高中物理是一门实验科学，物理实验不仅是最高效的教学手段，更是物理教学的基础与灵魂。“受迫振动与共振”是人教版（2019年）高中物理选择性必修一第二章第6节的内容。该节内容与生活联系紧密，需要学生通过实验观察、实验探究来掌握其中的规律，并能将所学知识与相关的实际生活应用相联系。
1 教材实验的不足
教材中的“研究受迫振动的频率”实验采用电动机驱动弹簧带动砝码在竖直方向振动，其优点是驱动频率较稳定，但也有不足之处
［1］：第一，该装置较为笨重且价格较贵，很难配备多组器材作为学生分组实验；第二，该器材中的电动机驱动频率较快，导致驱动后的砝码振动也较快，仅凭肉眼难以看出驱动频率等于受迫振动频率。此外，教材正文中后部分“共振现象的应用”中简要提及了转速计的原理和制作以及大桥和高楼的避震应用，但未展示图片，同时学校实验室也缺乏对应的器材，导致学生无法直观看到转速计的共振应用现象以及高楼避免共振的现象，这不利于学生对所学知识的进一步理解
［2］。
2 实验教具的创新设计
笔者所在校备课组制作的“受迫振动与共振”组合教具由“学生分组探究”“教师演示”“联系生活”3部分组成。
2.1 “探究受迫振动规律”学生分组探究实验
（1） 装置原理与制作。
该装置由PVC支架、塑料彩虹弹簧圈、塑料驱动杆、振动片组成，如
图1所示。先把彩虹弹簧圈上端连接到驱动杆的
B端，再将一个质量稍大的环形塑料片（作为振动片）固定在彩虹弹簧圈的下端。此时可以发现，只要用手不断向下敲打驱动杆的
A端（
A端受力向下会引起
B端上升，再带动弹簧圈上升；同样在
A端不受力时，弹簧圈和振动片会把
B端下拉而引起
A端上升），驱动杆就能带动弹簧圈和振动片发生受迫振动。
（2） 实验过程及现象分析。
各小组学生采用较慢、适中、较快的敲打频率，观察到振动片对应振动频率一致；在某一确定敲打频率时，振动片增幅最大。学生分析后得出结论：物体做受迫振动时的振动频率与驱动力的频率大致相等，而与固有频率无关。当驱动力的频率在某一特定数值（即固有频率）附近时，引起振动体的振幅最大。
2.2 “共振现象”教师演示实验
（1） 装置原理与制作。
该器材的核心是可调转速振动电机和定制振动木片，振动电机提供驱动力，能带动5块木片做受迫振动，如
图2所示。可调振动电机，由调速电路板和振动电机组成。振动木片由3 mm厚的三夹板制作而成，且经过多次加工测试，最终确定每块木片宽度为1.5 cm，长度依次为20 cm、17 cm、14 cm、11 cm、9 cm，这样能确保在电机的驱动频率范围内5块木片都能发生共振现象。
缓慢调节转速，依次使得某一木片发生共振；用声波频率计依次测定其振动频率（与机器转速相等）为16 Hz、31 Hz、52 Hz、73 Hz、104 Hz，并把这些频率对应标定在木片上。这就是教材中介绍的简易自制转速计，只要观察到哪个频率的木片发生了共振，就能知道机器的转速。
（2） 实验过程及现象分析。
将调速电机通电，拧动旋钮开关，振动电机开始转动且带动其连接的5块木片振动。缓慢旋动旋钮并不断增大电机转速，首先可以看到最长的一号木板前后振动越来越明显，说明振幅逐渐增大，直到达到最大值。继续增大电动机转速，发现一号木板振幅开始减小，而比之短一些的二号木板振动现象开始更加明显，直至振幅增大到最大值。由此不断增大电动机转速，发现长度逐渐变短的一到五号木板先后经历了振幅变大到最大，然后再减小的过程。学生结合之前的实验探究现象与该实验的演示现象可以得出结论：当驱动频率等于物体的固有频率时，物体受迫振动的振幅最大。
2.3 高楼避震演示实验
（1） 装置原理与制作。
自制高楼避震模型的主要结构包括：底座、两个简易竹制高楼模型、两个小摆锤（一个固定，一个可以摆动），如
图3所示。在木板底座上钻8个孔，插入8根长度为40 cm的细竹条并用热熔胶固定。在顶端和距离顶端15 cm处，用热熔胶固定两个长方形木板作为天花板和楼板，并在前方固定两片透明亚克力板，这样就制作好了两间相同的高楼房间。在两间模拟房间内安装两个相同的摆锤，注意左边的摆锤是可以自由摆动的，而右边的摆锤下端被热熔胶固定在底板上，是无法摆动的。
（2） 实验过程及现象分析。
将高楼避震模型放在桌上，用力推动底座以模拟地震效果，或用芭蕉扇用力向两间模型房间扇风以模拟强风效果。可以发现，摆锤固定的模拟房间前后晃动幅度较大，而摆锤未固定的模拟房间晃动幅度显著小于前者。
3 结语
为直观展现受迫振动以及共振中的现象，笔者利用成本低廉的材料设计了对应的教具，可以让学生轻松地探究对应的规律，提高了课堂效率，达到了预期的教学效果。学生自主动手和观察，易于激发学习兴趣，灵活运用探究性思维，提升科学探究能力。在完成预设目标的同时，可有效促进学生物理学科素养的提升。
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