《牛顿第三定律》探究式教学设计
一、教学任务分析
牛顿三大定律是一个有机的整体，牛顿第一定律和牛顿第二定律解决了单个物体的运动和力之间的关系，但自然界的物体是相互联系、相互影响、相互作用的，一个物体在受到其他物体作用的同时也会对其他物体有作用，牛顿第三定律就是研究物体之间的相互作用的关系的。只有充分地研究物体之间的相互作用，才能比较全面的认识物体的运动规律。
《普通高中物理课程标准（实验）》中，在“相互作用与运动规律”二级主题下对本部分内容要求是“理解牛顿运动定律，用牛顿运动定律解释生活中的有关问题。”在人民教育出版社普通高中课程标准实验教科书物理必修1中，本节内容安排在第四章“牛顿运动定律”的第五节，前面是静力学、运动学的内容、牛顿第一定律、第二定律，后面是牛顿运动定律的应用，因此本节内容起到承上启下的作用。通过作用力与反作用力总是共生共灭、大小相等、方向相反等性质的学习，其独特育人价值在于通过对第三定律的学习，能够启发学生客观、辨证地评价周围的事物，并培养学生的团队合作精神。
【教学设计说明】教学任务分析首先从物理学的知识体系入手看牛顿第三定律的地位，然后看物理课程标准对牛顿第三定律的教学要求，最后从教材体系安排分析强调教材的基础性地位和主干性作用，有利于全面准确的理解和真正弄清楚牛顿第三定律的意义、教材编写意图，把握教材的精髓和难点，把教材内化为自己的东西，在源于教材的基础上超越教材（如本节教学
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难点的确定），这是课堂中催生和捕捉有价值的生成的前提。
二、学情分析
学生在学习牛顿第三定律之前，已经学过几个具体的力、力是物体间的相互作用；学会了对物体的受力分析，掌握了物体的运动规律，在本章的前面几节又刚刚学过牛顿第一、第二定律，这是学习牛顿第三定律的基础。但是学生对物体间的作用是相互的理解不够深刻，不明确提出作用力与反作用力概念的意义，而且受日常生活经验的影响，在学习过程中，往往形成一些错误认识，比如：在分析拔河比赛时，想当然的认为：胜方之所以会胜是由于施加给另一方的力大于另一方施加给自己的力，也就是混淆了物体间的相互作用力和平衡力。如果不创设便于学生感受和理解的情境，学生经过努力的记忆，可以背诵牛顿第三定律的表述，但是并不能转变学生已有的错误认识，理解不透彻，用来解决实际问题时仍然出现错误。
牛顿当年也是经过大量的实验和前人的总结才得出“牛顿第三定律”，因此，教学中应该采取分组进行实验探究的方法，既可以增强学生的学习兴趣，又可以转变学生“作用力反作用力与一对平衡力”混淆在一起形成的错误认识，还可以培养学生解决实际问题的能力。
三、教学目标
1．知识与技能
（1）知道作用力和反作用力的概念及其关系。 （2）理解牛顿第三定律。
（3）能正确区分“一对平衡力”和“一对作用力、反作用力”。 2．过程与方法
（1）在用弹簧测力计探究作用力与反作用力的关系的过程中，培养独立思考能力和实验能力。
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（2）在应用牛顿第三定律分析解释物理现象的过程中，树立应用所学知识解决实际问题的意识。
3.情感、态度与价值观
在探究和应用牛顿第三定律的过程中，体会对立统一的思想。 四、教学重点和难点 重点：牛顿第三定律。
难点：作用力、反作用力与平衡力的区别。 五、教学方法
教学方法：实验法（演示实验、学生分组实验），讨论法，实验探究等。 六、教学器材
PPT演示文稿，带发条的玩具车，纸板，条形磁铁两块，小车两个，分组实验用的弹簧测力计每人一个，自制小火箭（气球、支架台、吸管等），旱冰鞋，力传感器组件、数据采集器及配套计算机设备等。
七、教学过程
（一）通过生活实例，感受作用力与反作用力
【事件1】教师总结前面学习的牛顿第一定律、牛顿第二定律解决了单个物体的运动和力之间的关系，并引导学生回忆力的定义，即 “力是物体对物体的作用”，提出今天要学习的牛顿第三定律就是研究物体之间相互作用遵循的规律。
【教学设计说明】根据建构主义理论，学生已有知识是进行新知识意义建构的基础，通过与前面的知识相联系，可以让学生更好的进入下面的新课教学。
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【事件2】教师展示自制“小火箭”、两个气球相互挤压等生活实例，然后图片展示。
给学生看一段小动画，一个人在小船上推另一只船，发现两只船同时向后退。
提出问题：气球的动力来源是什么？为什么最后会落下来？两个气球为什么同时发生形变？两只船为什么同时后退？这些物体间的作用力有何共同特点？
学生先独立思考，然后回答问题。比较容易得出这些物体之间的力是相互的，而且相互依存，同时产生、同时消失。
教师提议给回答较好的同学鼓掌。常言道：“一个巴掌拍不响”，那么请大家比赛拍巴掌，看谁拍得最响，然后请拍得最响的同学谈感受，两个巴掌都拍疼了，变红了，这说明什么？通过分析拍巴掌后会疼，巴掌都变红了，说明两手间存在作用力，并且是相互的。
教师提示拍巴掌有两种方式：两个巴掌一起拍，或者一个巴掌拍向另一个。效果是一样的。
【教学设计说明】从实例引人，给人以启迪，让学生在“生活情境”中学习物理。同时，此处的两种不同的拍掌方式感受作用力与反作用力，为后面用弹簧测力计进行学生探究实验奠定基础。
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【事件3】教师提出：以上我们研究的都是相互接触的两个物体，那么对不接触的物体间的作用也是相互的吗？
【演示实验1】
在两辆小车上各固定磁铁，让它们彼此接近但不直接接触，两手同时放开，可看到，如果是同极会相互排斥向相反方向运动，如果是异极会相互吸引靠拢到一起。
【教学设计说明】此处的设计是为了消除部分同学存在的错误认识，即认为相互接触的物体间的作用力是相互的，不接触的物体间的作用力可能不适用。
【事件4】鉴于生活中有些力的作用效果不易观察，设计玩具车演示实验。首先提出问题：汽车在地面上运动需要地面给它力的作用，那么汽车对地面有作用力吗？我们并没有看到地面向反方向运动啊？
【演示实验2】：把纸板放在并排的玻璃圆管上，然后把玩具小车上紧发条，释放发条后放在纸板上，问：当手离开小车时发生什么现象？说明什么问题？学生通过观察实验，讨论得出汽车与地面之间的作用力也是相互的。
利用学生强烈的好奇心和求知欲，教师可以乘胜追击地问：“以上各个实验说明什么结论？”可引导学生得出“两个物体之间的作用总是相互的”教师立即给出“作用力与反作用力”的概念。对学生的正确回答给予一定鼓励，由学习的直接兴趣升级为间接兴趣、转化为学科情感，使学生的无意注意同时转化为有意注意。
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【教学设计说明】教师要寓学法指导于教学中，做到“授人以渔”，即教给学生学习的方法、培养其能力才是物理教学的落脚点。通过分析各种情况下的物体相互作用，让学生养成认真细致，勤于思考，积极动脑的学习习惯。
（二）学生实验，探究作用力与反作用力的关系
【事件5】分析上面磁铁小车的运动，从力的性质、同时性、作用物体等方面，探究作用力与反作用力的定性关系。
师生共同讨论，得出作用力与反作用力性质相同、具有同时性、作用在两个不同的物体上。
提出问题：既然物体之间力的作用是相互的，那么我们很容易想到另一个问题：相互作用力的大小有什么关系？（本节课的核心问题）你能根据生活中的哪些现象猜想出什么结论？
【事件6】学生可能举出的例子与想到的问题：拔河比赛时，胜方之所以会胜可能是由于施加给另一方的拉力大于另一方施加给自己的力？鸡蛋碰石头与石头碰鸡蛋，为什么受伤的总是鸡蛋？
我们可以通过实验来探究一下。
【教学设计说明】此处的设计没有在学生学习了作用力与反作用力后，直接探究它们之间的关系，而是提出拔河比赛中的例子，设置悬念，产生疑惑，这个疑惑为后面的拔河体验活动埋下伏笔，激发学生探究的欲望。很明显，学生从后面实验得出的结论是两个拉力大小相等，
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【事件7】利用每位同学手上的弹簧测力计，设计一个探究物体间的作用力与反作用力的关系的方案。教师在学生思考的基础上通过提问可了解学生的实验设计并作出指导。
【学生实验】
（1）受前面鼓掌方式的启发，学生设计实验的方式也可能有多种：两个弹簧测力计对拉；一个手握住弹簧测力计不动，拉另一个；将一个弹簧测力计固定在铁架台上，用手持另一个弹簧测力计拉等。可由学生分组合作完成，有的同学操作，有的同学观察弹簧测力计示数。
（2）拉力改变时，观察弹簧测力计示数。
通过分析实验数据，总结出作用力与反作用力大小基本相同，方向相反，且在一条直线上，作用在不同的物体上。
（三）力传感器精确测量实验
【事件8】教师分析上面的实验在物体处于运动状态或者受到变力时不易测量，同时指出科技的发展使得我们的实验手段也有了大幅提高，然后介绍基于力传感器的DIS lab数字化实验设备。
师生合作完成演示实验，实验分两种情况：静止时和运动时。得到实验数据，并分析数据曲线。提出如下问题：
1.曲线反映了作用力和反作用力的大小有什么关系？ 2.曲线反映了作用力和反作用力的方向有什么关系？
结合前面的实例分析归纳得出作用力与反作用力的“四同三异”，“四同”即等大、共线、同时、同性；“三异”即反向、异物、作用效果不能相互抵消。
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【教学设计说明】牛顿依据力的三要素，从针对力和运动的角度总结出的牛顿第三定律涉及等大、反向、共线3方面，但是为更好的理解作用力与反作用力，教师应该引导学生分析的较为全面，并可为后面与平衡力的对比打下基础。
（四）牛顿第三定律
【事件9】教师指出上面的探究结论早在三百多年前就由牛顿提出，即 牛顿第三定律：两个物体之间的作用力与反作用力总是大小相等、方向相反、作用在同一条直线上。
公式：F＝－F′（负号表示方向相反） （五）相互作用力与平衡力的比较
【事件10】教师提出问题：牛顿第三定律指出作用力与反作用力大小相等，那前面我们提到的拔河比赛为什么会有输赢呢？由此引出另一个学生小实验。
【学生体验活动】
1. 让力气大的同学与力气小的同学进行拔河比赛
让学生展开想象的翅膀进行猜想：如何让力气大的同学输呢？
【教学设计说明】猜想是发展学生创新思维的有效办法之一，就如牛顿所说：“没有大胆的推测就不可能有伟大的发现”。
2．让力气大的同学穿上旱冰鞋重新拔河，通过这个实验起到对比强调的作用。
从实验中引导学生，不管哪位同学赢，两位同学的拉力大小都是相等的。
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通过上面的体验活动，学生找到了拔河比赛中的输赢在于地面的摩擦力。与事件6遥相呼应，由此，教师不失时机的提出平衡力与相互作用力的比较。
【教学设计说明】通过生动、有趣、神秘的实验，纠正了学生错误的前概念，不但能稳住兴趣，还能唤起学生对自然奥秘的求知欲，使课堂情境优化设计。
【事件11】作用力与反作用力和一对平衡力有什么异同点。 引导学生归纳、讨论、总结异同点。如下表： 名称 平衡力 项目 共同点 大小相等、方向相反、作用在同一直线上 作用对象 同一物体 力的变化 相互作用的两个物体 没有必然的对应关同时产生、同时消失、同时 相互作用力 不同点系 可以是不同性质的力的性质 力 变化 同一性质的力
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作用效果 可以抵消，合力为零 不可抵消，不可求合力 资料收集于网络，如有侵权 请联系网站删除
【教学设计说明】再次培养语言概括能力，将观察实验与科学理论思维方法结合起来，这不但有助于兴趣和能力的提高，也有助于形成唯物主义世界观和辨证的认识论。
（六）实际应用
【实例1】神州六号发射。 【实例2】人走路。 【实例3】直升飞机。
神舟六号发射 人走路 直升飞机 【教学设计说明】通过展示生活中有关牛顿第三定律应用的实例，解释其中原理，让学生体会物理知识对生产、生活的巨大影响；调动学生参与科技活动的热情，增强学生将物理知识应用于生活和生产实践的意识，促使学生勇于探究与日常生活有关的物理学问题。
（七）课堂小结
1.物体之间的作用是相互的。“作用力与反作用力”是相对而言的，其中一个是作用力，另一个力就是反作用力。
2.作用力与反作用力的关系：“四同三异”。
3.作用力与反作用力和平衡力的异同点。牛顿三定律反映了物体间相互作用的联系。
（八）布置作业
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1．完成课本P88页“问题与练习”2、4；
2．鸡蛋碰石头，为什么鸡蛋碎了而石头没事？ 八、板书设计
九、总结
本节课注重知识的获取过程，从学生身边的物体间相互作用引入新课，使学生亲身体会作用力和反作用力的关系。在探究作用力和反作用力的关系时，从定性研究到定量研究，循序渐进，使学生经历物理规律的发现过程，掌握探究的一般方法，培养科学思维习惯。最后回到实际应用中，使学生体会牛顿第三定律在生产和生活中的应用。
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