資源簡介

5．牛頓第三定律
★課標要求
理解牛頓運動定律，能用牛頓運動定律解釋生產、生活中的有關現象，解決現實情境中的有關問題。以牛頓運動定律為知識載體，提升學生的物理學科核心素養。
★教材分析
初中階段，學生已經對物體間的相互作用問題有了定性的了解，也知道相互作用力和一對平衡力是不同的，即一對平衡力是指同一物體所受的兩個力互相平衡，而一對作用力和反作用力分別作用在兩個物體上。但是，他們對這一知識只是定性地了解，本節內容主要實現對牛頓第三定律的深入理解，從力的性質、作用的同時性等進一步認識，并進行定量探究和應用分析。
本節包含兩個小節：作用力與反作用力、牛頓第三定律。
第一小節，作用力與反作用力。聯系生活和簡單物理實驗實例，分別呈現彈力、磁力、摩擦力等性質的相互作用力，讓學生體會出“作用力和反作用力分別作用在兩個物體上，它們總是性質相同的兩個力，且同時存在，同時變化，同時消失”的規律。
第二小節，牛頓第三定律。通過實驗定量探究一對相互作用力間的大小關系和方向關系，進一步總結出牛頓第三定律的內容，并利用牛頓第三定律解釋反沖等生產和生活現象。
★教學目標
1．物理觀念。
通過觀察生活和實驗中的相互作用現象，建立作用力與反作用力概念，理解牛頓第三定律，進一步形成相互作用的觀念。會運用牛頓第三定律解決實際問題，能夠解釋生活中常見的現象——反沖。
2．科學思維。
通過觀察生活和實驗中的相互作用現象，運用歸納思維總結出牛頓第三定律的內容。
3．科學探究。
能通過對實驗現象的觀察，找出相互作用力間的性質相同、同時存在和變化的規律，能進行分組實驗定量探究，綜合分析所得數據和信息，得出相互作用力間等大、反向、共線的關系，總結出牛頓第三定律的內容。
4．科學態度與責任。
通過觀察現象和實驗探究，形成嚴謹認真和實事求是的科學態度。
★教學設計
本節主要包括兩部分內容：作用力與反作用力、牛頓第三定律，前者需要通過學生認真觀察、歸納總結，后者需要深入實驗、抽象總結。
學生在初中階段就已經對本節內容有一定了解，高中階段主要通過學生主體作用的發揮，深入定量實驗，科學嚴謹地總結歸納出作用力和反作用力間的大小、方向間的關系，進一步形成對牛頓運動定律的系統認識，全面培養物理核心素養。
★教學過程
一、創設游戲，引入課題
兩同學拔河比力氣，甲勝。
引出問題：“甲勝的原因是不是甲拉乙的力大于乙拉甲的力？”
引出課題：甲拉乙的力與乙拉甲的力是一對相互作用力，這節課我們就要研究相互作用力的關系。
二、定性觀察，建立概念
1．創設情境，定向觀察。
相互作用力在我們的生活中是普遍存在的，觀察以下現象，體會相互作用力。
（1）手壓桌面，體會手與桌面間的一對相互作用力（彈力）。
（2）腳在地面上走動，體會腳與地面間的相互作用力（摩擦力）。
（3）手拿磁鐵靠近另一塊磁鐵，體會兩磁鐵間的相互作用力（磁力）。
總結：力的作用總是相互的。我們把其中一個稱為作用力，另一個作用力稱為反作用力。
引導學生回顧生活中有關作用力和反作用力的其他實例。
2．提出問題，歸納總結。
問題：既然作用力與反作用力是普遍存在的，它們的存在具有怎樣的特點？
總結：作用力和反作用力分別作用在兩個不同的物體上，它們總是性質相同的兩個力，且同時存在，同時變化，同時消失。
三、定量實驗，探究規律
結合前面的體驗及舉例，引出問題：作用力與反作用力有哪些關系？
（小組討論、交流、匯報，其他小組補充、質疑）
猜想：作用力與反作用力等大、反向、共線。
學生質疑：運動狀態不同，大小可能不同。比如拔河的僵持階段，力的大小應該相同，當甲把乙拉動時，應該是甲拉乙的力大。
教師質疑：當作用力方向改變，反作用力會不會也隨之變化？
演示實驗：一對強磁針相互靠近，旋轉一個磁針，另一磁針隨之改變方向，兩個磁針的指向始終在一條直線上。
總結：當作用力方向改變，反作用力會隨之改變，即作用力與反作用力總是反向、共線。
1．學生實驗：用彈簧測力計模擬拔河的僵持階段及甲拉動乙（乙向甲一邊移動）階段，讀出兩彈簧測力計間的相互作用的拉力（注意彈簧測力計的使用要求）。
2．學生匯報實驗結果：僵持階段，多次實驗后發現兩個力的大小都相等。甲拉動乙時，不方便讀數（提出最好有一種更方便測量讀數的儀器）。
3．教師介紹更方便測量讀數的儀器——力傳感器及DIS系統，并演示力傳感器結合電腦可以繪出力的大小和方向隨時間變化的圖線。
4．找剛才拔河的兩個同學重復拔河過程（注意用力不要太大，模擬即可），演示僵持、甲拉動乙、乙拉動甲、甲乙在空中做各種動作，觀察兩個力的圖像特征。
5．學生總結圖像的特征。
兩力總是關于t軸嚴格對稱的，說明方向總是相反，大小總是相等，即與物體的運動狀態無關。
6．教師引導學生進一步對圖像進行分析。
作用力和反作用力總是大小相等、方向相反、作用在同一條直線上，具有同時性，是相同種類的力。
引入教科書上的描述：兩個物體之間的作用力和反作用力總是大小相等、方向相反、作用在同一條直線上，這就是牛頓第三定律。
四、規律應用，內化提升
1．生活應用，體驗分析。
（1）提出問題：分析人在地面上行走靠什么力？汽車在路上能向前行駛靠什么力？
（學生對于走路問題可以順利解決，但是汽車的啟動過程說不清楚，只有一個模糊認識——靠摩擦力）
（2）分析汽車啟動的原理：
①介紹驅動輪。用玩具小汽車演示尋找驅動輪的方法：架空后輪，發現后輪雖然在轉，即發動機在起作用，但是汽車無法前行。
②將幾根玻璃棒擺在實驗木板上，上面放一泡沫板，將玩具汽車置于泡沫板上，開啟遙控器，汽車前行，發現汽車前進的同時泡沫板向后滑出。
③取出玻璃棒和泡沫板，重新演示汽車的前進過程。
④讓學生根據觀察的現象，分析汽車為何可以前行。
總結：汽車的驅動輪旋轉，給地面一個向后的摩擦力，同時地面給驅動輪向前的摩擦力，使汽車前行。
2．反沖現象，建立模型。
提出問題：火箭是如何沖上天空的？（火箭上的燃料燃燒，火箭向下噴出燃燒后形成的氣體，同時這些噴出的氣體向上推動火箭，使火箭上升）
①兩個物體分開時，說明它們的物理量中哪個量是相反的？是速度？還是加速度？還是速度、加速度都相反？（加速度相反）
②速度都是以什么為參考系的？（地球）
反沖現象是牛頓第三定律應用的一類典型問題。通過以上分析使學生了解：開始時在一起的（或說開始時處于相對靜止的）兩個物體突然分開的這一現象在物理中稱為反沖。
3．回歸游戲，對比總結。
（1）提出問題：既然作用力與反作用力的大小相等，為何剛才甲勝利了？
（2）小組討論，教師引導學生共同分析：甲由于合外力依然為零，所以無法改變原來的靜止狀態，這是憑借牛頓第一定律告訴我們的依據。而乙所受合力向左，產生了向左的加速度，改變了原來的運動狀態，這是牛頓第二定律告訴我們的依據。由這個例子我們不僅能了解拔河是憑借最大靜摩擦力取勝，而且應該能夠體會到牛頓三大定律是分析運動的重要依據。
思考：在什么條件下乙可以取得勝利？
實驗：讓剛才兩個學生重做拔河游戲，甲站在平板車上，這次乙反而輕松地就可把甲拉動，取得勝利。
（3）提出新問題：甲受到的拉力和摩擦力，這叫什么力？
學生：一對平衡力。
教師：平衡力的特點是什么？
學生：等大反向。
學生合作學習，整理兩者的區別如下表：
作用力與反作用力 一對平衡力
同時性 同時產生、變化、消失 不一定同時產生、變化、消失
作用點 不同物體 同一物體
種類 一定同種 不一定同種
五、課堂小結，歸納提升
本節課我們學到的內容有：
（1）知識方面：作用力與反作用力、牛頓第三定律的內容。
（2）實驗探究：利用傳統和現代相結合的實驗測量方法來解決物理問題。
（3）收獲啟迪：很多事物都是相互的，我們不應傷害別人，因為傷害別人的同時我們自己也會受到傷害。所以，我們應處處與人為善，因為同時我們也會享受到他人與我為善的歡樂。

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