“牛頓第三定律”重難點突破的教學案例

柴宏良

(衢州第一中學 浙江 衢州 324000)

1 教學背景

對于力的作用的相互性，學生在初中物理的第三章“相互作用”中已初步了解．通過調查發現，學生對力的作用的相互性的認識大多是死記硬背，比較籠統和模糊．譬如如何用事實來證明力的作用的相互性？作用力和反作用力的定量關系是怎樣的？與平衡力有何區別？力作用的相互性的重要意義有哪些？等等，對這些問題學生都不甚了解．本課的難點是正確區分平衡力跟作用力和反作用力，應讓學生在探究和交流中自主發現它們的區別，這樣才能印象深刻．

2 教學過程述評

2.1 教學引入

學生活動體驗：拿出一段粗短繩，讓兩個學生“拔河”比賽，其他學生觀看．

提出問題：“拔河”比賽中甲同學贏了.大家說說他為什么贏？

(1)甲的力氣大，甲的拉力力大于乙的拉力．

(2)不對，甲拉乙的力和乙拉甲的力大小相等，因為力的作用是相互的，甲贏的原因是他與地面間的摩擦力大．

其實，兩學生的回答都有問題.前者的回答基于日常直觀體驗，未深入物理本質．后者的回答結合了所學的物理知識“力的作用的相互性”，但對相互性的認識是不到位的．此時教師不做深入評價．

這樣引入的目的有三：一是激發興趣和求知欲；二是將學生的思路引入到“相互作用”問題上來；三是為本節課做個前后呼應，感受學以致用．

2.2 體會力的作用的相互性

教師引導：既然大家都認為力的作用是相互的，那你們能不能舉出一些現象或做一些簡單的小實驗來證明你們自己的觀點呢？比如(演示實驗)用一個氣球壓另一個氣球，兩個氣球都變形了，證明兩個氣球之間的力的作用是相互的．

(1)用手壓尺子，尺子變彎，同時手也有變形．

(2)網球拍打網球，網球被擊回，運動狀態改變了，同時球拍發生了形變．

(3)穿著旱冰鞋推墻，自己往后退，說明人用力推墻，自己也受墻的力．

(4)穿旱冰鞋推墻的做法無法說明人對墻的力，因為墻沒動，墻的形變又看不出來．應該把墻換成另一個穿著旱冰鞋的人；一個人推另一個人后，兩人向相反的方向運動．

……

用開放的討論式教學方式，讓學生自己體會力的作用的相互性和方向性，使學生在交流和合作中將原本模糊的、籠統的觀點具體化，對力的相互性產生深刻的、清晰的認識．

教師引導：大多數學生所舉出的例子都是彈力的相互作用，你們能提出其他性質的力相互作用的現象或實驗嗎？

刀在磨刀石上打磨，刀變鋒利了，磨刀石也被磨損了，說明摩擦力的作用是相互的．

演示實驗1：摩擦力的相互作用

器材：電動小車，輕木板，圓鉛筆(2支).

操作：在桌面上平行地放上兩支鉛筆，將輕木板放在鉛筆上．啟動電動小車，放到木板上，觀察到電動小車向前加速運動，同時看到木板向后運動．

讓學生評析看到的現象，說明摩擦力作用的相互性和方向性．

演示實驗2：磁力的相互作用

器材：摩擦較小的實驗小車2輛，條形磁鐵2支.

操作：實驗小車放在較光滑的水平桌面上，將兩支條形磁鐵固定在小車上，讓同名磁極相對并靠近.同時釋放兩輛小車，觀察到兩小車同時相互排開向前運動．

讓學生評析看到的現象，說明磁力作用的相互性和方向性．

教師引導：地球吸引蘋果，蘋果往下落，那么蘋果吸引地球嗎？地球為什么不往上運動呢？你能舉例說明重力或萬有引力的作用也是相互的嗎？

(1)蘋果應該也吸引地球，不過可能力太小，而地球質量太大了，所以地球不動．

(2)月球繞地球轉，說明地球對月球有萬有引力.地球上的潮水現象說明月球對地球也有萬有引力．

讓學生總結前面所提出的實例和實驗中所涉及的力可歸納成兩類：電磁相互作用和萬有引力.學生可深刻體會到在電磁相互作用和萬有引力中的相互性．教師接著簡單介紹科學家對原子核衰變現象的研究，同樣發現強相互作用和弱相互作用的相互性．通過上述交流、討論、實驗，讓學生深刻體會力的作用的相互性是普遍的．

2.3 探究作用力和反作用力的關系

通過分析上面提出的大量實例和實驗可歸納出：作用力和反作用力的作用點位于兩個物體上；作用力和反作用力的方向始終是相反的、共線的；作用力和反作用力是同種性質的．

為了定量研究它們的大小關系，進行如下教學活動．

第一步：讓學生分組設計實驗方案，探究作用力和反作用力的大小關系．

A小組：在彈簧測力計下掛鉤碼，根據鉤碼求得測力計對鉤碼的拉力.再由彈簧測力計的讀數測得鉤碼對測力計的拉力，然后進行比較．

B小組：A小組的方法太麻煩，用兩根彈簧測力計互拉，通過比較兩個彈簧測力計的讀數就可以了.操作簡單．

分組實驗：給每組學生發兩個彈簧測力計，讓學生動手實驗，交流現象和結論．

第二步：演示實驗，探究浮力相互作用和磁力相互作用的大小關系.

演示實驗3：探究浮力相互作用的大小關系

器材：200 g量程彈簧測力計，300 g量程電子臺秤，塑料杯，重物(180 g)，細繩.

操作：如圖1，塑料杯放在電子臺秤上，加入水至150 g．重物懸掛在彈簧測力計下，將重物緩慢浸到水中，觀察彈簧測力計讀數的減小量和電子臺秤讀數的增加量之間的關系．

讓學生評析看到的現象，說明浮力作用的相互性以及相互作用力的大小關系．

圖1

演示實驗4：探究磁力相互作用的大小關系

器材：2.5 N量程彈簧測力計2個，摩擦較小的實驗小車2輛，馬蹄形磁鐵2個，細繩.

圖2

操作：如圖2，將兩輛實驗小車放在較光滑的水平桌面上，將兩個馬蹄形磁鐵固定在小車上，并同名磁極相對.用兩個彈簧測力計通過細繩拉著小車使小車慢慢靠近.讀出兩個彈簧測力計的讀數．

讓學生評析看到的現象，說明磁力相互作用力的大小關系．該實驗由于受到桌面摩擦力的影響，兩個彈簧測力計的讀數并不完全相等，在實驗后應做相應的說明和評價．為了使實驗效果更明顯，一要盡量減小小車和水平桌面的摩擦力，二要在磁極靠得較近、磁力較大時讀兩彈簧測力計的讀數．

第三步：教師歸納，得出結論——作用力和反作用力總是大小相等．進一步總結牛頓第三定律的內容，并理解其含義．

2.4 規律應用深化理解

【例1】解釋“拔河”比賽，回答以下問題.

(1)甲對繩的拉力和乙對繩子的拉力是作用力和反作用力嗎？

(2)如果不計繩子的質量，甲對繩子的拉力和乙對繩子的拉力大小有什么關系？屬于一對什么力？

(3)你能找出甲、繩子、乙之間的作用力和反作用力嗎？它們的大小有什么關系？

(4)通過力的分析，你認為甲取勝的原因在哪兒？如果你以后參加拔河比賽，會做哪些準備？

【例2】將一個質量為m的物體放在傾斜角為θ的斜面上．回答以下問題.

(1)物體受到哪些力的作用？

(2)和該物體相關的作用力和反作用力共有幾對？(結論：物體受到的任何一個力都有相應的反作用力)

(3)求物體對斜面的壓力？(辨析壓力和重力沿垂直于斜面方向的分力的區別.)

例1起到本節課前后呼應的作用，體現了新課程教學“從生活走進物理，從物理走向社會”的理念．在例1中，繩子受到的一對平衡力都是彈力性質的.例2中物體受到的一對平衡力分別是重力和彈力，性質不同．在兩個例子中，都涉及平衡力與作用力和反作用力的區別、判斷，能使學生加深對作用力和反作用力的關系的理解．最后，教師還可引導學生從上述兩個例子出發，自己總結作用力和反作用力跟平衡力的異同點，討論、交流牛頓第三定律對解決力學問題有何實際意義．

3 總結和反思

有的教師認為牛頓第三定律內容簡單，學生有認知基礎，讓學生自己看看書就行了；實則不然．從課堂實際情況看，學生對作用力和反作用力的關系缺乏系統的認識和體驗，在探究作用力和反作用力的大小關系各實驗中，學生表現出非常的“好奇”，在課堂演示實驗和探究交流活動中非常積極．這些情況說明了學生對作用力和反作用力的原認知是文字上的、籠統的，在以往的學習過程中，沒有對作用力和反作用力做過系統的、定量的研究．

總結本案例，有三個特點.

(1)實驗創新創新是新課程的基本理念之一.在教學中教師設計了多個創新實驗，如用電動小車探究摩擦力的相互作用、探究浮力相互作用的大小關系、探究磁力相互作用的大小關系；這些實驗現象明顯，很能說明問題，在幫助學生理解、體會各種作用力和反作用力的關系，激發學生的學習興趣等方面起到了很大作用．

(2)活動體驗引入新課時，采用“拔河比賽”的方式，讓學生體會感受．然后讓學生嘗試解釋輸贏的原因，學生在解釋的過程中遇到了問題和矛盾，激發求知欲．還有，讓學生利用身邊的現象和小實驗來證明“力的作用是相互的”這一觀點.不少學生用自己的親身體驗來說明問題，讓學生真正感受力的作用的相互性．

(3)開放交流改變傳統教學教師一言堂的做法.本課在教學方式上進行了創新，探究、合作、交流等教學方式相互融合，學生在課堂中思考時間充足，交流機會多，各種觀點和思想在交流中相互碰撞，教學生成是在互動交流過程中自然形成的．從教學實際效果來看，學生參與課堂的積極性高，課堂生成豐富，突破了教學重點和難點，實現了課程目標．