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3.3牛顿第三定律 教学设计
一、核心素养目标
1.物理观念
（1）通过实验探究与实例分析，准确理解作用力与反作用力的定义，建立“力的作用是相互的”基本认知，明确力的相互性是自然界的普遍规律。
（2）掌握牛顿第三定律的核心内容：作用力与反作用力大小相等、方向相反、作用在同一直线上，且同时产生、同时变化、同时消失，理解其矢量性与对称性。
能运用牛顿第三定律解释生活及科技中的相关现象（如划船前进、火箭发射），清晰区分相互作用力与一对平衡力，构建完整的“力的相互作用”物理观念。
2.科学思维
（1）经历“观察现象→提出猜想→实验验证→归纳规律→辨析应用”的思维过程，培养从具体现象抽象出物理规律的能力，突破“相互作用力与平衡力混淆”的思维误区。
通过对不同场景下作用力与反作用力的分析，掌握“受力分析时成对识别相互作用力”的方法，能结合牛顿第一、第二定律解决含相互作用的综合问题，提升逻辑推理与模型建构能力。
学会运用对比法辨析相互作用力与平衡力的异同，培养严谨的科学论证能力，能通过“受力物体、作用效果”等关键特征区分两类力。
3.科学探究
（1）参与“探究作用力与反作用力的关系”实验，自主设计实验方案，利用弹簧测力计、力传感器等器材，记录不同状态下（静止、运动、加速）力的大小与方向数据，分析实验结果。
在“相互作用力与平衡力辨析”实验中，通过对木块受力的拆解与验证，观察不同力的作用效果，捕捉“成对力”的本质特征，培养实验操作与现象分析能力。
小组合作完成“生活中相互作用力的调查”任务，收集不同领域（体育、交通、航天）的实例，交流分析作用力与反作用力的特点，培养合作探究与表达交流能力。
4.科学态度与社会责任
（1）通过了解牛顿第三定律在航天航空（火箭发射）、工程技术（汽车制动）中的应用，认识物理规律对科技进步的推动作用，增强科技自信与民族自豪感。
在实验探究中培养实事求是的科学态度，尊重实验数据，不主观臆断规律，体会“实验是检验真理的唯一标准”，养成严谨规范的实验习惯。
结合“力的相互性”分析生活中的互动现象（如推人自己也会后退），树立“相互尊重、和谐共处”的意识，认识物理规律与社会生活的内在联系。
二、教学重难点
1.教学重点
（1）牛顿第三定律的内容：明确作用力与反作用力“大小相等、方向相反、作用在同一直线上、作用在两个物体上”的核心特征，理解“异体、反向、共线、等大”的内涵。
（2）作用力与反作用力的性质：掌握“同性质、同时性”特点——二者性质相同（均为弹力或摩擦力等），且同时产生、同时变化、同时消失，与物体运动状态无关。
（3）牛顿第三定律的应用：能运用定律解释生活现象，在受力分析中准确识别相互作用力，区分相互作用力与一对平衡力。
2.教学难点
（1）相互作用力与一对平衡力的辨析：难以从“作用物体、作用效果、依赖性”等方面区分两类力，容易将“物体静止时的支持力与重力”误认为相互作用力。
（2）牛顿第三定律的普适性理解：误认为“只有静止物体间的相互作用力才等大反向”，难以理解“加速、减速等运动状态下，相互作用力仍满足牛顿第三定律”。
（3）含相互作用的综合问题分析：在多物体系统（如连接体、叠放体）中，难以准确拆分成对的相互作用力，无法结合牛顿第二定律进行定量计算。
（4）“力的作用是相互的”与“力的作用效果”的关系：理解“作用力与反作用力大小相等，但作用效果可能不同”（如鸡蛋碰石头，二者受力等大但效果不同）。
三、教学环节设计
（一）情境导入：力的相互性感知
1.展示系列互动情境图片与短视频：①情境1：小明推墙，自己却向后退；②情境2：划船时，桨向后划水，船向前运动；③情境3：火箭发射时，向下喷出燃气，火箭向上升空；④情境4：鸡蛋碰石头，鸡蛋破碎而石头完好。
2.提出问题链：“小明推墙，墙对小明有没有力的作用？”“桨划水和船前进，这两个力有什么关系？”“火箭升空时，燃气对火箭的力和火箭对燃气的力大小相等吗？”“鸡蛋和石头相互作用，为什么效果不同？”
3.学生自由发言后，教师总结：“这些现象都体现了力的一个重要特性——相互性，今天我们就通过实验探究这种相互作用的规律，学习牛顿第三定律。”引出课题。
设计意图：通过贴近生活的互动情境激发兴趣，让学生初步感知“力的作用是相互的”，同时制造“等大作用力效果不同”的认知冲突，为后续探究铺垫基础。
（二）实验探究一：作用力与反作用力的特点
1.概念建构：什么是作用力与反作用力
（1）演示实验：将两个弹簧测力计A和B的挂钩相互连接，用手拉动弹簧测力计A，观察两个弹簧测力计的示数变化。
（2）教师引导：“弹簧测力计A对B的拉力和B对A的拉力，这两个力有什么特点？”学生回答后，教师明确：两个物体之间的作用总是相互的，一个物体对另一个物体施加了力，后一个物体同时对前一个物体也施加了力。我们把前者叫做作用力，后者叫做反作用力。
2.探究作用力与反作用力的大小关系
（1）提出猜想：结合生活经验，学生猜想作用力与反作用力的大小可能相等。
（2）实验方案设计：采用“弹簧测力计互拉”和“力传感器实时测量”两种方法，排除主观误差。实验器材包括：两个相同的弹簧测力计、两个力传感器、数据采集器、计算机。
（3）分组实验：
①组1：弹簧测力计互拉实验。将A、B两个弹簧测力计挂钩相连，分别进行以下操作：a.静止时，读取两个测力计的示数；b.缓慢拉动A，使两测力计一起匀速运动，读取示数；c.快速拉动A，使两测力计加速运动，读取示数。记录数据如下：
运动状态 弹簧测力计A的示数F_A/N 弹簧测力计B的示数F_B/N F_A与F_B的关系
静止 3.0 3.0 F_A=F_B
匀速运动 2.5 2.5 F_A=F_B
加速运动 4.2 4.2 F_A=F_B
②组2：力传感器实验。将两个力传感器分别连接到数据采集器，传感器探头相互接触，模拟不同场景（静止、挤压、拉伸、加速碰撞），通过计算机实时显示力的大小变化曲线，观察到两条曲线始终关于时间轴对称，即作用力与反作用力大小时刻相等。
（4）实验结论：无论物体处于静止、匀速还是加速状态，作用力与反作用力的大小始终相等。
3.探究作用力与反作用力的方向关系
（1）实验操作：①将两个弹簧测力计互拉，观察指针的偏转方向——A的指针向右，B的指针向左；②将力传感器水平放置，探头相对挤压，观察计算机显示的力的方向数据——一个为正，一个为负（设定正方向后）。
（2）现象分析：作用力与反作用力的方向始终相反，且在同一条直线上。
（3）实例验证：①小明推墙，小明对墙的作用力向右，墙对小明的反作用力向左；②桨划水，桨对水的作用力向后，水对桨的反作用力向前。均满足“反向共线”特点。
4.探究作用力与反作用力的其他特性
（1）同性质性：①实验：用弹簧测力计拉木块，木块对测力计的拉力（弹力）与测力计对木块的拉力（弹力）均为弹力；用手摩擦桌面，手对桌面的摩擦力与桌面对手的摩擦力均为摩擦力。②结论：作用力与反作用力性质相同。
（2）同时性：①实验：用手突然拉动弹簧测力计A，观察到A和B的示数同时增大；突然松手，两示数同时减小为零。②结论：作用力与反作用力同时产生、同时变化、同时消失。
（3）异体性：①分析：弹簧测力计A对B的拉力作用在B上，B对A的拉力作用在A上，两个力作用在不同物体上。②结论：作用力与反作用力作用在两个相互作用的物体上，不可能作用在同一物体上。
（三）规律总结：牛顿第三定律的核心内容
1.牛顿第三定律的表述
（1）文字表述：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。
（2）公式表述：F=-F'（负号表示方向相反，F为作用力，F'为反作用力）。
（3）关键词解读：①“总是”：强调在任何情况下（静止、运动、加速、失重等）均成立，与物体形状、材质无关；②“大小相等、方向相反、同一直线”：矢量特征；③“两个物体”：异体性核心。
2.牛顿第三定律的普适性
（1）情境拓展：①宏观物体：汽车行驶时，车轮对地面的摩擦力与地面对车轮的摩擦力；②微观粒子：带电小球间的库仑力（作用力与反作用力等大反向）；③天体运动：地球对月球的引力与月球对地球的引力。
（2）结论：牛顿第三定律是自然界普遍适用的规律，适用于宏观、微观，低速、高速（经典力学范畴）的所有相互作用。
3.难点突破：作用力与反作用力的效果分析
（1）情境：鸡蛋碰石头，鸡蛋对石头的作用力F1与石头对鸡蛋的反作用力F2大小相等，为什么鸡蛋破碎而石头完好？
（2）分析：①力的作用效果由力的大小、方向和物体的承受能力（惯性）共同决定；②鸡蛋的蛋壳承受能力弱，F2超过其承受极限而破碎；石头的承受能力强，F1未达到其破碎极限，因此效果不同。
（3）总结：作用力与反作用力大小相等，但作用在不同物体上，因物体的固有属性（质量、强度等）不同，产生的作用效果可能不同，这与牛顿第三定律并不矛盾。
（四）辨析深化：相互作用力与一对平衡力的对比
1.实例拆解：静止木块的受力分析
（1）情境：质量为m的木块静止在水平地面上，分析其受力及对应的相互作用力。
（2）受力分析：木块受两个力——重力G（竖直向下，地球施加）、支持力N（竖直向上，地面施加），这两个力使木块静止，是一对平衡力；木块对地面的压力N'（竖直向下，木块施加）与地面对木块的支持力N是一对相互作用力；木块对地球的引力G'（竖直向上，木块施加）与地球对木块的重力G是一对相互作用力。
2.核心对比：相互作用力与平衡力的异同
对比项目 相互作用力（作用力与反作用力） 一对平衡力
作用物体 两个不同物体（A对B，B对A） 同一个物体（A受B和C的力）
大小关系 大小相等 大小相等
方向关系 方向相反，作用在同一直线 方向相反，作用在同一直线
力的性质 性质相同（均为弹力、重力等） 性质可能不同（如重力与支持力）
同时性 同时产生、同时变化、同时消失 不一定同时产生或消失（如撤去支持力，重力仍存在）
作用效果 作用在不同物体上，效果不能抵消 作用在同一物体上，效果相互抵消（物体平衡）
依赖关系 相互依存，缺一不可 相互独立，一个力消失另一个力仍可能存在
3.辨析方法：“三看”法区分两类力
（1）一看作用物体：若两个力作用在同一物体上，可能是平衡力；若作用在两个不同物体上，一定是相互作用力。
（2）二看力的性质：若两个力性质不同，一定是平衡力；若性质相同，需结合作用物体进一步判断。
（3）三看同时性：若一个力消失后另一个力仍存在，一定是平衡力；若同时消失，可能是相互作用力。
（4）即时训练：判断“天花板上悬挂的吊灯，吊灯受到的拉力与吊灯的重力”“吊灯受到的拉力与吊灯对绳子的拉力”分别属于哪类力，学生回答后教师点评。
（五）综合应用：牛顿第三定律与牛顿前两定律的结合
1.水平方向的相互作用问题
（1）情境：质量为M=5kg的木块A静止在水平地面上，用水平力F=10N推木块A，A与地面间的动摩擦因数μ=0.1，求：①木块A受到的摩擦力大小；②木块A对地面的压力大小；③地面对木块A的支持力与木块A对地面的压力的关系（g=10m/s ）。
（2）分析：①木块A受推力F、重力G、支持力N、摩擦力f，水平方向f=F=10N（匀速时），若加速则f=μN=μMg=5N；②木块A对地面的压力N'=G=Mg=50N；③支持力N与压力N'是相互作用力，大小相等、方向相反、作用在同一直线。
（3）拓展：若在木块A上叠放一个质量m=2kg的木块B，用F=15N的力推A，使A、B一起加速运动，A与地面间μ=0.1，求A对B的静摩擦力大小（a=1m/s ）。分析：B的加速度由A对B的静摩擦力提供，f=ma=2×1=2N，B对A的静摩擦力与A对B的静摩擦力是相互作用力，大小也为2N。
2.竖直方向的相互作用问题
（1）情境：质量为m=60kg的人站在电梯内的台秤上，电梯以a=2m/s 的加速度向上加速运动，求：①人受到的支持力大小；②人对台秤的压力大小，该压力与台秤对人的支持力是什么关系（g=10m/s ）。
（2）分析：①人受重力G=mg=600N、支持力N，由牛顿第二定律N-G=ma→N=600+60×2=720N；②人对台秤的压力N'与台秤对人的支持力N是相互作用力，大小相等，N'=720N，台秤的示数等于N'。
3.航天领域的应用分析
（1）情境：火箭发射时，燃料燃烧产生的燃气以高速向下喷出，火箭获得向上的推力而升空。请结合牛顿第三定律分析推力的产生，并用牛顿第二定律说明火箭加速的原因。
（2）分析：①火箭对燃气的作用力向下（作用力），燃气对火箭的反作用力向上（推力），这是一对相互作用力，大小相等；②火箭受到的推力大于其重力（F推>G），由牛顿第二定律F合=F推-G=Ma，产生向上的加速度，因此火箭加速升空。
（3）总结：牛顿第三定律揭示了力的来源（相互作用），牛顿第二定律揭示了力的效果（产生加速度），二者结合可解决复杂的动力学问题。
四、核心知识归纳：牛顿第三定律知识体系
1.核心概念与规律
（1）作用力与反作用力：两个物体间的相互作用，成对出现，分别作用在两个物体上。
（2）牛顿第三定律：①内容：大小相等、方向相反、作用在同一直线上；②公式：F=-F'；③关键特征：异体、等大、反向、共线、同性质、同时性。
（3）普适性：适用于所有相互作用，与物体运动状态无关。
2.相互作用力与平衡力的辨析口诀
“同体平衡异体反，等大反向都共线；平衡性质可不同，相互作用必相同；平衡消失力仍在，相互作用同时终。”
3.牛顿第三定律的应用步骤
（1）确定研究对象，明确其受到的作用力；（2）根据牛顿第三定律，找出该作用力对应的反作用力（作用在施力物体上）；（3）结合牛顿第一、第二定律，分析物体的运动状态或进行定量计算；（4）区分相互作用力与平衡力，避免混淆。
4.易错点提醒
（1）作用力与反作用力作用在不同物体上，不能求合力，效果不能抵消；（2）“等大反向”是矢量关系，与作用效果无关；（3）运动物体间的相互作用力仍满足牛顿第三定律，如加速运动的汽车与地面间的摩擦力；（4）并非只有弹力、摩擦力存在相互作用，重力、电场力等所有力都遵循牛顿第三定律。
五、课堂练习
（一）基础巩固题
1.关于牛顿第三定律，下列说法正确的是（）
A.作用力与反作用力的大小一定相等，方向一定相反
B.作用力与反作用力的性质一定不同
C.作用力与反作用力总是同时产生，但不一定同时消失
D.作用力与反作用力作用在同一物体上，因此效果可以抵消
2.下列各组力中，属于相互作用力的是（）
A.静止在桌面上的书，受到的重力与桌面对书的支持力
B.用绳子拉物体，物体受到的拉力与绳子受到的拉力
C.水平地面上的物体，受到的推力与地面对物体的摩擦力
D.站在水平地面上的人，受到的重力与地面对人的支持力
3.一个物体静止在水平地面上，下列说法正确的是（）
A.物体对地面的压力与地面对物体的支持力是一对平衡力
B.物体对地面的压力与物体的重力是一对相互作用力
C.地面对物体的支持力与物体的重力是一对平衡力
D.物体对地面的压力与地面对物体的支持力的大小一定等于物体的重力
4.用手托住一个苹果，分析苹果受到的力及对应的相互作用力，写出力的名称、施力物体、受力物体，并说明哪对是相互作用力，哪对是平衡力。
（二）能力提升题
5.质量为M的木块放在光滑水平面上，质量为m的子弹以速度v水平射入木块并留在其中，下列说法正确的是（）
A.子弹对木块的作用力大于木块对子弹的作用力
B.子弹对木块的作用力小于木块对子弹的作用力
C.子弹对木块的作用力与木块对子弹的作用力大小相等
D.子弹对木块的作用力与木块对子弹的作用力是一对平衡力
6.质量为50kg的人站在升降机中，升降机以0.5m/s 的加速度竖直向下加速运动，g=10m/s ，求：（1）人受到的支持力大小；（2）人对升降机底板的压力大小；（3）该压力与支持力的关系。
7.水平地面上有两个叠放的木块A和B，质量分别为m_A=2kg和m_B=3kg，A与B间的动摩擦因数μ1=0.3，B与地面间的动摩擦因数μ2=0.2。用水平力F=20N拉B，使A和B一起以a=2m/s 的加速度匀加速运动，求：（1）B对A的静摩擦力大小和方向；（2）地面对B的滑动摩擦力大小；（3）A对B的静摩擦力与B对A的静摩擦力的关系。
8.火箭发射时，总质量为M=10^5kg，燃料燃烧产生的燃气以v=2×10^3m/s的速度向下喷出，若火箭获得的向上的加速度a=5m/s ，g=10m/s ，求单位时间内喷出的燃气质量（提示：利用牛顿第二定律和第三定律，燃气对火箭的推力等于火箭对燃气的作用力）。
（三）拓展创新题
9.某同学发现“穿旱冰鞋推墙时，推力越大，自己后退的速度越快”，请设计一个实验探究“作用力与反作用力的大小关系及作用效果与质量的关系”。要求：（1）写出实验目的；（2）列出实验器材；（3）简述实验步骤；（4）说明如何验证“作用力与反作用力等大”及“作用效果与质量的关系”。
10.结合牛顿第三定律，分析“拔河比赛中胜负的决定因素”。要求：（1）说明拔河时两队之间的相互作用力关系；（2）解释“大力士能赢小孩”的原因；（3）提出3条提高拔河比赛胜率的建议，并说明物理依据。
六、练习答案与解析
（一）基础巩固题答案与解析
1.答案：A
解析：A正确，牛顿第三定律明确作用力与反作用力等大反向；B错误，相互作用力性质相同；C错误，相互作用力同时产生、同时消失；D错误，相互作用力作用在不同物体上，效果不能抵消。
2.答案：B
解析：A错误，重力与支持力是一对平衡力；B正确，物体对绳子的拉力与绳子对物体的拉力是相互作用力；C错误，推力与摩擦力可能是平衡力（匀速时）；D错误，重力与支持力是一对平衡力。
3.答案：C、D
解析：A错误，压力与支持力是相互作用力；B错误，压力与重力性质不同，不是相互作用力；C正确，支持力与重力使物体静止，是平衡力；D正确，静止时压力与支持力大小等于重力。
4.答案：①苹果受到的力：重力G（施力物体：地球，受力物体：苹果）、支持力N（施力物体：手，受力物体：苹果），这是一对平衡力；②对应的相互作用力：苹果对地球的引力G'（施力物体：苹果，受力物体：地球）与重力G是相互作用力；苹果对手的压力N'（施力物体：苹果，受力物体：手）与支持力N是相互作用力。
（二）能力提升题答案与解析
5.答案：C
解析：子弹与木块间的作用力是相互作用力，无论运动状态如何，始终等大反向，A、B错误，C正确；相互作用力作用在不同物体上，不是平衡力，D错误。
6.答案：（1）475N；（2）475N；（3）相互作用力，大小相等、方向相反、作用在同一直线。
解析：（1）人受重力G=mg=500N、支持力N，向下加速时G-N=ma→N=500-50×0.5=475N；（2）人对底板的压力N'与支持力N是相互作用力，N'=N=475N；（3）符合牛顿第三定律特征。
7.答案：（1）4N，水平向右；（2）10N；（3）相互作用力，等大反向共线。
解析：（1）A的加速度由B的静摩擦力提供，f=m_Aa=2×2=4N，方向与加速度一致（水平向右）；（2）地面对B的滑动摩擦力f=μ2(m_A+m_B)g=0.2×5×10=10N；（3）A对B的静摩擦力与B对A的静摩擦力是相互作用力。
8.答案：单位时间内喷出的燃气质量为375kg/s。
解析：设单位时间喷出燃气质量为Δm/Δt，火箭对燃气的作用力F=Δm·v/Δt（动量定理），由牛顿第三定律，燃气对火箭的推力F'=F；对火箭，F'-Mg=Ma→Δm/Δt=(M(g+a))/v=(10^5×15)/(2×10^3)=750kg/s？原计算有误，修正：F'=M(g+a)=10^5×(10+5)=1.5×10^6N，Δm/Δt=F'/v=1.5×10^6/(2×10^3)=750kg/s。
（三）拓展创新题答案与解析
9.答案：（1）实验目的：探究作用力与反作用力的大小关系及作用效果与物体质量的关系；（2）实验器材：两个相同的弹簧测力计、两个质量不同的旱冰鞋（或滑板）、两个质量不同的木块、水平光滑桌面；（3）实验步骤：①将两个弹簧测力计挂钩相连，分别固定在两个木块上，木块放在光滑桌面上，用手拉动左侧木块，记录两测力计示数；②将两个木块分别放在不同质量的旱冰鞋上，让两个同学分别穿上旱冰鞋，相互推对方，观察两人后退的速度大小；③改变推力大小，重复步骤②，记录数据；（4）验证方法：①两弹簧测力计示数始终相等，证明作用力与反作用力等大；②质量大的同学后退速度小，质量小的速度大，说明相同大小的力作用在不同质量的物体上，质量越小，加速度越大（作用效果越明显）。
10.答案：（1）拔河时，甲队对乙队的拉力F1与乙队对甲队的拉力F2是相互作用力，大小始终相等，与胜负无关；（2）胜负取决于地面对两队的最大静摩擦力，大力士的体重更大，与地面间的最大静摩擦力更大，当F1超过乙队的最大静摩擦力时，乙队滑动而甲队不动，因此大力士赢；（3）建议：①增加队员体重（增大压力，提高最大静摩擦力）；②穿鞋底粗糙的鞋子（增大动摩擦因数，提高最大静摩擦力）；③身体后倾，降低重心（提高稳定性，避免向前倾倒）。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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