2.6

受迫振動(dòng)共振教師：吳莎學(xué)校：安徽省馬鞍山市第二十二中學(xué)O1教材分析O2O3O4O5學(xué)情分析O6實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路及創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)效果評(píng)價(jià)2.6受迫振動(dòng)共振教材分析01一、教材分析從理想到實(shí)際簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)

外力作用下的振動(dòng)多個(gè)物理概念固有頻率、阻尼振動(dòng)、驅(qū)動(dòng)力、受迫振動(dòng)、共振……豐富實(shí)驗(yàn)內(nèi)容課標(biāo)要求：通過(guò)實(shí)驗(yàn)認(rèn)識(shí)受迫振動(dòng)的特點(diǎn)、了解共振現(xiàn)象產(chǎn)生的條件人教2019版選擇性必修一第二章第6節(jié)學(xué)情分析02二、學(xué)情分析

1.學(xué)生已有的知識(shí)：通過(guò)本章前幾節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，學(xué)生具備了分別從運(yùn)動(dòng)學(xué)角度、動(dòng)力學(xué)角度和能量角度認(rèn)識(shí)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)特征的能力，對(duì)機(jī)械振動(dòng)的概念比較了解，知道影響彈簧振子周期的因素。2.學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)及困難：本節(jié)從簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的理想模型過(guò)渡到外力作用下的實(shí)際運(yùn)動(dòng)，難點(diǎn)在于區(qū)分固有頻率、驅(qū)動(dòng)力頻率和受迫振動(dòng)的頻率，這也是認(rèn)識(shí)共振現(xiàn)象的前提。實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)03三、實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)1．物理觀念：認(rèn)識(shí)固有頻率、驅(qū)動(dòng)力頻率與受迫振動(dòng)頻率之間的區(qū)別與聯(lián)系；從能量角度理解阻尼振動(dòng)；了解產(chǎn)生共振的條件，認(rèn)識(shí)共振是受迫振動(dòng)的一種特殊情況。2．科學(xué)思維：通過(guò)不同外力作用下振動(dòng)現(xiàn)象的研究，培養(yǎng)學(xué)生從運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)和能量觀點(diǎn)綜合分析機(jī)械振動(dòng)現(xiàn)象的科學(xué)思維；3．科學(xué)探究：通過(guò)從現(xiàn)象提出猜想到定量實(shí)驗(yàn)最后通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)總結(jié)規(guī)律生成結(jié)論的過(guò)程，培養(yǎng)學(xué)生自主探究的能力；4．科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：經(jīng)歷科學(xué)探究從數(shù)據(jù)走向?qū)嶒?yàn)結(jié)論的過(guò)程，領(lǐng)略實(shí)驗(yàn)是解決物理問(wèn)題的一種基本途徑，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度?；谖锢砗诵乃仞B(yǎng)和新課程理念，將本實(shí)驗(yàn)的教學(xué)目標(biāo)制定如下：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路及創(chuàng)新04四、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路與創(chuàng)新2.實(shí)驗(yàn)過(guò)程中連續(xù)記錄的物理量隨時(shí)間變化的圖像更加生動(dòng)地反映了物理規(guī)律數(shù)據(jù)采集器傳感器計(jì)算機(jī)1.緊扣教材

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

概念生成(phyphox)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程05五、實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容1.描繪阻尼振動(dòng)的a-t圖教材：測(cè)自由落體加速度簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力F=-kx，a-t圖可以反映振動(dòng)圖像改變阻力得到不同情景下的阻尼振動(dòng)的a-t圖周期不隨振幅的減小而變化T振幅衰減的不明顯在水中振動(dòng)的a-t圖教材上的阻尼振動(dòng)圖像對(duì)

比在水中振動(dòng)概念生成固有頻率電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器啟發(fā)：受迫振動(dòng)頻率與驅(qū)動(dòng)力頻率的關(guān)系？教材：驅(qū)動(dòng)力頻率與受迫振動(dòng)頻率均由學(xué)生數(shù)數(shù)獲得——既不準(zhǔn)確又容易混淆如何更準(zhǔn)確地分別測(cè)量驅(qū)動(dòng)力頻率與振子做受迫振動(dòng)的頻率呢？振片做受迫振動(dòng)2.探究受迫振動(dòng)的頻率與驅(qū)動(dòng)力頻率的關(guān)系教材上的實(shí)驗(yàn)裝置從阻力到驅(qū)動(dòng)力從阻尼振動(dòng)到受迫振動(dòng)轉(zhuǎn)速可調(diào)電動(dòng)機(jī)：提供驅(qū)動(dòng)力手機(jī)：測(cè)量受迫振動(dòng)的頻率轉(zhuǎn)速計(jì)：測(cè)量電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)裝置2.探究受迫振動(dòng)的頻率與驅(qū)動(dòng)力頻率的關(guān)系驅(qū)動(dòng)力的頻率與受迫振動(dòng)頻率分別由兩種定量方式測(cè)得，更準(zhǔn)確且不易混淆。2.探究受迫振動(dòng)的頻率與驅(qū)動(dòng)力頻率的關(guān)系實(shí)驗(yàn)時(shí)，兩部手機(jī)同時(shí)投屏，方便對(duì)比和記錄數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)時(shí)記錄的數(shù)據(jù)生成

結(jié)論隱藏一列數(shù)據(jù)設(shè)置單位換算大量的實(shí)驗(yàn)都證實(shí)：物體做受迫振動(dòng)達(dá)到穩(wěn)定后，物體振動(dòng)的頻率等于驅(qū)動(dòng)力的頻率，與物體的固有頻率無(wú)關(guān)。展開數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比3.探究受迫振動(dòng)的振幅與驅(qū)動(dòng)力頻率的關(guān)系固定一個(gè)刻度尺和指針用頻閃照片記錄振幅實(shí)驗(yàn)觀察到的現(xiàn)象：手機(jī)振幅發(fā)生變化，有段時(shí)間手機(jī)振動(dòng)得很劇烈啟發(fā)：受迫振動(dòng)的振幅與驅(qū)動(dòng)力頻率的關(guān)系實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證課堂上拍攝的頻閃照片驅(qū)動(dòng)力頻率2.50Hz，振幅0.8cm驅(qū)動(dòng)力頻率3.42Hz，振幅4.0cm驅(qū)動(dòng)力頻率3.97Hz，振幅2.2cm驅(qū)動(dòng)力頻率4.90Hz，振幅0.8cm頻閃照片驅(qū)動(dòng)力頻率2.52Hz，振幅0.8cm驅(qū)動(dòng)力頻率2.78Hz，振幅0.9cm驅(qū)動(dòng)力頻率2.87Hz，振幅1.1cm驅(qū)動(dòng)力頻率3.08Hz，振幅2.0cm頻閃照片驅(qū)動(dòng)力頻率3.23Hz，振幅2.3cm驅(qū)動(dòng)力頻率3.63Hz，振幅10.4cm驅(qū)動(dòng)力頻率3.90Hz，振幅3.1cm驅(qū)動(dòng)力頻率3.55Hz，振幅5.1cm頻閃照片驅(qū)動(dòng)力頻率3.97Hz，振幅2.1cm驅(qū)動(dòng)力頻率4.45Hz，振幅1.0cm驅(qū)動(dòng)力頻率4.27Hz，振幅1.0cm驅(qū)動(dòng)力頻率（Hz）振幅（cm）2.520.82.780.92.871.13.082.03.232.3驅(qū)動(dòng)力頻率（Hz）振幅（cm）3.555.13.6310.43.903.13.972.14.271.1驅(qū)動(dòng)力頻率（Hz）振幅（cm）4.451.03.424.12.500.93.972.14.900.8手機(jī)受迫振動(dòng)振幅隨驅(qū)動(dòng)力頻率變化關(guān)系表A-f

圖振幅最大的點(diǎn)對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)有何意義？生成

結(jié)論4.探究共振條件近似等于1.振幅最大——共振概念2.圖像上振幅最大的橫坐標(biāo)——共振時(shí)的驅(qū)動(dòng)力頻率3.手機(jī)自由振動(dòng)傳感器的示數(shù)——系統(tǒng)的固有頻率4.發(fā)生共振現(xiàn)象的條件課本的圖實(shí)驗(yàn)效果評(píng)價(jià)06六、實(shí)驗(yàn)效果評(píng)價(jià)2．相較于以前的數(shù)字實(shí)驗(yàn)設(shè)備，智能手機(jī)每家都有，學(xué)生在課堂實(shí)驗(yàn)后回去也進(jìn)行了一些新的嘗試：比如用彈簧傳感器測(cè)量了不同彈簧系統(tǒng)的固有頻率以驗(yàn)證彈簧振子的周期公式、利用擺傳感器驗(yàn)證單擺的周期公式測(cè)量重力加速度等；還有的學(xué)生“腦洞大開”，比如在普通的彈簧振子上安裝遮光條用光傳感器記錄現(xiàn)象，或是在振子上吸上強(qiáng)磁球用磁力計(jì)傳感器記錄因振子振動(dòng)帶來(lái)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化等，并都獲得了一些周期性的圖像，然而受制于物理量之間的非線性關(guān)系，圖像不能定量解釋物理規(guī)律，但這些嘗試對(duì)于學(xué)生無(wú)疑是非常有意義的。智能時(shí)代，讓我們擁抱創(chuàng)新，生活處處是物理