高中物理_受迫振动 共振教学设计学情分析教材分析课后反思

人民教育出版社2019高中物理选择性必修1第二章第6节受迫振动共振教学设计【课型】受迫振动共振【教学对象】高中二年级学生【课时】1课时【学习目标】（一）物理观念知道什么是阻尼振动和受迫振动，会用能量观点分析阻尼振动的振幅变化和受迫振动的共振现象。（二）科学思维通过实验认识固有频率、驱动力频率与振动频率之间的区别和联系，了解产生共振的条件（三）科学探究认识共振是受迫振动的一种特殊情况，能够解释共振的应用和防止的实例。（四）科学态度与责任通过探究实验培养培养学生的科学探究的兴趣，通过度析自然现象背后的奇妙规律，培养学生学以致用的能力。【教学重点】共振的产生条件，共振应用和防止的实例【教学难点】固有频率、驱动力频率与振动频率之间的区别和联系【教学策略设计】（一）教学方法（1）实验法本节课的内容是以培养学生观察和思考的学习习惯为设计意图，故实验教学法贯穿在本课教学的始末。(2) 任务驱动法通过创设具体任务情景，引导学生积极思考，主动探究，了解概念建立的思维过程，把握思考相关问题的思路。(3) 讲授法本节课主要利用讲授的方法，阐述实验现象，强调实验结论，以达到突出重难点目的。通过讲授，从能量、受力、运动状态等方面对各种振动进行阐述和分析。(二)学法指导学法指导上切合培养目标，要求学生要敢于动手，善于观察，勤于思考，培养良好的学习习惯。通过动手进行实验，思考并分析实验现象以得出结论，发挥学生在课堂上的主体作用在分析的过程中要求学生，回顾简谐运动的相关知识,并将新旧知识联系起来，从旧知识中总结新知识。在学习受迫振动和共振的相关知识时，引导学生使用分析振动的相关方法，对这两种振动现象进行分析。通过向学生表现生活中的各种振动现象，引导学生将学习到物理知识与实际紧密的联系起来。【教学用具】希沃一体机、龙洗盆、弹簧钩码振动系统、音叉两个、铁架台、受迫振动演示器、共振演示器【教学过程设计】教学环节和教学内容教师活动学生活动设计意图【创设情境，引入新课】演示龙洗盆观察、动手利用古代的“洗”是古代盥洗用的脸盆，多用青铜铸成，现溅起水花的操作“洗”，使学生代亦有很多仿制的工艺品。倒些清水在其中，用操作过程，介对有趣的现象产手掌慢慢摩擦盆耳，盆就会发出嗡嗡声，到一定绍其中的操生好奇，激发学节奏时会溅起层层水花，这是为什么？作技巧生的学习兴趣。【新课学习】演示竖直弹思考、回答让学生从实际出一、弹簧中的能量损失1.通过对弹簧振子和单摆的研究，总结出什么是“固有振动”、“固有频率”。黄振子的自由振动演示弹簧振观察现象，发，认识什么是固有振动和固有频率通过观察弹簧振2.简谐运动是理想化的振动，而实际的振动是怎子和音叉的子的阻尼振动，样的？观察实际的振动现象，画出阻尼振动的阻尼振动出图像，知识阻尼振动的指导学生画总结阻尼现象、概念和振x-t图像，总结阻尼振动的特点。出阻尼振动动图像X的x-t振动的特点。阻尼振动图象展示弹簧振学生比较容易理3.总结振动系统能量衰减的两种方式，并举例说子的阻尼振从祭圳豕，阐读课本，解第一种摩擦阻动和两个音力造成的衰减方明。叉的共鸣现总績回合式，第二种辐射/合象引导学生损失能量，学生他伽fl11总结出两种不容易理解。通衰减方式。过音叉实验，把AAAA抽象难懂的知识变成形象直观的检测评估1.如图所示是一现象个弹簧振子做阻尼振动的振动图像，曲线上A、B两点出示题目解答，展示通过具体题目，的连线与横轴平行，下列说。UVu顷；检测学生第一部法正确的是（）合条分内容的掌握情A.振子在A点的动能等于在B点的动能况B.振子在A点的势能等于在B点的势能C.振子在A点的机械能等于在B点的机械能D.振子在A点的机械能大于在B点的机械能二、受迫振动通过举学生熟悉1.通过具体的实例，总结出：用周期性的外力作提问阻尼振驮承土?出IH1农iniBffi的荡秋千的例用于振动系统，通过外力对系统做正功，补偿系动最终要停貪|口J勉子，让学生从受统机械能的损耗，使系统持续地振动下去下来，怎样才力和能量两方面能产生持续总结出怎样才能的振动呢？做受迫振动2.提炼总结驱动力、受迫振动的定义。结合概提问摩擦“龙结合实例来分念分析龙洗盆和电磁打点计时器的受迫运动。洗盆”，是谁心丐，凶貪析，帮助学生更提供了驱动好地理解受迫振力，谁在做受动的概念3. 列举生活中受迫振动的例子4. 通过实验探究：系统做受迫振动时是以自己的固有频率振动？还是以驱动力的频率振动？还是都不是。检测评估2.如图所示的装置，弹簧振子的固有频率是4Hz.现匀速转动把手，给弹簧振子以周期性的驱动力，测得弹簧振子振动达到稳定时的频率为1Hz,则把手转动的频率为.A. 1HzB. 3HzC. 4HzD. 5Hz三、共振现象及其应用1.实验探究：受迫振动的振幅与固有频率的关系(1)分组实验：感受竖直弹簧振子做受迫振动时，不同驱动力频率下振幅的大小2.总结什么是共振现象，共振产生的条件。画出受迫振动振幅与驱动力频率的关系图像迫振动？引导、提示演示“研究受迫振动频率”的实验出示题目提示：1. 先让钩码自由振动，记录固有频率2. 手给振动系统施加不同频率的驱动力，观察什么时候振幅最大提示：根据单摆周期公式可知，摆长不同，固有频率不同，摆长相同，固有频率相同引导讲解播放声音碎杯的的视频举例回答观察实验现象，得出结论解答，展示答案实验操作,得出结论观察实验,得出结论归纳总结观察、解释现象理论与实际相结合通过实验得出受迫振动的频率等于驱动力的频率，与固有频率无关通过具体题目，进一步带助学生掌握迫振动的频率等于驱动力的频率通过实验，让学生感受到并不是驱动力的频率越大，受迫振动的振幅越大，而与固有频率有关通过演示实验不但能更清晰的看到驱动力频率和固有频率相同时振幅最大，而且还能够得出两者相差越大，振幅越小。通过有趣的视频，指导学生用学到的理论知识3.利用共振知识解释相关现象4.列举生活中共振应用和防止的实例检测评估3.把一个筛子用四根弹簧支起来，筛子上安一个电动偏心轮，它每转一周，给筛子一个驱动力，这样就做成了一个共振筛，如图所示。筛子自由振动时，完成10次全振动用时15s;在某电压下，电动偏心轮的转速是36r/mino己知増大电压可使偏心轮转速提高；增加筛子质量，能够增大筛子的固有周期。(1) 为了筛子更好的工作，我们希望它的振幅增大,能够利用共振现象。若增大受迫振动的振幅,可釆取两种方法使之发生共振，请描述共振发生的条件：。(2) 要使筛子的振幅增大，做法正确的是A.提高输入电压B.降低输入电压C.增加筛子质量D.减小筛子质量5.观看共振防止和利用的视频短频重点讲解两个共振应用的实例：共振破碎机和转速计的列举实例解释实际现象通过共振应用和防止的实例，学习在生活中如何做到趋利避害指导学生完先独立完题目中的“共振成检测评估成，然后小筛”也是共振的题，对学生的组讨论，最实际应用，让学讲解作评价后由一名生真正的学会理学生做为论结合实际，学小老师，给会学以致用大家做讲解通过观看视频，让学生认识到共振能造成危害，也能服务我们的生播放视频，总观看视频，活，人类要用结提升思考视频自己的智慧使告诉我们生活过得更加的道理美好。【课后作业】1. 我国古代有很多巧妙利用共振现象的记录，例如在墨子中记载：令陶者为罂，容四十斗以上，固帳之薄革，置井中，使聪耳者伏罂而听之，审知穴之所在，凿穴而迎之。”请查询相关内容，谈谈你对此段话的理解.2. 上海中心大厦高632米，上面安装有正达1000吨的风阻尼器，请查阅相关资料，了解它的作用及工作原理。3. 反思评价1.通过这节课学会了什么知识？2.在学习过程中使用了什么方法？3.在学习探究中遇到了什么困难？你又是如何解决的？受迫振动共振学情分析一、学生的知识基础学生通过前面的学习，对机械振动有了一定的了解。能理解简谐运动的特征，知道研究机械振动的相关方法，能从能量、动力学、运动学的角度对各种振动进行阐述与分析。二、学生的兴趣特点1.高中生具有更强的操作兴趣。在认识受迫振动现象和共振产生的条件时，让学生动手进行实验，能培养学生的动手和观察能力,有助于学生学习兴趣的提高。2.高中生具有因果认识兴趣。在课堂引入部分，利用“不敲自鸣”的故事设下悬念，激发学生的因果认识兴趣，达到增强学生求知欲的目的。三、学生的认知困难通过前面的学习学生对机械振动有了一定的了解，但对于固有频率的概念感到陌生。固有频率的概念比较抽象，书上也没有给岀明确的定义，故学生在理解共振产生的条件（驱动频率等于固有频率）时会遇到一定的困难。在学习受迫振动的特征时，特征的定性关系是明显的，但要得到受迫振动频率等于驱动频率的定量关系就有一定的难度。学生难以通过生活经验得出定量的结论。受迫振动共振效果分析一、利用实验，加深现象认识本节课，在研究“驱动频率与受迫振动频率有关”的问题时，不但限于只让学生猜想，还使用了电动机驱动弹簧振动系统做受迫振动的实验，让学生有更直观的认识。在探究“共振产生条件时”设计学生分组实验和演示实验两个实验过程，让学生能深入的探究出“驱动频率与受迫振动频率相等时振幅最大“这个共振现象，达到突破难点的效果。二、大量的情境引导，增加感性认识本节课在素材选取方面涉及面广。首先选取了古代的“龙洗盆”，以摩擦盆耳飞溅水花的现象作为引入，立刻激发了学生的探究热情，也为后边”受迫振动“的学习埋下了伏笔；利用了音叉、弹簧振子等实物演示，让学生对所学知识有更直观的认识，降低了学习的难度，在例子选取上，从古到今，从传统实验到现代实验，从有趣的现象到技术的应用，都表现在了课堂当中，使学生能在课堂上获得更多的感性认识。三、从生活到物理，从物理到生活让物理知识真的能够学以致用受迫振动和共振是生活中常见的现象，在学习受迫的相关知识时,本课是从“荡秋千”的生活例子出发，再从例子中发现规律，认识什么是受迫振动和驱动力。在学习共振现象和应用时，先让学生利用实验探究共振产生的条件，最后回归到生活应用当中。此设计遵循了从生活到物理，从物理到生活的教学思路，让学生将课堂的物理知识与生活紧密的联系。受迫振动共振教材分析阻尼振动与受迫振动是外力作用下的振动，为了与之区别，本节首先阐述真正系统没有受到外力作用时的固有振动，此时的频率称为固有频率，然后从振动图像和能量的角度分析阻尼振动，再介绍受迫振动以及共振现象和共振曲线0教材将阻尼振动、受迫振动、共振三个概念放在一起，目的在于使学生能够很好的通过比较来认识这几种振动。阻尼振动、受迫振动,都属于外力作用下的振动。阻尼振动的外力是阻力，做功将消耗系统的机械能，受迫振动的外力既有阻力又有驱动力，驱动力做的正功将补偿阻力做的负功，振动能够稳定存在。共振是受迫振动的一种特殊情况，此时驱动力的频率等于固有频率，驱动力做正功且明显大于阻力做的负功。系统机械能在不断的增大，导致振幅也明显增大，达到共振，从外力做功和能量转化角度来分析这几种振动是学习本节的基本思路。认识固有频率、驱动力频率与振动频率之间的区别和联系，是认识受迫振动特点的关键，也是认识共振现象的前提。对阻尼震动和受迫震动的认识进一步丰富了学生的运动与相互作用观。本节的难点是认识固有频率，驱动力频率与振动频率之间的区别和联系，以及认识生活中相关现象的振动特点，重点是了解发生共振的条件及用相关知识解释事例。受迫振动共振评测练习一、单选题1. 下列说法与振动有关，其中正确的是（）A. 周期是1秒的单摆叫秒摆B. 摆钟走得快了必须调短摆长，才可能使其走时准确C. 挑水时为了防止水从桶中荡出，能够加快或减慢走路的频率D. 在连续均匀的海浪冲击下，停在海面的小船上下振动，是共振现象2. 如图所示演示装置，一根张紧的水平绳上挂着四个单摆，让C摆摆动，其余各摆也摆动起来，能够发现（）A. B摆振幅最大B. D摆摆动周期最短C. A摆摆动周期最长D. 各摆摆动的周期均与C摆相同3. 脱水机把衣服脱水完后切断电源，电动机还要转动一会儿才能停下来，在这个过程中，发现脱水机在某一时刻振动得很剧烈，然后乂慢慢振动直至停止运转，其中振动很剧烈的原因是（）A. 脱水机没有放平稳B. 电动机在这个时刻转快了C. 电动机在这个时刻的转动频率跟脱水机的固有频率相近或相等D. 是脱水机出现了故障4. 如图所示，在一根张紧的水平绳上挂有5个单摆，其中b摆球质量最大，其余4个摆球质量相等，摆长关系为4爲=心右厶，现将人摆垂直纸面向里拉开一微小角度后释放，经过一段时间后，其余各摆均振动起来并达到稳定时的情况是（）A. 4个单摆的周期TcTdTuTeb. 4个单摆的频率mc. 4个单摆的振幅4=Ad=4=4D.4个单摆中d摆的振幅最小，且445. 如图所示是一个单摆做受迫振动时的共振曲线，表示振幅A与驱动力的频率/的关系,下列说法正确的是（）10u0.250.50.751.0/HzA. 摆长约为10cmB. 摆长约为0.5cmC. 若增大摆长，共振曲线的“峰将向右移动D. 若增大摆长，共振曲线的“峰将向左移动二、多选题6. 正在运转的机器，当其飞轮以角速度例匀速转动时，机器的振动不强烈，切断电源，飞轮的转动逐渐慢下来，在某一小段时间内机器却发生了强烈的振动，此后飞轮转速继续变慢,机器的振动也随之减弱，在机器停下来之后若重新启动机器，使飞轮转动的角速度从0较缓慢地增大到如，在这个过程中A. 机器不一定还会发生强烈的振动B. 机器一定还会发生强烈的振动C. 若机器发生强烈振动，强烈振动可能发生在飞轮角速度为站）时D. 若机器发生强烈振动，强烈振动时飞轮的角速度肯定不为so7. 如图所示为单摆在两次受迫振动中的共振曲线，下列说法正确的是（1210800.20.40.6/HzA. 若两次受迫振动分别在月球上和地球上进行，且摆长相同，则图线I表示月球上单摆的共振曲线B. 若两次受迫振动是在地球上同一地点进行，则两次摆长之比/1：/2=4：25C. 图线II若是在地球上完成的，则该单摆摆长约为ImD. 若摆长约为Im,则图线I是在地球上完成的8. 如图是单摆做阻尼振动的振动图线，说法正确的是（）A.振动过程中周期变小B. 振动过程中周期不变C. 摆球A时刻的势能等于B时刻的势能D, 摆球A时刻的动能等于B时刻的动能参考答案【解析】A.周期是2秒的单摆叫秒摆，故A错误;B. 根据单摆周期公式T=2l-知摆钟走得快了说明周期变小，必须调长摆长，才可能使其走时准确，故B错误；C. 挑水的人因为行走，使扃担和水桶上下振动，当扁担与水桶振动的固有频率等于人迈步的频率时，发生共振，结果水桶中的水溢出。为了防止水从水桶中荡出，能够加快或减慢走路的步频。故C正确：D. 小船受到海浪的冲击上下振动，是受迫振动。故D错误。故选C。2. D【解析】BCD.C摆摆动起来后，通过水平绳子对A、B、D三个摆施加周期性的驱动力，使A、B、D三摆做受迫振动，故A、B、D三摆周期相同，故D正确，BC错误：A.因为A摆的摆长等于C摆的摆长，所以A摆的固有频率等于受迫振动的频率，所以A摆发生共振，振幅最大，故A错误。故选D。3. C【解析】洗衣机脱水桶转动的越来越慢时，做受迫振动的频率在减小，当减小到跟洗衣机的固有频率相等时，发生共振，振动最强烈，然后受迫振动的频率继续减小，远离固有频率，振动又减弱，故选C。4. B【解析】AB.力摆垂直纸面向里拉开一微小角度后释放，使得其他4个单摆都做受迫振动，受迫振动的频率等于驱动力的频率，所以4个单摆频率相同，周期也一样，所以A错误，B正确；CD.当驱动力的频率接近物体的固有频率时，振幅最大，即达到共振.根据=知，d摆长与力摆长相等，则驱动力的周期等于摆的固有周期，发生共振，所以d摆振幅最大，CD错误。故选B。【解析】AB.由共振曲线可知：当驱动力频率六0.5Hz时产生共振现象，则单摆的固有频率六0.5Hz。由单摆的频率公式/=得摆长为：=故AB错误;CD.由单摆的频率公式f=-p-得，当摆长增大时，单摆的固有频率减小，产生2兀-L共振的驱动力频率也减小，共振曲线的“峰向左移动。故D正确，C错误。故选D。6. BD【解析】飞轮在转速逐渐减小的过程中，机器出现强烈的振动，说明发生共振现象，共振现象产生的条件是驱动力频率等于系统的固有频率，故当机器重新启动时，飞轮转速缓慢增大的过程中，一旦达到共振条件，机器一定还会发生强烈的振动.由題意可知，发生强烈共振时，飞轮的角速度一定小于30。故选BDo7. AC【解析】AD.当受迫振动的频率等于单摆的固有频率，将发生共振，振幅最大。若两次受迫振动分别在月球上和地球上进行，因为图线.I单摆的固有频率较小，则固有周期较大，根据单摆的周期公式T=2ttIj可知周期大的重力加速度小，则图线I是月球上单摆的共振曲线，故A正确，D错误;B. 若两次受迫振动均在地球上同一地点进行的，则重力加速度相等，因为固有频率比为2：5,则固有周期比为5：2,根据T=2ttI-知摆长比为25：4,故B错误;C. 图线II若是在地球表面上完成的，则固有频率为0.5Hz,固有周期为T=2s根据7=解得=1m故C正确。故选ACo8. BC【解析】AB.阻尼振动中，单摆的振幅逐渐减小，因为周期与振幅无关，故振动过程中周期不变，A错误，B正确；C. 因AB两时刻的位移相同，故摆球A时刻的势能等于B时刻的势能，C正确：D. 因为振动的能量逐渐减小，故摆球A时刻的动能大于B时刻的动能，D错误。故选BCo受迫振动共振课后反思这是一节有关概念和规律的教学，我从生活中的例子入手，让问题通俗易懂，还尽可能的做一些实验，把出现的问题直观的展示出来，在实验过程中，我努力让每一个实验都放在合适的位置，为了有更好的观察效果，在做“龙洗盆”溅水的演示时，我还实行了实时投影，让每个实验都在它的位置上起到最好的效果。在演示实验时，先向学生介绍实验仪器的构造和原理，引导学生提出猜想，然后进行实验探究，教学中充分发挥实验的作用。这节课在共振的应用和防止中，我和学生一起列举了核磁共振，大桥共振倒塌，声音共振等例子，增强了学生学习兴趣，培养学生的物理情感，希望通过这个节课为学生打开摄像头，领略物理的美和强大，让学生能对相关问题发生浓厚的兴趣，知道物理是能够学以致用的，激发以后从事物理方面工作和研究的热情。但是，在列举生活中的受迫振动的实例时，学生列举的并不多，以后要重点培养学生善于观察生活，用理论来解释生活实例的能力。受迫振动共振课标分析物理学科核心素养主要包括“物理观念”“科学思维”“科学探究”“科学态度与责任”四个方面。“物理观念”是从物理学视角形成的关于物质、运动与相互作用、能量等的基本认识。“科学思维”是从物理学视角对客观事物的本质属性、及相互关系的认识方式。“科学探究”是指基于观察和实验提获取和处理信息、进行交流、评估、提出物理问题、基于证据得出结论并作形成猜想和的能力。“科学态度与责任”是指在认识科学本质。根据物理学科核心素养的养成和发展。高中生应达到，形成物质观念、运动与相互作用观念、解释自然现象和解决实际问题。具有建构模型的意识、能使用科学思推方法.对本节课而言，课程标准的要求是“通过实验，认识受迫振动的特点。了解产生共振的条件以及在技术上的使用.