2.6 受迫振动 共振（教学设计）物理人教版选择性必修第一册

该高中物理教学设计聚焦受迫振动与共振核心知识，通过播放视频导入提问，从固有振动、阻尼振动的受力与能量分析入手，构建“受力—振动状态—能量变化”模型，为受迫振动规律及共振条件学习搭建递进式支架。 以实验探究为特色，小组合作搭建弹簧振子/单摆装置，控制变量改变驱动力频率，绘制共振曲线，培养科学探究能力。结合微波炉加热、桥梁共振坍塌等实例，深化物理观念与科学态度，例题习题提升科学思维，助力教师高效教学，帮助学生掌握规律并理解应用价值。

2.6 受迫振动 共振（教学设计） 年级 高二年级 学科 物理 教师 课题 2.6 受迫振动 共振 教学 目标 物理观念 依托振动系统理想化模型明确自由振动、阻尼振动、受迫振动的判定条件，厘清回复力、阻尼力、驱动力三者受力本质区别，牢固掌握受迫振动稳定后振动频率等于驱动力频率、与系统固有频率无关的核心规律；认知振动过程中驱动力做功补充系统损耗能量，阻尼振动因阻力耗散机械能导致振幅持续衰减；借助共振条件建立驱动力频率、固有频率与振幅的定量关联，理解共振时系统振幅达到极大值的内在机理，夯实外力作用下振动能量转化与振动状态演变的底层认知。 科学思维 构建 “受力 — 振动状态 — 能量变化” 一体化模型思维，对受迫振动系统完成受力拆解，区分固有振动、驱动力强制振动两个运动分量，从能量补给角度定性解释共振振幅峰值的由来；运用数形结合思想，通过振幅 - 驱动力频率共振曲线分析变量关系，直观呈现固有频率、阻尼大小对共振峰高度、峰宽的影响；通过误差与实际条件逆向推导，分析阻尼大小、驱动力幅值、系统刚度对共振效果的偏离影响，锻炼模型修正、定量分析、图像法处理振动问题的抽象逻辑能力。 科学探究 以小组合作实操形式完成 “探究受迫振动与共振条件” 完整探究实验：规范搭建弹簧振子 / 单摆驱动装置，精准改变驱动力转动频率；采用多次观测取平均值的方法减小振幅读数偶然误差，运用控制变量思想，先后改变系统固有频率、阻尼大小重复多组实验；完整记录不同驱动力频率对应的稳定振幅，列表整理数据、描点绘制共振图像，由图像峰值确定共振频率；自主排查摆角过大、驱动力不稳定、摩擦阻尼变化、读数滞后等操作误差，全面提升仪器调试、变量控制、数据采集、图像分析与规律研判的实操探究能力。 科学态度 与责任 完整执行装置组装、变量调控、多次重复测量、数据记录、图像拟合、结论归纳全流程，深刻体会物理学抓住主要矛盾、忽略次要阻力简化理想模型的研究方法；客观正视实验偶然误差与系统误差，不篡改、不修饰原始观测数据，养成严谨务实、尊重客观实验结果的科研习惯；知晓共振原理除课堂探究外，可应用于共振筛分料、乐器共鸣、超声波破碎等生产场景，同时用于桥梁抗震、高层建筑减震、设备防共振破坏等工程防护，理解受迫振动与共振规律在工业生产、工程安全、生活技术中的实际应用价值；在分组实操中培养分工协作、实事求是、审慎求证的实验品格，感悟物理振动规律对工程安全与社会实践的重要支撑作用。 教学重难点 教学重点：掌握受迫振动频率规律及共振产生条件。实验操作，用控制变量法探究振幅变化规律。 教学难点：共振图像数据分析，共振的利弊实际应用。 教学过程 教师活动 学生活动 教学引入 播放洗的视频，提问学生知道这是什么原理吗？ 学生结合所见所闻尝试回答问题，并与其他同学交流。 新课讲授 一、振动中的能量损失 （一)固有频率 教师提出以下问题，让学生回答： 1.让单摆、弹簧振子自由振动，如果没有外力干扰，则单摆、弹簧振子做什么运动？ 2.单摆、弹簧振子做简谐运动时，其周期或频率与哪些因素有关？ 教师总结固有频率知识： 我们把这种振动称为固有振动，其振动频率称为固有频率（振动系统不受外力的作用）。 然后提出问题：倘若振动系统受到外力作用，它将如何运动？ （二)阻尼振动 演示实验：如图所示的实验装置为一挂在曲轴上的弹簧振子，用手将振子向下拉动一下释放，观察较长一段时间，你发现振子在振动过程中振幅有什么变化？为什么会出现这种现象？ 然后让学生查阅课本总结该类运动，然后和学生总结阻尼振动：振动系统在阻尼（摩擦或其他阻力）作用下的振幅逐渐减小的振动。 阻尼振动中，由于存在阻力，振幅不断减小，故振动系统的机械能将不断减少，那么，振动系统的周期和频率也会发生变化吗？ 教师借助PPT左下图帮助学生理解： 然后得出：振动周期与振幅无关，故阻尼振动中周期和频率不变！ 然后提问：阻尼振动的能量有什么特点？ 结合学生回答点评后，形成以下规律： 物体在做阻尼振动的过程中，总机械能逐渐减小，物体位移大小相等时，势能大小相等，但动能与上一次相比将减小。 然后提出问题：阻尼振动最终要停下来，那么怎样才能产生持续的振动呢？ 例1　粗细均匀的一根木筷，下端绕几圈铁丝，竖直浮在较大的水杯中，把木筷往上提起一段距离后放手，木筷就在水中上下振动，如图甲所示。以竖直向上为正方向，某时刻开始计时的振动图像如图乙所示。对于木筷(包括铁丝)，下列说法正确的是(　　) A.N时刻的位移与P时刻的位移相同 B.P时刻的加速度方向竖直向下 C.N时刻的机械能等于P时刻的机械能 D.随着振幅的减小，振动频率会变小 【答案】　B 【解析】　由于位移是矢量，所以N时刻的位移与P时刻的位移大小相等，方向相反，A错误；P时刻回复力方向竖直向下，由牛顿第二定律可知，加速度方向与回复力方向一致，所以P时刻的加速度方向竖直向下，B正确；因为木筷(包括铁丝)做阻尼振动，机械能随时间不断减小，所以P时刻的机械能大于N时刻的机械能，C错误；木筷(包括铁丝)振动的频率与振幅无关，振动频率不变，D错误。 学生回答：弹簧振子，单摆做简谐运动。 学生回答：单摆、弹簧振子周期或频率与振幅无关，仅由系统自身的性质决定。 学生思考并进入下一环节学习。 学生观察并总结实验现象：振子在振动的过程中振幅逐渐减小，因为振子在实际振动过程中受到空气的阻碍作用，振动的能量逐渐减少。 学生查阅课本总结阻尼振动。 学生在教师引导下思考回答周期只与本身性质有关，与振幅无关。 学生尝试回答问题并交流 学生思考并形成自己的答案 新课讲授 二、受迫振动 （1） 迫振动 提出问题：阻尼振动最终要停下来，那么怎样才能产生持续的振动呢？ 提示：最简单的方法是使周期性的外力作用于振动系统，外力做功，补偿系统的能量损失，使系统的振动维持下去。 让学生查阅课本上受迫振动的概念： 受迫振动：物体在周期性变化的驱动力作用下的振动叫做受迫振动。 驱动力：维持受迫振动的周期性外力 提出问题：受迫振动的频率与什么因素有关呢？ 在学生回答问题基础上教师演示实验，并总结：受迫振动的规律受迫振动稳定时的频率等于驱动力的频率，跟系统的固有频率无关。 你知道受迫振动在生产生活或科学技术有哪些具体应用吗？ 例2　如图所示，曲轴上悬挂一弹簧振子，转动摇把，曲轴可以带动弹簧振子上下振动。 (1)开始时不转动摇把，而用手往下拉振子，然后放手让振子上下振动，测得振子在10 s内完成20次全振动，不考虑阻力，振子做什么振动？其固有周期和固有频率各是多少？若考虑阻力，振子做什么振动？ (2)在振子正常振动过程中，以转速4 r/s匀速转动把手，振子的振动稳定后，振子做什么运动？其周期是多少？ 【答案】　(1)固有振动　0.5 s　2 Hz　阻尼振动 (2)受迫振动　0.25 s 【解析】　(1)用手往下拉振子，放手后，因振子所受回复力满足F=-kx，所以做固有振动， 根据题意T固== s=0.5 s，f固==2 Hz， 由于阻力的存在，振子克服阻力做功消耗能量，振幅越来越小，故振动为阻尼振动。 (2)由于把手转动的转速为4 r/s，它给弹簧振子的驱动力频率为f驱=4 Hz，周期T驱=0.25 s，故振子做受迫振动，振动达到稳定状态后，其频率(或周期)等于驱动力的频率(或周期)，而跟固有频率(或固有周期)无关， 即f=f驱=4 Hz，T=T驱=0.25 s。 学生根据自己的思考回答交流。 学生查阅资料并回答问题 学生回答问题并交流 学生根据自己所见所闻举例子。 新课讲授 三、共振现象及其应用 （一）实验探究受迫振动振幅与固有频率关系 教师提出问题：物体做受迫振动的振幅是否也跟它的固有频率无关呢? 然后演示实验。 在学生回答基础上总结结论：结论：驱动力的频率等于振动物体的固有频率时，振幅最大；驱动力的频率跟固有频率相差越大，振幅越小。 然后让学生总结共振知识： 共振的定义：在受迫振动中，驱动力的频率等于系统的固有频率时，受迫振动的振幅最大，这种现象叫做共振。 共振曲线： 横轴：表示驱动力的频率，纵轴：表示受迫振动的振幅 尝试描述下特点？ 受迫振动的规律： f驱= f固时，振幅有最大值；f驱与 f固差别越大时，振幅越小。 然后提问：在生活生产或科技领域中，哪些利用了共振，它们工作原理是什么？ 在学生回答之后，回答应用： 1.微波炉加热原理 食物中水分子的振动频率约为2500MHz,具有大致相同频率的电磁波称为 “微波” .微波炉加热食品时，炉内产生很强的振荡电磁场，使食物中的水分子作受迫振动，发生共振，将电磁辐射能转化为内能，从而使食物的温度迅速升高.微波加热是对物体内部的整体加热，极大地提高了加热效率。 2.测量机器转速的转速计 把一些不同长度的钢片装在同一个支架上，可以制成测量机器转速的转速计。使转速计与开动着的机器紧密接触，机器振动引起转速计的轻微振动，这时固有频率与机器运转频率相同的那片钢片发生共振，有较大的振幅。若已知钢片的固有频率，就可知道机器的转速。 3.共振筛 共振筛是利用共振现象制成的把筛子用四根弹簧支起来，在筛架上安装一个偏心轮，就成了共振筛.偏心轮在发动机的带动下发生转动时，适当调节偏心轮的转速，可以使筛子受到的驱动力的频率接近筛子的固有频率，这时筛子发生共振，振幅最大，提高了筛除杂物的效。 4.声音的共振叫共鸣 观看原理并解释应用。 然后提问：在生活生产或科技领域中，共振有哪些危害？ 待学回答上补充一下故事 1.1831年，一队骑兵通过曼彻斯特附近的一座便桥时，由于马蹄节奏整齐，桥梁发生共振而断裂。 2.1940 年11月7日美国 Tocama 悬索桥因风共振而坍塌。 然后提问：你知道有哪些措施可以有效避免共振的危害？然后补充实例。 例3　(2025·深圳市高二期中)某同学利用如图所示的装置做多单摆实验。在一根张紧的绳子上悬挂几个摆球，当驱动摆B摆动起来后，摆A、C、D、E也跟着摆动起来。已知摆长LB=LD>LA>LC>LE，在振动稳定后，下列说法正确的是(　　) A.驱动摆B只是把振动形式传递给其他单摆，并不传递能量 B.单摆D、E的摆动振幅AD>AE C.单摆A摆动过程中多次通过同一位置时，速度和加速度都一定相同 D.单摆A、B、C、D、E的摆动周期满足TB=TD>TA>TC>TE 【答案】　B 【解析】　驱动摆B不仅把振动形式传递给其他单摆，同时也把能量传递给其他单摆，故A项错误；如果驱动摆B的周期为T，其他单摆都做受迫振动，振动周期都等于驱动摆的周期，振动频率也都等于驱动摆的频率，当驱动力的周期和单摆自身的固有周期T=2π(其中g为重力加速度，l为摆长)相等时，振幅最大，单摆D的摆长与B相同，则单摆B、D产生共振，则振幅AD>AE，故B项正确，D项错误；单摆A摆动过程中多次通过同一位置时，速度大小相等但方向可能不同，根据F=-kx可得加速度a==-，所以加速度一定相同，故C项错误。 例4　(多选)(2025·昆明市高二期中)如图甲所示，把一个筛子用四根弹簧支撑起来，筛子上装一个电动偏心轮，它每转一周，给筛子一个驱动力，这就做成了一个共振筛。该共振筛的共振曲线如图乙所示。已知增大电压，可使偏心轮转速提高；增加筛子的质量，可增大筛子的固有周期。现在，在某电压下偏心轮的转速是40 r/min，下列操作可使筛子振幅减小的是(　　) A.将偏心轮的转速调整为45 r/min B.将偏心轮的转速调整为38 r/min C.稍微增加筛子的质量 D.稍微减小筛子的质量 【答案】　BD 【解析】　开始时f=n=40 r/min= r/s= Hz<0.8 Hz，而n=45 r/min=0.75 r/s=0.75 Hz<0.8 Hz，要使筛子振幅减小，偏心轮的转速需要降低，故A错误，B正确；因开始时f= Hz<0.8 Hz，要使筛子振幅减小，则应增大筛子的固有频率，即减小其固有周期，则可稍微减小筛子的质量，故C错误，D正确。 学生观察实验并总结实验结论。 学生查阅并总结知识规律。 学生总结并分享。 学生尝试回答共振的应用。 课 堂 练 习 课 堂 练 习 课 堂 练 习 1.微量振荡天平可测大气颗粒物浓度。右图为微量振荡天平的振动系统示意图，滤膜固定在空心锥形振荡管的顶部，锥形振荡管的底部固定在底座上。系统工作时，底座不振动，滤膜随振荡管在驱动系统（图中未画出）的驱动下一起振动。含尘大气通过滤膜时，颗粒物沉积在滤膜上，导致振动系统的固有频率变化。测量出振动系统一定时间间隔前、后的固有频率，就可推算出这段时间内大气颗粒物的平均浓度。假设驱动系统的频率始终可覆盖振动系统的固有频率变化范围，下列说法正确的是 （      ）  A.驱动频率一直增大，振荡管的振幅一直增大 B.驱动频率增大，锥形振荡管的振动频率不变 C.锥形振荡管的振幅仅与驱动频率有关 D.驱动频率越接近锥形振荡管的固有频率，锥形振荡管的振幅越大 【答案】D 【解析】由题意可知，锥形振荡管做受迫振动，锥形振荡管的振幅与驱动频率和系统的固有频率都有关，C错误；根据共振的原理可知，锥形振荡管做受迫振动时，驱动频率越接近锥形振荡管的固有频率，锥形振荡管的振幅越大，AB错误；D正确。故选D。 2.如图所示，曲轴上挂着一个弹簧振子．转动摇把曲轴可带动弹簧振子上下振动，开始时不转动摇把，让振子自由振动，测得其频率为2 Hz.现匀速转动摇把，转速为240 r/min.则下列说法正确的是(　　) A.当振子稳定振动时，它的振动周期是0.5 s B.当振子稳定振动时，它的振动频率是4 Hz C.当转速为240 r/min时，弹簧振子的振幅最大 D.当转速增大时，弹簧振子的振幅增大 【答案】B 【解析】受迫振动中，做受迫振动的物体的周期、频率由驱动力的周期、频率决定，驱动力的频率为4 Hz，周期为0.25 s，所以A项错误，B项正确；当驱动力的周期与振子的固有周期相等时，振幅最大，C项错误；由于驱动频率大于振子的固有频率，故转速增大时，弹簧振子的振幅减小，D错误． 3.如图所示，曲轴上悬挂一弹簧振子，转动摇把，曲轴可以带动弹簧振子上下振动．开始时不转动摇把，而让振子自由上下振动，测得其频率为2 Hz，然后匀速转动摇把，转速为240 r/min，当振子振动稳定时，它振动的周期为(　　) A.0.5 s B.0.25 s C.2 s D.4 s 【答案】B 【解析】匀速转动摇把后，振子将做受迫振动，驱动力的周期跟摇把转动的周期是相同的，振子做受迫振动的周期又等于驱动力的周期，其频率也等于驱动力的频率，与振子自由上下振动的频率无关．摇把匀速转动时的转速为240 r/min＝4 r/s，故频率f＝4 Hz，所以驱动力的周期T＝＝ s＝0.25 s. 4.图(a)为演示单摆共振的装置，实验时依次让不同的单摆先摆起来，观察单摆P(图中未标出)能达到的最大振幅A和稳定时的振动频率f，并描点记录在图(b)中，用光滑曲线连接各点得到如图(b)所示曲线。取重力加速度g＝π2 m/s2，下列说法正确的是(　　) A.单摆P的固有频率约为0.5 Hz B.装置(a)中至少有一个单摆的摆长约1.0 m C.装置(a)中至少有三个单摆的固有周期相同 D.当单摆P稳定时的振动频率为1.0 Hz时，先振动的单摆摆长约为0.25 m 【答案】ABD 【解析】图(b)为单摆P的共振曲线，振幅最大时对应的频率0.50 Hz接近或等于其固有频率，故A正确；单摆P振幅最大时，先振动的单摆与P的固有周期相近或相同，P的固有周期约为2.0 s，由T＝2π可求得其摆长约为1.0 m，说明装置中至少有一个单摆的摆长约为1.0 m，故B正确，C错误；当单摆稳定时的振动频率为1.0 Hz时，先振动的单摆的固有频率也为1.0 Hz，由T＝2π可得摆长约0.25 m，故D正确。 5.单摆做阻尼振动的振动图线如图所示，下列说法正确的是（　　） A.摆球在A时刻的动能等于B时刻的动能 B.摆球在A时刻的势能等于B时刻的势能 C.摆球在A时刻的机械能等于B时刻的机械能 D.摆球在A时刻的机械能大于B时刻的机械能 【答案】BD 【解析】在单摆振动过程中，因不断克服空气阻力做功使动能逐渐转化为内能，即摆球在A时刻的机械能大于B时刻的机械能，C错误，D正确；虽然单摆总的机械能在逐渐减小，但在振动过程中动能和重力势能仍在不断地相互转化，由于A、B两时刻，单摆的位移相等，所以重力势能相等，但动能不相等，A错误，B正确。故选BD。 板 书 设 计 课 堂 小 结 作 业 布 置 1. 完成课后作业：“练习与应用” 2. 配套同步作业 教 学 反 思 物理教学首先是要正确的引导，让学生顺利跨上台阶，其次是要让学生建立一个良好的 物理知识基础，然后根据学生的具体情况选择提高。 第一、对教学目标的反思 首先，知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观三类教学目标的全面落实。对基础知识的讲解要透彻，分析要细腻，否则直接导致学生的基础知识不扎实，并为以后的继续学 习埋下祸根。所以教师要科学地、系统地、合理地组织物理教学，正确认识学生地内部条件， 采用良好地教学方法，重视学生的观察、实验、思维等实践活动，实现知识与技能、过程和 方法、情感态度与价值观的三维一体的课堂教学。 其次，对重点、难点要把握准确。教学重点、难点是教学活动的依据，是教学活动中所 采取的教学方式方法的依据，也是教学活动的中心和方向。本节课的教学重点是知道什么是 单摆运动及探究单摆的周期公式。教学难点是用小角度近似法推导单摆的回复力。在教学目 标中一节课的教学重点、难点如果已经非常明确。 最后，对一些知识，教师不要自以为很容易，或者是满以为自己讲解的清晰到位，没有 随时观察学生的反映，从而一笔带过。但学生的认知是需要一个过程的，并不是马上就能接 受。例如，摆球做单摆运动的过程中重力沿圆弧切线的分力提供回复力，拉力和重力在法向 上的分力的合力提供向心力。所以我们要随时获取学生反馈的信息，调整教学方式和思路， 准确流畅地将知识传授给学生，达到共识。 第二、 对教学方法的反思 首先，面向全体学生，兼顾两头。班级授课是面向全体学生的，能照顾到绝大多数同学 的因“班”施教，课后还要因人施教，对学习能力强的同学要提优，对学习有困难的学生， 加强课后辅导。教师要特别注意不要让所谓的差生成为被“遗忘的角落”。 其次，注重学法指导。中学阶段形成物理概念，一是在大量的物理现象的基础上归纳、 总结出来的；其次是在已有的概念、规律的基础上通过演绎出来的。所以，在课堂教学中教 师应该改变以往那种讲解知识为主的传授者的角色，应努力成为一个善于倾听学生想法的聆 听者。而在教学过程中，要想改变以往那种以教师为中心的传统观念就必须加强学生在教学 这一师生双边活动中的主体参与。 再次，教学方式形式多样，恰当运用现代化的教学手段，提高教学效率。通过白板、投 影使学生对所学的知识更直观，更清晰。通过分组实验，学生通过亲自动手对所学的知识更加深刻更易理解。科技的发展，为新时代的教育提供了现代化的教学平台，为“一支粉笔， 一张嘴，一块黑板加墨水”的传统教学模式注入了新鲜的血液。在新形势下，教师也要对自 身提出更高的要求，提高教师的科学素养和教学技能，提高自己的计算机水平，特别是加强 一些常用教学软件的学习和使用是十分必要的。 最后，在教学过程中应有意向学生渗透物理学的常用研究方法。例如理想实验法、控制 变量法、转换法等。学生如果对物理问题的研究方法有了一定的了解，将对物理知识领会的 更加深刻，同时也学到了一些研究物理问题的思维方法，增强了学习物理的能力。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 2.6 受迫振动 共振（教学设计） 年级 高二年级 学科 物理 教师 课题 2.6 受迫振动 共振 教学 目标 物理观念 依托振动系统理想化模型明确自由振动、阻尼振动、受迫振动的判定条件，厘清回复力、阻尼力、驱动力三者受力本质区别，牢固掌握受迫振动稳定后振动频率等于驱动力频率、与系统固有频率无关的核心规律；认知振动过程中驱动力做功补充系统损耗能量，阻尼振动因阻力耗散机械能导致振幅持续衰减；借助共振条件建立驱动力频率、固有频率与振幅的定量关联，理解共振时系统振幅达到极大值的内在机理，夯实外力作用下振动能量转化与振动状态演变的底层认知。 科学思维 构建 “受力 — 振动状态 — 能量变化” 一体化模型思维，对受迫振动系统完成受力拆解，区分固有振动、驱动力强制振动两个运动分量，从能量补给角度定性解释共振振幅峰值的由来；运用数形结合思想，通过振幅 - 驱动力频率共振曲线分析变量关系，直观呈现固有频率、阻尼大小对共振峰高度、峰宽的影响；通过误差与实际条件逆向推导，分析阻尼大小、驱动力幅值、系统刚度对共振效果的偏离影响，锻炼模型修正、定量分析、图像法处理振动问题的抽象逻辑能力。 科学探究 以小组合作实操形式完成 “探究受迫振动与共振条件” 完整探究实验：规范搭建弹簧振子 / 单摆驱动装置，精准改变驱动力转动频率；采用多次观测取平均值的方法减小振幅读数偶然误差，运用控制变量思想，先后改变系统固有频率、阻尼大小重复多组实验；完整记录不同驱动力频率对应的稳定振幅，列表整理数据、描点绘制共振图像，由图像峰值确定共振频率；自主排查摆角过大、驱动力不稳定、摩擦阻尼变化、读数滞后等操作误差，全面提升仪器调试、变量控制、数据采集、图像分析与规律研判的实操探究能力。 科学态度 与责任 完整执行装置组装、变量调控、多次重复测量、数据记录、图像拟合、结论归纳全流程，深刻体会物理学抓住主要矛盾、忽略次要阻力简化理想模型的研究方法；客观正视实验偶然误差与系统误差，不篡改、不修饰原始观测数据，养成严谨务实、尊重客观实验结果的科研习惯；知晓共振原理除课堂探究外，可应用于共振筛分料、乐器共鸣、超声波破碎等生产场景，同时用于桥梁抗震、高层建筑减震、设备防共振破坏等工程防护，理解受迫振动与共振规律在工业生产、工程安全、生活技术中的实际应用价值；在分组实操中培养分工协作、实事求是、审慎求证的实验品格，感悟物理振动规律对工程安全与社会实践的重要支撑作用。 教学重难点 教学重点：掌握受迫振动频率规律及共振产生条件。实验操作，用控制变量法探究振幅变化规律。 教学难点：共振图像数据分析，共振的利弊实际应用。 教学过程 教师活动 学生活动 教学引入 播放洗的视频，提问学生知道这是什么原理吗？ 学生结合所见所闻尝试回答问题，并与其他同学交流。 新课讲授 一、振动中的能量损失 （一)固有频率 教师提出以下问题，让学生回答： 1.让单摆、弹簧振子自由振动，如果没有外力干扰，则单摆、弹簧振子做什么运动？ 2.单摆、弹簧振子做简谐运动时，其周期或频率与哪些因素有关？ 教师总结固有频率知识： 我们把这种振动称为固有振动，其振动频率称为固有频率（振动系统不受外力的作用）。 然后提出问题：倘若振动系统受到外力作用，它将如何运动？ （二)阻尼振动 演示实验：如图所示的实验装置为一挂在曲轴上的弹簧振子，用手将振子向下拉动一下释放，观察较长一段时间，你发现振子在振动过程中振幅有什么变化？为什么会出现这种现象？ 然后让学生查阅课本总结该类运动，然后和学生总结阻尼振动：振动系统在阻尼（摩擦或其他阻力）作用下的振幅逐渐减小的振动。 阻尼振动中，由于存在阻力，振幅不断减小，故振动系统的机械能将不断减少，那么，振动系统的周期和频率也会发生变化吗？ 教师借助PPT左下图帮助学生理解： 然后得出：振动周期与振幅无关，故阻尼振动中周期和频率不变！ 然后提问：阻尼振动的能量有什么特点？ 结合学生回答点评后，形成以下规律： 物体在做阻尼振动的过程中，总机械能逐渐减小，物体位移大小相等时，势能大小相等，但动能与上一次相比将减小。 然后提出问题：阻尼振动最终要停下来，那么怎样才能产生持续的振动呢？ 学生回答：弹簧振子，单摆做简谐运动。 学生回答：单摆、弹簧振子周期或频率与振幅无关，仅由系统自身的性质决定。 学生思考并进入下一环节学习。 学生观察并总结实验现象：振子在振动的过程中振幅逐渐减小，因为振子在实际振动过程中受到空气的阻碍作用，振动的能量逐渐减少。 学生查阅课本总结阻尼振动。 学生在教师引导下思考回答周期只与本身性质有关，与振幅无关。 学生尝试回答问题并交流 学生思考并形成自己的答案 新课讲授 二、受迫振动 （1） 迫振动 提出问题：阻尼振动最终要停下来，那么怎样才能产生持续的振动呢？ 提示：最简单的方法是使周期性的外力作用于振动系统，外力做功，补偿系统的能量损失，使系统的振动维持下去。 让学生查阅课本上受迫振动的概念： 受迫振动：物体在周期性变化的驱动力作用下的振动叫做受迫振动。 驱动力：维持受迫振动的周期性外力 提出问题：受迫振动的频率与什么因素有关呢？ 在学生回答问题基础上教师演示实验，并总结：受迫振动的规律受迫振动稳定时的频率等于驱动力的频率，跟系统的固有频率无关。 你知道受迫振动在生产生活或科学技术有哪些具体应用吗？ 学生根据自己的思考回答交流。 学生查阅资料并回答问题 学生回答问题并交流 学生根据自己所见所闻举例子。 新课讲授 三、共振现象及其应用 （一）实验探究受迫振动振幅与固有频率关系 教师提出问题：物体做受迫振动的振幅是否也跟它的固有频率无关呢? 然后演示实验。 在学生回答基础上总结结论：结论：驱动力的频率等于振动物体的固有频率时，振幅最大；驱动力的频率跟固有频率相差越大，振幅越小。 然后让学生总结共振知识： 共振的定义：在受迫振动中，驱动力的频率等于系统的固有频率时，受迫振动的振幅最大，这种现象叫做共振。 共振曲线： 横轴：表示驱动力的频率，纵轴：表示受迫振动的振幅 尝试描述下特点？ 受迫振动的规律： f驱= f固时，振幅有最大值；f驱与 f固差别越大时，振幅越小。 然后提问：在生活生产或科技领域中，哪些利用了共振，它们工作原理是什么？ 在学生回答之后，回答应用： 1.微波炉加热原理 食物中水分子的振动频率约为2500MHz,具有大致相同频率的电磁波称为 “微波” .微波炉加热食品时，炉内产生很强的振荡电磁场，使食物中的水分子作受迫振动，发生共振，将电磁辐射能转化为内能，从而使食物的温度迅速升高.微波加热是对物体内部的整体加热，极大地提高了加热效率。 2.测量机器转速的转速计 把一些不同长度的钢片装在同一个支架上，可以制成测量机器转速的转速计。使转速计与开动着的机器紧密接触，机器振动引起转速计的轻微振动，这时固有频率与机器运转频率相同的那片钢片发生共振，有较大的振幅。若已知钢片的固有频率，就可知道机器的转速。 3.共振筛 共振筛是利用共振现象制成的把筛子用四根弹簧支起来，在筛架上安装一个偏心轮，就成了共振筛.偏心轮在发动机的带动下发生转动时，适当调节偏心轮的转速，可以使筛子受到的驱动力的频率接近筛子的固有频率，这时筛子发生共振，振幅最大，提高了筛除杂物的效。 4.声音的共振叫共鸣 观看原理并解释应用。 然后提问：在生活生产或科技领域中，共振有哪些危害？ 待学回答上补充一下故事 1.1831年，一队骑兵通过曼彻斯特附近的一座便桥时，由于马蹄节奏整齐，桥梁发生共振而断裂。 2.1940 年11月7日美国 Tocama 悬索桥因风共振而坍塌。 然后提问：你知道有哪些措施可以有效避免共振的危害？然后补充实例。 例3　(2025·深圳市高二期中)某同学利用如图所示的装置做多单摆实验。在一根张紧的绳子上悬挂几个摆球，当驱动摆B摆动起来后，摆A、C、D、E也跟着摆动起来。已知摆长LB=LD>LA>LC>LE，在振动稳定后，下列说法正确的是(　　) A.驱动摆B只是把振动形式传递给其他单摆，并不传递能量 B.单摆D、E的摆动振幅AD>AE C.单摆A摆动过程中多次通过同一位置时，速度和加速度都一定相同 D.单摆A、B、C、D、E的摆动周期满足TB=TD>TA>TC>TE 例4　(多选)(2025·昆明市高二期中)如图甲所示，把一个筛子用四根弹簧支撑起来，筛子上装一个电动偏心轮，它每转一周，给筛子一个驱动力，这就做成了一个共振筛。该共振筛的共振曲线如图乙所示。已知增大电压，可使偏心轮转速提高；增加筛子的质量，可增大筛子的固有周期。现在，在某电压下偏心轮的转速是40 r/min，下列操作可使筛子振幅减小的是(　　) A.将偏心轮的转速调整为45 r/min B.将偏心轮的转速调整为38 r/min C.稍微增加筛子的质量 D.稍微减小筛子的质量 学生观察实验并总结实验结论。 学生查阅并总结知识规律。 学生总结并分享。 学生尝试回答共振的应用。 课 堂 练 习 课 堂 练 习 1.微量振荡天平可测大气颗粒物浓度。右图为微量振荡天平的振动系统示意图，滤膜固定在空心锥形振荡管的顶部，锥形振荡管的底部固定在底座上。系统工作时，底座不振动，滤膜随振荡管在驱动系统（图中未画出）的驱动下一起振动。含尘大气通过滤膜时，颗粒物沉积在滤膜上，导致振动系统的固有频率变化。测量出振动系统一定时间间隔前、后的固有频率，就可推算出这段时间内大气颗粒物的平均浓度。假设驱动系统的频率始终可覆盖振动系统的固有频率变化范围，下列说法正确的是 （      ）  A.驱动频率一直增大，振荡管的振幅一直增大 B.驱动频率增大，锥形振荡管的振动频率不变 C.锥形振荡管的振幅仅与驱动频率有关 D.驱动频率越接近锥形振荡管的固有频率，锥形振荡管的振幅越大 2.如图所示，曲轴上挂着一个弹簧振子．转动摇把曲轴可带动弹簧振子上下振动，开始时不转动摇把，让振子自由振动，测得其频率为2 Hz.现匀速转动摇把，转速为240 r/min.则下列说法正确的是(　　) A.当振子稳定振动时，它的振动周期是0.5 s B.当振子稳定振动时，它的振动频率是4 Hz C.当转速为240 r/min时，弹簧振子的振幅最大 D.当转速增大时，弹簧振子的振幅增大 3.如图所示，曲轴上悬挂一弹簧振子，转动摇把，曲轴可以带动弹簧振子上下振动．开始时不转动摇把，而让振子自由上下振动，测得其频率为2 Hz，然后匀速转动摇把，转速为240 r/min，当振子振动稳定时，它振动的周期为(　　) A.0.5 s B.0.25 s C.2 s D.4 s 4.图(a)为演示单摆共振的装置，实验时依次让不同的单摆先摆起来，观察单摆P(图中未标出)能达到的最大振幅A和稳定时的振动频率f，并描点记录在图(b)中，用光滑曲线连接各点得到如图(b)所示曲线。取重力加速度g＝π2 m/s2，下列说法正确的是(　　) A.单摆P的固有频率约为0.5 Hz B.装置(a)中至少有一个单摆的摆长约1.0 m C.装置(a)中至少有三个单摆的固有周期相同 D.当单摆P稳定时的振动频率为1.0 Hz时，先振动的单摆摆长约为0.25 m 5.单摆做阻尼振动的振动图线如图所示，下列说法正确的是（　　） A.摆球在A时刻的动能等于B时刻的动能 B.摆球在A时刻的势能等于B时刻的势能 C.摆球在A时刻的机械能等于B时刻的机械能 D.摆球在A时刻的机械能大于B时刻的机械能 板 书 设 计 课 堂 小 结 作 业 布 置 1. 完成课后作业：“练习与应用” 2. 配套同步作业 教 学 反 思 物理教学首先是要正确的引导，让学生顺利跨上台阶，其次是要让学生建立一个良好的 物理知识基础，然后根据学生的具体情况选择提高。 第一、对教学目标的反思 首先，知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观三类教学目标的全面落实。对基础知识的讲解要透彻，分析要细腻，否则直接导致学生的基础知识不扎实，并为以后的继续学 习埋下祸根。所以教师要科学地、系统地、合理地组织物理教学，正确认识学生地内部条件， 采用良好地教学方法，重视学生的观察、实验、思维等实践活动，实现知识与技能、过程和 方法、情感态度与价值观的三维一体的课堂教学。 其次，对重点、难点要把握准确。教学重点、难点是教学活动的依据，是教学活动中所 采取的教学方式方法的依据，也是教学活动的中心和方向。本节课的教学重点是知道什么是 单摆运动及探究单摆的周期公式。教学难点是用小角度近似法推导单摆的回复力。在教学目 标中一节课的教学重点、难点如果已经非常明确。 最后，对一些知识，教师不要自以为很容易，或者是满以为自己讲解的清晰到位，没有 随时观察学生的反映，从而一笔带过。但学生的认知是需要一个过程的，并不是马上就能接 受。例如，摆球做单摆运动的过程中重力沿圆弧切线的分力提供回复力，拉力和重力在法向 上的分力的合力提供向心力。所以我们要随时获取学生反馈的信息，调整教学方式和思路， 准确流畅地将知识传授给学生，达到共识。 第二、 对教学方法的反思 首先，面向全体学生，兼顾两头。班级授课是面向全体学生的，能照顾到绝大多数同学 的因“班”施教，课后还要因人施教，对学习能力强的同学要提优，对学习有困难的学生， 加强课后辅导。教师要特别注意不要让所谓的差生成为被“遗忘的角落”。 其次，注重学法指导。中学阶段形成物理概念，一是在大量的物理现象的基础上归纳、 总结出来的；其次是在已有的概念、规律的基础上通过演绎出来的。所以，在课堂教学中教 师应该改变以往那种讲解知识为主的传授者的角色，应努力成为一个善于倾听学生想法的聆 听者。而在教学过程中，要想改变以往那种以教师为中心的传统观念就必须加强学生在教学 这一师生双边活动中的主体参与。 再次，教学方式形式多样，恰当运用现代化的教学手段，提高教学效率。通过白板、投 影使学生对所学的知识更直观，更清晰。通过分组实验，学生通过亲自动手对所学的知识更加深刻更易理解。科技的发展，为新时代的教育提供了现代化的教学平台，为“一支粉笔， 一张嘴，一块黑板加墨水”的传统教学模式注入了新鲜的血液。在新形势下，教师也要对自 身提出更高的要求，提高教师的科学素养和教学技能，提高自己的计算机水平，特别是加强 一些常用教学软件的学习和使用是十分必要的。 最后，在教学过程中应有意向学生渗透物理学的常用研究方法。例如理想实验法、控制 变量法、转换法等。学生如果对物理问题的研究方法有了一定的了解，将对物理知识领会的 更加深刻，同时也学到了一些研究物理问题的思维方法，增强了学习物理的能力。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $