“牛顿第三定律”重难点突破的教学案例

柴宏良

(衢州第一中学 浙江 衢州 324000)

1 教学背景

对于力的作用的相互性，学生在初中物理的第三章“相互作用”中已初步了解．通过调查发现，学生对力的作用的相互性的认识大多是死记硬背，比较笼统和模糊．譬如如何用事实来证明力的作用的相互性？作用力和反作用力的定量关系是怎样的？与平衡力有何区别？力作用的相互性的重要意义有哪些？等等，对这些问题学生都不甚了解．本课的难点是正确区分平衡力跟作用力和反作用力，应让学生在探究和交流中自主发现它们的区别，这样才能印象深刻．

2 教学过程述评

2.1 教学引入

学生活动体验：拿出一段粗短绳，让两个学生“拔河”比赛，其他学生观看．

提出问题：“拔河”比赛中甲同学赢了.大家说说他为什么赢？

(1)甲的力气大，甲的拉力力大于乙的拉力．

(2)不对，甲拉乙的力和乙拉甲的力大小相等，因为力的作用是相互的，甲赢的原因是他与地面间的摩擦力大．

其实，两学生的回答都有问题.前者的回答基于日常直观体验，未深入物理本质．后者的回答结合了所学的物理知识“力的作用的相互性”，但对相互性的认识是不到位的．此时教师不做深入评价．

这样引入的目的有三：一是激发兴趣和求知欲；二是将学生的思路引入到“相互作用”问题上来；三是为本节课做个前后呼应，感受学以致用．

2.2 体会力的作用的相互性

教师引导：既然大家都认为力的作用是相互的，那你们能不能举出一些现象或做一些简单的小实验来证明你们自己的观点呢？比如(演示实验)用一个气球压另一个气球，两个气球都变形了，证明两个气球之间的力的作用是相互的．

(1)用手压尺子，尺子变弯，同时手也有变形．

(2)网球拍打网球，网球被击回，运动状态改变了，同时球拍发生了形变．

(3)穿着旱冰鞋推墙，自己往后退，说明人用力推墙，自己也受墙的力．

(4)穿旱冰鞋推墙的做法无法说明人对墙的力，因为墙没动，墙的形变又看不出来．应该把墙换成另一个穿着旱冰鞋的人；一个人推另一个人后，两人向相反的方向运动．

……

用开放的讨论式教学方式，让学生自己体会力的作用的相互性和方向性，使学生在交流和合作中将原本模糊的、笼统的观点具体化，对力的相互性产生深刻的、清晰的认识．

教师引导：大多数学生所举出的例子都是弹力的相互作用，你们能提出其他性质的力相互作用的现象或实验吗？

刀在磨刀石上打磨，刀变锋利了，磨刀石也被磨损了，说明摩擦力的作用是相互的．

演示实验1：摩擦力的相互作用

器材：电动小车，轻木板，圆铅笔(2支).

操作：在桌面上平行地放上两支铅笔，将轻木板放在铅笔上．启动电动小车，放到木板上，观察到电动小车向前加速运动，同时看到木板向后运动．

让学生评析看到的现象，说明摩擦力作用的相互性和方向性．

演示实验2：磁力的相互作用

器材：摩擦较小的实验小车2辆，条形磁铁2支.

操作：实验小车放在较光滑的水平桌面上，将两支条形磁铁固定在小车上，让同名磁极相对并靠近.同时释放两辆小车，观察到两小车同时相互排开向前运动．

让学生评析看到的现象，说明磁力作用的相互性和方向性．

教师引导：地球吸引苹果，苹果往下落，那么苹果吸引地球吗？地球为什么不往上运动呢？你能举例说明重力或万有引力的作用也是相互的吗？

(1)苹果应该也吸引地球，不过可能力太小，而地球质量太大了，所以地球不动．

(2)月球绕地球转，说明地球对月球有万有引力.地球上的潮水现象说明月球对地球也有万有引力．

让学生总结前面所提出的实例和实验中所涉及的力可归纳成两类：电磁相互作用和万有引力.学生可深刻体会到在电磁相互作用和万有引力中的相互性．教师接着简单介绍科学家对原子核衰变现象的研究，同样发现强相互作用和弱相互作用的相互性．通过上述交流、讨论、实验，让学生深刻体会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关系

通过分析上面提出的大量实例和实验可归纳出：作用力和反作用力的作用点位于两个物体上；作用力和反作用力的方向始终是相反的、共线的；作用力和反作用力是同种性质的．

为了定量研究它们的大小关系，进行如下教学活动．

第一步：让学生分组设计实验方案，探究作用力和反作用力的大小关系．

A小组：在弹簧测力计下挂钩码，根据钩码求得测力计对钩码的拉力.再由弹簧测力计的读数测得钩码对测力计的拉力，然后进行比较．

B小组：A小组的方法太麻烦，用两根弹簧测力计互拉，通过比较两个弹簧测力计的读数就可以了.操作简单．

分组实验：给每组学生发两个弹簧测力计，让学生动手实验，交流现象和结论．

第二步：演示实验，探究浮力相互作用和磁力相互作用的大小关系.

演示实验3：探究浮力相互作用的大小关系

器材：200 g量程弹簧测力计，300 g量程电子台秤，塑料杯，重物(180 g)，细绳.

操作：如图1，塑料杯放在电子台秤上，加入水至150 g．重物悬挂在弹簧测力计下，将重物缓慢浸到水中，观察弹簧测力计读数的减小量和电子台秤读数的增加量之间的关系．

让学生评析看到的现象，说明浮力作用的相互性以及相互作用力的大小关系．

图1

演示实验4：探究磁力相互作用的大小关系

器材：2.5 N量程弹簧测力计2个，摩擦较小的实验小车2辆，马蹄形磁铁2个，细绳.

图2

操作：如图2，将两辆实验小车放在较光滑的水平桌面上，将两个马蹄形磁铁固定在小车上，并同名磁极相对.用两个弹簧测力计通过细绳拉着小车使小车慢慢靠近.读出两个弹簧测力计的读数．

让学生评析看到的现象，说明磁力相互作用力的大小关系．该实验由于受到桌面摩擦力的影响，两个弹簧测力计的读数并不完全相等，在实验后应做相应的说明和评价．为了使实验效果更明显，一要尽量减小小车和水平桌面的摩擦力，二要在磁极靠得较近、磁力较大时读两弹簧测力计的读数．

第三步：教师归纳，得出结论——作用力和反作用力总是大小相等．进一步总结牛顿第三定律的内容，并理解其含义．

2.4 规律应用深化理解

【例1】解释“拔河”比赛，回答以下问题.

(1)甲对绳的拉力和乙对绳子的拉力是作用力和反作用力吗？

(2)如果不计绳子的质量，甲对绳子的拉力和乙对绳子的拉力大小有什么关系？属于一对什么力？

(3)你能找出甲、绳子、乙之间的作用力和反作用力吗？它们的大小有什么关系？

(4)通过力的分析，你认为甲取胜的原因在哪儿？如果你以后参加拔河比赛，会做哪些准备？

【例2】将一个质量为m的物体放在倾斜角为θ的斜面上．回答以下问题.

(1)物体受到哪些力的作用？

(2)和该物体相关的作用力和反作用力共有几对？(结论：物体受到的任何一个力都有相应的反作用力)

(3)求物体对斜面的压力？(辨析压力和重力沿垂直于斜面方向的分力的区别.)

例1起到本节课前后呼应的作用，体现了新课程教学“从生活走进物理，从物理走向社会”的理念．在例1中，绳子受到的一对平衡力都是弹力性质的.例2中物体受到的一对平衡力分别是重力和弹力，性质不同．在两个例子中，都涉及平衡力与作用力和反作用力的区别、判断，能使学生加深对作用力和反作用力的关系的理解．最后，教师还可引导学生从上述两个例子出发，自己总结作用力和反作用力跟平衡力的异同点，讨论、交流牛顿第三定律对解决力学问题有何实际意义．

3 总结和反思

有的教师认为牛顿第三定律内容简单，学生有认知基础，让学生自己看看书就行了；实则不然．从课堂实际情况看，学生对作用力和反作用力的关系缺乏系统的认识和体验，在探究作用力和反作用力的大小关系各实验中，学生表现出非常的“好奇”，在课堂演示实验和探究交流活动中非常积极．这些情况说明了学生对作用力和反作用力的原认知是文字上的、笼统的，在以往的学习过程中，没有对作用力和反作用力做过系统的、定量的研究．

总结本案例，有三个特点.

(1)实验创新创新是新课程的基本理念之一.在教学中教师设计了多个创新实验，如用电动小车探究摩擦力的相互作用、探究浮力相互作用的大小关系、探究磁力相互作用的大小关系；这些实验现象明显，很能说明问题，在帮助学生理解、体会各种作用力和反作用力的关系，激发学生的学习兴趣等方面起到了很大作用．

(2)活动体验引入新课时，采用“拔河比赛”的方式，让学生体会感受．然后让学生尝试解释输赢的原因，学生在解释的过程中遇到了问题和矛盾，激发求知欲．还有，让学生利用身边的现象和小实验来证明“力的作用是相互的”这一观点.不少学生用自己的亲身体验来说明问题，让学生真正感受力的作用的相互性．

(3)开放交流改变传统教学教师一言堂的做法.本课在教学方式上进行了创新，探究、合作、交流等教学方式相互融合，学生在课堂中思考时间充足，交流机会多，各种观点和思想在交流中相互碰撞，教学生成是在互动交流过程中自然形成的．从教学实际效果来看，学生参与课堂的积极性高，课堂生成丰富，突破了教学重点和难点，实现了课程目标．