黄芳

【摘要】 牛顿三大定律在高中物理地位突出，但由于其内容较为简单且初中已有涉及，导致很多老师放弃探究。笔者通过实验探究，唤醒学生记忆，让学生进一步研究定律内容，掌握定律本质，在理解的基础上应用定律解决生活实际问题。

【关键词】牛顿第三定律；实验探究；研究对象；平衡力

一、教学目标分析

牛顿运动定律是高中物理的基石。三大定律不分轻重，在高中物理中都很重要。有些老师和学生会认为牛顿第二定律更加重要一些，因而忽视了牛顿第一定律和牛顿第三定律。我们只有在充分地研究物体与物体之间的相互作用后，才能认识到物體的运动规律。

在《普通高中物理课程标准（实验）》中，对本部分内容要求是“通过实验探究，理解牛顿第三定律的含义并应用牛顿第三定律解决实际问题”。其核心概念是牛顿第三定律的含义，而行为条件是通过实验探究，表现程度为理解并解决实际应用问题。

通过分解课标可知，这节课的重点是牛顿第三定律的内容（作用力和反作用力的大小方向作用点），难点是作用力和反作用力与平衡力的区别。

教学目标：1.要求学生能在不同的实例中，通过观察，准确地描述作用力和反作用的特点；2.能通过探究实验，自主发现作用力和反作用力的规律；3.能通过讨论做受力分析图对比，认识平衡力与作用力和反作用力的区别和联系；4.在教师指导下能通过理论知识解决一些实际问题；5.通过对牛顿第三定律的学习，启发学生辨证客观地看待周围的事物，培养学生的合作精神。

二、学生学情分析

高一学生之前已经学过重力、弹力和摩擦力，知道力是物体间的相互作用；学会了对物体的受力分析，了解了一般物体的运动规律。在本章的前面几节又刚刚学过牛顿第一定律和牛顿第二定律，这是学习牛顿第三定律的基础。初中对牛顿第三定律的内容有简单的了解和机械式记忆，比较浅显地认识到作用力和反作用力。但是学生对物体间的作用是相互的理解不够深刻，会受日常生活经验的影响，在学习过程中，会形成定式思维，造成错误认知。教学中为增强学生的学习兴趣，也让学生有更加深刻的认识，理解掌握所学的知识理论，可以采取分组进行实验探究的方法，不断设置疑问，解决问题。

三、教学器材

小车一个，长绳一根，分组弹簧测力计每组两个，细线每组一根，小磁针两个，DIS实验力学传感器。

四、教学过程

1.唤醒记忆，引入新课

（1）回顾所学的力的概念、力的三要素

目标：唤醒学生记忆，同时指明研究力的方向，从大小、方向、作用点来研究力之间的关系。根据建构主义理论，学生已有知识是进行新知识意义建构的基础，通过与前面的知识相联系，可以让学生更好地进入下面的新课教学。

（2）引入新课

事件：简单介绍高科技的火箭回收技术，看视频，简单介绍SpaceX主要人物生平。

目标：从前沿科技实例引入，激发学生的兴趣，让学生在生活情境中学习物理。提出问题，使学生带着问题思考学习。

（3）贴近生活，从生活中推桌子、鼓掌、滑冰、划船等现象，让学生体验和感受力的相互作用，同时请学生回忆初中所学牛顿第三定律的内容

目标：从高科技的兴奋中脱离出来，更多地贴近学生的生活实例，让学生充分发现物理，体验物理，学会找到生活现象的本质，学会用理论知识去解释现象，在现象中建构出物理模型。同时，回忆起初中所学的相关内容。

（4）设计疑问

如何证明作用力和反作用作用在同一直线，方向相反，大小相等，作用在不同物体上？

目标：设计实验过程，提出疑问，让学生思考并解答，让学生知其然知其所以然，同时加深认识。教师不仅仅要教给学生知识，更要教给学生学法，做到“授人以渔”，培养其能力才是物理教学的落脚点。

2.学生实验，探究作用力与反作用力的关系

（1）研究力的关系

自然是从力的三要素出发，首先解决力的方向问题。这个问题是比较难的，因为比较难以从现象中直观看出，此时需要提供一定的实验器材。此处，我设计了用小磁针来做演示实验。异名磁极相互吸引，将其中一个小磁针移动底座，发现另个小磁针跟着旋转，实验现象明显，能直观看出在同一直线方向相反。再让学生从以下几个方面着手去思考：力的性质、作用物体、同时性等，探究作用力与反作用力的关系。师生共同讨论，得出作用力与反作用力性质相同、作用在两个不同的物体上，具有同时性。

（2）力的大小相等的探究

这个现象相对来说是比较直观的，所以让学生自己去完成。实验桌上有两个弹簧测力计，让学生设计实验去研究力的相互作用关系。学生自主完成实验，用弹簧测力计去相互体验大小关系，看读数的关系。

目标：巩固掌握弹簧测力计的使用，同时体会作用力和反作用力的大小关系。

设计问题：在实验过程中有什么困难？

生答：不方便同时观察读数；读数只能看平衡时的情况，如果运动起来就不知道他们到底相不相等了。

师说：确实是有一定困难，所以我们要用更高科技的DIS传感器来进一步完善实验过程。

简单介绍DIS传感器的工作情况，特别是介绍拉力压力情况下示数图线的情况。师生合作完成演示实验，让学生参与到实验中来，去体验平衡时、运动时、加速时、减速时，作用力和反作用力是否一样。得到实验数据，绘制成曲线，分析曲线。提出问题： ①曲线反映了作用力和反作用力的大小的关系是怎样的？ ②曲线反映了作用力和反作用力的方向关系是怎样的？通过图线的显示终端，直观的由对称性将大小相等体现出来，很有震撼性。结合前面的实例，让学生自己分析归纳，得出作用力与反作用力的“三异四同”。“三异”即不同作用物体、方向相反、作用效果不能相互抵消，“四同”即大小相等，同时产生，同时变化，同时消失，力的性质相同，作用在同一条直线上。

目标：至此，作用力和反作用力的关系性质已经探讨完毕，学生已经从肤浅的简单记忆，到亲自参与实验探究，深刻地认识到作用力和反作用力大小相等，方向相反，作用在同一直线，作用在不同物体上，并可为后面与平衡力的对比打下基础。

（3）教师再给出问题：要求学生做出受力分析图

画图结束以后，上面的结论早在三百多年前牛顿就提出了，即牛顿第三定律：兩个物体之间的作用力与反作用力总是大小相等、方向相反、作用在同一条直线上的。 公式：F=-F′（负号表示方向相反）

3.作用力和反作用力与平衡力之间的区别联系

（1）教师设计一个问题，引发学生思考

例：重100N的物体放在水平地面上静止，求地面受到的压力。

解：重力和支持力平衡，FN=G，地面对物体的支持力和物体对地面的压力为一对相互作用力，F′N=-FN，地面受到的压力大小为G，方向竖直向下。

目标：这个问题其实是比较复杂的，涉及平衡力和相互作用力的知识，在解决这个问题的过程中，需要学生有非常清晰的概念，此时可锻炼学生去思考它们到底有什么联系。

（2）抛出第二个问题，到底拔河怎么样才能赢

学生可以先在实验桌上用绳子进行模拟实验，感觉上力气大的那个同学会赢得比赛。这个和我们本节课的内容是有矛盾的，而制造了这一矛盾的老师就要让学生去思考如何解决这一矛盾。

激发学生去考虑最重要的受力分析问题。研究一个物体的运动状态，是看这个物体的受力情况。受力决定运动情况，这是牛顿第二定律告诉我们的。而两个物体的受力是不可以相互抵消的，我们研究拔河问题最终是回归到作用力和摩擦力的比较上。

再来演示实验：让力气大的同学站在小车上再进行一次拔河，对比之前的拔河实验，看实验的结果。实验中注意引导学生观察思考，不管结果如何，两位同学之间的相互拉力大小都是相等的。

进一步推论：关于马拉车问题、掰手腕问题等，让学生进一步理解问题。

目标：通过有趣、生动、神秘、直观的实验，稳固新的知识框架，纠正学生错误的概念，提高学生的学习兴趣和求知欲，优化课堂情境设计。

带领学生分析归纳、讨论、总结异同点。如下表：

目标：不断培养学生用物理语言概括现象的能力，把观察实验与科学理论思维推理方法相结合，有助于提高学生的兴趣和能力，并逐渐形成唯物主义世界观和辨证的认识论。同时，不框定学生的思维，在区别联系中让学生尽情发挥，形成总结性知识。

4.应用

（1）首尾呼应，回归到课堂开始的提问：火箭升空

（2）生活中人走路、直升机、游乐项目等问题

目标：通过展示牛顿第三定律应用在生产生活中的实例，让学生真切地看到物理知识对生产、生活的巨大影响，让学生直观地感受物理的魅力；调动学生的学习热情，将物理知识应用于生活生产，从小事、从身边事入手，探究物理，学会观察，学会思考，学会解释，知其然更知其所以然。

5.课堂小结

（1）牛顿第三定律：两个物体之间的作用力与反作用力总是大小相等、方向相反、作用在同一条直线上的。公式：F=-F′（负号表示方向相反）。

（2）作用力与反作用力和平衡力的异同点。牛顿第三定律反映了物体间相互作用的联系。

6.布置作业

（1）完成书后 “问题与练习”。

（2）思考生活中的实例：以卵击石，鸡蛋碎了，可是石头“毫发无伤”，是否鸡蛋受到的力大，石头受到的力小？

【参考文献】

[1]郭玉英，等.基于学生核心素养的物理学科能力研究[M].北京师范大学出版社，2017.

[2]王高.高中物理思想方法论[J].新高考（高三理化生），2014（Z2）.