黃芳

【摘要】 牛頓三大定律在高中物理地位突出，但由于其內(nèi)容較為簡單且初中已有涉及，導致很多老師放棄探究。筆者通過實驗探究，喚醒學生記憶，讓學生進一步研究定律內(nèi)容，掌握定律本質(zhì)，在理解的基礎(chǔ)上應(yīng)用定律解決生活實際問題。

【關(guān)鍵詞】牛頓第三定律；實驗探究；研究對象；平衡力

一、教學目標分析

牛頓運動定律是高中物理的基石。三大定律不分輕重，在高中物理中都很重要。有些老師和學生會認為牛頓第二定律更加重要一些，因而忽視了牛頓第一定律和牛頓第三定律。我們只有在充分地研究物體與物體之間的相互作用后，才能認識到物體的運動規(guī)律。

在《普通高中物理課程標準（實驗）》中，對本部分內(nèi)容要求是“通過實驗探究，理解牛頓第三定律的含義并應(yīng)用牛頓第三定律解決實際問題”。其核心概念是牛頓第三定律的含義，而行為條件是通過實驗探究，表現(xiàn)程度為理解并解決實際應(yīng)用問題。

通過分解課標可知，這節(jié)課的重點是牛頓第三定律的內(nèi)容（作用力和反作用力的大小方向作用點），難點是作用力和反作用力與平衡力的區(qū)別。

教學目標：1.要求學生能在不同的實例中，通過觀察，準確地描述作用力和反作用的特點；2.能通過探究實驗，自主發(fā)現(xiàn)作用力和反作用力的規(guī)律；3.能通過討論做受力分析圖對比，認識平衡力與作用力和反作用力的區(qū)別和聯(lián)系；4.在教師指導下能通過理論知識解決一些實際問題；5.通過對牛頓第三定律的學習，啟發(fā)學生辨證客觀地看待周圍的事物，培養(yǎng)學生的合作精神。

二、學生學情分析

高一學生之前已經(jīng)學過重力、彈力和摩擦力，知道力是物體間的相互作用；學會了對物體的受力分析，了解了一般物體的運動規(guī)律。在本章的前面幾節(jié)又剛剛學過牛頓第一定律和牛頓第二定律，這是學習牛頓第三定律的基礎(chǔ)。初中對牛頓第三定律的內(nèi)容有簡單的了解和機械式記憶，比較淺顯地認識到作用力和反作用力。但是學生對物體間的作用是相互的理解不夠深刻，會受日常生活經(jīng)驗的影響，在學習過程中，會形成定式思維，造成錯誤認知。教學中為增強學生的學習興趣，也讓學生有更加深刻的認識，理解掌握所學的知識理論，可以采取分組進行實驗探究的方法，不斷設(shè)置疑問，解決問題。

三、教學器材

小車一個，長繩一根，分組彈簧測力計每組兩個，細線每組一根，小磁針兩個，DIS實驗力學傳感器。

四、教學過程

1.喚醒記憶，引入新課

（1）回顧所學的力的概念、力的三要素

目標：喚醒學生記憶，同時指明研究力的方向，從大小、方向、作用點來研究力之間的關(guān)系。根據(jù)建構(gòu)主義理論，學生已有知識是進行新知識意義建構(gòu)的基礎(chǔ)，通過與前面的知識相聯(lián)系，可以讓學生更好地進入下面的新課教學。

（2）引入新課

事件：簡單介紹高科技的火箭回收技術(shù)，看視頻，簡單介紹SpaceX主要人物生平。

目標：從前沿科技實例引入，激發(fā)學生的興趣，讓學生在生活情境中學習物理。提出問題，使學生帶著問題思考學習。

（3）貼近生活，從生活中推桌子、鼓掌、滑冰、劃船等現(xiàn)象，讓學生體驗和感受力的相互作用，同時請學生回憶初中所學牛頓第三定律的內(nèi)容

目標：從高科技的興奮中脫離出來，更多地貼近學生的生活實例，讓學生充分發(fā)現(xiàn)物理，體驗物理，學會找到生活現(xiàn)象的本質(zhì)，學會用理論知識去解釋現(xiàn)象，在現(xiàn)象中建構(gòu)出物理模型。同時，回憶起初中所學的相關(guān)內(nèi)容。

（4）設(shè)計疑問

如何證明作用力和反作用作用在同一直線，方向相反，大小相等，作用在不同物體上？

目標：設(shè)計實驗過程，提出疑問，讓學生思考并解答，讓學生知其然知其所以然，同時加深認識。教師不僅僅要教給學生知識，更要教給學生學法，做到“授人以漁”，培養(yǎng)其能力才是物理教學的落腳點。

2.學生實驗，探究作用力與反作用力的關(guān)系

（1）研究力的關(guān)系

自然是從力的三要素出發(fā)，首先解決力的方向問題。這個問題是比較難的，因為比較難以從現(xiàn)象中直觀看出，此時需要提供一定的實驗器材。此處，我設(shè)計了用小磁針來做演示實驗。異名磁極相互吸引，將其中一個小磁針移動底座，發(fā)現(xiàn)另個小磁針跟著旋轉(zhuǎn)，實驗現(xiàn)象明顯，能直觀看出在同一直線方向相反。再讓學生從以下幾個方面著手去思考：力的性質(zhì)、作用物體、同時性等，探究作用力與反作用力的關(guān)系。師生共同討論，得出作用力與反作用力性質(zhì)相同、作用在兩個不同的物體上，具有同時性。

（2）力的大小相等的探究

這個現(xiàn)象相對來說是比較直觀的，所以讓學生自己去完成。實驗桌上有兩個彈簧測力計，讓學生設(shè)計實驗去研究力的相互作用關(guān)系。學生自主完成實驗，用彈簧測力計去相互體驗大小關(guān)系，看讀數(shù)的關(guān)系。

目標：鞏固掌握彈簧測力計的使用，同時體會作用力和反作用力的大小關(guān)系。

設(shè)計問題：在實驗過程中有什么困難？

生答：不方便同時觀察讀數(shù)；讀數(shù)只能看平衡時的情況，如果運動起來就不知道他們到底相不相等了。

師說：確實是有一定困難，所以我們要用更高科技的DIS傳感器來進一步完善實驗過程。

簡單介紹DIS傳感器的工作情況，特別是介紹拉力壓力情況下示數(shù)圖線的情況。師生合作完成演示實驗，讓學生參與到實驗中來，去體驗平衡時、運動時、加速時、減速時，作用力和反作用力是否一樣。得到實驗數(shù)據(jù)，繪制成曲線，分析曲線。提出問題： ①曲線反映了作用力和反作用力的大小的關(guān)系是怎樣的？ ②曲線反映了作用力和反作用力的方向關(guān)系是怎樣的？通過圖線的顯示終端，直觀的由對稱性將大小相等體現(xiàn)出來，很有震撼性。結(jié)合前面的實例，讓學生自己分析歸納，得出作用力與反作用力的“三異四同”。“三異”即不同作用物體、方向相反、作用效果不能相互抵消，“四同”即大小相等，同時產(chǎn)生，同時變化，同時消失，力的性質(zhì)相同，作用在同一條直線上。

目標：至此，作用力和反作用力的關(guān)系性質(zhì)已經(jīng)探討完畢，學生已經(jīng)從膚淺的簡單記憶，到親自參與實驗探究，深刻地認識到作用力和反作用力大小相等，方向相反，作用在同一直線，作用在不同物體上，并可為后面與平衡力的對比打下基礎(chǔ)。

（3）教師再給出問題：要求學生做出受力分析圖

畫圖結(jié)束以后，上面的結(jié)論早在三百多年前牛頓就提出了，即牛頓第三定律：兩個物體之間的作用力與反作用力總是大小相等、方向相反、作用在同一條直線上的。 公式：F=-F′（負號表示方向相反）

3.作用力和反作用力與平衡力之間的區(qū)別聯(lián)系

（1）教師設(shè)計一個問題，引發(fā)學生思考

例：重100N的物體放在水平地面上靜止，求地面受到的壓力。

解：重力和支持力平衡，F(xiàn)N=G，地面對物體的支持力和物體對地面的壓力為一對相互作用力，F(xiàn)′N=-FN，地面受到的壓力大小為G，方向豎直向下。

目標：這個問題其實是比較復(fù)雜的，涉及平衡力和相互作用力的知識，在解決這個問題的過程中，需要學生有非常清晰的概念，此時可鍛煉學生去思考它們到底有什么聯(lián)系。

（2）拋出第二個問題，到底拔河怎么樣才能贏

學生可以先在實驗桌上用繩子進行模擬實驗，感覺上力氣大的那個同學會贏得比賽。這個和我們本節(jié)課的內(nèi)容是有矛盾的，而制造了這一矛盾的老師就要讓學生去思考如何解決這一矛盾。

激發(fā)學生去考慮最重要的受力分析問題。研究一個物體的運動狀態(tài)，是看這個物體的受力情況。受力決定運動情況，這是牛頓第二定律告訴我們的。而兩個物體的受力是不可以相互抵消的，我們研究拔河問題最終是回歸到作用力和摩擦力的比較上。

再來演示實驗：讓力氣大的同學站在小車上再進行一次拔河，對比之前的拔河實驗，看實驗的結(jié)果。實驗中注意引導學生觀察思考，不管結(jié)果如何，兩位同學之間的相互拉力大小都是相等的。

進一步推論：關(guān)于馬拉車問題、掰手腕問題等，讓學生進一步理解問題。

目標：通過有趣、生動、神秘、直觀的實驗，穩(wěn)固新的知識框架，糾正學生錯誤的概念，提高學生的學習興趣和求知欲，優(yōu)化課堂情境設(shè)計。

帶領(lǐng)學生分析歸納、討論、總結(jié)異同點。如下表：

目標：不斷培養(yǎng)學生用物理語言概括現(xiàn)象的能力，把觀察實驗與科學理論思維推理方法相結(jié)合，有助于提高學生的興趣和能力，并逐漸形成唯物主義世界觀和辨證的認識論。同時，不框定學生的思維，在區(qū)別聯(lián)系中讓學生盡情發(fā)揮，形成總結(jié)性知識。

4.應(yīng)用

（1）首尾呼應(yīng)，回歸到課堂開始的提問：火箭升空

（2）生活中人走路、直升機、游樂項目等問題

目標：通過展示牛頓第三定律應(yīng)用在生產(chǎn)生活中的實例，讓學生真切地看到物理知識對生產(chǎn)、生活的巨大影響，讓學生直觀地感受物理的魅力；調(diào)動學生的學習熱情，將物理知識應(yīng)用于生活生產(chǎn)，從小事、從身邊事入手，探究物理，學會觀察，學會思考，學會解釋，知其然更知其所以然。

5.課堂小結(jié)

（1）牛頓第三定律：兩個物體之間的作用力與反作用力總是大小相等、方向相反、作用在同一條直線上的。公式：F=-F′（負號表示方向相反）。

（2）作用力與反作用力和平衡力的異同點。牛頓第三定律反映了物體間相互作用的聯(lián)系。

6.布置作業(yè)

（1）完成書后 “問題與練習”。

（2）思考生活中的實例：以卵擊石，雞蛋碎了，可是石頭“毫發(fā)無傷”，是否雞蛋受到的力大，石頭受到的力小？

【參考文獻】

[1]郭玉英，等.基于學生核心素養(yǎng)的物理學科能力研究[M].北京師范大學出版社，2017.

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