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5外力作用下的振動教案新人教版選修3-4授課內(nèi)容授課時數(shù)授課班級授課人數(shù)授課地點(diǎn)授課時間教學(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”中的第5節(jié)“外力作用下的振動”。教學(xué)內(nèi)容圍繞外力對振動系統(tǒng)的影響，包括受迫振動的概念、共振現(xiàn)象以及阻尼對振動的影響等。本節(jié)內(nèi)容與學(xué)生在之前學(xué)習(xí)的簡諧運(yùn)動、振動能量等知識緊密相關(guān)，特別是對簡諧運(yùn)動方程的數(shù)學(xué)表達(dá)及物理意義的理解。

教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生已有知識的聯(lián)系在于，學(xué)生掌握了簡諧振動的知識基礎(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系統(tǒng)的行為，例如外力如何影響振動的幅度和頻率，以及當(dāng)外力頻率與系統(tǒng)固有頻率相同時的共振現(xiàn)象。這些內(nèi)容不僅鞏固了學(xué)生對振動的認(rèn)識，也為理解實際物理現(xiàn)象如樂器發(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。通過學(xué)習(xí)外力作用下的振動，學(xué)生能夠形成以下核心素養(yǎng)：

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

2.科學(xué)思維：培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用物理知識分析問題的能力，學(xué)會運(yùn)用數(shù)學(xué)工具描述振動現(xiàn)象，提高對抽象物理概念的理解。

3.科學(xué)探究能力：通過實驗和案例分析，引導(dǎo)學(xué)生探究外力對振動系統(tǒng)的影響，培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計實驗、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，提高解決實際問題的能力。教學(xué)難點(diǎn)與重點(diǎn)1.教學(xué)重點(diǎn)：

-受迫振動的概念及其與固有振動的區(qū)別。

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

-阻尼對振動系統(tǒng)的影響，包括振幅的衰減和振動頻率的變化。

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

2.教學(xué)難點(diǎn)：

-理解受迫振動中外力與系統(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，振動幅度的顯著增加。

-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振動方程的影響。

-設(shè)計實驗時，如何選擇合適的參數(shù)來觀察受迫振動和共振現(xiàn)象，以及如何準(zhǔn)確測量和分析數(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相關(guān)的圖片、動畫、視頻等資源，直觀展示受迫振動和共振現(xiàn)象，幫助學(xué)生形象理解。

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

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

創(chuàng)設(shè)情境：通過播放一段橋梁在風(fēng)中振動的視頻，引導(dǎo)學(xué)生思考橋梁振動的原因及其可能帶來的影響。提出問題：“橋梁為什么會振動？”“風(fēng)對橋梁振動有何影響？”

目的：激發(fā)學(xué)生對振動現(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）受迫振動的概念及特點(diǎn)（5分鐘）

利用板書和多媒體展示，講解受迫振動的定義，對比固有振動，突出受迫振動的特點(diǎn)。

（2）外力頻率與振動系統(tǒng)的關(guān)系（5分鐘）

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

（3）阻尼對振動的影響（5分鐘）

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

3.鞏固練習(xí)（10分鐘）

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

4.課堂提問（5分鐘）

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

5.實驗操作（10分鐘）

將學(xué)生分為若干小組，進(jìn)行受迫振動和共振實驗。實驗過程中，引導(dǎo)學(xué)生觀察現(xiàn)象，測量數(shù)據(jù)，并分析結(jié)果。

6.創(chuàng)新教學(xué)（5分鐘）

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

7.解決問題及核心素養(yǎng)能力拓展（5分鐘）

以實際問題為背景，讓學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識分析問題，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、共振現(xiàn)象和阻尼影響的核心知識點(diǎn)。同時，收集學(xué)生的反饋意見，為后續(xù)教學(xué)提供參考。

總計用時：45分鐘

教學(xué)過程緊扣實際學(xué)情，注重師生互動，通過創(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。同時，注重學(xué)生的實踐操作，提高學(xué)生的動手能力和問題解決能力。知識點(diǎn)梳理1.受迫振動的概念

-受迫振動定義：在外力作用下，振動系統(tǒng)的振動。

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

2.外力頻率與振動系統(tǒng)的關(guān)系

-當(dāng)外力頻率與系統(tǒng)固有頻率相等時，發(fā)生共振現(xiàn)象，振動幅度達(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，振動幅度顯著增加的現(xiàn)象。

-共振在實際應(yīng)用中的作用和影響，如樂器的調(diào)音、橋梁的振動等。

4.阻尼對振動的影響

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

-阻尼對振動幅度和頻率的影響：振幅隨時間逐漸減小，振動頻率可能發(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。

-共振條件下的振動方程：簡化為特定形式，便于分析和計算。

6.實驗操作

-受迫振動實驗：觀察外力頻率對振動系統(tǒng)的影響。

-共振實驗：驗證外力頻率與固有頻率相等時，振動幅度最大。

7.生活實例分析

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

-音樂器材：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、共振現(xiàn)象和阻尼影響的物理本質(zhì)。

-科學(xué)思維：運(yùn)用物理知識分析問題，推導(dǎo)數(shù)學(xué)表達(dá)式，解釋實驗現(xiàn)象。

-科學(xué)探究能力：設(shè)計實驗，觀察現(xiàn)象，分析數(shù)據(jù)，提出解決方案。

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

-受迫振動：外力作用下的振動，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。

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)，如受迫振動的數(shù)學(xué)模型用紅色標(biāo)出。

-利用圖像和符號，如共振現(xiàn)象用“∞”表示振幅無限大。

-設(shè)計動態(tài)圖示，展示外力頻率變化對振幅的影響。

-結(jié)合生活實例，如畫出橋梁和風(fēng)向的簡圖，形象說明風(fēng)對橋梁振動的影響。

板書設(shè)計注重條理性和直觀性，通過有序的排列和鮮明的色彩對比，幫助學(xué)生快速理解和記憶課程核心內(nèi)容。同時，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、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)生的反饋來看，部分學(xué)生對這些知識點(diǎn)仍存在理解上的困難。我意識到在講解過程中，可能需要更多地結(jié)合生活實例和圖像，以幫助學(xué)生形象地理解和記憶。

改進(jìn)措施：在未來的教學(xué)中，我將增加與生活實際相結(jié)合的案例，使用更多的動畫和實物模型，讓學(xué)生更直觀地感受振動現(xiàn)象。

2.課堂互動：

雖然我在課堂上設(shè)計了提問和討論環(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，我需要創(chuàng)造更多機(jī)會讓學(xué)生主動表達(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，鼓勵學(xué)生相互交流，提高課堂氛圍。同時，設(shè)置更具啟發(fā)性的問題，引導(dǎo)學(xué)生深入思考。

3.實驗教學(xué)：

本節(jié)課的實驗環(huán)節(jié)，學(xué)生操作過程中出現(xiàn)了一些問題，如操作不規(guī)范、數(shù)據(jù)處理不準(zhǔn)確等。為了提高實驗效果，我需要加強(qiáng)對學(xué)生實驗操作的指導(dǎo)和訓(xùn)練。

改進(jìn)措施：在實驗前，我將對