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学实录1 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学实录1新人教版选修3-4学校授课教师课时授课班级授课地点教具教学内容本节课内容选自新人教版选修3-4物理教材第十一章机械振动第五节“外力作用下的振动”。主要包括以下内容：简谐振动的回复力，受迫振动，阻尼振动，共振现象及其应用。核心素养目标培养学生的科学探究能力，通过实验和理论分析，理解简谐振动、受迫振动和共振现象，提高学生运用物理规律解决实际问题的能力。同时，强化学生的科学思维，使其能够从物理现象中抽象出物理模型，提升逻辑推理和批判性思维能力。学情分析本节课针对的是高中一年级学生，他们在初中阶段已经学习了基本的物理知识和实验技能，对物理学的基本概念和实验方法有了初步的了解。然而，进入高中后，物理知识的深度和广度都有所增加，学生在面对较为复杂的物理现象时，可能会感到学习压力增大。

在知识层面，学生对振动的基本概念有一定了解，但对外力作用下的振动这一章节中的理论分析可能较为陌生。在能力方面，学生具备一定的观察、实验和分析能力，但独立解决问题的能力还有待提高。在素质方面，学生表现出较强的求知欲和探索精神，但部分学生在学习过程中存在依赖心理，缺乏主动思考和独立探究的意识。

行为习惯上，学生在课堂上的参与度较高，但有时会受到外界因素的干扰，如手机、周围同学的讨论等。这可能会影响学生的学习效果。此外，学生在做实验时，往往注重实验步骤的完成，而忽视了对实验现象的深入分析和理论联系。

综合以上分析，本节课的教学需要结合学生的实际情况，注重理论与实践的结合，通过实验演示和互动讨论，激发学生的学习兴趣，培养学生的科学探究精神和创新能力，同时帮助他们克服学习中的困难，提高学习效果。教学资源-软硬件资源：电脑、投影仪、白板、计时器、弹簧振子装置、频率计、传感器、数据采集器

-课程平台：学校网络教学平台，用于发布教学资料和在线作业

-信息化资源：动画演示软件，用于展示振动现象的动态过程

-教学手段：实物演示实验、小组合作实验、课堂讨论、多媒体教学教学实施过程1.课前自主探索

教师活动：

发布预习任务：通过在线平台或班级微信群，发布预习资料（如PPT、视频、文档等），明确预习目标和要求，如“阅读简谐振动的基本原理，理解振动方程的意义”。

设计预习问题：围绕“简谐振动”，设计一系列具有启发性和探究性的问题，引导学生自主思考，例如“简谐振动的回复力如何影响振子的运动？”、“如何通过实验验证简谐振动的特性？”。

监控预习进度：利用平台功能或学生反馈，监控学生的预习进度，确保预习效果，如通过预习报告的提交情况来评估。

学生活动：

自主阅读预习资料：按照预习要求，自主阅读预习资料，理解简谐振动的基本原理和振动方程。

思考预习问题：针对预习问题，进行独立思考，记录自己的理解和疑问，如对振动方程公式的推导过程进行质疑。

提交预习成果：将预习成果（如笔记、思维导图、问题等）提交至平台或老师处，以便教师了解学生的预习情况。

教学方法/手段/资源：

自主学习法：通过预习，培养学生自主学习的能力。

信息技术手段：利用在线平台和微信群，实现预习资源的共享和监控。

作用与目的：

帮助学生提前了解简谐振动的基本概念，为课堂学习做好准备。

培养学生的自主学习能力和独立思考能力。

2.课中强化技能

教师活动：

导入新课：通过展示弹簧振子的实际振动现象视频，引出“外力作用下的振动”课题，激发学生的学习兴趣。

讲解知识点：详细讲解受迫振动、阻尼振动和共振现象，结合实例如汽车悬挂系统分析振动问题。

组织课堂活动：设计小组讨论，让学生分析不同阻尼系数对振动系统的影响，通过实验验证共振条件。

学生活动：

听讲并思考：认真听讲，积极思考老师提出的问题，如“如何判断系统是否达到共振？”。

参与课堂活动：积极参与小组讨论，通过实验操作验证理论，如调整弹簧振子的频率，观察振幅变化。

教学方法/手段/资源：

讲授法：通过详细讲解，帮助学生理解振动系统的动态行为。

实践活动法：通过实验和小组讨论，让学生在实践中掌握振动系统的分析方法。

合作学习法：通过小组合作，培养学生的团队合作意识和沟通能力。

作用与目的：

帮助学生深入理解振动系统的动态特性，掌握分析振动问题的方法。

通过合作学习，培养学生的团队合作意识和沟通能力。

3.课后拓展应用

教师活动：

布置作业：根据“外力作用下的振动”，布置设计不同阻尼系数下振动系统稳定性的作业，如“设计一个阻尼振动实验，分析不同阻尼系数对系统稳定性的影响”。

提供拓展资源：提供与振动相关的拓展资源，如“振动和波动的经典教材”，供学生进一步学习。

反馈作业情况：及时批改作业，给予学生反馈和指导，如指出解题过程中的错误和改进建议。

学生活动：

完成作业：认真完成老师布置的作业，巩固学习效果。

拓展学习：利用老师提供的拓展资源，进行进一步的学习和思考，如阅读相关论文或参与科学竞赛。

反思总结：对自己的学习过程和成果进行反思和总结，提出改进建议，如“如何改进实验设计以获得更准确的数据？”。

教学方法/手段/资源：

自主学习法：引导学生自主完成作业和拓展学习。

反思总结法：引导学生对自己的学习过程和成果进行反思和总结。

作用与目的：

巩固学生在课堂上学到的振动系统知识，提高解决实际问题的能力。

通过反思总结，帮助学生发现自己的不足并提出改进建议，促进自我提升。教学资源拓展1.拓展资源：

（1）振动的基本概念

-简谐振动：介绍简谐振动的定义、特征、数学描述和物理意义。

-振动方程：讲解振动方程的推导过程，包括位移方程、速度方程和加速度方程。

-振幅、频率和周期：阐述振幅、频率和周期的概念、计算方法和物理意义。

（2）受迫振动

-外力作用：介绍外力对振动系统的影响，包括外力频率、幅值和相位等因素。

-阻尼振动：讲解阻尼振动的基本概念，包括阻尼系数、阻尼振动方程和阻尼振动的特性。

-共振现象：阐述共振现象的定义、产生原因和影响，包括共振频率、共振幅值和共振条件。

（3）振动实验

-弹簧振子实验：介绍弹簧振子的实验装置、操作步骤和实验数据记录。

-水平振动实验：讲解水平振动实验的原理、操作步骤和数据分析方法。

-旋转振动实验：阐述旋转振动实验的装置、操作步骤和实验数据分析。

2.拓展建议：

（1）阅读相关书籍

-《振动与波动》：介绍振动与波动的基本概念、理论和方法，帮助学生深入理解振动现象。

-《物理学中的振动与波》：讲解振动与波动的物理背景和应用，拓宽学生的知识视野。

（2）观看教学视频

-在线教育平台（如腾讯课堂、网易云课堂等）搜索相关振动与波动的教学视频，如“振动与波动的教学案例”、“振动实验演示”等。

（3）参与科学竞赛

-组织或参加物理竞赛，如“全国青少年科技创新大赛”、“物理奥林匹克竞赛”等，锻炼学生的实际操作能力和创新能力。

（4）探究性学习

-针对本节课的知识点，设计探究性学习活动，如：

-探究不同质量、刚度弹簧对振动系统的影响。

-研究阻尼对振动系统稳定性的影响。

-通过实验验证共振现象。

（5）撰写科技小论文

-鼓励学生撰写科技小论文，总结振动与波动知识，如“振动在生活中的应用”、“共振现象在工程中的影响”等。

（6）参加学术讲座

-邀请相关领域的专家学者进行讲座，如“振动与波动的最新研究进展”、“振动与波动的应用领域”等，帮助学生了解振动与波动的实际应用。课堂1.课堂评价

课堂评价是教学过程中的重要环节，通过提问、观察、测试等方式，可以及时了解学生的学习情况，发现问题并进行解决。以下是针对“外力作用下的振动”这一章节的课堂评价策略：

（1）提问评价

在课堂教学中，教师可以通过提问来检验学生对知识的掌握程度。以下是一些具体的提问方式：

-知识回顾：提问学生回顾上一节课的内容，如“简谐振动的回复力是什么？它如何影响振子的运动？”

-理解程度：针对新知识，提问学生是否理解，如“什么是受迫振动？它有哪些特点？”

-应用能力：提问学生如何将所学知识应用于实际问题，如“如何判断一个振动系统是否达到共振？”

-创新思维：鼓励学生提出自己的观点和想法，如“你认为阻尼振动在现实生活中有哪些应用？”

（2）观察评价

教师可以通过观察学生的课堂表现来评价他们的学习情况。以下是一些观察要点：

-课堂参与度：观察学生是否积极参与课堂讨论，如是否主动回答问题、是否认真听讲。

-实验操作：观察学生在实验过程中的操作是否规范，如是否按照实验步骤进行、是否能够正确记录实验数据。

-思考习惯：观察学生在面对问题时是否能够独立思考，如是否能够提出自己的观点、是否能够分析问题。

（3）测试评价

测试是评价学生学习效果的重要手段。以下是一些测试评价策略：

-课堂小测验：在课堂教学中，通过小测验来检验学生对知识的掌握程度，如填写表格、完成简答题等。

-课后作业：布置与振动相关的课后作业，如计算题、实验报告等，检验学生对知识的实际应用能力。

-期中/期末考试：在学期中或学期末进行期中/期末考试，全面评价学生对振动章节知识的掌握情况。

2.作业评价

对学生的作业进行认真批改和点评，是及时反馈学生学习效果的重要途径。以下是一些作业评价策略：

（1）批改原则

-公正性：对学生的作业进行客观公正的批改，不偏袒任何学生。

-完整性：确保批改的作业内容完整，包括所有题目和附加题。

-及时性：及时批改作业，以便学生能够及时了解自己的学习情况。

（2）评价方式

-正面评价：对学生的优点和进步给予肯定，如“你的实验数据记录非常详细”、“你的分析思路清晰”。

-指导性评价：对学生的不足之处给予具体指导，如“在计算过程中，注意检查单位的一致性”、“在分析问题时，可以尝试从多个角度思考”。

-个性化评价：根据学生的个体差异，给予个性化的评价和建议。典型例题讲解1.例题：

一个质量为m的物体在水平面上做简谐振动，振幅为A，周期为T。求物体在平衡位置时的速度和加速度。

答案：

物体在平衡位置时的速度为最大速度，可以用公式v=ωA计算，其中ω为角频率，ω=2π/T。所以，v=2πA/T。

物体在平衡位置时的加速度为最大加速度，可以用公式a=-ω²x计算，其中x为位移。在平衡位置，x=0，所以a=-ω²A=-4π²A/T²。

2.例题：

一个阻尼振动系统的阻尼系数为c，质量为m，弹簧劲度系数为k。求系统的固有频率和阻尼比。

答案：

系统的固有频率ω₀可以用公式ω₀=√(k/m)计算。

阻尼比ζ可以用公式ζ=c/(2√(km))计算。

3.例题：

一个质量为m的物体在水平面上做受迫振动，受迫振动的频率为f₀，阻尼系数为c，弹簧劲度系数为k。求系统的共振频率和共振时的振幅。

答案：

系统的共振频率f_r可以用公式f_r=ω₀/2π计算，其中ω₀为固有频率，ω₀=√(k/m)。

共振时的振幅A_r可以用公式A_r=F/(mω₀²)计算，其中F为驱动力，F=cω₀²m。

4.例题：

一个阻尼振动系统的阻尼系数为c，质量为m，弹簧劲度系数为k。求系统从最大振幅衰减到1/e所需的时间。

答案：

系统从最大振幅衰减到1/e所需的时间τ可以用公式τ=ln(e)/(-ζω₀)计算，其中ζ为阻尼比，ζ=c/(2√(km))。

5.例题：

一个质量为m的物体在水平面上做简谐振动，振幅为A，周期为T。求物体在位移为x时的速度和加速度。

答案：

物体在位移为x时的速度v可以用公式v=-(ωA²)x/T计算。

物体在位移为x时的加速度a可以用公式a=-ω²x计算。

-在简谐振动中，速度和加速度与位移的关系是周期性的，即它们是位移的函数，且具有负号，表示方向相反。

-阻尼振动中，阻尼系数决定了振动的衰减速度，阻尼比是阻尼系数与固有频率的比值。

-受迫振动中，共振频率是系统达到最大振幅的频率，共振时的振幅与驱动力和系统的固有特性有关。

-在阻尼振动中，从最大振幅衰减到1/e所需的时间是一个重要的参数，它反映了振动的衰减速度。板书设计①简谐振动

-简谐振动定义

-振动方程：x(t)=A*cos(ωt+φ)

-振幅A、角频率ω、初相位φ

-速度v(t)=-Aωsin(ωt+φ)

-加速度a(t)=-Aω²co