“牛頓第三定律”重難點突破的教學(xué)案例

柴宏良

(衢州第一中學(xué) 浙江 衢州 324000)

1 教學(xué)背景

對于力的作用的相互性，學(xué)生在初中物理的第三章“相互作用”中已初步了解．通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對力的作用的相互性的認(rèn)識大多是死記硬背，比較籠統(tǒng)和模糊．譬如如何用事實來證明力的作用的相互性？作用力和反作用力的定量關(guān)系是怎樣的？與平衡力有何區(qū)別？力作用的相互性的重要意義有哪些？等等，對這些問題學(xué)生都不甚了解．本課的難點是正確區(qū)分平衡力跟作用力和反作用力，應(yīng)讓學(xué)生在探究和交流中自主發(fā)現(xiàn)它們的區(qū)別，這樣才能印象深刻．

2 教學(xué)過程述評

2.1 教學(xué)引入

學(xué)生活動體驗：拿出一段粗短繩，讓兩個學(xué)生“拔河”比賽，其他學(xué)生觀看．

提出問題：“拔河”比賽中甲同學(xué)贏了.大家說說他為什么贏？

(1)甲的力氣大，甲的拉力力大于乙的拉力．

(2)不對，甲拉乙的力和乙拉甲的力大小相等，因為力的作用是相互的，甲贏的原因是他與地面間的摩擦力大．

其實，兩學(xué)生的回答都有問題.前者的回答基于日常直觀體驗，未深入物理本質(zhì)．后者的回答結(jié)合了所學(xué)的物理知識“力的作用的相互性”，但對相互性的認(rèn)識是不到位的．此時教師不做深入評價．

這樣引入的目的有三：一是激發(fā)興趣和求知欲；二是將學(xué)生的思路引入到“相互作用”問題上來；三是為本節(jié)課做個前后呼應(yīng)，感受學(xué)以致用．

2.2 體會力的作用的相互性

教師引導(dǎo)：既然大家都認(rèn)為力的作用是相互的，那你們能不能舉出一些現(xiàn)象或做一些簡單的小實驗來證明你們自己的觀點呢？比如(演示實驗)用一個氣球壓另一個氣球，兩個氣球都變形了，證明兩個氣球之間的力的作用是相互的．

(1)用手壓尺子，尺子變彎，同時手也有變形．

(2)網(wǎng)球拍打網(wǎng)球，網(wǎng)球被擊回，運動狀態(tài)改變了，同時球拍發(fā)生了形變．

(3)穿著旱冰鞋推墻，自己往后退，說明人用力推墻，自己也受墻的力．

(4)穿旱冰鞋推墻的做法無法說明人對墻的力，因為墻沒動，墻的形變又看不出來．應(yīng)該把墻換成另一個穿著旱冰鞋的人；一個人推另一個人后，兩人向相反的方向運動．

……

用開放的討論式教學(xué)方式，讓學(xué)生自己體會力的作用的相互性和方向性，使學(xué)生在交流和合作中將原本模糊的、籠統(tǒng)的觀點具體化，對力的相互性產(chǎn)生深刻的、清晰的認(rèn)識．

教師引導(dǎo)：大多數(shù)學(xué)生所舉出的例子都是彈力的相互作用，你們能提出其他性質(zhì)的力相互作用的現(xiàn)象或?qū)嶒瀱幔?/p>

刀在磨刀石上打磨，刀變鋒利了，磨刀石也被磨損了，說明摩擦力的作用是相互的．

演示實驗1：摩擦力的相互作用

器材：電動小車，輕木板，圓鉛筆(2支).

操作：在桌面上平行地放上兩支鉛筆，將輕木板放在鉛筆上．啟動電動小車，放到木板上，觀察到電動小車向前加速運動，同時看到木板向后運動．

讓學(xué)生評析看到的現(xiàn)象，說明摩擦力作用的相互性和方向性．

演示實驗2：磁力的相互作用

器材：摩擦較小的實驗小車2輛，條形磁鐵2支.

操作：實驗小車放在較光滑的水平桌面上，將兩支條形磁鐵固定在小車上，讓同名磁極相對并靠近.同時釋放兩輛小車，觀察到兩小車同時相互排開向前運動．

讓學(xué)生評析看到的現(xiàn)象，說明磁力作用的相互性和方向性．

教師引導(dǎo)：地球吸引蘋果，蘋果往下落，那么蘋果吸引地球嗎？地球為什么不往上運動呢？你能舉例說明重力或萬有引力的作用也是相互的嗎？

(1)蘋果應(yīng)該也吸引地球，不過可能力太小，而地球質(zhì)量太大了，所以地球不動．

(2)月球繞地球轉(zhuǎn)，說明地球?qū)υ虑蛴腥f有引力.地球上的潮水現(xiàn)象說明月球?qū)Φ厍蛞灿腥f有引力．

讓學(xué)生總結(jié)前面所提出的實例和實驗中所涉及的力可歸納成兩類：電磁相互作用和萬有引力.學(xué)生可深刻體會到在電磁相互作用和萬有引力中的相互性．教師接著簡單介紹科學(xué)家對原子核衰變現(xiàn)象的研究，同樣發(fā)現(xiàn)強相互作用和弱相互作用的相互性．通過上述交流、討論、實驗，讓學(xué)生深刻體會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關(guān)系

通過分析上面提出的大量實例和實驗可歸納出：作用力和反作用力的作用點位于兩個物體上；作用力和反作用力的方向始終是相反的、共線的；作用力和反作用力是同種性質(zhì)的．

為了定量研究它們的大小關(guān)系，進行如下教學(xué)活動．

第一步：讓學(xué)生分組設(shè)計實驗方案，探究作用力和反作用力的大小關(guān)系．

A小組：在彈簧測力計下掛鉤碼，根據(jù)鉤碼求得測力計對鉤碼的拉力.再由彈簧測力計的讀數(shù)測得鉤碼對測力計的拉力，然后進行比較．

B小組：A小組的方法太麻煩，用兩根彈簧測力計互拉，通過比較兩個彈簧測力計的讀數(shù)就可以了.操作簡單．

分組實驗：給每組學(xué)生發(fā)兩個彈簧測力計，讓學(xué)生動手實驗，交流現(xiàn)象和結(jié)論．

第二步：演示實驗，探究浮力相互作用和磁力相互作用的大小關(guān)系.

演示實驗3：探究浮力相互作用的大小關(guān)系

器材：200 g量程彈簧測力計，300 g量程電子臺秤，塑料杯，重物(180 g)，細繩.

操作：如圖1，塑料杯放在電子臺秤上，加入水至150 g．重物懸掛在彈簧測力計下，將重物緩慢浸到水中，觀察彈簧測力計讀數(shù)的減小量和電子臺秤讀數(shù)的增加量之間的關(guān)系．

讓學(xué)生評析看到的現(xiàn)象，說明浮力作用的相互性以及相互作用力的大小關(guān)系．

圖1

演示實驗4：探究磁力相互作用的大小關(guān)系

器材：2.5 N量程彈簧測力計2個，摩擦較小的實驗小車2輛，馬蹄形磁鐵2個，細繩.

圖2

操作：如圖2，將兩輛實驗小車放在較光滑的水平桌面上，將兩個馬蹄形磁鐵固定在小車上，并同名磁極相對.用兩個彈簧測力計通過細繩拉著小車使小車慢慢靠近.讀出兩個彈簧測力計的讀數(shù)．

讓學(xué)生評析看到的現(xiàn)象，說明磁力相互作用力的大小關(guān)系．該實驗由于受到桌面摩擦力的影響，兩個彈簧測力計的讀數(shù)并不完全相等，在實驗后應(yīng)做相應(yīng)的說明和評價．為了使實驗效果更明顯，一要盡量減小小車和水平桌面的摩擦力，二要在磁極靠得較近、磁力較大時讀兩彈簧測力計的讀數(shù)．

第三步：教師歸納，得出結(jié)論——作用力和反作用力總是大小相等．進一步總結(jié)牛頓第三定律的內(nèi)容，并理解其含義．

2.4 規(guī)律應(yīng)用深化理解

【例1】解釋“拔河”比賽，回答以下問題.

(1)甲對繩的拉力和乙對繩子的拉力是作用力和反作用力嗎？

(2)如果不計繩子的質(zhì)量，甲對繩子的拉力和乙對繩子的拉力大小有什么關(guān)系？屬于一對什么力？

(3)你能找出甲、繩子、乙之間的作用力和反作用力嗎？它們的大小有什么關(guān)系？

(4)通過力的分析，你認(rèn)為甲取勝的原因在哪兒？如果你以后參加拔河比賽，會做哪些準(zhǔn)備？

【例2】將一個質(zhì)量為m的物體放在傾斜角為θ的斜面上．回答以下問題.

(1)物體受到哪些力的作用？

(2)和該物體相關(guān)的作用力和反作用力共有幾對？(結(jié)論：物體受到的任何一個力都有相應(yīng)的反作用力)

(3)求物體對斜面的壓力？(辨析壓力和重力沿垂直于斜面方向的分力的區(qū)別.)

例1起到本節(jié)課前后呼應(yīng)的作用，體現(xiàn)了新課程教學(xué)“從生活走進物理，從物理走向社會”的理念．在例1中，繩子受到的一對平衡力都是彈力性質(zhì)的.例2中物體受到的一對平衡力分別是重力和彈力，性質(zhì)不同．在兩個例子中，都涉及平衡力與作用力和反作用力的區(qū)別、判斷，能使學(xué)生加深對作用力和反作用力的關(guān)系的理解．最后，教師還可引導(dǎo)學(xué)生從上述兩個例子出發(fā)，自己總結(jié)作用力和反作用力跟平衡力的異同點，討論、交流牛頓第三定律對解決力學(xué)問題有何實際意義．

3 總結(jié)和反思

有的教師認(rèn)為牛頓第三定律內(nèi)容簡單，學(xué)生有認(rèn)知基礎(chǔ)，讓學(xué)生自己看看書就行了；實則不然．從課堂實際情況看，學(xué)生對作用力和反作用力的關(guān)系缺乏系統(tǒng)的認(rèn)識和體驗，在探究作用力和反作用力的大小關(guān)系各實驗中，學(xué)生表現(xiàn)出非常的“好奇”，在課堂演示實驗和探究交流活動中非常積極．這些情況說明了學(xué)生對作用力和反作用力的原認(rèn)知是文字上的、籠統(tǒng)的，在以往的學(xué)習(xí)過程中，沒有對作用力和反作用力做過系統(tǒng)的、定量的研究．

總結(jié)本案例，有三個特點.

(1)實驗創(chuàng)新創(chuàng)新是新課程的基本理念之一.在教學(xué)中教師設(shè)計了多個創(chuàng)新實驗，如用電動小車探究摩擦力的相互作用、探究浮力相互作用的大小關(guān)系、探究磁力相互作用的大小關(guān)系；這些實驗現(xiàn)象明顯，很能說明問題，在幫助學(xué)生理解、體會各種作用力和反作用力的關(guān)系，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣等方面起到了很大作用．

(2)活動體驗引入新課時，采用“拔河比賽”的方式，讓學(xué)生體會感受．然后讓學(xué)生嘗試解釋輸贏的原因，學(xué)生在解釋的過程中遇到了問題和矛盾，激發(fā)求知欲．還有，讓學(xué)生利用身邊的現(xiàn)象和小實驗來證明“力的作用是相互的”這一觀點.不少學(xué)生用自己的親身體驗來說明問題，讓學(xué)生真正感受力的作用的相互性．

(3)開放交流改變傳統(tǒng)教學(xué)教師一言堂的做法.本課在教學(xué)方式上進行了創(chuàng)新，探究、合作、交流等教學(xué)方式相互融合，學(xué)生在課堂中思考時間充足，交流機會多，各種觀點和思想在交流中相互碰撞，教學(xué)生成是在互動交流過程中自然形成的．從教學(xué)實際效果來看，學(xué)生參與課堂的積極性高，課堂生成豐富，突破了教學(xué)重點和難點，實現(xiàn)了課程目標(biāo)．