牛顿第三定律

《牛顿第三定律》说课

先说说对教材的认识：牛顿的二个定律是经典力学的基础，也是整个力学的核心内容。牛顿第一、二定律的研究对象是单个的受力物体，只能解决一个物体的受力与运动之间的关系。而自然界中的物体都是相互联系、相互影响、相互作用的。反映物体间相互作用规律的“牛顿第三定律”，是把一个物体受到的力与其它物体受到的力联系起来的桥梁，它独立地反映了力学规律的另一侧面。因此它是对牛顿第一、二定律最有效的补充，学好这部分知识是学生能正确对物体进行受力分析的基础。

下面说说对学生的认识：初中阶段，学生已经对物体间的相互作用问题有了定性地了解，也知道相互作用和一对平衡力是不同的。但是，他们的这一知识只可能是定性地了解，基本上处在记忆的层次，他们体会不到明确提出作用力和反作用力这一问题的重要价值。要实现对牛顿第三定律的深入理解，还需要从力的性质、作用的同时性等进一步认识，并进行定量探究。另外学生对物体间相互作用的认识既熟悉而又较片面，如果对对常见的一些物理现象，物理知识如果只是简单重复，则学生对此不太关注、不感兴趣。因此，在教学中要利用学生认识的片面性或错误的前概念，以各种方式激发其注意力，设置“物理问题情景”，引发学生“思维冲突”，设法采用各种实验，让学生认识到“牛顿第三定律”得来的不易，培养总结物理规律的方法。。

基于上述分析，并结合课标要求，依据三个维度，设定的教学目标是：

（1）认识力的作用是相互的，能找出任意一个力对应的反作用力。

（2）掌握牛顿第三定律的内容，知道作用力和反作用力的关系不受物体运动状态和参考系等的影响。会运用牛顿第三定律解释生活中的有关现象。

（3）能正确区分一对平衡力与作用力和反作用力，通过比较分析，让学生体会对比法的重要性，加深对相似物理概念的理解和区分。

（4）通过探究作用力和反作用力的关系，让学生经历实验探究过程，训练实验的观察、分析，发展严谨求实的科学思维习惯，增强交流协作的意识，感受物理学科研究的方法和意义。

再来说说教法与学法：基于以上分析，依据教材内容的特点和学生的认知水平，为达成上述教学目标，突破教学的重难点，拟采用问题导引下的探究式教学法进行教学。主要选择以下教学策略：

（1）以实验为基础：整堂课通过演示实验，学生随堂分组实验，为抽象概括奠定基础。

（2）以问题为导引：通过问题的导引，让学生通过自已的努力，循着探究的路径，提出并解决一个个步阶合适、又具挑战的问题，从而归纳得出牛顿第三定律。

（3）设疑激思策略：学生在学习牛顿第三定律时仍存在一些错误的认识。例如：认为作用力在先，反作用力在后；认为相互作用的物体处于平衡状态时，主动力大于被动力；作用力和反作用力就可以相互抵消……对于这些错误的认识，教师应利用学生认识的不足，运用实验，创设富有质疑性、挑战性的问题情景，引发“认知冲突”，激起学生的学习兴趣和探究欲望，逐步帮助学生去纠正。

（4）分析对比策略：一对平衡力的特点与作用力与反作用力的特点有诸多相似，学生在学习中容易混淆，教师应该通过具体实例的分析对比，让学生学会正确区分。

从学法的角度来考虑，本课应组织、引导学生自主参与学习与探究，交流与合作，给予学生充分实验、思考、表达的机会和时间，发挥他们的能动性和创造性，真正体现以生为本、以学定教的教学理念。

下面，开始本课的教学过程设计，我把这堂课的设计分为以下几个环节。

引入课题→引导探究→应用拓展

（一）引入课题

为提出课题，设置问题情境如下：在光滑的水

平面上，A、B两条形磁铁相向运动过程中，当磁铁

A加速度为1m/s2时，B的加速度多大？学生已经知

道了两个作用力是等大反向的，也已学习了牛顿第二定律，容易求出加速度a2。但是，教师应该引导学生反过去作更加慎重地思考，学生反思得出，其实，以上解答，我们是基于两点假设：一是物体间的作用力是相互的；二是物休间的相互作用力等大、反向、共线。对于我们来说，这两点假设，是否正确，还需要作进一步的论证与实验探究。

（二）引导探究

1．论证力的作用是相互的

在高中阶段教学牛顿第三定律时，应当充分利用学生对于力的相互作用的已有的知识。具体可以按如下程序来进行：

（1）回顾力的定义：力是物体对物体的作用。进而回顾力的作用是相互的。

（2）根据力的作用的相互性，给出作用力和反作用力名称。

（3）引导学生分析力的相互作用的更多的事例，如：

● 固体之间的相互作用力（弹力：手指互压、推桌子，亲身感知相互作

用；摩擦力：双手相磋，用实验反映汽车行驶时地面对车轮的摩擦力

和车轮对地面的摩擦力）；

● 固体和液体之间的相互作用力（如游泳时手对水的作用力和水对手的

作用力；用实验反映物体浸入液体中受到的浮力和物体对水的作用

力）；

● 固体和气体之间的相互作用力（如玩具直升飞机升起时，向下冲开碎

纸片；发射火箭时火箭对燃气的作用力和燃气对火箭的作用力）；

● 没有直接接触的两个物体的相互作用力（如用实验反映磁铁吸铁块的力和铁块对磁

铁的力）。

对于磁力，不少学生实际上存在着一个前概念，他们通常总认为磁铁具有吸引铁的性质，而不认为铁具有吸引磁铁的性质。为了纠正学生这一错误的前概念，让学生认识磁铁和铁之间吸引作用的相互性，可以按如下方式进行实验：如图所示，甲和乙分别是形状完全相同的磁铁和铁棒，放在两辆小车上。

（1）按住甲不动放开乙，可见乙车向甲车驶去，说明磁铁会吸引铁。

（2）按住乙不动放开甲，可见甲车向乙车驶去，说明铁也会吸引磁铁。

（3）同时放开甲和乙，甲车和乙车将相互靠近，说明磁铁和铁是相互吸引的。

（4）由大量事例得出：力总是成对出现；不论力的种类不论物质形态，力的作用都是相互的；作用力和反作用力方向相反、性质相同。再向学生提出问题：你们认为作用力和反作用力之间还存在什么关系呢？并引导学生将这一问题进行分解，得出子问题：

● 作用力和反作用力的大小有什么关系？

● 作用力和反作用力的作用点有什么关系？

2．探究作用力与反作用力的关系

（1）学生随堂分组实验

在学生实验前，教师要明确说明以下几点：

本实验探究的是两个弹簧测力计A 和B 之间

的作用力与反作用的关系，要分别测出A 对B 和

B 对A 的大小和方向。为能测出力的方向，实验

装置进行改进，如图。A 对B 的拉力F 通过A 的

秤钩作用在B 的秤钩上，其大小反映在B 的示数

上，方向反映在1、2细线上；B 对A 的拉力F ′

通过B 的秤钩作用在A 的秤钩上，其大小反映在A 的示数上，方向反映在

3、4细线上。教师可作示范操作（其

中应包括保持一个弹簧测力计不动，

只用力拉另一个弹簧测力计，即所谓

“物体主动作用和被动作用”，观察两弹簧测力计的读数及其变化情况），并强调实验的注意事项：调零、减少摩擦、细线与纸面平行、点间距稍大些。展示与评析学生的实验结果，总结得出等大、反向、共线。

（2）演示用传感器探究关系

这里要特别注意，力的传感器只能测量力的大小，而不能反映力的方向。通过解读图象，

使学生认识到不论静止物体、还是运动物体之间，在任何时刻，作用力与反作用力总保持大小相等，并存在同时的、瞬时对应关系，同时产生同时消失，还应使体会到图象中蕴含着自然规律的统一、简单和对称美。

（3）实验演示非接触力间的相互作用关系

向学生提出质疑：对于非接触力间的相互作用也有

同样的结论吗？为解决这一问题，我用两个磁球和力的

传感器设计了如图的实验。两个磁球磁性较强，为防止

它们吸在一起，在两球中间固定了一根木条。

3．牛顿第三定律及其数学表达式

大量事实表明：两个物体之间的作用力和反作用力

总是大小相等，方向相反，作用在同一直线上。这就是牛顿第三定律。

物理学是定量的科学，数学是表达物理规律和解决物理问题必不可少的工具。在物理教学中，我们一方面要培养学生对物理问题建立正确的数学模型，熟练运用数学工具分析和解决物理问题，同时也要防止脱离物理意义简单搬用数学工具，防止数学知识和方法对物理学习的负迁移。

在牛顿第三定律的教学中，当通过实验得出作用力和反作用力大小相等，方向相反，作用在同一直线上这些关系之后，教师可以设置这样的问题：如果我们将物体1对物体2的作用力记为F 12，将物体2对物体1的反作用力记为F 21，你能否用一个数学表达式来表达F 12和F 21的关系？对这一问题，学生将会建立F 12=—F 21，其中负号表示两个力的方向相反。在这个基础上再问：我们能否将关系式F 12=—F 21，通过移项得到F 12+F 21=0？使学生认识到，这种数学式子的变换是不允许的。因为F 12和F 21是分别作用在两个不同的物体上，它们是不能相加（合成）的。如果一个物体受到一对平衡力F 1和F 2，它们的关系也可以表达为F 1=—F 2。对这个表达式，通过移项得到F 1+F 2=0则是允许的。因为F 1和F 2是作用在同一物体上的，它们是可以相加（合成）的。采用这样的方法，既可以使学生深化对一对平衡力和一对相互作用力之间的关系，又可以防止学生滥用数学工具。

4．相互作用力与平衡力的比较

一对相互作用力和一对相互平衡的力存在着许多共同点，也存在一些差异

点。为了防止学生将两对力混淆不清，教师在教学时常常会引导学生对两对力

列表进行对比。其实，这种对比完全可以以学生的一个熟知的结论为载体来进

行。

学生早就知道一个结论：一个重为G 的物体放在水平面上时（如图5）， 它对水平面的压力F 也等于G ，但学生以往并不十分清楚这个结论。教学了

牛顿第三定律之后，教师可以引导学生对这一结论加以严格的证明。学生在证明中必须运用牛顿第三定律和二力平衡条件，即：如图所示，物体重为G ，受

到地面的支持力为F ，物体对地面的压力为F ’。根据二力平衡条件，可知F =G ，

根据牛顿第三定律，可知F ’=F ，所以，F ’=G 。这里，F 和G 是一对平衡

力，两个力的性质不同。F 和F ’是一对相互作用力，两个力的性质相同。当

物体离开地面后，F 和F ’同时消失，但重力G 不会消失。可见，作用力和反作用力是同时产生，同时消失的，而相互平衡的两个力并不一定就同时产生和消失的。

对学生来说，用新的知识去解释已有的认识，是一种反思性的学习。

这种将新知识的教

学与对已有知识的深化的结合，能够收到良好的教学效果。

（三）应用拓展

（1）回到课前的问题，用牛顿第三定律可以证实事前的两点假设是正确的。

（2）趣味拔河理论分析：在摩擦可忽略的水平

面上，大男生握住绳子不动，小女生主动拉绳子，

m男>m女，这场拔河谁会赢呢？先给予学生足够的

时间让他们分析思考。学生给出的结论是女生会赢。

是否正确呢？教师可以进行现场实验（条件要求较

高），也可以播放事先准备好的视频。事实表明，学

生得出的结论是错误，这时，就自然激起学生的求

索欲望，很想搞清楚究竟自已的分析错在哪里。然

后，教师启发、引导学生发现问题的关键，其实女生拉男生的力和男生拉女生的力，其实大小相等，与主动拉或被动拉没有关系，然后再应用牛顿第二定律得出加速度的大小关系，再根据运动学公式比较得出时间关系。

（3）播放视频：太空中的趣味拔河比赛。

（4）最后，解析苹果与地球的另类拔河。提出苹果对地球也有重力的作用，这个力也同样会对地球产生加速度，那么，地球为什么不会由此而改变运动状态呢？通过计算得出a=2.9×10-25m/s2,影响完全可以忽略。