2.5 受迫振动 共振 教学设计 -2025-2026学年高二下学期物理粤教版选择性必修第一册

《受迫振动 共振》教学设计

【课题】受迫振动 共振

【教学时间】40分钟

【教学对象】高二（下）

【教材】高中物理选择性必修一第二章第五节

【教学内容分析】

1．本节在教材中的地位和作用

本节是本章最后一节，受迫振动是在学习了机械振动的理想模型——简谐振动之后拓展的真实常见振动，教材通过实验探究，认识受迫振动的特点∶振动系统做受迫振动，振动稳定后的频率等于驱动力的频率，与振动系统的固有频率无关．受迫振动的特点为下一章学习机械波打好必要的知识基础，起到第二章和第三章承上启下的作用．教材通过设置驱动力的频率和振动系统的固有频率的不同差距，来探究外界向受迫振动系统输入能量的多少，拓展出驱动力与振动系统除了频率外的能量特点，并延伸出共振的应用与防止，让物理知识应用于生活、生产和军事，进一步培养学生主动发现问题、探究问题和解决问题的能力．

2．课程标准对本节的要求

内容要求∶通过实验，认识受迫振动的特点．了解产生共振的条件及其应用．

教学提示∶在学生初步形成的运动与相互作用观念和能量观念的基础上，通过研究受迫振动和共振现象，引导学生从相互作用和能量的角度认识受迫振动，拓展对物理世界的认识和理解，为机械波的深入学习打好基础．

学业要求∶能从理论推导和实验验证的角度，深化对物体之间相互作用规律的理解．能运用这些模型分析问题，通过推理得出结论，对相关现象作出解释．

3．教材内容安排

本节要求学生了解等幅振动和阻尼振动的差别及能量转化的情况，通过演示实验引导学生得出驱动力频率与振动系统受迫振动稳定时的频率关系，再设计摆长不同的单摆来演示驱动力频率与被迫振动的单摆固有频率之间的差别有多大时，外界对振动系统输入的能量最大，要求学生在老师的正确引导下仔细观察实验现象，讨论交流得出初步的实验结论，并尝试用已学知识对实验结果进行解释，让理论推导和实验结论一致，体验严谨的科学探究精神．

4．教材的特点

（1）重视知识拓展的层层递进和思维进阶．

（2）重视实验探究过程．

（3）鼓励学生对实验现象进行讨论与交流，得出结论并尝试用已学知识对其进行解释．

（4）通过资料活页宣扬中国传统文化和科技，肯定先辈智慧，增强民族自信心和自豪感．

5．对教材的处理

本节的教学重点在于通过实验探究受迫振动和共振的特点．引导学生通过实验探究受迫振动的系统在振动稳定时的频率与振动系统的固有频率有关，还是与驱动力的频率有关.教材在第55页的“观察与思考”中用了控制变量法探究实验，并在实验后的正文中直接给出了实验结论．建议教师在实验前可以进行一定的问题引导，比如提问“简谐运动的振动频率取决于振动系统，那么受迫振动的振动频率是否也取决于振动系统？”.在实验演示之前，要对即将要做的实验中需要重点观察对比的要素进行引导提醒，让学生观察与思考∶改变驱动力频率的大小，受迫振动会发生什么变化？在教师的引导下，学生可以得出“受迫振动的振动系统，振动稳定后的频率等于驱动力的频率，与物体的固有频率无关”．

在受迫振动的频率实验之后，可以引导学生回顾简谐振动的两个要素——周期和振幅，从而探究受迫振动系统的振幅大小（从外界获得的能量）与驱动力频率有什么关系，进而探究共振实验．在探究共振实验中有三种处理方式，第一种是按照教材用单摆来探究，这种处理方式比较简单，因为单摆的周期T＝（或固有频率）与小球质量无关；第二种是选择受迫振动的频率实验中的“弹簧振子装置”，用控制变量法分别设置不同的弹簧劲度系数k和小球质量m，逐渐增大驱动力的频率，观察哪个弹簧振子先达到振幅最大（共振），再根据弹簧振子的周期T＝进行理论解释；第三种是通过音叉的共振来探究．通过引导学生设计不同的实验方案，提升学生的知识迁移能力、实践能力、创新意识．

【学情分析】

1．学生的知识基础

学生在前面几节课中，通过弹簧振子和单摆，学习了简谐振动，对简谐振动的动力学特点、运动学特点、能量转化有了比较深刻的认识．在此基础上学生学习受迫振动，有了理论基础．

2．学生的心理特点

学生具有强烈的好奇心和求知欲，对探索自然现象以及实验现象有浓厚的兴趣．

3．学生的认知特点与困难

高中学生有较强的抽象思维能力，初步掌握了一些物理学研究的方法，能通过观察物理现象，分析物理现象产生的原因．学生学习本节的困难主要在于受迫振动系统稳定后的频率与驱动力频率的关系.这个关系对初学者而言，是存在着一定的认知冲突，也恰恰是这种认知冲突让学生在学习过程中实现思维的进阶．

【教学目标】

1．物理观念

通过简谐运动和阻尼振动的区别、受迫振动和共振的特点，促使学生形成清晰的运动与相互作用观念、能量观念．

2．科学思维

通过分析阻尼振动的特点，进行阻尼振动的模型建构．

通过用弹簧振子固有周期公式和单摆固有周期公式对“共振实验”进行解释，培养学生使用科学证据的意识和评估科学证据的能力，能运用证据对实验观察后进行描述、分析和推理，获得结论并作出解释，培养学生的科学推理、科学论证、质疑创新的素养．

3．科学探究

学生在教师引导下设计“受迫振动的频率实验”和“共振实验”的科学探究方案，使用基本的器材获得数据，分析数据并发现其中规律，形成合理的结论，用已有的物理知识解释，并能在小组范围内进行交流和反思．实验探究过程的设计提升了学生的知识迁移能力、实践能力和创新意识，

4．科学态度与责任

通过“受迫振动的频率实验”和“共振实验”的实验探究，培养学生学习物理、应用物理去探索自然的兴趣和实事求是的精神，引导学生认识科学的本质，了解科学·技术·社会·环境的关系，逐渐形成对科学和技术应有的正确态度和责任感．

【教学重点】

理解什么是受迫振动，知道什么是共振，以及产生共振的条件．

【教学难点】

理解受迫振动系统稳定后的频率与驱动力频率的关系．共振及产生共振的条件．

【教学理念与策略】

教学理念∶物理来源于生产生活，让生产生活中遇到的问题通过物理建模成物理问题，解决物理问题后理应回归到现实情境中去．

教学指导思想∶问题驱动和实验探究相结合推进课堂的进程，实现以教师为主导、学生