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(jiǎn)單且初中已有涉及，導(dǎo)致很多老師放棄探究。筆者通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究，喚醒學(xué)生記憶，讓學(xué)生進(jìn)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(shí)際問(wèn)題。

【關(guān)鍵詞】牛頓第三定律；實(shí)驗(yàn)探究；研究對(duì)象；平衡力

一、教學(xué)目標(biāo)分析

牛頓運(yùn)動(dòng)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(xué)生會(huì)認(rèn)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(rèn)識(shí)到物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。

在《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）》中，對(duì)本部分內(nèi)容要求是“通過(guò)實(shí)驗(yàn)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(shí)際問(wèn)題”。其核心概念是牛頓第三定律的含義，而行為條件是通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究，表現(xiàn)程度為理解并解決實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題。

通過(guò)分解課標(biāo)可知，這節(jié)課的重點(diǎn)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(diǎn)），難點(diǎn)是作用力和反作用力與平衡力的區(qū)別。

教學(xué)目標(biāo)：1.要求學(xué)生能在不同的實(shí)例中，通過(guò)觀察，準(zhǔn)確地描述作用力和反作用的特點(diǎn)；2.能通過(guò)探究實(shí)驗(yàn)，自主發(fā)現(xiàn)作用力和反作用力的規(guī)律；3.能通過(guò)討論做受力分析圖對(duì)比，認(rèn)識(shí)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(dǎo)下能通過(guò)理論知識(shí)解決一些實(shí)際問(wèn)題；5.通過(guò)對(duì)牛頓第三定律的學(xué)習(xí)，啟發(fā)學(xué)生辨證客觀地看待周?chē)氖挛?，培養(yǎng)學(xué)生的合作精神。

二、學(xué)生學(xué)情分析

高一學(xué)生之前已經(jīng)學(xué)過(guò)重力、彈力和摩擦力，知道力是物體間的相互作用；學(xué)會(huì)了對(duì)物體的受力分析，了解了一般物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。在本章的前面幾節(jié)又剛剛學(xué)過(guò)牛頓第一定律和牛頓第二定律，這是學(xué)習(xí)牛頓第三定律的基礎(chǔ)。初中對(duì)牛頓第三定律的內(nèi)容有簡(jiǎn)單的了解和機(jī)械式記憶，比較淺顯地認(rèn)識(shí)到作用力和反作用力。但是學(xué)生對(duì)物體間的作用是相互的理解不夠深刻，會(huì)受日常生活經(jīng)驗(yàn)的影響，在學(xué)習(xí)過(guò)程中，會(huì)形成定式思維，造成錯(cuò)誤認(rèn)知。教學(xué)中為增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也讓學(xué)生有更加深刻的認(rèn)識(shí)，理解掌握所學(xué)的知識(shí)理論，可以采取分組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究的方法，不斷設(shè)置疑問(wèn)，解決問(wèn)題。

三、教學(xué)器材

小車(chē)一個(gè)，長(zhǎng)繩一根，分組彈簧測(cè)力計(jì)每組兩個(gè)，細(xì)線每組一根，小磁針兩個(gè)，DIS實(shí)驗(yàn)力學(xué)傳感器。

四、教學(xué)過(guò)程

1.喚醒記憶，引入新課

（1）回顧所學(xué)的力的概念、力的三要素

目標(biāo)：?jiǎn)拘褜W(xué)生記憶，同時(shí)指明研究力的方向，從大小、方向、作用點(diǎn)來(lái)研究力之間的關(guān)系。根據(jù)建構(gòu)主義理論，學(xué)生已有知識(shí)是進(jìn)行新知識(shí)意義建構(gòu)的基礎(chǔ)，通過(guò)與前面的知識(shí)相聯(lián)系，可以讓學(xué)生更好地進(jìn)入下面的新課教學(xué)。

（2）引入新課

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

目標(biāo)：從前沿科技實(shí)例引入，激發(fā)學(xué)生的興趣，讓學(xué)生在生活情境中學(xué)習(xí)物理。提出問(wèn)題，使學(xué)生帶著問(wèn)題思考學(xué)習(xí)。

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

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

（4）設(shè)計(jì)疑問(wèn)

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(biāo)：設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程，提出疑問(wèn)，讓學(xué)生思考并解答，讓學(xué)生知其然知其所以然，同時(shí)加深認(rèn)識(shí)。教師不僅僅要教給學(xué)生知識(shí)，更要教給學(xué)生學(xué)法，做到“授人以漁”，培養(yǎng)其能力才是物理教學(xué)的落腳點(diǎn)。

2.學(xué)生實(shí)驗(yàn)，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(wèn)題。這個(gè)問(wèn)題是比較難的，因?yàn)楸容^難以從現(xiàn)象中直觀看出，此時(shí)需要提供一定的實(shí)驗(yàn)器材。此處，我設(shè)計(jì)了用小磁針來(lái)做演示實(shí)驗(yàn)。異名磁極相互吸引，將其中一個(gè)小磁針移動(dòng)底座，發(fā)現(xiàn)另個(gè)小磁針跟著旋轉(zhuǎn)，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，能直觀看出在同一直線方向相反。再讓學(xué)生從以下幾個(gè)方面著手去思考：力的性質(zhì)、作用物體、同時(shí)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(gè)不同的物體上，具有同時(shí)性。

（2）力的大小相等的探究

這個(gè)現(xiàn)象相對(duì)來(lái)說(shuō)是比較直觀的，所以讓學(xué)生自己去完成。實(shí)驗(yàn)桌上有兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)，讓學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)去研究力的相互作用關(guān)系。學(xué)生自主完成實(shí)驗(yàn)，用彈簧測(cè)力計(jì)去相互體驗(yàn)大小關(guān)系，看讀數(shù)的關(guān)系。

目標(biāo)：鞏固掌握彈簧測(cè)力計(jì)的使用，同時(shí)體會(huì)作用力和反作用力的大小關(guān)系。

設(shè)計(jì)問(wèn)題：在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中有什么困難？

生答：不方便同時(shí)觀察讀數(shù)；讀數(shù)只能看平衡時(shí)的情況，如果運(yùn)動(dòng)起來(lái)就不知道他們到底相不相等了。

師說(shuō)：確實(shí)是有一定困難，所以我們要用更高科技的DIS傳感器來(lái)進(jìn)一步完善實(shí)驗(yàn)過(guò)程。

簡(jiǎn)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(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生參與到實(shí)驗(yàn)中來(lái)，去體驗(yàn)平衡時(shí)、運(yùn)動(dòng)時(shí)、加速時(shí)、減速時(shí)，作用力和反作用力是否一樣。得到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，繪制成曲線，分析曲線。提出問(wèn)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(guò)圖線的顯示終端，直觀的由對(duì)稱(chēng)性將大小相等體現(xiàn)出來(lái)，很有震撼性。結(jié)合前面的實(shí)例，讓學(xué)生自己分析歸納，得出作用力與反作用力的“三異四同”?！叭悺奔床煌饔梦矬w、方向相反、作用效果不能相互抵消，“四同”即大小相等，同時(shí)產(chǎn)生，同時(shí)變化，同時(shí)消失，力的性質(zhì)相同，作用在同一條直線上。

目標(biāo)：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(xué)生已經(jīng)從膚淺的簡(jiǎn)單記憶，到親自參與實(shí)驗(yàn)探究，深刻地認(rèn)識(shí)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(duì)比打下基礎(chǔ)。

（3）教師再給出問(wèn)題：要求學(xué)生做出受力分析圖

畫(huà)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(gè)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(fù)號(hào)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(jì)一個(gè)問(wèn)題，引發(fā)學(xué)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(duì)物體的支持力和物體對(duì)地面的壓力為一對(duì)相互作用力，F(xiàn)′N(xiāo)=-FN，地面受到的壓力大小為G，方向豎直向下。

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

（2）拋出第二個(gè)問(wèn)題，到底拔河怎么樣才能贏

學(xué)生可以先在實(shí)驗(yàn)桌上用繩子進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，感覺(jué)上力氣大的那個(gè)同學(xué)會(huì)贏得比賽。這個(gè)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(xué)生去思考如何解決這一矛盾。

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

再來(lái)演示實(shí)驗(yàn)：讓力氣大的同學(xué)站在小車(chē)上再進(jìn)行一次拔河，對(duì)比之前的拔河實(shí)驗(yàn)，看實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。實(shí)驗(yàn)中注意引導(dǎo)學(xué)生觀察思考，不管結(jié)果如何，兩位同學(xué)之間的相互拉力大小都是相等的。

進(jìn)一步推論：關(guān)于馬拉車(chē)問(wèn)題、掰手腕問(wèn)題等，讓學(xué)生進(jìn)一步理解問(wèn)題。

目標(biāo)：通過(guò)有趣、生動(dòng)、神秘、直觀的實(shí)驗(yàn)，穩(wěn)固新的知識(shí)框架，糾正學(xué)生錯(cuò)誤的概念，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和求知欲，優(yōu)化課堂情境設(shè)計(jì)。

帶領(lǐng)學(xué)生分析歸納、討論、總結(jié)異同點(diǎn)。如下表：

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

4.應(yīng)用

（1）首尾呼應(yīng)，回歸到課堂開(kāi)始的提問(wèn)：火箭升空

（2）生活中人走路、直升機(jī)、游樂(lè)項(xiàng)目等問(wèn)題

目標(biāo)：通過(guò)展示牛頓第三定律應(yīng)用在生產(chǎn)生活中的實(shí)例，讓學(xué)生真切地看到物理知識(shí)對(duì)生產(chǎn)、生活的巨大影響，讓學(xué)生直觀地感受物理的魅力；調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，將物理知識(shí)應(yīng)用于生活生產(chǎn)，從小事、從身邊事入手，探究物理，學(xué)會(huì)觀察，學(xué)會(huì)思考，學(xué)會(huì)解釋?zhuān)淙桓渌匀弧?/p>

5.課堂小結(jié)

（1）牛頓第三定律：兩個(gè)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(fù)號(hào)表示方向相反）。

（2）作用力與反作用力和平衡力的異同點(diǎn)。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(shū)后 “問(wèn)題與練習(xí)”。

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

【參考文獻(xiàn)】

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