4. 阻尼振动 受迫振动优质课教案设计

课题：阻尼振动 受迫振动

教学设计思路：

本节课首先以复习原有知识和观察实验现象引出课题的第一部分“阻尼振动”，一方面，通过回顾简谐运动的特点，进一步加深了学生对简谐运动的理解，为新课的学习奠定坚实的基础；另一方面，通过观察“米粒在鼓皮上的运动”这个演示实验的现象，引发学生思考现象产生的原因，激发学生想要探究问题的兴趣，从而通过现象分析和动画演示，得出阻尼振动的定义、图像及其与自由振动的区别；接下来，根据生活中常见的现象（如“荡秋千”、“钟摆的摆动”等），引出课题的第二部分“受迫振动”，使学生感悟到日常生活中蕴含着许多物理知识，并通过观看动画演示，由观察到的现象分析受迫振动的特点；下一步，通过观看动画演示，引导学生从观察现象和思考问题中得出结论、总结规律，进而得出共振的产生条件和特点，明确共振是受迫振动的一个典型特例，并进一步得出共振图像（受迫振动的振幅A与驱动力频率f的关系图像），这一部分为本节课的重点和难点内容；在课堂的最后阶段，向学生介绍应用和防止共振现象的典型实例，并观看图片和视频，增加学生对共振现象的感性认识，加深理解，同时充分体现出物理来源于生活，并为生活服务的理念。

教材分析：

《阻尼振动

受迫振动》选自教育科学出版社《物理选修3-4》第一章《机械运动》的第四节。其内容包含自由振动（固有频率）和阻尼振动（定义、图像）、受迫振动（驱动力、特点）及其特例：共振（产生条件、特点、图像），以及共振现象的应用和防止（应用条件、防止条件、举例）这几部分。本节内容是第一章中的重点，同时也是学生学习的难点。

学情分析：

通过本章中前三节内容的学习，学生已经对简谐运动有了较深入的理解，但对本节课要学习的阻尼振动、受迫振动，特别是共振现象缺乏感性认识，而且本节课内容比较抽象，尽管与生活相联系，却不容易被学生关注，理解起来也存在一定困难；此外，虽然高二学生已经具备一定的认识分析自然现象和逻辑思维能力，但大多数学生的认知发展水平仍停留在具体运算阶段，还未过渡到形式运1

算阶段，抽象思维有待提高。鉴于以上特点，课堂教学中应给学生提供更多的图片、演示实验、动画以及视频，引导学生通过观察和思考，从而得出结论、总结规律，进一步培养学生的观察能力和分析能力，锻炼学生的抽象思维和概括思维。

教学目标

核心素养

1 知道什么叫自由振动，理解固有频率的含义。

2 知道什么叫阻尼振动，能从能量的角度分析阻尼振动产生的原因。

3 知道什么叫驱动力，理解它是按效果命名的力。

4 知道什么叫受迫振动。理解系统做受迫振动的频率等于驱动力的频率，而与系统的固有频率无关。

5 知道什么叫共振，理解共振发生的条件，了解常见的共振应用和防止的实例。

6 通过演示实验、展示图片以及播放动画和视频，使学生经历“观察、思考、分析、概括”的探究过程，培养观察能力、由实验现象得出结论并提炼出规律的能力以及表达能力。

7 通过列举和解释生活中常见的典型实例的方法，培养学生运用物理知识和研究方法分析及解决实际问题的意识和能力。

8 在“观察、思考、分析、概括”的探究过程中，让学生领略物理现象和规律的奇妙与和谐，激发学生的好奇心与求知欲，体验探究的艰辛与乐趣。

9 通过对共振现象应用和危害的了解，进一步体会科学技术对人类生产生活的重要影响。

教学重难点

重点：

1受迫振动的频率等于驱动力的频率，而与系统的固有频率无关。

2 什么是共振及共振的产生条件。

难点：

1 对受迫振动的频率等于驱动力的频率，而与系统固有频率无关的理解。

2 当f驱＝ｆ固时，物体做受迫振动的振幅最大，即对共振发生条件的理解。

教学资源：多媒体、鼓、鼓锤、米粒、黑板

2

教学过程：

教学环节

教师活动

学生活动

学生回答：

设计意图

复习回顾之前环节一：回顾已有提出问题：

知识，为新课的学1.

前面我们学习简谐运弹簧振子和单学过的知识，使习奠定基础

动时引入了哪两个理摆

想化模型？

学生回忆起简谐运动及其特2.

在这两个理想化模型简谐运动（或点，为本节课的中我们忽略掉振动中振幅不变的运学习奠定基础

的摩擦阻力或空气阻动）

力等，即忽略掉振动

系统的能量损失，那

么弹簧振子或单摆做

什么样的振动？

教师总结：之前学习的简

谐运动就是自由振动，即

无阻尼振动

板书：

一、自由振动

1.

定义：系统不受外力了解自由振动通过简谐运动作用，也不受任何阻的定义

力，只在自身回复力

作用下的振动，称为

自由振动，又叫做无

阻尼振动。

的复习，使学生了解什么是自由振动

提问：弹簧振子和单摆的回答：弹簧振通过回顾弹簧周期（频率）由哪些因素子的周期只决振子和单摆周决定？

定于振子质量期（频率）的决和弹簧的劲度定因素，使学生系数

理解系统的固3

教师总结：弹簧振子和单摆的周期（频率）都取决于系统本身的特征

板书：

2.

自由振动的频率：即系统的固有频率，由系统本身的特征决定。

单摆的周期：

有频率“固有”

二字是指其仅

理解固有频率中“固有”二字的含义

由系统本身的特征决定

通过观看演示实验，激发学生的探究兴趣，培养他们的观察能力和分析能力

4 环节二：观看演示演示实验：在鼓皮上放几观察米粒在鼓实验，引入新课的颗米粒，猛敲一下鼓，鼓皮上的运动

第一部分“阻尼振声开始很大，随后迅速变

动”

弱

总结实验现象：米粒开始

跳动的幅度很大，随着鼓

声变弱，米粒跳动的幅度

变小

学生经过思考

思考以下问题：

回答问题：

1.

从米粒跳动的幅度变因为振动的鼓

小，可知鼓皮振动的皮受到了阻力

振幅变小了，为什么的作用

鼓皮的振幅会变小？

2.

鼓皮在振动过程中受振动能量逐渐

到阻力作用，其振动减小（转变为

能量如何变化？

其它能量）

教师总结：以上所说的这

种振动就是阻尼振动

板书：

二、阻尼振动

1.定义：系统在振动过程了解阻尼振动

中受到阻力的作用，振动的定义

逐渐消逝，振动能量逐步

转化为其他能量，这种振

动叫做阻尼振动。

通过播放动画，播放动画：阻尼振动的位观看动画，具进一步加深学移时间图像

板书：

体感知物体做生对阻尼振动阻尼振动时，的感性认识

振动逐渐消

逝，振动能量

逐渐减小的过

程，从而加深

对阻尼振动的

认识

将新旧知识联2.阻尼振动的位移-时间

图像（如动画中所示）

提问：单摆做阻尼振动学生思考过系起来，加深学时，在振动停止之前，其后，有的回答生对阻尼振动周期是否变化？

会变化，有的的理性认识，做回答不会变化

到“温故知新”

进一步启发，让学生思考

单摆周期的决定因素有摆长

哪些？单摆做阻尼振动

时，这些因素是否变化？

不会变化

再提问一次上述问题

一致回答周期

不变

5 教师总结：单摆做阻尼振

动时，振幅逐渐减小，但

摆长始终不变，因而其周

期（频率）不变

提问：弹簧振子做阻尼振回答：周期不

动时，在振动停止之前，会变化

周期是否变化？

环节三：根据生活举例1：一个孩子在荡秋思考孩子越荡通过举出生活中的常见现象，引千，当她荡到一端就要返越高的原因

入新课的第二部回时，顺势轻推他一下，

分“受迫振动”

就可以使孩子保持荡来

荡去的运动状态，甚至越

荡越高

中常见的现象引入“受迫振动”，使学生感悟到物理知识来源于生活，激举例2：钟摆在摆动过程思考是什么原发学习兴趣，培中不可避免的受到空气因使得钟摆的养他们认真观等阻力作用，但它的振幅振幅不减小

始终保持不变

察生活中的点滴现象并积极思考的意识。

教师总结：因为大人用周

期性外力推动孩子，及时

补充了由于阻力而失去

的能量，所以孩子才能保

持荡来荡去的状态，甚至

越荡越高；而钟摆也是由

于不断得到能量补充（当

场给钟上弦），所以振幅

不变

板书：

三、受迫振动

1、驱动力：如果用周期了解驱动力的

性的外力作用于振动概念，明确它

6

系统，补偿系统的能是按效果命名

量损耗，使系统持续的力

等幅地振动下去，这

种周期性的外力叫做

驱动力。

2、受迫振动：系统在驱理解受迫振动

动力作用下的振动叫

做受迫振动。

通过观看演示实验，一方面培养学生的观察演示实验：实验装置如图

观察演示实验

能力和分析概

括能力，另一方面促进学生理解受迫振动的提问：1.向下拉一下振子，观察它的振动情况

2．此时决定振子周期的因素有哪些？

3.匀速转动把手，观察振子的振动情况与刚才有何不同？

4.那么使振子能够持续振动下去的原因是什么？

振子做阻尼振频率等于驱动动

力的频率，与系振子质量，弹统固有频率无簧的劲度系数

关，这是本节课

的重难点内容

刚才振子振动

一会就停下来

了，而现在振

子能够持续的

振动下去

是匀速转动的

把手给了振子

一个周期性外

力（即驱动力）

7

思考问题：振子做受迫振观看演示实

动时，当振动稳定后，振验，思考问题，

子的周期（频率）取决于根据实验现象

什么因素？

得出结论

教师总结：实验表明，物理解受迫振动

体做受迫振动时，振动稳的频率等于驱

定后的频率等于驱动力动力的频率，

的频率，跟物体的固有频与系统的固有

率无关

板书：

频率无关

3.受迫振动的频率：等于

驱动力的频率，与系统的

固有频率没有关系

环节四：观看演示过渡引言：受迫振动的频学生思考，猜通过观看共振实验，引入“共振”率等于驱动力的频率，与想可能出现的演示实验，加强这一受迫振动的物体的固有频率无关，但现象

特例

是如果驱动力的频率接

近或等于固有频率时又

会出现什么现象呢？

演示实验：

对共振现象以及共振产生条件的感性认识，培养学生的观察能力、从现象中总结规律的能力和表达能力，促进对共振现象的产生条件及共振曲线的理解

8

1.

介绍如图所示的共振

演示仪

在一根张紧的绳子ab上

挂了几个摆，其中A、B、C的摆长相等

2.演示：先让A摆摆动，

带动其余各摆做受迫振动

通过实验演

示，观察其余

教师总结：A摆动起来后，各摆做受迫振

B、C、D、E也随之摆动，动的振幅，并

但它们摆动的振幅不同，将看到的现象

描述出来

B摆和C摆的振幅最大，

而D摆的振幅最小

思考问题：

1.

实验中摆长相等的单

摆的固有频率相等吗？

学生小组讨论

后回答：

2.

B、C、D、E做的是什

么振动？若是受迫振动，驱动力由什么提供？

3.

从现象中你能定性地说明“驱动力频率与相等，因为单

摆的固有频率

由摆长决定

受迫振动，驱

动力是由先摆

起来的A摆提

9 固有频率的关系决定供的

了受迫振动振幅的大小”吗？

教师总结：根据实验现象可以

得到，驱动力的频率等于

振动物体的固有频率时，

受迫振动的振幅最大，而

驱动力的频率与固有频

率相差越大，受迫振动的

振幅越小

板书：

四、共振

1.

定义：驱动力的频率

等于振动物体的固有频率时，受迫振动的

振幅最大，这种现象了解什么是共

叫做共振。

2.

产生条件：驱动力的振，理解共振

的产生条件及

共振曲线的含

10 频率等于振动物体的义

固有频率。

3.

共振曲线：

环节五：通过观看图片和视频，引入“共振的应用和

防止”这部分内容

介绍共振的应用和防止小。

的固有频率时，振幅最幅A与驱动力的频率f的上图表示受迫振动的振

通过介绍应用关系。可以看出：当驱动

力的频率等于振动物体

大；驱动力的频率跟固有

频率相差越大，振幅越

的典型实例，如共振筛，

大桥共振等

思考生活中是和防止共振现否还有其它应象的典型实例，用和防止共振使学生感悟到思考问题：当我们应用共的实例（可参人类生产生活振时，应如何去做？而如照课本）

中包含着许许多多的物理知果我们要防止共振，又该先自己思考，识，培养学生细如何去做？

然后小组讨心观察的意识论，最后以小和习惯；通过观教师总结

组为单位派代看图片和视频，11

板书：

表回答

加强对共振现象用处和危害的感性认识，以便加深理解，同时充分体现出物理来源于生五、共振的应用和防止

1.

应用条件：使驱动力

的频率接近或等于振动物体的固有频率

理解共振现象活，并为生活服的应用条件和务的理念。

通过观看图片2.

防止条件：使驱动力防止条件

的频率远离振动物体

的固有频率，且相差

越大越好

展示共振筛图片，播放大

桥共振的视频

观看图片和视和视频，能直观

频

教师总结：

共振的应用：共振筛、共

鸣箱

共振的防止：

1、军队过桥时要用便步，

感受到共振的用处和危害，同时了解应用和防止共振的典型实例

12

火车过桥时要放慢速度

2、机器运转时为了防止

共振要调节转速

3、在振动物体底座加防振垫

4、装修剧场、房屋时使用吸声材料等等

课堂小结：

一、自由振动

二、阻尼振动

三、受迫振动

四、特例：共振

五、共振的应用和防止

学生在头脑中回顾本节课所学内容，巩固新知识

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