资源简介

5．牛顿第三定律
★课标要求
理解牛顿运动定律，能用牛顿运动定律解释生产、生活中的有关现象，解决现实情境中的有关问题。以牛顿运动定律为知识载体，提升学生的物理学科核心素养。
★教材分析
初中阶段，学生已经对物体间的相互作用问题有了定性的了解，也知道相互作用力和一对平衡力是不同的，即一对平衡力是指同一物体所受的两个力互相平衡，而一对作用力和反作用力分别作用在两个物体上。但是，他们对这一知识只是定性地了解，本节内容主要实现对牛顿第三定律的深入理解，从力的性质、作用的同时性等进一步认识，并进行定量探究和应用分析。
本节包含两个小节：作用力与反作用力、牛顿第三定律。
第一小节，作用力与反作用力。联系生活和简单物理实验实例，分别呈现弹力、磁力、摩擦力等性质的相互作用力，让学生体会出“作用力和反作用力分别作用在两个物体上，它们总是性质相同的两个力，且同时存在，同时变化，同时消失”的规律。
第二小节，牛顿第三定律。通过实验定量探究一对相互作用力间的大小关系和方向关系，进一步总结出牛顿第三定律的内容，并利用牛顿第三定律解释反冲等生产和生活现象。
★教学目标
1．物理观念。
通过观察生活和实验中的相互作用现象，建立作用力与反作用力概念，理解牛顿第三定律，进一步形成相互作用的观念。会运用牛顿第三定律解决实际问题，能够解释生活中常见的现象——反冲。
2．科学思维。
通过观察生活和实验中的相互作用现象，运用归纳思维总结出牛顿第三定律的内容。
3．科学探究。
能通过对实验现象的观察，找出相互作用力间的性质相同、同时存在和变化的规律，能进行分组实验定量探究，综合分析所得数据和信息，得出相互作用力间等大、反向、共线的关系，总结出牛顿第三定律的内容。
4．科学态度与责任。
通过观察现象和实验探究，形成严谨认真和实事求是的科学态度。
★教学设计
本节主要包括两部分内容：作用力与反作用力、牛顿第三定律，前者需要通过学生认真观察、归纳总结，后者需要深入实验、抽象总结。
学生在初中阶段就已经对本节内容有一定了解，高中阶段主要通过学生主体作用的发挥，深入定量实验，科学严谨地总结归纳出作用力和反作用力间的大小、方向间的关系，进一步形成对牛顿运动定律的系统认识，全面培养物理核心素养。
★教学过程
一、创设游戏，引入课题
两同学拔河比力气，甲胜。
引出问题：“甲胜的原因是不是甲拉乙的力大于乙拉甲的力？”
引出课题：甲拉乙的力与乙拉甲的力是一对相互作用力，这节课我们就要研究相互作用力的关系。
二、定性观察，建立概念
1．创设情境，定向观察。
相互作用力在我们的生活中是普遍存在的，观察以下现象，体会相互作用力。
（1）手压桌面，体会手与桌面间的一对相互作用力（弹力）。
（2）脚在地面上走动，体会脚与地面间的相互作用力（摩擦力）。
（3）手拿磁铁靠近另一块磁铁，体会两磁铁间的相互作用力（磁力）。
总结：力的作用总是相互的。我们把其中一个称为作用力，另一个作用力称为反作用力。
引导学生回顾生活中有关作用力和反作用力的其他实例。
2．提出问题，归纳总结。
问题：既然作用力与反作用力是普遍存在的，它们的存在具有怎样的特点？
总结：作用力和反作用力分别作用在两个不同的物体上，它们总是性质相同的两个力，且同时存在，同时变化，同时消失。
三、定量实验，探究规律
结合前面的体验及举例，引出问题：作用力与反作用力有哪些关系？
（小组讨论、交流、汇报，其他小组补充、质疑）
猜想：作用力与反作用力等大、反向、共线。
学生质疑：运动状态不同，大小可能不同。比如拔河的僵持阶段，力的大小应该相同，当甲把乙拉动时，应该是甲拉乙的力大。
教师质疑：当作用力方向改变，反作用力会不会也随之变化？
演示实验：一对强磁针相互靠近，旋转一个磁针，另一磁针随之改变方向，两个磁针的指向始终在一条直线上。
总结：当作用力方向改变，反作用力会随之改变，即作用力与反作用力总是反向、共线。
1．学生实验：用弹簧测力计模拟拔河的僵持阶段及甲拉动乙（乙向甲一边移动）阶段，读出两弹簧测力计间的相互作用的拉力（注意弹簧测力计的使用要求）。
2．学生汇报实验结果：僵持阶段，多次实验后发现两个力的大小都相等。甲拉动乙时，不方便读数（提出最好有一种更方便测量读数的仪器）。
3．教师介绍更方便测量读数的仪器——力传感器及DIS系统，并演示力传感器结合电脑可以绘出力的大小和方向随时间变化的图线。
4．找刚才拔河的两个同学重复拔河过程（注意用力不要太大，模拟即可），演示僵持、甲拉动乙、乙拉动甲、甲乙在空中做各种动作，观察两个力的图像特征。
5．学生总结图像的特征。
两力总是关于t轴严格对称的，说明方向总是相反，大小总是相等，即与物体的运动状态无关。
6．教师引导学生进一步对图像进行分析。
作用力和反作用力总是大小相等、方向相反、作用在同一条直线上，具有同时性，是相同种类的力。
引入教科书上的描述：两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等、方向相反、作用在同一条直线上，这就是牛顿第三定律。
四、规律应用，内化提升
1．生活应用，体验分析。
（1）提出问题：分析人在地面上行走靠什么力？汽车在路上能向前行驶靠什么力？
（学生对于走路问题可以顺利解决，但是汽车的启动过程说不清楚，只有一个模糊认识——靠摩擦力）
（2）分析汽车启动的原理：
①介绍驱动轮。用玩具小汽车演示寻找驱动轮的方法：架空后轮，发现后轮虽然在转，即发动机在起作用，但是汽车无法前行。
②将几根玻璃棒摆在实验木板上，上面放一泡沫板，将玩具汽车置于泡沫板上，开启遥控器，汽车前行，发现汽车前进的同时泡沫板向后滑出。
③取出玻璃棒和泡沫板，重新演示汽车的前进过程。
④让学生根据观察的现象，分析汽车为何可以前行。
总结：汽车的驱动轮旋转，给地面一个向后的摩擦力，同时地面给驱动轮向前的摩擦力，使汽车前行。
2．反冲现象，建立模型。
提出问题：火箭是如何冲上天空的？（火箭上的燃料燃烧，火箭向下喷出燃烧后形成的气体，同时这些喷出的气体向上推动火箭，使火箭上升）
①两个物体分开时，说明它们的物理量中哪个量是相反的？是速度？还是加速度？还是速度、加速度都相反？（加速度相反）
②速度都是以什么为参考系的？（地球）
反冲现象是牛顿第三定律应用的一类典型问题。通过以上分析使学生了解：开始时在一起的（或说开始时处于相对静止的）两个物体突然分开的这一现象在物理中称为反冲。
3．回归游戏，对比总结。
（1）提出问题：既然作用力与反作用力的大小相等，为何刚才甲胜利了？
（2）小组讨论，教师引导学生共同分析：甲由于合外力依然为零，所以无法改变原来的静止状态，这是凭借牛顿第一定律告诉我们的依据。而乙所受合力向左，产生了向左的加速度，改变了原来的运动状态，这是牛顿第二定律告诉我们的依据。由这个例子我们不仅能了解拔河是凭借最大静摩擦力取胜，而且应该能够体会到牛顿三大定律是分析运动的重要依据。
思考：在什么条件下乙可以取得胜利？
实验：让刚才两个学生重做拔河游戏，甲站在平板车上，这次乙反而轻松地就可把甲拉动，取得胜利。
（3）提出新问题：甲受到的拉力和摩擦力，这叫什么力？
学生：一对平衡力。
教师：平衡力的特点是什么？
学生：等大反向。
学生合作学习，整理两者的区别如下表：
作用力与反作用力 一对平衡力
同时性 同时产生、变化、消失 不一定同时产生、变化、消失
作用点 不同物体 同一物体
种类 一定同种 不一定同种
五、课堂小结，归纳提升
本节课我们学到的内容有：
（1）知识方面：作用力与反作用力、牛顿第三定律的内容。
（2）实验探究：利用传统和现代相结合的实验测量方法来解决物理问题。
（3）收获启迪：很多事物都是相互的，我们不应伤害别人，因为伤害别人的同时我们自己也会受到伤害。所以，我们应处处与人为善，因为同时我们也会享受到他人与我为善的欢乐。

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