2024-2025学年高中物理 第十一章 机械振动 5 外力作用下的振动教案 新人教版选修3-4

2024-2025学年高中物理第十一章机械振动5外力作用下的振动教案新人教版选修3-4授课内容授课时数授课班级授课人数授课地点授课时间教学内容分析本节课的主要教学内容是高中物理新人教版选修3-4的第十一章“机械振动”中的第5节“外力作用下的振动”。教学内容围绕外力对振动系统的影响，包括受迫振动的概念、共振现象以及阻尼对振动的影响等。本节内容与学生在之前学习的简谐运动、振动能量等知识紧密相关，特别是对简谐运动方程的数学表达及物理意义的理解。

教学内容与学生已有知识的联系在于，学生掌握了简谐振动的知识基础，理解了固有周期和频率的概念。在此基础上，本节课将引导学生探索外力作用下振动系统的行为，例如外力如何影响振动的幅度和频率，以及当外力频率与系统固有频率相同时的共振现象。这些内容不仅巩固了学生对振动的认识，也为理解实际物理现象如乐器发声、桥梁崩塌等提供了理论基础。核心素养目标本节课的核心素养目标旨在培养学生的物理观念、科学思维和科学探究能力。通过学习外力作用下的振动，学生能够形成以下核心素养：

1.物理观念：理解受迫振动的物理本质，建立外力与振动系统相互作用的观念，认识到物理现象背后的规律性。

2.科学思维：培养学生运用物理知识分析问题的能力，学会运用数学工具描述振动现象，提高对抽象物理概念的理解。

3.科学探究能力：通过实验和案例分析，引导学生探究外力对振动系统的影响，培养学生设计实验、观察现象、分析数据的能力。

这些核心素养目标与新教材的要求相符，有助于学生深入理解物理知识，提高解决实际问题的能力。教学难点与重点1.教学重点：

-受迫振动的概念及其与固有振动的区别。

-外力频率与振动系统固有频率的关系，以及由此产生的共振现象。

-阻尼对振动系统的影响，包括振幅的衰减和振动频率的变化。

-利用数学工具描述受迫振动和共振现象的物理方程。

2.教学难点：

-理解受迫振动中外力与系统固有频率的相互作用机制，特别是当外力频率接近系统固有频率时，振动幅度的显著增加。

-掌握共振现象的物理本质，以及如何在实际应用中利用和避免共振。

-学生在数学表达式的推导和应用方面可能遇到的困难，如如何从物理角度理解阻尼对振动方程的影响。

-设计实验时，如何选择合适的参数来观察受迫振动和共振现象，以及如何准确测量和分析数据。教学资源准备1.教材：确保每位学生都备有新人教版选修3-4物理教材，以便于学生预习和复习本节课内容。

2.辅助材料：准备与外力作用下振动相关的图片、动画、视频等资源，直观展示受迫振动和共振现象，帮助学生形象理解。

3.实验器材：准备示波器、振动传感器、音响、弹簧振子等实验器材，进行受迫振动和共振实验，让学生亲身体验物理现象。

4.教室布置：将教室分为理论讲解区和实验操作区，便于学生分组讨论和进行实验操作，同时保证教学秩序和安全性。教学过程设计1.导入环节（5分钟）

创设情境：通过播放一段桥梁在风中振动的视频，引导学生思考桥梁振动的原因及其可能带来的影响。提出问题：“桥梁为什么会振动？”“风对桥梁振动有何影响？”

目的：激发学生对振动现象的兴趣，为新课的学习做好铺垫。

2.讲授新课（15分钟）

（1）受迫振动的概念及特点（5分钟）

利用板书和多媒体展示，讲解受迫振动的定义，对比固有振动，突出受迫振动的特点。

（2）外力频率与振动系统的关系（5分钟）

通过动画和数学表达式，阐述外力频率与振动系统固有频率之间的关系，引入共振现象的概念。

（3）阻尼对振动的影响（5分钟）

结合实际案例，讲解阻尼对振动幅度和振动频率的影响，推导出相关物理方程。

3.巩固练习（10分钟）

设计练习题，让学生计算受迫振动的振幅，分析不同外力频率下的振动情况。同时，组织学生进行小组讨论，分享解题思路，提高学生对知识的理解和应用能力。

4.课堂提问（5分钟）

针对本节课的重点内容，提出问题，检查学生对受迫振动、共振现象和阻尼影响的理解程度。通过提问，引导学生深入思考，促进师生互动。

5.实验操作（10分钟）

将学生分为若干小组，进行受迫振动和共振实验。实验过程中，引导学生观察现象，测量数据，并分析结果。

6.创新教学（5分钟）

结合生活实例，让学生思考如何利用受迫振动和共振现象为人类服务，如音乐器材的调音、减震装置的设计等。

7.解决问题及核心素养能力拓展（5分钟）

以实际问题为背景，让学生运用所学知识分析问题，提出解决方案，培养物理观念、科学思维和科学探究能力。

8.总结与反馈（5分钟）

对本节课的重点内容进行总结，强调受迫振动、共振现象和阻尼影响的核心知识点。同时，收集学生的反馈意见，为后续教学提供参考。

总计用时：45分钟

教学过程紧扣实际学情，注重师生互动，通过创新教学方法和拓展核心素养能力，帮助学生理解和掌握本节课的重难点知识。同时，注重学生的实践操作，提高学生的动手能力和问题解决能力。知识点梳理1.受迫振动的概念

-受迫振动定义：在外力作用下，振动系统的振动。

-受迫振动特点：振动频率受外力频率影响，与系统固有频率无关。

2.外力频率与振动系统的关系

-当外力频率与系统固有频率相等时，发生共振现象，振动幅度达到最大。

-外力频率与固有频率的接近程度，影响受迫振动的幅度。

3.共振现象

-共振定义：外力频率与系统固有频率相等，振动幅度显著增加的现象。

-共振在实际应用中的作用和影响，如乐器的调音、桥梁的振动等。

4.阻尼对振动的影响

-阻尼定义：振动系统在运动过程中，由于内部或外部原因导致的能量损失。

-阻尼对振动幅度和频率的影响：振幅随时间逐渐减小，振动频率可能发生变化。

5.数学表达式的推导

-受迫振动的数学模型：二阶线性非齐次微分方程的解。

-共振条件下的振动方程：简化为特定形式，便于分析和计算。

6.实验操作

-受迫振动实验：观察外力频率对振动系统的影响。

-共振实验：验证外力频率与固有频率相等时，振动幅度最大。

7.生活实例分析

-桥梁振动：受风等外力作用，可能产生共振，导致桥梁破坏。

-音乐器材：利用共振现象，调整音色和音量。

8.核心素养能力培养

-物理观念：理解受迫振动、共振现象和阻尼影响的物理本质。

-科学思维：运用物理知识分析问题，推导数学表达式，解释实验现象。

-科学探究能力：设计实验，观察现象，分析数据，提出解决方案。

本部分知识点梳理涵盖了教材中关于外力作用下振动的核心内容，旨在帮助学生全面掌握受迫振动、共振现象和阻尼影响的理论知识，为实际应用和问题解决奠定基础。板书设计①重点知识点：

-受迫振动：外力作用下的振动，频率受外力影响。

-共振现象：外力频率与固有频率相等，振幅最大。

-阻尼：能量损失，影响振幅和频率。

-数学方程：二阶线性非齐次微分方程描述受迫振动。

②关键词：

-频率

-振幅

-共振

-阻尼

-数学模型

③艺术性和趣味性：

-使用不同颜色粉笔，突出重点，如受迫振动的数学模型用红色标出。

-利用图像和符号，如共振现象用“∞”表示振幅无限大。

-设计动态图示，展示外力频率变化对振幅的影响。

-结合生活实例，如画出桥梁和风向的简图，形象说明风对桥梁振动的影响。

板书设计注重条理性和直观性，通过有序的排列和鲜明的色彩对比，帮助学生快速理解和记忆课程核心内容。同时，艺术性和趣味性的融入，能够激发学生的学习兴趣，增强课堂的互动性和趣味性。教学反思与改进在完成本节课的教学后，我进行了深入的反思，思考以下几个方面的教学效果和需要改进的地方。

1.教学内容的传递：

本节课我尽力将受迫振动、共振现象和阻尼影响的概念及数学表达式清晰地呈现给学生。但从学生的反馈来看，部分学生对这些知识点仍存在理解上的困难。我意识到在讲解过程中，可能需要更多地结合生活实例和图像，以帮助学生形象地理解和记忆。

改进措施：在未来的教学中，我将增加与生活实际相结合的案例，使用更多的动画和实物模型，让学生更直观地感受振动现象。

2.课堂互动：

虽然我在课堂上设计了提问和讨论环节，但仍有部分学生参与度不高。为了提高学生的积极性，我需要创造更多机会让学生主动表达自己的观点。

改进措施：我将尝试采用小组合作学习的方式，鼓励学生相互交流，提高课堂氛围。同时，设置更具启发性的问题，引导学生深入思考。

3.实验教学：

本节课的实验环节，学生操作过程中出现了一些问题，如操作不规范、数据处理不准确等。为了提高实验效果，我需要加强对学生实验操作的指导和训练。

改进措施：在实验前，我将对