《外力作用下的振动》思维课堂案例分析

作者简介：骆加林，中共党员，广西师范大学附属中学教师，中学高级教师，桂林市中小学骨干教师，广西优秀物理教师，桂林市优秀物理教师。主持了一个区级课题，并已顺利结题;在核心期刊发表了多篇论文。座右铭：“踏实工作，用心做事，在平凡的工作中铸就不平凡的人生”。

外力作用下的振动包括阻尼振动、受迫振动和共振。做阻尼振动的物体如果有周期性外力来补充损失的机械能，那物体就可以持续的振动下去，这就是受迫振动;做受迫振动的物体如果驱动力的频率和固有频率相等，那受迫振动的振幅就可以达到最大，这就是共振现象。利用它们之间的内在联系，在引入时可以设置一些精巧的问题，作为对学生思维的引领，既可以使提问的更有针对性，也可以提高课堂教学的效率。

本节课按照思维课堂的流程展开，突出思维课堂的特征，以学生为主体，以问题为导向，侧重过程分析和实验，认真落实核心素养的培养，是一节成功的课。

一 创情景，引冲突

（一）先做课前实验演示：声音的共振

教师用两个带共鸣箱的音叉和一个乒乓球做实验，敲击左边的音叉，让学生观察与右边音叉接触的乒乓球有什么反应？学生发现乒乓球振动起来了，让学生思考，敲击左边的音叉，为什么右边音叉引起乒乓球振动？

（二）再展示四个情景，给学生思考与讨论

（1）农妇吹笛杀毛虫（2）骑兵齐步断桥梁（3）跨海大桥因风倒（4）手搓鱼洗水跳跃。

（1）.美国有一农场农妇，习惯于用吹笛的方式招呼丈夫回家吃饭，可当她有一次吹笛时，居然发现树上的毛毛虫纷纷坠地而死，惊讶之余，她到自己的果园吹了几个小时，一下子将果树上的毛毛虫收拾的一干二净，这是怎么回事呢？

（2）.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，桥梁发生断裂，原因是什么？

（3）.1940年，美国的全长860米的塔柯姆大桥，在建成后的几个月就因风而倒塌，是什么原理？

（4）.古代的鱼洗，两手摩擦盆的两耳，水会跳跃，这是为何？

二 问题导，共学习

（一）在学习阻尼振动时，教师先演示弹簧振子的振动，学生发现振子很快可以停下来，说明振幅不断减小，让学生思考是什么原因引起的，教师以此引入阻尼振动的概念，进而引导学生观察阻尼振动的图像视频，总结出阻尼振动的特点：振幅减小，但是周期和频率不变。

（二）在学习受迫振动时，教师借阻尼振动的演示实验提问学生，怎样才能得到持续的振动呢？教师通过类比荡秋千，引导学生得出要施加外力补充损失的机械能，教师由此引出受迫振动的概念，并且让学生通过实验观察得出受迫振动的规律：受迫振动的频率等于驱动力的频率，与固有频率无关。

（三）讲完受迫振动的概念以后，教师请学生举出自己见过的受迫振动的实例，让其他学生进行分析和讨论举出的例子是不是受迫振动，是否符合受迫振动的特征。

（四）讲到共振时，教师先提问做受迫振动的物体什么时候振幅最大，然后演示两个弹簧振子在改变驱动力的频率时逐渐发生振幅最大的情况，以此引出共振的概念，并且引导学生总结出共振的条件：驱动力的频率等于固有频率。

接下来教师演示共振摆实验，先让a摆动，教师引导学生观察，其余三个摆做什么运动？周期有什么特点？振幅最大的那个摆和a摆有什么内在联系？其余三个摆都做受迫振动，而且周期与a的振动周期相同，但是与a摆长相同的c摆振幅最大，由此验证了共振的条件：驱动力的频率等于固有频率。

三 展评价，促反思

（一）教师先引导学生思考课前演示的声音的共振的原理是什么？两个音叉的频率相同，敲击左边的音叉时，右边的音叉发生了共振，从而引起了乒乓球的受迫振动。

（二）教师再让学生解答课前展示的那几个思考与讨论，做到前后呼应，让学生分享自己的想法，此时学生对共振的特点已有所认识，基本上能从共振的角度去分析问题了。

（1）農妇吹笛杀毛虫：笛子发出的声音引起毛毛虫内脏发生剧烈共振而死亡。

（2）骑兵齐步断桥梁：步伐整齐，接近桥梁的固有周期，从而引起共振（因而军队过桥要便步走，，火车过桥慢行，以防止共振）。

（3）跨海大桥因风倒：因风共振而倒塌.（播放新闻报道，让学生了解伏尔加大桥变形的原因，使物理走进生活）。

（4）手搓鱼洗水跳跃：手摩擦的频率和水的固有频率接近，从而导致水发生共振而跳跃起来。

让学生观看鱼洗使用的视频，了解鱼洗的原理，增加趣味性。

四 会迁移，能应用

（一）教师用PPT展示问题：洗衣机把衣服脱水完毕切断电源后，电动机由于惯性还要转一会儿才能停下来，在这个过程中，洗衣机的振动剧烈程度有变化，其中有一阵子最剧烈，试利用本节课的知识分析引起这一现象的原因？

受到前面几个问题的启发，学生对共振已经有较好的认识，非常准确地解释了洗衣机脱水过程突然剧烈振动的原因：电动机减速过程有个时刻频率和洗衣机的固有频率接近，发生了共振，故而发生剧烈振动。

（二）在学习共振的应用和防止时，教师先让学生观察共振曲线的特点，进而提出，要利用共振和防止共振，应该各怎么办？学生总结得到：利用共振要驱动力频率接近或等于固有频率，要防止共振，驱动力频率与固有频率不同，而且相差越大越好。

教师让学生观看共振筛的视频，了解其构造，然后让学生来叙述其工作原理是什么？

本节课素材丰富，结构完整，具备思维课堂的特征。整个教学过程有实验支撑，有视频补充实验的短板，有趣有味，学生收获颇多，凸显景中引疑、疑中导问、问后引思，达到了较好的教学效果。

作者单位 广西师范大学附属中学