广东省中山市卓雅外国语学校-高中物理-创新实验-外力作用下的振动

第7页外力作用下的振动使用教材：人民教育出版社、普通高中课程标准实验教科书、物理选修3-4、第十一章机械振动、第五节外力作用下的振动。实验教材：变频电源〔自制教具〕、受迫振动演示仪〔自制教具〕、光电门、单摆、电磁打点计时器、共振演示仪〔自制教具〕。实验创新要点/改良要点：本教学的创新之处就在于对教材处理中存在的三点缺乏进行了一定的优化改良。缺乏一：教材中“探究受迫振动频率与哪些因素有关〞演示实验如下：此实验无法准确测出弹簧振子的受迫振动周期和驱动力周期，实验误差较大现象不直观。图1图2变频电源图3受迫振动演示仪对于这一问题，可以加以优化设计，采用如图2、3所示自制教具变频电源、受迫振动演示仪。这是一个交直流电源，实际上是利用了换向器把一恒定直流电压变成一个大小不变方向变化的方波电压，并通过改变电机的转速来改变方波电压的频率，并且通过电子显示屏直接读出频率大小。可视变频电源的使用，大大增强了实验效果。将变频电源接入受迫振动演示仪〔电磁打点计时器改装〕，给其供电。使用光电门分别测出两根细铁丝做受迫振动的周期，算出频率，如图4实验装置。图4证明在误差允许范围，两根细铁丝做受迫振动的频率相等且等于驱动频率。得到受迫振动频率等于驱动频率，固有频率无关。演示直观，现象明显，定量探究，用实验数据证明，说服力强，同时也具有一定的趣味性，实验效果较好。缺乏二：教材中教材中“受迫振动的振幅与哪些因素有关〞演示实验如下：此实验无法验证摆动最大的小球摆振幅是否到达它振幅最大，无法判断是否到达共振。图5对于这一问题，可以加以优化设计，采用如图5装置。可以很直观形象的看到两根细铁丝振动振幅的变化情况，进而说明驱动力频率的上下是影响受迫振动振幅大小的一个因素，越接近某个值，振幅越大，发生共振，甚至可以直接测量共振时频率，演示直观，现象明显，同时也具有一定的趣味性，实验效果较好。〔三〕缺乏三：教材并未直接用数据证明当物体驱动频率等于其固有频率时发生共振，容易引起学生质疑。图6通过创新，我们可以利用变频电源做一个定量的探究实验，如图7装置。图7首先利用光电门测出单摆的固有频率，再通过变频电源接入电磁打点计时器驱动单摆，使其做受迫振动，测出单摆的共振时的驱动频率。证明，在误差允许范围，单摆驱动频率等于其固有频率时发生共振。现象直观，说服力强，将课本上定性实验改成定量实验。实验原理/实验设计思路：为了让学生对受迫振动频率跟振幅影响因素更深的理解，设计了本实验装置。配套仪器如图4、7所示:用变频电源给受迫振动演示仪供电，利用光电门分别测出两根细铁丝受迫振动周期算出频率，证明在误差允许范围，两根细铁丝振动周期相等且等于变频电源频率。得到受迫振动频率等于驱动频率，与固有频率无关。而受迫振动振幅情况也可直接观察，慢慢增大驱动力频率旋钮可以发现，细铁丝振幅也在逐渐发生变化，呈先变大直至最大后变小，依次发生共振，并通过变频电源可分别直接测出共振频率。可得受迫振动振幅影响因素。但是否共振时驱动频率等于物体固有频率还需实验验证。通过创新改良，利用单摆、光电门、电磁打点计时器以及变频电源。首先利用光电门测出单摆的固有频率，再通过变频电源接入电磁打点计时器驱动单摆，测出单摆的共振时的驱动频率。在误差允许范围，验证物体共振频率等于其固有频率。现象直观，说服力强。实验教学目标：知识与技能：知道什么是受迫振动，知道受迫振动的频率等于驱动力的频率知道什么是共振以及发生共振的条件。

知道共振的应用和防止的实例过程与方法：通过探究对受迫振动频率跟振幅影响因素，获得实验探究过程的体验，培养学生分析、解决问题的能力。通过实验，提高动手能力、协作意识，提高解决实际问题的能力，体验验证过程与物理学研究方法。情感态度与价值观：通过实验的互动过程，诱发对探究物理规律的兴趣。学会与他人合作交流，具有团队意识和团队精神。培养学生实事求是的态度和正确的科学观。实验教学内容:1.在外力作用下的阻尼振动以及施加周期性驱动力下的受迫振动2.探究影响受迫振动频率跟振幅大小的因素〔固有频率、驱动力频率〕3.共振产生的条件以及生活等方面的应用七、实验教学过程：学生探究实验学生探究实验八、教学效果评价：本教学设计特别强调对实验的挖掘。针对教材内容处理上存在的三个问题进行了一定的优化改良。将教材原有的演示实验改成现象更直观的定性又定量的实验，突出比照性。采用了探究型实验的思想，让学生自主思考，提出猜测假设、进行实验、最终验证实验猜测。通过实验过程，帮助学生对受迫振动获得更深刻的认识，最后的学生探究实验，提高了学生动手操作能力，在互动和探索的过程中，培养了学生的合作精神，使学生获得了探究的成功体验，提高了学生发现问