《外力作用下的振動(dòng)》思維課堂案例分析

作者簡介：駱加林，中共黨員，廣西師范大學(xué)附屬中學(xué)教師，中學(xué)高級(jí)教師，桂林市中小學(xué)骨干教師，廣西優(yōu)秀物理教師，桂林市優(yōu)秀物理教師。主持了一個(gè)區(qū)級(jí)課題，并已順利結(jié)題;在核心期刊發(fā)表了多篇論文。座右銘：“踏實(shí)工作，用心做事，在平凡的工作中鑄就不平凡的人生”。

外力作用下的振動(dòng)包括阻尼振動(dòng)、受迫振動(dòng)和共振。做阻尼振動(dòng)的物體如果有周期性外力來補(bǔ)充損失的機(jī)械能，那物體就可以持續(xù)的振動(dòng)下去，這就是受迫振動(dòng);做受迫振動(dòng)的物體如果驅(qū)動(dòng)力的頻率和固有頻率相等，那受迫振動(dòng)的振幅就可以達(dá)到最大，這就是共振現(xiàn)象。利用它們之間的內(nèi)在聯(lián)系，在引入時(shí)可以設(shè)置一些精巧的問題，作為對(duì)學(xué)生思維的引領(lǐng)，既可以使提問的更有針對(duì)性，也可以提高課堂教學(xué)的效率。

本節(jié)課按照思維課堂的流程展開，突出思維課堂的特征，以學(xué)生為主體，以問題為導(dǎo)向，側(cè)重過程分析和實(shí)驗(yàn)，認(rèn)真落實(shí)核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，是一節(jié)成功的課。

一 創(chuàng)情景，引沖突

（一）先做課前實(shí)驗(yàn)演示：聲音的共振

教師用兩個(gè)帶共鳴箱的音叉和一個(gè)乒乓球做實(shí)驗(yàn)，敲擊左邊的音叉，讓學(xué)生觀察與右邊音叉接觸的乒乓球有什么反應(yīng)？學(xué)生發(fā)現(xiàn)乒乓球振動(dòng)起來了，讓學(xué)生思考，敲擊左邊的音叉，為什么右邊音叉引起乒乓球振動(dòng)？

（二）再展示四個(gè)情景，給學(xué)生思考與討論

（1）農(nóng)婦吹笛殺毛蟲（2）騎兵齊步斷橋梁（3）跨海大橋因風(fēng)倒（4）手搓魚洗水跳躍。

（1）.美國有一農(nóng)場農(nóng)婦，習(xí)慣于用吹笛的方式招呼丈夫回家吃飯，可當(dāng)她有一次吹笛時(shí)，居然發(fā)現(xiàn)樹上的毛毛蟲紛紛墜地而死，驚訝之余，她到自己的果園吹了幾個(gè)小時(shí)，一下子將果樹上的毛毛蟲收拾的一干二凈，這是怎么回事呢？

（2）.1831年，一隊(duì)騎兵通過曼徹斯特附近的一座便橋時(shí)，由于馬蹄節(jié)奏整齊，橋梁發(fā)生斷裂，原因是什么？

（3）.1940年，美國的全長860米的塔柯姆大橋，在建成后的幾個(gè)月就因風(fēng)而倒塌，是什么原理？

（4）.古代的魚洗，兩手摩擦盆的兩耳，水會(huì)跳躍，這是為何？

二 問題導(dǎo)，共學(xué)習(xí)

（一）在學(xué)習(xí)阻尼振動(dòng)時(shí)，教師先演示彈簧振子的振動(dòng)，學(xué)生發(fā)現(xiàn)振子很快可以停下來，說明振幅不斷減小，讓學(xué)生思考是什么原因引起的，教師以此引入阻尼振動(dòng)的概念，進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生觀察阻尼振動(dòng)的圖像視頻，總結(jié)出阻尼振動(dòng)的特點(diǎn)：振幅減小，但是周期和頻率不變。

（二）在學(xué)習(xí)受迫振動(dòng)時(shí)，教師借阻尼振動(dòng)的演示實(shí)驗(yàn)提問學(xué)生，怎樣才能得到持續(xù)的振動(dòng)呢？教師通過類比蕩秋千，引導(dǎo)學(xué)生得出要施加外力補(bǔ)充損失的機(jī)械能，教師由此引出受迫振動(dòng)的概念，并且讓學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)觀察得出受迫振動(dòng)的規(guī)律：受迫振動(dòng)的頻率等于驅(qū)動(dòng)力的頻率，與固有頻率無關(guān)。

（三）講完受迫振動(dòng)的概念以后，教師請(qǐng)學(xué)生舉出自己見過的受迫振動(dòng)的實(shí)例，讓其他學(xué)生進(jìn)行分析和討論舉出的例子是不是受迫振動(dòng)，是否符合受迫振動(dòng)的特征。

（四）講到共振時(shí)，教師先提問做受迫振動(dòng)的物體什么時(shí)候振幅最大，然后演示兩個(gè)彈簧振子在改變驅(qū)動(dòng)力的頻率時(shí)逐漸發(fā)生振幅最大的情況，以此引出共振的概念，并且引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)出共振的條件：驅(qū)動(dòng)力的頻率等于固有頻率。

接下來教師演示共振擺實(shí)驗(yàn)，先讓a擺動(dòng)，教師引導(dǎo)學(xué)生觀察，其余三個(gè)擺做什么運(yùn)動(dòng)？周期有什么特點(diǎn)？振幅最大的那個(gè)擺和a擺有什么內(nèi)在聯(lián)系？其余三個(gè)擺都做受迫振動(dòng)，而且周期與a的振動(dòng)周期相同，但是與a擺長相同的c擺振幅最大，由此驗(yàn)證了共振的條件：驅(qū)動(dòng)力的頻率等于固有頻率。

三 展評(píng)價(jià)，促反思

（一）教師先引導(dǎo)學(xué)生思考課前演示的聲音的共振的原理是什么？兩個(gè)音叉的頻率相同，敲擊左邊的音叉時(shí)，右邊的音叉發(fā)生了共振，從而引起了乒乓球的受迫振動(dòng)。

（二）教師再讓學(xué)生解答課前展示的那幾個(gè)思考與討論，做到前后呼應(yīng)，讓學(xué)生分享自己的想法，此時(shí)學(xué)生對(duì)共振的特點(diǎn)已有所認(rèn)識(shí)，基本上能從共振的角度去分析問題了。

（1）農(nóng)婦吹笛殺毛蟲：笛子發(fā)出的聲音引起毛毛蟲內(nèi)臟發(fā)生劇烈共振而死亡。

（2）騎兵齊步斷橋梁：步伐整齊，接近橋梁的固有周期，從而引起共振（因而軍隊(duì)過橋要便步走，，火車過橋慢行，以防止共振）。

（3）跨海大橋因風(fēng)倒：因風(fēng)共振而倒塌.（播放新聞報(bào)道，讓學(xué)生了解伏爾加大橋變形的原因，使物理走進(jìn)生活）。

（4）手搓魚洗水跳躍：手摩擦的頻率和水的固有頻率接近，從而導(dǎo)致水發(fā)生共振而跳躍起來。

讓學(xué)生觀看魚洗使用的視頻，了解魚洗的原理，增加趣味性。

四 會(huì)遷移，能應(yīng)用

（一）教師用PPT展示問題：洗衣機(jī)把衣服脫水完畢切斷電源后，電動(dòng)機(jī)由于慣性還要轉(zhuǎn)一會(huì)兒才能停下來，在這個(gè)過程中，洗衣機(jī)的振動(dòng)劇烈程度有變化，其中有一陣子最劇烈，試?yán)帽竟?jié)課的知識(shí)分析引起這一現(xiàn)象的原因？

受到前面幾個(gè)問題的啟發(fā)，學(xué)生對(duì)共振已經(jīng)有較好的認(rèn)識(shí)，非常準(zhǔn)確地解釋了洗衣機(jī)脫水過程突然劇烈振動(dòng)的原因：電動(dòng)機(jī)減速過程有個(gè)時(shí)刻頻率和洗衣機(jī)的固有頻率接近，發(fā)生了共振，故而發(fā)生劇烈振動(dòng)。

（二）在學(xué)習(xí)共振的應(yīng)用和防止時(shí)，教師先讓學(xué)生觀察共振曲線的特點(diǎn)，進(jìn)而提出，要利用共振和防止共振，應(yīng)該各怎么辦？學(xué)生總結(jié)得到：利用共振要驅(qū)動(dòng)力頻率接近或等于固有頻率，要防止共振，驅(qū)動(dòng)力頻率與固有頻率不同，而且相差越大越好。

教師讓學(xué)生觀看共振篩的視頻，了解其構(gòu)造，然后讓學(xué)生來敘述其工作原理是什么？

本節(jié)課素材豐富，結(jié)構(gòu)完整，具備思維課堂的特征。整個(gè)教學(xué)過程有實(shí)驗(yàn)支撐，有視頻補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)的短板，有趣有味，學(xué)生收獲頗多，凸顯景中引疑、疑中導(dǎo)問、問后引思，達(dá)到了較好的教學(xué)效果。

作者單位 廣西師范大學(xué)附屬中學(xué)