作用力與反作用力探究性教學設計

柯尊淦 鄭 丹

(佛山市第一中學 廣東 佛山 528000) (湖北武漢華中師范大學物理學院 430079)

1 教材分析

牛頓運動三定律是一個有機的整體，前兩個定律是對單個物體而言；但要全面認識物體間的運動規律，必須研究物體之間的相互作用、相互影響，而作用力與反作用力就是牛頓第三定律.該定律是這節課的內核，它除了能更好地分析解決以前所學過的力、運動，力和運動的關系外，它對后面碰撞問題的研究更是密不可分.在整個高中階段的學習中，常把對受力情況復雜的物體的分析，轉換到與之相互作用的物體上進行研究．

2 教法學法分析

創造性地使用教材，靈活地使用教學設計，采取先放后收，前后照應的設計思路；邊實驗邊提問邊引導，讓學生邊觀察邊思考邊回答，把問題穿針引線于實驗中；同時又讓學生自行設計實驗并進行探索．采取靈活多變，生動活潑，富有情趣的教學方法，如，課件、錄像等，主要以實驗探究法，啟發式教學為主，問題討論法為輔．在教學難點處適當放慢節奏，給予學生恰當的思維點撥；必要時進行大面積課堂提問，讓學生充分表達意見.這樣既有利于化解難點，也有利于充分發揮學生的主體作用，使課堂氣氛更加活躍．

3 教學目標分析

3.1 知識與技能

(1)知道作用力與反作用力的概念；

(2)理解、掌握牛頓第三定律；

(3)區分平衡力、作用力與反作用力.

3.2 過程與方法

(1)通過學生自己設計實驗，培養學生的獨立思考能力和實驗能力；

(2)通過運用牛頓第三定律分析物理現象，可培養學生分析解決實際問題的能力.

3.3 情感態度與價值觀

(1)培養學生實事求是的科學態度和科學精神及團結協作的團隊精神；

(2) 培養學生敢于實踐，勇于創新的精神，讓學生體驗物理世界普遍存在的對稱美.

3.4 教學重點

(1)教學的重點是認識并理解作用力和反作用力的關系，學生不應把對其認識只停留在大小和方向上．學生應該掌握對作用力和反作用力的正確判斷．

(2) 作用力和反作用力的關系與平衡力的關系有相同之處，也有不同之處，學生常常把這兩種關系混淆．兩個相互作用力是大小相等的，但對兩個物體產生的效果往往也是不同的，要通過對問題的分析，解決學生頭腦中不正確的認識．

3.5 教學難點

區分平衡力和作用力與反作用力.

4 教具準備

多媒體課件，圖片，薄木板1個/組，電動玩具遙控賽車1個/組，條形磁鐵2個/組；實驗小車2個/組，彈簧測力計2個/組等．

5 程序設計

作用力與反作用力程序設計如圖1.

圖1

6 教學過程設計

6.1 中心問題引入設計

師：拔河曾經是奧運會的比賽項目．后來這個項目被取消了．

生：為什么?

師：拔河比賽比的是什么？怎么才能在拔河比賽中取勝？

生: 當然是比哪一隊的力氣大！ 力氣大的隊會贏！

師：班級中力氣大的同學與力氣小的同學進行拔河比賽，請同學預測比賽結果．

組織兩個學生進行雙人拔河比賽.兩人站在相同的地板進行比賽，讓其他學生觀察.再讓力氣大的同學站在平板小車上重復實驗,再讓學生觀察．

生：觀察，思考……

師：從比賽的結果看來，不能說明力氣大的隊會贏．那么拔河比賽比的究竟是什么？如何才能在比賽中取勝？今天我們一起來學習作用力與反作用力，學完后這些問題可以解決．

板書：作用力與反作用力

6.2 新課教學

(1)定性探索作用力與反作用力

師：下面我們結合日常生活情景，通過幾個實驗來研究今天的內容．通過實驗大家要總結出作用力與反作用力的特點．在實驗中大家要注意觀察現象，分析現象所說明的問題．

實驗一：

師：邀請兩個學生上臺表演一個游戲．

兩個同學都主動用手推對方(圖2)，請學生觀察小車的運動情況.

請一個同學背對著另外一個同學，再用力推一次(圖3)，請同學觀察小車運動情況.

圖2

圖3

師：大家看到了什么現象？

生：兩小車都向互相分開的方向運動．

師：為什么？

生：因為A對B施一個力的同時，B也對A施加了一個力的作用．

師：很好，也就是不管你是主動的，還是被動的，A對B施一個力時，B也會對A施一個力．

這兩個力是屬于彈力．但是僅僅研究彈力之間的相互作用是不夠的，要得出普遍的結論，還必須研究其他性質力之間的相互作用．

實驗二：

師：展示和介紹遙控小車.若將小車放到地面上，小車會怎樣呢？

生：向前走．

師：小車向前走的動力是什么呢？

生：摩擦力．

師：地面

生：地面給小車一個摩擦力的同時，小車有沒有給地面一個摩擦力呢？

師：地面怎么沒有動呢？

生：……

師：能否讓“地面”也動呢？

生：疑惑……

師：我以一塊木板代替地面，把木板放到玻璃棒上，再把小車放在木板上.當我遙控小車向前運動時(圖4)，木板會怎樣？

圖4

生：當遙控小車向前運動時候，木板向后運動．

師：控制遙控小車向后運動呢？

生：木板向前運動.

師：這個實驗告訴我們，摩擦力的作用也是相互的．

前面討論的都是物體之間接觸的力的作用是相互的；如果物體沒有接觸，它們之間的力(磁力)還是相互的嗎？

實驗三：

師：在兩輛小車上各固定一根條形磁鐵，當異名磁極接近時(圖5)，會怎樣？

圖5

生：兩輛小車被吸引．

師：教師演示，如果把磁鐵的同名磁極靠近時(圖6)，又會怎樣？

圖6

生：磁鐵被推開．

師：說明當左邊磁鐵對右邊磁鐵施加磁力的同時，右邊磁鐵也會對左邊磁鐵施加磁力，磁鐵間的磁力作用是相互的．

實驗四：

最后請同學們一起來感受一下作用力與反作用力.同學們用手推開桌子(圖7)，會有怎樣的感受？

圖7

圖8

師：如果把上面實驗和例子中的結果做一個總結，用一句話加以概括，可以得出什么結論呢？

生：物體之間力的作用總是相互的．

(2)定量探究作用力與反作用力

師：通過上面的實驗，我們知道物體間的作用總是相互的，把其中一個力叫作用力，另外一個力就叫做反作用力.這兩個力之間究竟有怎樣的關系呢？請同學們根據桌面上的儀器自己設計實驗，通過實驗找出答案；自己動手探究一下作用力與反作用力的大小關系．

生：完成下面的實驗表格(表1).

表1

師：請同學上臺展示自己的實驗結果．

生：……

師：剛才同學們讀數的時候，彈簧測力計是處于什么狀態？

生：靜止．

師：也就是彈簧是處于平衡的狀態.當彈簧處于加速運動中，彈簧測力計的讀數還會不會一樣呢？

生：有的學生說相等，有的學生說不等．

師：下面請同學們讓彈簧處于加速運動中，看看彈簧測力計的讀數？

生：……

師：當彈簧處于加速運動中，你還能看清彈簧的讀數嗎？

生：不能．

師：現在，我給大家推薦一個實驗，它可以適時地記錄兩個力隨時間的變化關系．

實驗五：

用傳感器測拉靜止物體時作用力與反作用力的大?。?/p>

用傳感器測拉著物體做變速運動時的作用力與反作用力的大小(圖9).

圖9

師：用傳感器進一步探究作用力與反作用力的大小關系.讓多個學生自己拉動傳感器，學生可能會有不同的拉法，如拉力逐漸增大，拉力逐漸減小，拉力大小隨意變化，手停止和手運動等等.通過剛才的實驗，你能得到怎樣的結論？

生：作用力與反作用力大小相等，方向相反，作用在同一直線上．

師：很好，事實上，我們今天通過分層探索和實驗總結得出的結論早在300多年前牛頓就已經通過反復的觀察和思考總結得出了，這就是著名的牛頓第三定律．

板書：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．(強調總是)

師：在初中，我們也學過一對大小相等方向相反的，作用在同一條直線上的力，一對什么力？

生：平衡力.

師：我們剛才講的作用力與反作用力也具有大小相等，方向相反，作用在同一直線上的特點，它們是平衡嗎？

生：不能，因為作用在不同的物體上．

師： 那么一對相互作用力與平衡力有怎樣的聯系和區別呢？

生：完成表格(表2).

項目相互作用力平衡力相同點不同點作用點性質同時性結論

我們由定性到定量，從感性到理性，由淺入深，逐步深入，分層探索得到了牛頓第三定律的結論，并且比較了作用力與反作用力與平衡力的區別和聯系.下面請同學們應用所學的知識．

7 拓展

7．1 利用牛頓第三定律設計了一種交通工具

圖10

在平板車上裝了一個電風扇，風扇運轉時吹出的風全部打到豎直固定在小車中間的風帆上(圖10)．請分析，這種設計能使小車運行嗎？若不能，請你改動設計，使它能運動．在學生討論后可以進一步拓展到飛機、輪船等的原理.播放飛機、輪船的原理視頻，拓展學生視野．

設計目的：拓寬學生知識面和視野，學以致用．

7.2 甲乙同學在課間休息時相互打鬧

甲失手將乙打痛了.甲狡辯說：“力的作用是相互的，我給了你多大的力，你同樣給了我多大的力，我把你打痛了你同樣也把我打痛了．”你對此如何評判？

設計目的：對學生進行人文教育，升華本節內容．

7.3 分析判斷下面說法是否正確并說明理由

“甲乙兩對拔河，甲勝乙敗，則甲對乙的作用力大于乙對甲的作用力．”有的同學說因為甲對繩的拉力大于繩對甲的拉力，所以甲就戰勝了乙.這種說法對嗎？怎樣才能使得力氣小的戰敗力氣大的同學？

設計目的：回答開頭提出的疑問，前后呼應，完善課堂．

8 教學評價與反思

本節課采用引導式的分層探究教學，通過實驗，演示等活動讓學生在觀察和體驗中，由淺入深，從定性到定量，最后從比較的角度進行分層探究，讓學生自己得出結論．從教學手段上看，從“一討論、二演示、三實驗、四練習”來完成本節課的教學.主要通過情境—問題—實驗—探究—遷移的教學模式，在循序漸進中，從激發興趣—優化興趣—穩定興趣—強化興趣，變“迂學”為“娛學”，從無意注意—有意注意—學科情感—人文素質教育，達到課堂氣氛活躍輕松，情境最優化設計，智力較大程度的開發．從教學設計的思路上看，本課設計有兩條主線，一是以問題為主線，設計多個由易到難循序漸進的問題，激發學生主動參與、積極思考，產生強烈的求知欲望；二是以探究性活動解決本節課的難點，由靜止物體間的作用利用彈簧測力計來探究，運動物體間的作用力和反作用力用力的傳感器和計算機輔助實現，既可激起學生創造思維之火花，又可讓學生嘗到團結的力量，成功的喜悅，也有利于教學．最后的拓展與延伸開闊了學生視野，升華了課堂的內容．讓課堂播種了一種行為，進而達到了收獲一種習慣的目的．