2024-2025学年高中物理 第二章 机械振动 6 受迫振动 共振教案 新人教版选择性必修第一册

2024-2025学年高中物理第二章机械振动6受迫振动共振教案新人教版选择性必修第一册学校授课教师课时授课班级授课地点教具教学内容2024-2025学年高中物理第二章机械振动6受迫振动共振教案，新人教版选择性必修第一册。本节课主要围绕以下内容展开：

1.受迫振动的概念与特点；

2.驱动力与受迫振动的相位关系；

3.共振现象及其产生条件；

4.实际应用中的受迫振动与共振现象。核心素养目标1.学生能理解受迫振动的物理本质，培养物理观念和科学思维能力；

2.学生通过探究受迫振动与驱动力的关系，提高科学探究能力和问题解决能力；

3.学生了解共振现象在实际应用中的价值，增强科学态度与责任意识；

4.学生通过小组合作学习，培养团队合作精神和沟通能力。学习者分析1.学生已经掌握了简谐运动的基本概念、振动图像以及固有周期等基础知识。他们了解了弹簧振子和单摆等典型振动系统的运动规律。

2.学生对物理现象具有较强的好奇心，具备一定的观察能力和逻辑思维能力。在学习风格上，部分学生擅长理论分析，而另一部分学生则更倾向于实验操作和探究。

3.学生在本节课可能遇到的困难和挑战包括：理解受迫振动与自由振动的区别，掌握受迫振动的相位关系；对共振现象的产生条件和实际应用场景理解不够深入；在小组合作中，可能出现沟通不畅、分工不明确等问题。教学资源1.硬件资源：

-弹簧振子模型

-单摆实验装置

-音叉与共鸣管实验装置

-秒表

-传感器

2.软件资源：

-物理教学软件（模拟受迫振动与共振现象）

-动画演示软件（展示受迫振动过程）

3.课程平台：

-学校多媒体教学平台

-班级学习交流群

4.信息化资源：

-电子教案

-PPT课件

-视频资料（介绍受迫振动与共振现象的实际应用）

5.教学手段：

-讲授法

-实验法

-案例分析法

-小组合作学习

-互动提问与讨论

-课后在线辅导与答疑教学实施过程1.课前自主探索

-教师活动：

发布预习任务：通过学校课程平台，发布关于受迫振动的预习资料，包括PPT和视频，明确要求学生理解受迫振动的定义和基本特点。

设计预习问题：围绕受迫振动的概念，设计问题，如“受迫振动与自由振动的区别是什么？”引导学生思考。

监控预习进度：通过平台数据和学生反馈，跟踪预习情况，确保学生为课堂学习做好准备。

-学生活动：

自主阅读预习资料：按照要求，阅读资料并尝试理解受迫振动的物理本质。

思考预习问题：对提出的问题进行思考，并记录疑问。

提交预习成果：通过平台提交预习笔记和问题。

-教学方法/手段/资源：

自主学习法：鼓励学生独立思考，培养自主学习能力。

信息技术手段：利用课程平台和微信，实现资源共享和进度监控。

-作用与目的：

帮助学生初步接触受迫振动概念，为课堂深入学习打下基础。

培养学生自主学习习惯，增强对物理概念的理解能力。

2.课中强化技能

-教师活动：

导入新课：通过一个现实生活中的共振案例（如桥梁崩塌事件），引起学生兴趣，引出受迫振动主题。

讲解知识点：详细讲解受迫振动的原理，共振的条件，结合动画和实验演示，帮助学生理解。

组织课堂活动：设计小组讨论和实验，如探究不同驱动力频率下的振动幅度变化，让学生在实践中掌握共振现象。

解答疑问：在活动过程中，及时解答学生的疑问。

-学生活动：

听讲并思考：认真听讲，思考受迫振动与共振的关系。

参与课堂活动：在小组中积极讨论，通过实验观察共振现象。

提问与讨论：对不理解的地方提出问题，参与课堂讨论。

-教学方法/手段/资源：

讲授法：通过生动的案例和详细讲解，帮助学生理解受迫振动和共振的原理。

实践活动法：通过实验和小组讨论，让学生亲身感受和掌握共振现象。

合作学习法：通过小组合作，培养学生的团队协作能力。

-作用与目的：

加深学生对受迫振动和共振现象的理解，突破本节课的重难点。

通过实践活动，培养学生的观察力和实验操作能力。

增强学生的团队合作意识，提高解决问题的能力。

3.课后拓展应用

-教师活动：

布置作业：根据课堂内容，布置相关习题，巩固学生对受迫振动和共振的理解。

提供拓展资源：推荐相关的科普文章和视频，帮助学生进一步探索受迫振动的应用。

反馈作业情况：及时批改作业，给予学生反馈和指导。

-学生活动：

完成作业：认真完成作业，巩固学习成果。

拓展学习：利用拓展资源，深化对受迫振动应用的理解。

反思总结：对学习过程进行反思，总结学习方法和效果。

-教学方法/手段/资源：

自主学习法：鼓励学生自主完成作业和拓展学习。

反思总结法：引导学生自我反思，提升学习效率。

-作用与目的：

巩固课堂所学知识，提高学生的理论应用能力。

拓宽学生知识视野，激发对物理学科的兴趣。

通过反思，帮助学生形成良好的学习习惯，促进个人成长。拓展与延伸1.拓展阅读材料

-《物理学与生活》中关于受迫振动与共振现象的章节；

-《物理世界》杂志中的相关文章，如“共振现象在日常生活中的应用”；

-科普书籍《振动与波》中关于受迫振动的介绍。

2.课后自主学习和探究

-研究受迫振动在工程领域的应用，如桥梁、高楼等大型结构的防共振设计；

-探索音乐领域的共振现象，如乐器共鸣箱的设计与音色关系；

-调查生活中受迫振动的例子，如洗衣机脱水过程中的振动控制；

-分析受迫振动在医学领域的应用，如超声波共振成像技术。

**受迫振动在工程领域的应用**

工程中的许多结构都存在受迫振动的风险，如桥梁在车辆行驶中的振动、高楼在风作用下的振动等。这些振动如果频率与结构的固有频率接近，就会引发共振，导致结构损坏。学生可以研究如何通过设计来避免这种风险，例如通过改变结构的材料、形状或增加阻尼器等方法来调整结构的固有频率，减少共振的可能性。

**音乐领域的共振现象**

在音乐中，乐器的音色很大程度上取决于共鸣箱的共振特性。学生可以探究不同乐器共鸣箱的设计如何影响音色，以及如何通过调整共鸣箱的尺寸、材料等来优化音质。

**生活中的受迫振动例子**

生活中处处存在受迫振动的例子。例如，洗衣机的脱水过程就是利用受迫振动来快速去除衣物中的水分。学生可以研究这些设备的工作原理，以及如何通过控制振动来提高效率。

**受迫振动在医学领域的应用**

医学领域的超声波共振成像技术（如B超）就是利用了受迫振动的原理。学生可以了解这种技术的原理，探究超声波如何通过人体组织的不同密度和声速来产生图像，以及这种技术在诊断和治疗中的应用。课堂小结，当堂检测**课堂小结：**

本节课我们学习了受迫振动的概念、特点，以及共振现象的产生条件和实际应用。重点理解了以下知识点：

1.受迫振动的定义及其与自由振动的区别；

2.驱动力与受迫振动的相位关系；

3.共振现象的原理，以及如何通过调整驱动力频率来控制振动幅度；

4.受迫振动与共振在工程、音乐、生活和医学等领域的应用。

**当堂检测：**

**选择题：**

1.以下哪项不是受迫振动的特点？

A.振动频率由外部驱动力决定

B.振动幅度与驱动力频率有关

C.振动幅度与固有周期有关

D.驱动力频率等于固有频率时振动幅度最大

2.以下哪个现象不是由于共振引起的？

A.两人在秋千上相互推动达到较大摆动幅度

B.钢琴弦被敲击后产生共鸣，音量增大

C.桥梁在风作用下发生破坏

D.音叉在共鸣管内产生放大声音

**填空题：**

3.受迫振动的振动频率由____决定，当驱动力频率等于系统的____时，会发生____。

4.在实际应用中，为了减少共振带来的危害，工程师会通过改变结构的____、____或增加____等方法来调整结构的固有频率。

**解答题：**

5.解释为什么在洗衣机脱水过程中，衣物在高速旋转的桶内会越来越干？

6.以一个实例说明受迫振动在医学诊断中的应用，并简要说明其工作原理。

**答案与解析：**

**选择题答案：**

1.C

2.A

**填空题答案：**

3.外部驱动力、固有频率、共振

4.材料、形状、阻尼器

**解答题参考答案：**

5.在洗衣机脱水过程中，衣物在高速旋转的桶内由于受迫振动，水分被甩出，因为旋转桶的频率与衣物的固有频率接近，导致衣物产生共振，振动幅度增大，水分更容易被甩出。

6.受迫振动在医学诊断中的应用如超声波共振成像技术（B超）。其工作原理是利用超声波在不同密度和声速的组织中传播速度的变化，当超声波频率与组织中的微小振动频率匹配时，产生共振，通过接收反射回来的超声波信号，可以构建出组织的内部图像。板书设计①**受迫振动定义与特点**

-定义：受迫振动是系统在外力作用下，以外部力的频率进行振动。

-特点：

-振动频率由外部驱动力决定；

-振动幅度与驱动力频率有关；

-当驱动力频率等于系统的固有频率时，振动幅度最大。

②**共振现象的产生条件**

-条件：驱动力频率等于系统的固有频率。

-结果：振动幅度最大，能量传递效率最高。

③**受迫振动的实际应用**

-工程：调整结构参数，避免共振造成破坏。

-音乐：乐器共鸣箱设计，优化音色。

-生活：洗衣机脱水，利用共振提高效率。

-医学：超声波共振成像，诊断疾病。

板书设计应突出重点，条理清晰，同时加入图表、示意图等元素，增加趣味性和直观性。典型例题讲解**例题1：共振现象的应用**

题目：解释为什么在洗衣机脱水过程中，衣物在高速旋转的桶内会越来越干？

解答：在洗衣机脱水过程中，衣物在高速旋转的桶内由于受迫振动，水分被甩出。旋转桶的频率与衣物的固有频率接近，导致衣物产生共振，振动幅度增大，水分更容易被甩出。

**例题2：受迫振动在医学诊断中的应用**

题目：以一个实例说明受迫振动在医学诊断中的应用，并简要说明其工作原理。

解答：受迫振动在医学诊断中的应用如超声波共振成像技术（B超）。其工作原理是利用超声波在不同密度和声速的组织中传播速度的变化，当超声波频率与组织中的微小振动频率匹配时，产生共振，通过接收反射回来的超声波信号，可以构建出组织的内部图像。

**例题3：受迫振动的相位关系**

题目：解释受迫振动的相位关系，并举例说明。

解答：受迫振动的相位关系是指驱动力的相位与系统振动的相位之间的关系。当驱动力的相位与系统振动相位一致时，振动幅度最大；当相位差为90度时，振动幅度最小。例如，当我们在推动秋千时，如果我们的推力与秋千的摆动方向一致，秋千的摆动幅度会增大。

**例题4：受迫振动的实际应用**

题目：举例说明受迫振动在工程领域的应用。

解答：在工程领域，受迫振动的应用主要体现在结构的抗震设计和减震措施上。例如，在桥梁设计中，为了避免共振造成的破坏，工程师会通过改变桥梁的结构参数，如使用不同的材料、调整桥梁的形状或增加阻尼器等，来调整桥梁的固有频率，减少共振的可能性。

**例题5：共振现象的危害**

题目：解释共振现象可能带来的危害，并举例说明。

解答：共振现象可能带来的危害包括结构的破坏、设备的损坏和噪声的增大等。例如，当一辆行驶在桥梁上的车辆与桥梁的固有频率接近时，车辆的振动可能会引发桥梁的共振，导致桥梁的损坏。因此，工程师在设计桥梁时需要考虑共振现象的影响，采取相应的措施来避免共振的发生。反思改进措施**（一）教学特色创新**

1.**跨学科融合教学**：将物理学与工程学、音乐学等跨学科知识融合，拓展学生对受迫振动与共振现象的理解。

2.**实验与理论结合**：通过设计实验，让学生在实践中观察和理解受迫振动与共振现象，增强学生的实践操作能力。

**（二）存在主要问题**

1.