《外力作用下的振動》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。主持了一個區(qū)級課題，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”。

外力作用下的振動包括阻尼振動、受迫振動和共振。做阻尼振動的物體如果有周期性外力來補充損失的機械能，那物體就可以持續(xù)的振動下去，這就是受迫振動;做受迫振動的物體如果驅(qū)動力的頻率和固有頻率相等，那受迫振動的振幅就可以達(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，在引入時可以設(shè)置一些精巧的問題，作為對學(xué)生思維的引領(lǐng)，既可以使提問的更有針對性，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)重過程分析和實驗，認(rèn)真落實核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，是一節(jié)成功的課。

一 創(chuàng)情景，引沖突

（一）先做課前實驗演示：聲音的共振

教師用兩個帶共鳴箱的音叉和一個乒乓球做實驗，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？

（二）再展示四個情景，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，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小時，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，一隊騎兵通過曼徹斯特附近的一座便橋時，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)阻尼振動時，教師先演示彈簧振子的振動，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的概念，進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生觀察阻尼振動的圖像視頻，總結(jié)出阻尼振動的特點：振幅減小，但是周期和頻率不變。

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

（三）講完受迫振動的概念以后，教師請學(xué)生舉出自己見過的受迫振動的實例，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，是否符合受迫振動的特征。

（四）講到共振時，教師先提問做受迫振動的物體什么時候振幅最大，然后演示兩個彈簧振子在改變驅(qū)動力的頻率時逐漸發(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)動力的頻率等于固有頻率。

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

三 展評價，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？兩個音叉的頻率相同，敲擊左邊的音叉時，右邊的音叉發(fā)生了共振，從而引起了乒乓球的受迫振動。

（二）教師再讓學(xué)生解答課前展示的那幾個思考與討論，做到前后呼應(yīng)，讓學(xué)生分享自己的想法，此時學(xué)生對共振的特點已有所認(rèn)識，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 會遷移，能應(yīng)用

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

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

（二）在學(xué)習(xí)共振的應(yīng)用和防止時，教師先讓學(xué)生觀察共振曲線的特點，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)動力頻率接近或等于固有頻率，要防止共振，驅(qū)動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。整個教學(xué)過程有實驗支撐，有視頻補充實驗的短板，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)