外力作用下的振动教学设计.doc

《外力作用下的振动》教学设计
周跃斌
（浙江省舟山市定海区白泉高中，浙江舟山 316012）
笔者在人教版选修3-4第十一章第5节《外力作用下的振动》教学实践中发现，按照教材中图11.5-3实验装置和方法做实验教学效果不理想。究其原因是：（1）学生参与度不高；（2）没有能够深刻体验驱动力；（3）驱动力频率单一，导致对共振曲线意义理解出现偏差。根据上述原因结合教改要求重视学生参与和体验，笔者在教学实践中对实验方法稍作改变，实验效果相当理想。现对该节教学设计整理如下，仅供参考。
一、 教学目标
固有振动、受迫振动、共振
二、 重点和难点
做固有振动时频率等于固有频率；做受迫振动时的频率等于驱动力的频率；受迫振动时的振幅与驱动力频率的关系。
三、 学情分析
学生主要的问题源自“驱动力来自哪里”，由此分不清物体做固有振动还是做受迫振动，进而不知道为什么驱动力的频率与固有频率越接近振幅就越大。因此需要老师引导学生多参与多体验。
四、 教学器材和实验方法
共振摆；通过手指“搓”横线的方法吸引学生参与，体验振幅与驱动力频率的关系。
五、 教学过程
1、 固有频率
振动系统不受外力作用时的振动叫固有振动，此时的振动频率就是系统的固有频率。（实验演示，并粗略观察系统的固有周期或频率）
2、 阻尼振动
系统克服阻尼，消耗机械能，振幅减小的振动叫做阻尼振动。
3、 受迫振动
A
B
C
D
（图11.5-3）
根据教学目标、重难点以及学情分析，设计了这样一个演示实验：实验仪器为传统的共振摆（如教材选修3-4 P19图11.5-3所示）。
首先，让学生观察固有振动，大致了解不同单摆的固有周期。其次直接用手抓住某摆球使其做受迫振动，发现此时单摆的振动周期由手（即驱动力）的周期决定。第三步，用手指“来回搓”横线，发现所有单摆都摆动起来。（这一步是本设计的重点）
（此处提问：单摆做什么振动？——受迫振动；
追问：驱动力来自哪里？——手指）
第四步，师：“老师想让哪个摆振幅最大都能做到。”
（生将信将疑），在下面说“最长的那个”。于是老师来回搓了四、五下横线，最长的那个摆的振幅就明显最大了。接下去学生一个个点，老师一个个做，点到哪个摆老师都能让这个摆的振幅最大。（学生感到很神奇，跃跃欲试。）请两个同学当场到讲台上实验。开始学生做不到，老师在旁边指点，要求学生看该摆的节奏（周期），手指“搓”的节奏要和该摆的固有周期一致。最后通过讲解，学生对“驱动力来自哪里”、“什么时候受迫振动的振幅最大”理解得非常深刻，课后不管男女、不管成绩好坏学生都想来亲自做这个实验。
f
O
A
f0
图11.5-4
f0’
小结：图11.5-4（虚线为笔者所加）有这样两层含义：同一个单摆（有确定的固有频率）的振幅怎样随着驱动力的变化而变化，物体做受迫振动时，驱动力的周期与固有周期越接近振幅越大，相等时最大；两个（固有频率）不同单摆在同一驱动力作用下做受迫振动时振幅往往不同（比较实线和虚线），达到最大振幅时所对应的驱动力的频率也不同。
4、 共振与共振曲线
驱动力频率f等于系统固有频率f0时，受迫振动的振幅最大，这种现象叫做共振。
课后小结：这堂课，虽然教学仪器相当传统、简陋，仅仅改变一下操作方法——用手指“搓”来代替某一单摆的带动，但是学生的参与度相当的高，教学效果相当好。上完这节课，笔者有了这样一个心得：用什么仪器做实验是次要的，关键是要让更多的学生一起参与进来，只有学生参与了才能获得体验、才能获得印象深刻的知识。课堂教学的生命力来自学生的参与，来自教师的创新。