作用力與反作用力探究性教學(xué)設(shè)計(jì)

柯尊淦 鄭 丹

(佛山市第一中學(xué) 廣東 佛山 528000) (湖北武漢華中師范大學(xué)物理學(xué)院 430079)

1 教材分析

牛頓運(yùn)動(dòng)三定律是一個(gè)有機(jī)的整體，前兩個(gè)定律是對(duì)單個(gè)物體而言；但要全面認(rèn)識(shí)物體間的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，必須研究物體之間的相互作用、相互影響，而作用力與反作用力就是牛頓第三定律.該定律是這節(jié)課的內(nèi)核，它除了能更好地分析解決以前所學(xué)過(guò)的力、運(yùn)動(dòng)，力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系外，它對(duì)后面碰撞問(wèn)題的研究更是密不可分.在整個(gè)高中階段的學(xué)習(xí)中，常把對(duì)受力情況復(fù)雜的物體的分析，轉(zhuǎn)換到與之相互作用的物體上進(jìn)行研究．

2 教法學(xué)法分析

創(chuàng)造性地使用教材，靈活地使用教學(xué)設(shè)計(jì)，采取先放后收，前后照應(yīng)的設(shè)計(jì)思路；邊實(shí)驗(yàn)邊提問(wèn)邊引導(dǎo)，讓學(xué)生邊觀察邊思考邊回答，把問(wèn)題穿針引線于實(shí)驗(yàn)中；同時(shí)又讓學(xué)生自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并進(jìn)行探索．采取靈活多變，生動(dòng)活潑，富有情趣的教學(xué)方法，如，課件、錄像等，主要以實(shí)驗(yàn)探究法，啟發(fā)式教學(xué)為主，問(wèn)題討論法為輔．在教學(xué)難點(diǎn)處適當(dāng)放慢節(jié)奏，給予學(xué)生恰當(dāng)?shù)乃季S點(diǎn)撥；必要時(shí)進(jìn)行大面積課堂提問(wèn)，讓學(xué)生充分表達(dá)意見(jiàn).這樣既有利于化解難點(diǎn)，也有利于充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用，使課堂氣氛更加活躍．

3 教學(xué)目標(biāo)分析

3.1 知識(shí)與技能

(1)知道作用力與反作用力的概念；

(2)理解、掌握牛頓第三定律；

(3)區(qū)分平衡力、作用力與反作用力.

3.2 過(guò)程與方法

(1)通過(guò)學(xué)生自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思考能力和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ?/p>

(2)通過(guò)運(yùn)用牛頓第三定律分析物理現(xiàn)象，可培養(yǎng)學(xué)生分析解決實(shí)際問(wèn)題的能力.

3.3 情感態(tài)度與價(jià)值觀

(1)培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神及團(tuán)結(jié)協(xié)作的團(tuán)隊(duì)精神；

(2) 培養(yǎng)學(xué)生敢于實(shí)踐，勇于創(chuàng)新的精神，讓學(xué)生體驗(yàn)物理世界普遍存在的對(duì)稱(chēng)美.

3.4 教學(xué)重點(diǎn)

(1)教學(xué)的重點(diǎn)是認(rèn)識(shí)并理解作用力和反作用力的關(guān)系，學(xué)生不應(yīng)把對(duì)其認(rèn)識(shí)只停留在大小和方向上．學(xué)生應(yīng)該掌握對(duì)作用力和反作用力的正確判斷．

(2) 作用力和反作用力的關(guān)系與平衡力的關(guān)系有相同之處，也有不同之處，學(xué)生常常把這兩種關(guān)系混淆．兩個(gè)相互作用力是大小相等的，但對(duì)兩個(gè)物體產(chǎn)生的效果往往也是不同的，要通過(guò)對(duì)問(wèn)題的分析，解決學(xué)生頭腦中不正確的認(rèn)識(shí)．

3.5 教學(xué)難點(diǎn)

區(qū)分平衡力和作用力與反作用力.

4 教具準(zhǔn)備

多媒體課件，圖片，薄木板1個(gè)/組，電動(dòng)玩具遙控賽車(chē)1個(gè)/組，條形磁鐵2個(gè)/組；實(shí)驗(yàn)小車(chē)2個(gè)/組，彈簧測(cè)力計(jì)2個(gè)/組等．

5 程序設(shè)計(jì)

作用力與反作用力程序設(shè)計(jì)如圖1.

圖1

6 教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)

6.1 中心問(wèn)題引入設(shè)計(jì)

師：拔河曾經(jīng)是奧運(yùn)會(huì)的比賽項(xiàng)目．后來(lái)這個(gè)項(xiàng)目被取消了．

生：為什么?

師：拔河比賽比的是什么？怎么才能在拔河比賽中取勝？

生: 當(dāng)然是比哪一隊(duì)的力氣大！ 力氣大的隊(duì)會(huì)贏！

師：班級(jí)中力氣大的同學(xué)與力氣小的同學(xué)進(jìn)行拔河比賽，請(qǐng)同學(xué)預(yù)測(cè)比賽結(jié)果．

組織兩個(gè)學(xué)生進(jìn)行雙人拔河比賽.兩人站在相同的地板進(jìn)行比賽，讓其他學(xué)生觀察.再讓力氣大的同學(xué)站在平板小車(chē)上重復(fù)實(shí)驗(yàn),再讓學(xué)生觀察．

生：觀察，思考……

師：從比賽的結(jié)果看來(lái)，不能說(shuō)明力氣大的隊(duì)會(huì)贏．那么拔河比賽比的究竟是什么？如何才能在比賽中取勝？今天我們一起來(lái)學(xué)習(xí)作用力與反作用力，學(xué)完后這些問(wèn)題可以解決．

板書(shū)：作用力與反作用力

6.2 新課教學(xué)

(1)定性探索作用力與反作用力

師：下面我們結(jié)合日常生活情景，通過(guò)幾個(gè)實(shí)驗(yàn)來(lái)研究今天的內(nèi)容．通過(guò)實(shí)驗(yàn)大家要總結(jié)出作用力與反作用力的特點(diǎn)．在實(shí)驗(yàn)中大家要注意觀察現(xiàn)象，分析現(xiàn)象所說(shuō)明的問(wèn)題．

實(shí)驗(yàn)一：

師：邀請(qǐng)兩個(gè)學(xué)生上臺(tái)表演一個(gè)游戲．

兩個(gè)同學(xué)都主動(dòng)用手推對(duì)方(圖2)，請(qǐng)學(xué)生觀察小車(chē)的運(yùn)動(dòng)情況.

請(qǐng)一個(gè)同學(xué)背對(duì)著另外一個(gè)同學(xué)，再用力推一次(圖3)，請(qǐng)同學(xué)觀察小車(chē)運(yùn)動(dòng)情況.

圖2

圖3

師：大家看到了什么現(xiàn)象？

生：兩小車(chē)都向互相分開(kāi)的方向運(yùn)動(dòng)．

師：為什么？

生：因?yàn)锳對(duì)B施一個(gè)力的同時(shí)，B也對(duì)A施加了一個(gè)力的作用．

師：很好，也就是不管你是主動(dòng)的，還是被動(dòng)的，A對(duì)B施一個(gè)力時(shí)，B也會(huì)對(duì)A施一個(gè)力．

這兩個(gè)力是屬于彈力．但是僅僅研究彈力之間的相互作用是不夠的，要得出普遍的結(jié)論，還必須研究其他性質(zhì)力之間的相互作用．

實(shí)驗(yàn)二：

師：展示和介紹遙控小車(chē).若將小車(chē)放到地面上，小車(chē)會(huì)怎樣呢？

生：向前走．

師：小車(chē)向前走的動(dòng)力是什么呢？

生：摩擦力．

師：地面

生：地面給小車(chē)一個(gè)摩擦力的同時(shí)，小車(chē)有沒(méi)有給地面一個(gè)摩擦力呢？

師：地面怎么沒(méi)有動(dòng)呢？

生：……

師：能否讓“地面”也動(dòng)呢？

生：疑惑……

師：我以一塊木板代替地面，把木板放到玻璃棒上，再把小車(chē)放在木板上.當(dāng)我遙控小車(chē)向前運(yùn)動(dòng)時(shí)(圖4)，木板會(huì)怎樣？

圖4

生：當(dāng)遙控小車(chē)向前運(yùn)動(dòng)時(shí)候，木板向后運(yùn)動(dòng)．

師：控制遙控小車(chē)向后運(yùn)動(dòng)呢？

生：木板向前運(yùn)動(dòng).

師：這個(gè)實(shí)驗(yàn)告訴我們，摩擦力的作用也是相互的．

前面討論的都是物體之間接觸的力的作用是相互的；如果物體沒(méi)有接觸，它們之間的力(磁力)還是相互的嗎？

實(shí)驗(yàn)三：

師：在兩輛小車(chē)上各固定一根條形磁鐵，當(dāng)異名磁極接近時(shí)(圖5)，會(huì)怎樣？

圖5

生：兩輛小車(chē)被吸引．

師：教師演示，如果把磁鐵的同名磁極靠近時(shí)(圖6)，又會(huì)怎樣？

圖6

生：磁鐵被推開(kāi)．

師：說(shuō)明當(dāng)左邊磁鐵對(duì)右邊磁鐵施加磁力的同時(shí)，右邊磁鐵也會(huì)對(duì)左邊磁鐵施加磁力，磁鐵間的磁力作用是相互的．

實(shí)驗(yàn)四：

最后請(qǐng)同學(xué)們一起來(lái)感受一下作用力與反作用力.同學(xué)們用手推開(kāi)桌子(圖7)，會(huì)有怎樣的感受？

圖7

圖8

師：如果把上面實(shí)驗(yàn)和例子中的結(jié)果做一個(gè)總結(jié)，用一句話加以概括，可以得出什么結(jié)論呢？

生：物體之間力的作用總是相互的．

(2)定量探究作用力與反作用力

師：通過(guò)上面的實(shí)驗(yàn)，我們知道物體間的作用總是相互的，把其中一個(gè)力叫作用力，另外一個(gè)力就叫做反作用力.這兩個(gè)力之間究竟有怎樣的關(guān)系呢？請(qǐng)同學(xué)們根據(jù)桌面上的儀器自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)找出答案；自己動(dòng)手探究一下作用力與反作用力的大小關(guān)系．

生：完成下面的實(shí)驗(yàn)表格(表1).

表1

師：請(qǐng)同學(xué)上臺(tái)展示自己的實(shí)驗(yàn)結(jié)果．

生：……

師：剛才同學(xué)們讀數(shù)的時(shí)候，彈簧測(cè)力計(jì)是處于什么狀態(tài)？

生：靜止．

師：也就是彈簧是處于平衡的狀態(tài).當(dāng)彈簧處于加速運(yùn)動(dòng)中，彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)還會(huì)不會(huì)一樣呢？

生：有的學(xué)生說(shuō)相等，有的學(xué)生說(shuō)不等．

師：下面請(qǐng)同學(xué)們讓彈簧處于加速運(yùn)動(dòng)中，看看彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)？

生：……

師：當(dāng)彈簧處于加速運(yùn)動(dòng)中，你還能看清彈簧的讀數(shù)嗎？

生：不能．

師：現(xiàn)在，我給大家推薦一個(gè)實(shí)驗(yàn)，它可以適時(shí)地記錄兩個(gè)力隨時(shí)間的變化關(guān)系．

實(shí)驗(yàn)五：

用傳感器測(cè)拉靜止物體時(shí)作用力與反作用力的大?。?/p>

用傳感器測(cè)拉著物體做變速運(yùn)動(dòng)時(shí)的作用力與反作用力的大小(圖9).

圖9

師：用傳感器進(jìn)一步探究作用力與反作用力的大小關(guān)系.讓多個(gè)學(xué)生自己拉動(dòng)傳感器，學(xué)生可能會(huì)有不同的拉法，如拉力逐漸增大，拉力逐漸減小，拉力大小隨意變化，手停止和手運(yùn)動(dòng)等等.通過(guò)剛才的實(shí)驗(yàn)，你能得到怎樣的結(jié)論？

生：作用力與反作用力大小相等，方向相反，作用在同一直線上．

師：很好，事實(shí)上，我們今天通過(guò)分層探索和實(shí)驗(yàn)總結(jié)得出的結(jié)論早在300多年前牛頓就已經(jīng)通過(guò)反復(fù)的觀察和思考總結(jié)得出了，這就是著名的牛頓第三定律．

板書(shū)：牛頓第三定律：兩個(gè)物體之間的作用力與反作用力總是大小相等,方向相反,作用在同一條直線上．(強(qiáng)調(diào)總是)

師：在初中，我們也學(xué)過(guò)一對(duì)大小相等方向相反的，作用在同一條直線上的力，一對(duì)什么力？

生：平衡力.

師：我們剛才講的作用力與反作用力也具有大小相等，方向相反，作用在同一直線上的特點(diǎn)，它們是平衡嗎？

生：不能，因?yàn)樽饔迷诓煌奈矬w上．

師： 那么一對(duì)相互作用力與平衡力有怎樣的聯(lián)系和區(qū)別呢？

生：完成表格(表2).

項(xiàng)目相互作用力平衡力相同點(diǎn)不同點(diǎn)作用點(diǎn)性質(zhì)同時(shí)性結(jié)論

我們由定性到定量，從感性到理性，由淺入深，逐步深入，分層探索得到了牛頓第三定律的結(jié)論，并且比較了作用力與反作用力與平衡力的區(qū)別和聯(lián)系.下面請(qǐng)同學(xué)們應(yīng)用所學(xué)的知識(shí)．

7 拓展

7．1 利用牛頓第三定律設(shè)計(jì)了一種交通工具

圖10

在平板車(chē)上裝了一個(gè)電風(fēng)扇，風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)吹出的風(fēng)全部打到豎直固定在小車(chē)中間的風(fēng)帆上(圖10)．請(qǐng)分析，這種設(shè)計(jì)能使小車(chē)運(yùn)行嗎？若不能，請(qǐng)你改動(dòng)設(shè)計(jì)，使它能運(yùn)動(dòng)．在學(xué)生討論后可以進(jìn)一步拓展到飛機(jī)、輪船等的原理.播放飛機(jī)、輪船的原理視頻，拓展學(xué)生視野．

設(shè)計(jì)目的：拓寬學(xué)生知識(shí)面和視野，學(xué)以致用．

7.2 甲乙同學(xué)在課間休息時(shí)相互打鬧

甲失手將乙打痛了.甲狡辯說(shuō)：“力的作用是相互的，我給了你多大的力，你同樣給了我多大的力，我把你打痛了你同樣也把我打痛了．”你對(duì)此如何評(píng)判？

設(shè)計(jì)目的：對(duì)學(xué)生進(jìn)行人文教育，升華本節(jié)內(nèi)容．

7.3 分析判斷下面說(shuō)法是否正確并說(shuō)明理由

“甲乙兩對(duì)拔河，甲勝乙敗，則甲對(duì)乙的作用力大于乙對(duì)甲的作用力．”有的同學(xué)說(shuō)因?yàn)榧讓?duì)繩的拉力大于繩對(duì)甲的拉力，所以甲就戰(zhàn)勝了乙.這種說(shuō)法對(duì)嗎？怎樣才能使得力氣小的戰(zhàn)敗力氣大的同學(xué)？

設(shè)計(jì)目的：回答開(kāi)頭提出的疑問(wèn)，前后呼應(yīng)，完善課堂．

8 教學(xué)評(píng)價(jià)與反思

本節(jié)課采用引導(dǎo)式的分層探究教學(xué)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)，演示等活動(dòng)讓學(xué)生在觀察和體驗(yàn)中，由淺入深，從定性到定量，最后從比較的角度進(jìn)行分層探究，讓學(xué)生自己得出結(jié)論．從教學(xué)手段上看，從“一討論、二演示、三實(shí)驗(yàn)、四練習(xí)”來(lái)完成本節(jié)課的教學(xué).主要通過(guò)情境—問(wèn)題—實(shí)驗(yàn)—探究—遷移的教學(xué)模式，在循序漸進(jìn)中，從激發(fā)興趣—優(yōu)化興趣—穩(wěn)定興趣—強(qiáng)化興趣，變“迂學(xué)”為“娛學(xué)”，從無(wú)意注意—有意注意—學(xué)科情感—人文素質(zhì)教育，達(dá)到課堂氣氛活躍輕松，情境最優(yōu)化設(shè)計(jì)，智力較大程度的開(kāi)發(fā)．從教學(xué)設(shè)計(jì)的思路上看，本課設(shè)計(jì)有兩條主線，一是以問(wèn)題為主線，設(shè)計(jì)多個(gè)由易到難循序漸進(jìn)的問(wèn)題，激發(fā)學(xué)生主動(dòng)參與、積極思考，產(chǎn)生強(qiáng)烈的求知欲望；二是以探究性活動(dòng)解決本節(jié)課的難點(diǎn)，由靜止物體間的作用利用彈簧測(cè)力計(jì)來(lái)探究，運(yùn)動(dòng)物體間的作用力和反作用力用力的傳感器和計(jì)算機(jī)輔助實(shí)現(xiàn)，既可激起學(xué)生創(chuàng)造思維之火花，又可讓學(xué)生嘗到團(tuán)結(jié)的力量，成功的喜悅，也有利于教學(xué)．最后的拓展與延伸開(kāi)闊了學(xué)生視野，升華了課堂的內(nèi)容．讓課堂播種了一種行為，進(jìn)而達(dá)到了收獲一種習(xí)慣的目的．