原因?qū)е碌哪芰繐p失。

-阻尼對(duì)振動(dòng)幅度和頻率的影響：振幅隨時(shí)間逐漸減小，振動(dòng)頻率可能發(fā)生變化。

5.數(shù)學(xué)表達(dá)式的推導(dǎo)

-受迫振動(dòng)的數(shù)學(xué)模型：二階線性非齊次微分方程的解。

-共振條件下的振動(dòng)方程：簡(jiǎn)化為特定形式，便于分析和計(jì)算。

6.實(shí)驗(yàn)操作

-受迫振動(dòng)實(shí)驗(yàn)：觀察外力頻率對(duì)振動(dòng)系統(tǒng)的影響。

-共振實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證外力頻率與固有頻率相等時(shí)，振動(dòng)幅度最大。

7.生活實(shí)例分析

-橋梁振動(dòng)：受風(fēng)等外力作用，可能產(chǎn)生共振，導(dǎo)致橋梁破壞。

-音樂(lè)器材：利用共振現(xiàn)象，調(diào)整音色和音量。

8.核心素養(yǎng)能力培養(yǎng)

-物理觀念：理解受迫振動(dòng)、共振現(xiàn)象和阻尼影響的物理本質(zhì)。

-科學(xué)思維：運(yùn)用物理知識(shí)分析問(wèn)題，推導(dǎo)數(shù)學(xué)表達(dá)式，解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

-科學(xué)探究能力：設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，觀察現(xiàn)象，分析數(shù)據(jù)，提出解決方案。

本部分知識(shí)點(diǎn)梳理涵蓋了教材中關(guān)于外力作用下振動(dòng)的核心內(nèi)容，旨在幫助學(xué)生全面掌握受迫振動(dòng)、共振現(xiàn)象和阻尼影響的理論知識(shí)，為實(shí)際應(yīng)用和問(wèn)題解決奠定基礎(chǔ)。板書(shū)設(shè)計(jì)①重點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)：

-受迫振動(dòng)：外力作用下的振動(dòng)，頻率受外力影響。

-共振現(xiàn)象：外力頻率與固有頻率相等，振幅最大。

-阻尼：能量損失，影響振幅和頻率。

-數(shù)學(xué)方程：二階線性非齊次微分方程描述受迫振動(dòng)。

②關(guān)鍵詞：

-頻率

-振幅

-共振

-阻尼

-數(shù)學(xué)模型

③藝術(shù)性和趣味性：

-使用不同顏色粉筆，突出重點(diǎn)，如受迫振動(dòng)的數(shù)學(xué)模型用紅色標(biāo)出。

-利用圖像和符號(hào)，如共振現(xiàn)象用“∞”表示振幅無(wú)限大。

-設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)圖示，展示外力頻率變化對(duì)振幅的影響。

-結(jié)合生活實(shí)例，如畫(huà)出橋梁和風(fēng)向的簡(jiǎn)圖，形象說(shuō)明風(fēng)對(duì)橋梁振動(dòng)的影響。

板書(shū)設(shè)計(jì)注重條理性和直觀性，通過(guò)有序的排列和鮮明的色彩對(duì)比，幫助學(xué)生快速理解和記憶課程核心內(nèi)容。同時(shí)，藝術(shù)性和趣味性的融入，能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)課堂的互動(dòng)性和趣味性。教學(xué)反思與改進(jìn)在完成本節(jié)課的教學(xué)后，我進(jìn)行了深入的反思，思考以下幾個(gè)方面的教學(xué)效果和需要改進(jìn)的地方。

1.教學(xué)內(nèi)容的傳遞：

本節(jié)課我盡力將受迫振動(dòng)、共振現(xiàn)象和阻尼影響的概念及數(shù)學(xué)表達(dá)式清晰地呈現(xiàn)給學(xué)生。但從學(xué)生的反饋來(lái)看，部分學(xué)生對(duì)這些知識(shí)點(diǎn)仍存在理解上的困難。我意識(shí)到在講解過(guò)程中，可能需要更多地結(jié)合生活實(shí)例和圖像，以幫助學(xué)生形象地理解和記憶。

改進(jìn)措施：在未來(lái)的教學(xué)中，我將增加與生活實(shí)際相結(jié)合的案例，使用更多的動(dòng)畫(huà)和實(shí)物模型，讓學(xué)生更直觀地感受振動(dòng)現(xiàn)象。

2.課堂互動(dòng)：

雖然我在課堂上設(shè)計(jì)了提問(wèn)和討論環(huán)節(jié)，但仍有部分學(xué)生參與度不高。為了提高學(xué)生的積極性，我需要?jiǎng)?chuàng)造更多機(jī)會(huì)讓學(xué)生主動(dòng)表達(dá)自己的觀點(diǎn)。

改進(jìn)措施：我將嘗試采用小組合作學(xué)習(xí)的方式，鼓勵(lì)學(xué)生相互交流，提高課堂氛圍。同時(shí)，設(shè)置更具啟發(fā)性的問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生深入思考。

3.實(shí)驗(yàn)教學(xué)：

本節(jié)課的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，學(xué)生操作過(guò)程中出現(xiàn)了一些問(wèn)題，如操作不規(guī)范、數(shù)據(jù)處理不準(zhǔn)確等。為了提高實(shí)驗(yàn)效果，我需要加強(qiáng)對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作的指導(dǎo)和訓(xùn)練。

改進(jìn)措施：在實(shí)驗(yàn)前，我將對(duì)