2024-2025學(xué)年高中物理 第二章 機(jī)械振動(dòng) 6 受迫振動(dòng) 共振教案 新人教版選擇性必修第一冊(cè)

2024-2025學(xué)年高中物理第二章機(jī)械振動(dòng)6受迫振動(dòng)共振教案新人教版選擇性必修第一冊(cè)學(xué)校授課教師課時(shí)授課班級(jí)授課地點(diǎn)教具教學(xué)內(nèi)容2024-2025學(xué)年高中物理第二章機(jī)械振動(dòng)6受迫振動(dòng)共振教案，新人教版選擇性必修第一冊(cè)。本節(jié)課主要圍繞以下內(nèi)容展開：

1.受迫振動(dòng)的概念與特點(diǎn)；

2.驅(qū)動(dòng)力與受迫振動(dòng)的相位關(guān)系；

3.共振現(xiàn)象及其產(chǎn)生條件；

4.實(shí)際應(yīng)用中的受迫振動(dòng)與共振現(xiàn)象。核心素養(yǎng)目標(biāo)1.學(xué)生能理解受迫振動(dòng)的物理本質(zhì)，培養(yǎng)物理觀念和科學(xué)思維能力；

2.學(xué)生通過探究受迫振動(dòng)與驅(qū)動(dòng)力的關(guān)系，提高科學(xué)探究能力和問題解決能力；

3.學(xué)生了解共振現(xiàn)象在實(shí)際應(yīng)用中的價(jià)值，增強(qiáng)科學(xué)態(tài)度與責(zé)任意識(shí)；

4.學(xué)生通過小組合作學(xué)習(xí)，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作精神和溝通能力。學(xué)習(xí)者分析1.學(xué)生已經(jīng)掌握了簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的基本概念、振動(dòng)圖像以及固有周期等基礎(chǔ)知識(shí)。他們了解了彈簧振子和單擺等典型振動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。

2.學(xué)生對(duì)物理現(xiàn)象具有較強(qiáng)的好奇心，具備一定的觀察能力和邏輯思維能力。在學(xué)習(xí)風(fēng)格上，部分學(xué)生擅長(zhǎng)理論分析，而另一部分學(xué)生則更傾向于實(shí)驗(yàn)操作和探究。

3.學(xué)生在本節(jié)課可能遇到的困難和挑戰(zhàn)包括：理解受迫振動(dòng)與自由振動(dòng)的區(qū)別，掌握受迫振動(dòng)的相位關(guān)系；對(duì)共振現(xiàn)象的產(chǎn)生條件和實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景理解不夠深入；在小組合作中，可能出現(xiàn)溝通不暢、分工不明確等問題。教學(xué)資源1.硬件資源：

-彈簧振子模型

-單擺實(shí)驗(yàn)裝置

-音叉與共鳴管實(shí)驗(yàn)裝置

-秒表

-傳感器

2.軟件資源：

-物理教學(xué)軟件（模擬受迫振動(dòng)與共振現(xiàn)象）

-動(dòng)畫演示軟件（展示受迫振動(dòng)過程）

3.課程平臺(tái)：

-學(xué)校多媒體教學(xué)平臺(tái)

-班級(jí)學(xué)習(xí)交流群

4.信息化資源：

-電子教案

-PPT課件

-視頻資料（介紹受迫振動(dòng)與共振現(xiàn)象的實(shí)際應(yīng)用）

5.教學(xué)手段：

-講授法

-實(shí)驗(yàn)法

-案例分析法

-小組合作學(xué)習(xí)

-互動(dòng)提問與討論

-課后在線輔導(dǎo)與答疑教學(xué)實(shí)施過程1.課前自主探索

-教師活動(dòng)：

發(fā)布預(yù)習(xí)任務(wù)：通過學(xué)校課程平臺(tái)，發(fā)布關(guān)于受迫振動(dòng)的預(yù)習(xí)資料，包括PPT和視頻，明確要求學(xué)生理解受迫振動(dòng)的定義和基本特點(diǎn)。

設(shè)計(jì)預(yù)習(xí)問題：圍繞受迫振動(dòng)的概念，設(shè)計(jì)問題，如“受迫振動(dòng)與自由振動(dòng)的區(qū)別是什么？”引導(dǎo)學(xué)生思考。

監(jiān)控預(yù)習(xí)進(jìn)度：通過平臺(tái)數(shù)據(jù)和學(xué)生反饋，跟蹤預(yù)習(xí)情況，確保學(xué)生為課堂學(xué)習(xí)做好準(zhǔn)備。

-學(xué)生活動(dòng)：

自主閱讀預(yù)習(xí)資料：按照要求，閱讀資料并嘗試?yán)斫馐芷日駝?dòng)的物理本質(zhì)。

思考預(yù)習(xí)問題：對(duì)提出的問題進(jìn)行思考，并記錄疑問。

提交預(yù)習(xí)成果：通過平臺(tái)提交預(yù)習(xí)筆記和問題。

-教學(xué)方法/手段/資源：

自主學(xué)習(xí)法：鼓勵(lì)學(xué)生獨(dú)立思考，培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)能力。

信息技術(shù)手段：利用課程平臺(tái)和微信，實(shí)現(xiàn)資源共享和進(jìn)度監(jiān)控。

-作用與目的：

幫助學(xué)生初步接觸受迫振動(dòng)概念，為課堂深入學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)習(xí)慣，增強(qiáng)對(duì)物理概念的理解能力。

2.課中強(qiáng)化技能

-教師活動(dòng)：

導(dǎo)入新課：通過一個(gè)現(xiàn)實(shí)生活中的共振案例（如橋梁崩塌事件），引起學(xué)生興趣，引出受迫振動(dòng)主題。

講解知識(shí)點(diǎn)：詳細(xì)講解受迫振動(dòng)的原理，共振的條件，結(jié)合動(dòng)畫和實(shí)驗(yàn)演示，幫助學(xué)生理解。

組織課堂活動(dòng)：設(shè)計(jì)小組討論和實(shí)驗(yàn)，如探究不同驅(qū)動(dòng)力頻率下的振動(dòng)幅度變化，讓學(xué)生在實(shí)踐中掌握共振現(xiàn)象。

解答疑問：在活動(dòng)過程中，及時(shí)解答學(xué)生的疑問。

-學(xué)生活動(dòng)：

聽講并思考：認(rèn)真聽講，思考受迫振動(dòng)與共振的關(guān)系。

參與課堂活動(dòng)：在小組中積極討論，通過實(shí)驗(yàn)觀察共振現(xiàn)象。

提問與討論：對(duì)不理解的地方提出問題，參與課堂討論。

-教學(xué)方法/手段/資源：

講授法：通過生動(dòng)的案例和詳細(xì)講解，幫助學(xué)生理解受迫振動(dòng)和共振的原理。

實(shí)踐活動(dòng)法：通過實(shí)驗(yàn)和小組討論，讓學(xué)生親身感受和掌握共振現(xiàn)象。

合作學(xué)習(xí)法：通過小組合作，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。

-作用與目的：

加深學(xué)生對(duì)受迫振動(dòng)和共振現(xiàn)象的理解，突破本節(jié)課的重難點(diǎn)。

通過實(shí)踐活動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生的觀察力和實(shí)驗(yàn)操作能力。

增強(qiáng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)，提高解決問題的能力。

3.課后拓展應(yīng)用

-教師活動(dòng)：

布置作業(yè)：根據(jù)課堂內(nèi)容，布置相關(guān)習(xí)題，鞏固學(xué)生對(duì)受迫振動(dòng)和共振的理解。

提供拓展資源：推薦相關(guān)的科普文章和視頻，幫助學(xué)生進(jìn)一步探索受迫振動(dòng)的應(yīng)用。

反饋?zhàn)鳂I(yè)情況：及時(shí)批改作業(yè)，給予學(xué)生反饋和指導(dǎo)。

-學(xué)生活動(dòng)：

完成作業(yè)：認(rèn)真完成作業(yè)，鞏固學(xué)習(xí)成果。

拓展學(xué)習(xí)：利用拓展資源，深化對(duì)受迫振動(dòng)應(yīng)用的理解。

反思總結(jié)：對(duì)學(xué)習(xí)過程進(jìn)行反思，總結(jié)學(xué)習(xí)方法和效果。

-教學(xué)方法/手段/資源：

自主學(xué)習(xí)法：鼓勵(lì)學(xué)生自主完成作業(yè)和拓展學(xué)習(xí)。

反思總結(jié)法：引導(dǎo)學(xué)生自我反思，提升學(xué)習(xí)效率。

-作用與目的：

鞏固課堂所學(xué)知識(shí)，提高學(xué)生的理論應(yīng)用能力。

拓寬學(xué)生知識(shí)視野，激發(fā)對(duì)物理學(xué)科的興趣。

通過反思，幫助學(xué)生形成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，促進(jìn)個(gè)人成長(zhǎng)。拓展與延伸1.拓展閱讀材料

-《物理學(xué)與生活》中關(guān)于受迫振動(dòng)與共振現(xiàn)象的章節(jié)；

-《物理世界》雜志中的相關(guān)文章，如“共振現(xiàn)象在日常生活中的應(yīng)用”；

-科普書籍《振動(dòng)與波》中關(guān)于受迫振動(dòng)的介紹。

2.課后自主學(xué)習(xí)和探究

-研究受迫振動(dòng)在工程領(lǐng)域的應(yīng)用，如橋梁、高樓等大型結(jié)構(gòu)的防共振設(shè)計(jì)；

-探索音樂領(lǐng)域的共振現(xiàn)象，如樂器共鳴箱的設(shè)計(jì)與音色關(guān)系；

-調(diào)查生活中受迫振動(dòng)的例子，如洗衣機(jī)脫水過程中的振動(dòng)控制；

-分析受迫振動(dòng)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用，如超聲波共振成像技術(shù)。

**受迫振動(dòng)在工程領(lǐng)域的應(yīng)用**

工程中的許多結(jié)構(gòu)都存在受迫振動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)，如橋梁在車輛行駛中的振動(dòng)、高樓在風(fēng)作用下的振動(dòng)等。這些振動(dòng)如果頻率與結(jié)構(gòu)的固有頻率接近，就會(huì)引發(fā)共振，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)損壞。學(xué)生可以研究如何通過設(shè)計(jì)來避免這種風(fēng)險(xiǎn)，例如通過改變結(jié)構(gòu)的材料、形狀或增加阻尼器等方法來調(diào)整結(jié)構(gòu)的固有頻率，減少共振的可能性。

**音樂領(lǐng)域的共振現(xiàn)象**

在音樂中，樂器的音色很大程度上取決于共鳴箱的共振特性。學(xué)生可以探究不同樂器共鳴箱的設(shè)計(jì)如何影響音色，以及如何通過調(diào)整共鳴箱的尺寸、材料等來優(yōu)化音質(zhì)。

**生活中的受迫振動(dòng)例子**

生活中處處存在受迫振動(dòng)的例子。例如，洗衣機(jī)的脫水過程就是利用受迫振動(dòng)來快速去除衣物中的水分。學(xué)生可以研究這些設(shè)備的工作原理，以及如何通過控制振動(dòng)來提高效率。

**受迫振動(dòng)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用**

醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的超聲波共振成像技術(shù)（如B超）就是利用了受迫振動(dòng)的原理。學(xué)生可以了解這種技術(shù)的原理，探究超聲波如何通過人體組織的不同密度和聲速來產(chǎn)生圖像，以及這種技術(shù)在診斷和治療中的應(yīng)用。課堂小結(jié)，當(dāng)堂檢測(cè)**課堂小結(jié)：**

本節(jié)課我們學(xué)習(xí)了受迫振動(dòng)的概念、特點(diǎn)，以及共振現(xiàn)象的產(chǎn)生條件和實(shí)際應(yīng)用。重點(diǎn)理解了以下知識(shí)點(diǎn)：

1.受迫振動(dòng)的定義及其與自由振動(dòng)的區(qū)別；

2.驅(qū)動(dòng)力與受迫振動(dòng)的相位關(guān)系；

3.共振現(xiàn)象的原理，以及如何通過調(diào)整驅(qū)動(dòng)力頻率來控制振動(dòng)幅度；

4.受迫振動(dòng)與共振在工程、音樂、生活和醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用。

**當(dāng)堂檢測(cè)：**

**選擇題：**

1.以下哪項(xiàng)不是受迫振動(dòng)的特點(diǎn)？

A.振動(dòng)頻率由外部驅(qū)動(dòng)力決定

B.振動(dòng)幅度與驅(qū)動(dòng)力頻率有關(guān)

C.振動(dòng)幅度與固有周期有關(guān)

D.驅(qū)動(dòng)力頻率等于固有頻率時(shí)振動(dòng)幅度最大

2.以下哪個(gè)現(xiàn)象不是由于共振引起的？

A.兩人在秋千上相互推動(dòng)達(dá)到較大擺動(dòng)幅度

B.鋼琴弦被敲擊后產(chǎn)生共鳴，音量增大

C.橋梁在風(fēng)作用下發(fā)生破壞

D.音叉在共鳴管內(nèi)產(chǎn)生放大聲音

**填空題：**

3.受迫振動(dòng)的振動(dòng)頻率由____決定，當(dāng)驅(qū)動(dòng)力頻率等于系統(tǒng)的____時(shí)，會(huì)發(fā)生____。

4.在實(shí)際應(yīng)用中，為了減少共振帶來的危害，工程師會(huì)通過改變結(jié)構(gòu)的____、____或增加____等方法來調(diào)整結(jié)構(gòu)的固有頻率。

**解答題：**

5.解釋為什么在洗衣機(jī)脫水過程中，衣物在高速旋轉(zhuǎn)的桶內(nèi)會(huì)越來越干？

6.以一個(gè)實(shí)例說明受迫振動(dòng)在醫(yī)學(xué)診斷中的應(yīng)用，并簡(jiǎn)要說明其工作原理。

**答案與解析：**

**選擇題答案：**

1.C

2.A

**填空題答案：**

3.外部驅(qū)動(dòng)力、固有頻率、共振

4.材料、形狀、阻尼器

**解答題參考答案：**

5.在洗衣機(jī)脫水過程中，衣物在高速旋轉(zhuǎn)的桶內(nèi)由于受迫振動(dòng)，水分被甩出，因?yàn)樾D(zhuǎn)桶的頻率與衣物的固有頻率接近，導(dǎo)致衣物產(chǎn)生共振，振動(dòng)幅度增大，水分更容易被甩出。

6.受迫振動(dòng)在醫(yī)學(xué)診斷中的應(yīng)用如超聲波共振成像技術(shù)（B超）。其工作原理是利用超聲波在不同密度和聲速的組織中傳播速度的變化，當(dāng)超聲波頻率與組織中的微小振動(dòng)頻率匹配時(shí)，產(chǎn)生共振，通過接收反射回來的超聲波信號(hào)，可以構(gòu)建出組織的內(nèi)部圖像。板書設(shè)計(jì)①**受迫振動(dòng)定義與特點(diǎn)**

-定義：受迫振動(dòng)是系統(tǒng)在外力作用下，以外部力的頻率進(jìn)行振動(dòng)。

-特點(diǎn)：

-振動(dòng)頻率由外部驅(qū)動(dòng)力決定；

-振動(dòng)幅度與驅(qū)動(dòng)力頻率有關(guān)；

-當(dāng)驅(qū)動(dòng)力頻率等于系統(tǒng)的固有頻率時(shí)，振動(dòng)幅度最大。

②**共振現(xiàn)象的產(chǎn)生條件**

-條件：驅(qū)動(dòng)力頻率等于系統(tǒng)的固有頻率。

-結(jié)果：振動(dòng)幅度最大，能量傳遞效率最高。

③**受迫振動(dòng)的實(shí)際應(yīng)用**

-工程：調(diào)整結(jié)構(gòu)參數(shù)，避免共振造成破壞。

-音樂：樂器共鳴箱設(shè)計(jì)，優(yōu)化音色。

-生活：洗衣機(jī)脫水，利用共振提高效率。

-醫(yī)學(xué)：超聲波共振成像，診斷疾病。

板書設(shè)計(jì)應(yīng)突出重點(diǎn)，條理清晰，同時(shí)加入圖表、示意圖等元素，增加趣味性和直觀性。典型例題講解**例題1：共振現(xiàn)象的應(yīng)用**

題目：解釋為什么在洗衣機(jī)脫水過程中，衣物在高速旋轉(zhuǎn)的桶內(nèi)會(huì)越來越干？

解答：在洗衣機(jī)脫水過程中，衣物在高速旋轉(zhuǎn)的桶內(nèi)由于受迫振動(dòng)，水分被甩出。旋轉(zhuǎn)桶的頻率與衣物的固有頻率接近，導(dǎo)致衣物產(chǎn)生共振，振動(dòng)幅度增大，水分更容易被甩出。

**例題2：受迫振動(dòng)在醫(yī)學(xué)診斷中的應(yīng)用**

題目：以一個(gè)實(shí)例說明受迫振動(dòng)在醫(yī)學(xué)診斷中的應(yīng)用，并簡(jiǎn)要說明其工作原理。

解答：受迫振動(dòng)在醫(yī)學(xué)診斷中的應(yīng)用如超聲波共振成像技術(shù)（B超）。其工作原理是利用超聲波在不同密度和聲速的組織中傳播速度的變化，當(dāng)超聲波頻率與組織中的微小振動(dòng)頻率匹配時(shí)，產(chǎn)生共振，通過接收反射回來的超聲波信號(hào)，可以構(gòu)建出組織的內(nèi)部圖像。

**例題3：受迫振動(dòng)的相位關(guān)系**

題目：解釋受迫振動(dòng)的相位關(guān)系，并舉例說明。

解答：受迫振動(dòng)的相位關(guān)系是指驅(qū)動(dòng)力的相位與系統(tǒng)振動(dòng)的相位之間的關(guān)系。當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的相位與系統(tǒng)振動(dòng)相位一致時(shí)，振動(dòng)幅度最大；當(dāng)相位差為90度時(shí)，振動(dòng)幅度最小。例如，當(dāng)我們?cè)谕苿?dòng)秋千時(shí)，如果我們的推力與秋千的擺動(dòng)方向一致，秋千的擺動(dòng)幅度會(huì)增大。

**例題4：受迫振動(dòng)的實(shí)際應(yīng)用**

題目：舉例說明受迫振動(dòng)在工程領(lǐng)域的應(yīng)用。

解答：在工程領(lǐng)域，受迫振動(dòng)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)和減震措施上。例如，在橋梁設(shè)計(jì)中，為了避免共振造成的破壞，工程師會(huì)通過改變橋梁的結(jié)構(gòu)參數(shù)，如使用不同的材料、調(diào)整橋梁的形狀或增加阻尼器等，來調(diào)整橋梁的固有頻率，減少共振的可能性。

**例題5：共振現(xiàn)象的危害**

題目：解釋共振現(xiàn)象可能帶來的危害，并舉例說明。

解答：共振現(xiàn)象可能帶來的危害包括結(jié)構(gòu)的破壞、設(shè)備的損壞和噪聲的增大等。例如，當(dāng)一輛行駛在橋梁上的車輛與橋梁的固有頻率接近時(shí)，車輛的振動(dòng)可能會(huì)引發(fā)橋梁的共振，導(dǎo)致橋梁的損壞。因此，工程師在設(shè)計(jì)橋梁時(shí)需要考慮共振現(xiàn)象的影響，采取相應(yīng)的措施來避免共振的發(fā)生。反思改進(jìn)措施**（一）教學(xué)特色創(chuàng)新**

1.**跨學(xué)科融合教學(xué)**：將物理學(xué)與工程學(xué)、音樂學(xué)等跨學(xué)科知識(shí)融合，拓展學(xué)生對(duì)受迫振動(dòng)與共振現(xiàn)象的理解。

2.**實(shí)驗(yàn)與理論結(jié)合**：通過設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生在實(shí)踐中觀察和理解受迫振動(dòng)與共振現(xiàn)象，增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐操作能力。

**（二）存在主要問題**

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