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視頻課題：第五屆全國高中物理教師微課視頻《外力作用下的振動(dòng)》江西

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第五屆全國高中物理教師說課微課視頻《外力作用下的振動(dòng)》江西省宜春中學(xué)高中物理

外力作用下的振動(dòng)
宜春中學(xué) 蔡姝
一、使用教材：人民教育出版社、普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書、物理選修3-4、第十一章機(jī)械振動(dòng)、第五節(jié)外力作用下的振動(dòng)。
二、實(shí)驗(yàn)教材：變頻電源（自制教具）、受迫振動(dòng)演示儀（自制教具）、光電門、單擺、電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、共振演示儀（自制教具）。
三、實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新要點(diǎn)/改進(jìn)要點(diǎn)：本教學(xué)的創(chuàng)新之處就在于對(duì)教材處理中存在的三點(diǎn)不足進(jìn)行了一定的優(yōu)化改進(jìn)。
（一）不足一：教材中“探究受迫振動(dòng)頻率與哪些因素有關(guān)”演示實(shí)驗(yàn)如下：
此實(shí)驗(yàn)無法準(zhǔn)確測出彈簧振子的受迫振動(dòng)周期和驅(qū)動(dòng)力周期，實(shí)驗(yàn)誤差較大現(xiàn)象不直觀。

圖1
圖2  變頻電源
圖3  受迫振動(dòng)演示儀

 對(duì)于這一問題，可以加以優(yōu)化設(shè)計(jì)，采用如圖2、3所示自制教具變頻電源、受迫振動(dòng)演示儀。這是一個(gè)交直流電源，實(shí)際上是利用了換向器把一恒定直流電壓變成一個(gè)大小不變方向變化的方波電壓，并通過改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速來改變方波電壓的頻率，并且通過電子顯示屏直接讀出頻率大小。可視變頻電源的使用，大大增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)效果。將變頻電源接入受迫振動(dòng)演示儀（電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器改裝），給其供電。使用光電門分別測出兩根細(xì)鐵絲做受迫振動(dòng)的周期，算出頻率，如圖4實(shí)驗(yàn)裝置。

圖4

 
證明在誤差允許范圍，兩根細(xì)鐵絲做受迫振動(dòng)的頻率相等且等于驅(qū)動(dòng)頻率。得到受迫振動(dòng)頻率等于驅(qū)動(dòng)頻率，固有頻率無關(guān)。演示直觀，現(xiàn)象明顯，定量探究，用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證明，說服力強(qiáng)，同時(shí)也具有一定的趣味性，實(shí)驗(yàn)效果較好。
（二）不足二：教材中教材中“受迫振動(dòng)的振幅與哪些因素有關(guān)”演示實(shí)驗(yàn)如下：
此實(shí)驗(yàn)無法驗(yàn)證擺動(dòng)最大的小球擺振幅是否達(dá)到它振幅最大，無法判斷是否達(dá)到共振。

圖5

對(duì)于這一問題，可以加以優(yōu)化設(shè)計(jì)，采用如圖5裝置。可以很直觀形象的看到兩根細(xì)鐵絲振動(dòng)振幅的變化情況，進(jìn)而說明驅(qū)動(dòng)力頻率的高低是影響受迫振動(dòng)振幅大小的一個(gè)因素，越接近某個(gè)值，振幅越大，發(fā)生共振，甚至可以直接測量共振時(shí)頻率，演示直觀，現(xiàn)象明顯，同時(shí)也具有一定的趣味性，實(shí)驗(yàn)效果較好。
（三）不足三：教材并未直接用數(shù)據(jù)證明當(dāng)物體驅(qū)動(dòng)頻率等于其固有頻率時(shí)發(fā)生共振，容易引起學(xué)生質(zhì)疑。

圖6

 
 通過創(chuàng)新，我們可以利用變頻電源做一個(gè)定量的探究實(shí)驗(yàn)，如圖7裝置。

圖7

首先利用光電門測出單擺的固有頻率，再通過變頻電源接入電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器驅(qū)動(dòng)單擺，使其做受迫振動(dòng)，測出單擺的共振時(shí)的驅(qū)動(dòng)頻率。證明，在誤差允許范圍，單擺驅(qū)動(dòng)頻率等于其固有頻率時(shí)發(fā)生共振。現(xiàn)象直觀，說服力強(qiáng)，將課本上定性實(shí)驗(yàn)改成定量實(shí)驗(yàn)。
四、實(shí)驗(yàn)原理/實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路：為了讓學(xué)生對(duì)受迫振動(dòng)頻率跟振幅影響因素更深的理解，設(shè)計(jì)了本實(shí)驗(yàn)裝置。配套儀器如圖4、7所示:用變頻電源給受迫振動(dòng)演示儀供電，利用光電門分別測出兩根細(xì)鐵絲受迫振動(dòng)周期算出頻率，證明在誤差允許范圍，兩根細(xì)鐵絲振動(dòng)周期相等且等于變頻電源頻率。得到受迫振動(dòng)頻率等于驅(qū)動(dòng)頻率，與固有頻率無關(guān)。而受迫振動(dòng)振幅情況也可直接觀察，慢慢增大驅(qū)動(dòng)力頻率旋鈕可以發(fā)現(xiàn)，細(xì)鐵絲振幅也在逐漸發(fā)生變化，呈先變大直至最大后變小，依次發(fā)生共振，并通過變頻電源可分別直接測出共振頻率。可得受迫振動(dòng)振幅影響因素。但是否共振時(shí)驅(qū)動(dòng)頻率等于物體固有頻率還需實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。通過創(chuàng)新改進(jìn)，利用單擺、光電門、電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器以及變頻電源。首先利用光電門測出單擺的固有頻率，再通過變頻電源接入電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器驅(qū)動(dòng)單擺，測出單擺的共振時(shí)的驅(qū)動(dòng)頻率。在誤差允許范圍，驗(yàn)證物體共振頻率等于其固有頻率。現(xiàn)象直觀，說服力強(qiáng)。
五、實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)：
（一）知識(shí)與技能：
1.       知道什么是受迫振動(dòng)，知道受迫振動(dòng)的頻率等于驅(qū)動(dòng)力的頻率
2.       知道什么是共振以及發(fā)生共振的條件。 
3.       知道共振的應(yīng)用和防止的實(shí)例
（二）過程與方法：
1. 通過探究對(duì)受迫振動(dòng)頻率跟振幅影響因素，獲得實(shí)驗(yàn)探究過程的體驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生分析、解決問題的能力。
2. 通過實(shí)驗(yàn)，提高動(dòng)手能力、協(xié)作意識(shí)，提高解決實(shí)際問題的能力，體驗(yàn)驗(yàn)證過程與物理學(xué)研究方法。
（三）情感態(tài)度與價(jià)值觀：
1. 通過實(shí)驗(yàn)的互動(dòng)過程，誘發(fā)對(duì)探究物理規(guī)律的興趣。
2. 學(xué)會(huì)與他人合作交流，具有團(tuán)隊(duì)意識(shí)和團(tuán)隊(duì)精神。
3. 培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的態(tài)度和正確的科學(xué)觀。
六、實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容:
1. 在外力作用下的阻尼振動(dòng)以及施加周期性驅(qū)動(dòng)力下的受迫振動(dòng)
2. 探究影響受迫振動(dòng)頻率跟振幅大小的因素（固有頻率、驅(qū)動(dòng)力頻率）
3. 共振產(chǎn)生的條件以及生活等方面的應(yīng)用
七、實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程：

學(xué)生探究實(shí)驗(yàn)

 
八、教學(xué)效果評(píng)價(jià)：本教學(xué)設(shè)計(jì)特別強(qiáng)調(diào)對(duì)實(shí)驗(yàn)的挖掘。針對(duì)教材內(nèi)容處理上存在的三個(gè)問題進(jìn)行了一定的優(yōu)化改進(jìn)。
將教材原有的演示實(shí)驗(yàn)改成現(xiàn)象更直觀的定性又定量的實(shí)驗(yàn)，突出對(duì)比性。采用了探究型實(shí)驗(yàn)的思想，讓學(xué)生自主思考，提出猜想假設(shè)、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、最終驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)猜想。通過實(shí)驗(yàn)過程，幫助學(xué)生對(duì)受迫振動(dòng)獲得更深刻的認(rèn)識(shí)，最后的學(xué)生探究實(shí)驗(yàn)，提高了學(xué)生動(dòng)手操作能力，在互動(dòng)和探索的過程中，培養(yǎng)了學(xué)生的合作精神，使學(xué)生獲得了探究的成功體驗(yàn)，提高了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力。
自制教具可視變頻電源儀器的使用，可以施加可觀測頻率大小的驅(qū)動(dòng)力，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象直觀激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，效果明顯，讓學(xué)生感悟到科學(xué)的探究方法并強(qiáng)化了創(chuàng)新意識(shí)。
總體來看，本節(jié)課基本達(dá)到了預(yù)設(shè)目標(biāo)。
                                                            宜春中學(xué)   蔡姝
                                             

 
 

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