資源簡介

3.3《牛頓第三定律》課時教案
學科 物理 年級冊別 高一上冊 共1課時
教材 人教版高中物理必修一 授課類型 新授課 第1課時
教材分析
教材分析
本節內容位于人教版高中物理必修一第三章《相互作用》的第三節，是力學體系中的核心規律之一。教材通過生活實例和實驗現象引出作用力與反作用力的概念，引導學生觀察兩物體間的相互作用，進而歸納出牛頓第三定律的內容。本節內容不僅深化了對“力是物體間相互作用”的理解，也為后續學習受力分析、牛頓第二定律的應用以及動量守恒等知識奠定基礎。教材注重從現象到本質的推理過程，強調實驗驗證與邏輯思維的結合，體現了物理學科“觀察—猜想—實驗—結論”的科學探究路徑。
學情分析
高一學生已掌握重力、彈力、摩擦力等基本力的概念，并初步具備受力分析能力。但在認知上仍存在誤區，如認為“主動施力者受力小”“強者 exert 力大、弱者受力小”等錯誤觀念。學生對“相互性”理解不深，容易忽略反作用力的存在。此外，學生正處于抽象思維發展初期，對成對出現的力難以建立對稱性認知。因此，教學中需通過直觀實驗、情境對比和思維沖突設計，幫助學生突破直覺誤區，構建正確的物理圖景，發展科學推理能力。
課時教學目標
物理觀念
1. 理解作用力與反作用力的概念，能準確識別實際情境中的一對作用力與反作用力。
2. 掌握牛頓第三定律的內容，明確其表達式 F = -F′ 的物理意義及適用范圍。
科學思維
1. 能通過實驗現象和數據分析歸納出作用力與反作用力的關系，提升歸納與演繹能力。
2. 能區分作用力與反作用力和平衡力，發展對比分析與概念辨析能力。
科學探究
1. 經歷用傳感器探究作用力與反作用力關系的實驗過程，掌握數字化實驗工具的使用方法。
2. 能設計簡單實驗驗證牛頓第三定律在不同情境下的普適性。
科學態度與責任
1. 在實驗中養成嚴謹求實、尊重數據的科學態度。
2. 認識到自然界中力的相互性原理在科技與生活中的廣泛應用，增強探索自然規律的責任感。
教學重點、難點
重點
1. 牛頓第三定律的內容及其表達式的理解。
2. 作用力與反作用力的特點：等大、反向、共線、異物、同性質、同時性。
難點
1. 區分作用力與反作用力與一對平衡力。
2. 理解“作用力與反作用力總是大小相等”，即使在運動狀態不同的物體間也成立。
教學方法與準備
教學方法
實驗探究法、情境教學法、合作學習、講授法
教具準備
力傳感器（兩套）、數據采集器、計算機、磁性黑板、小車、彈簧、氣球、滑板、多媒體課件
教學環節 教師活動 學生活動
情境導入，制造認知沖突
【6分鐘】 一、創設“拔河”情境，引發思維碰撞 （一）、播放視頻并提問：
教師播放一段拔河比賽的視頻：兩隊學生激烈對抗，繩子中間的紅綢帶左右搖擺，最終一方獲勝。視頻暫停在僵持階段。
提問1：勝利的一方是不是因為 exert 了更大的拉力？
提問2：失敗的一方是否 exert 的拉力較小？
提問3：如果甲隊 exert 的力大于乙隊，那么繩子為什么會保持靜止或勻速運動？這是否違背了牛頓第一定律？
引導語：我們常以為“力氣大的贏”，但物理世界往往顛覆直覺。今天我們要揭開這場力量對決背后的真正法則——牛頓第三定律。它告訴我們：每一個作用的背后，都有一個對等的回應。
（二）、引出課題并板書：
教師在黑板上書寫課題：“3.3 牛頓第三定律”，并強調：“這不是一場‘誰更用力’的比賽，而是一次‘力的對稱性’的展示。真正的勝負，取決于系統的整體受力與慣性，而非單方面的‘用力大小’。” 1. 觀看視頻，思考問題。
2. 表達個人觀點。
3. 提出質疑與猜想。
4. 明確學習任務。
評價任務 觀點明確：☆☆☆
質疑合理：☆☆☆
參與積極：☆☆☆
設計意圖 以拔河比賽這一學生熟悉且充滿勝負情緒的情境導入，制造強烈的認知沖突，激發探究欲望。三個遞進式問題直指本節課核心——作用力與反作用力的大小關系，打破“強者用力大”的日常錯覺。引用“力的對稱性”提升物理美感，為后續實驗探究埋下伏筆。
實驗探究，發現規律
【18分鐘】 一、數字化實驗：力傳感器實時監測 （一）、演示實驗 setup 與原理講解：
教師展示兩套力傳感器，分別固定在兩個小車上，兩車通過輕繩連接，置于光滑水平軌道上。傳感器通過數據線連接至計算機，實時顯示兩力的大小與方向曲線。
講解：當A車拉B車時，傳感器A測得A對B的作用力F_AB，傳感器B測得B對A的反作用力F_BA。我們將同時記錄這兩個力隨時間的變化。
提問：你預測這兩個力的大小關系是怎樣的？是否可能一方更大？
學生自由猜測后，教師開始實驗：
1. 靜止狀態下，輕輕拉動A車，觀察兩傳感器讀數；
2. 快速加速A車，帶動B車運動；
3. B車突然剎車，A車繼續前進；
4. 雙方互拉，模擬拔河僵持狀態。
每次操作后，暫停畫面，引導學生觀察電腦屏幕上兩條力-時間曲線的重合情況。
（二）、數據分析與規律歸納：
教師放大曲線圖，指出無論在靜止、加速、減速還是相互拉扯過程中，F_AB與F_BA的數值始終相等，方向相反，作用在同一直線上。
提問：這個規律是否只適用于特定情況？
為進一步驗證，教師更換實驗方式：
1. 用手直接拉傳感器，另一端固定在墻上；
2. 將兩個彈簧測力計鉤在一起，互相拉伸；
3. 吹一個氣球松手，觀察其反沖運動。
在每種情況下，均引導學生觀察并確認“兩力等大反向”的現象。
最終師生共同總結：兩個物體之間的作用力與反作用力總是大小相等、方向相反、作用在同一直線上。
教師板書牛頓第三定律內容，并寫出表達式：F = -F′。
二、深入理解定律內涵 （一）、提煉作用力與反作用力的六大特征：
教師引導學生結合實驗，歸納：
1. 異物性：分別作用在兩個不同物體上；
2. 等值性：大小總是相等；
3. 反向性：方向總是相反；
4. 共線性：作用在同一直線上；
5. 同時性：同時產生、同時變化、同時消失；
6. 同性質：同為彈力、摩擦力或引力等。
舉例說明：人推墻時，手對墻的力（彈力）與墻對手的力（彈力）是一對作用力與反作用力，同時存在，性質相同。
（二）、辨析常見誤區：
教師強調：“即使一個物體在運動，另一個靜止，它們之間的作用力與反作用力依然等大。”
舉例：卡車撞自行車，雖然自行車被撞飛，但卡車也受到同樣大小的反作用力（只是因其質量大，加速度小，不易察覺）。
1. 觀察實驗現象，記錄數據。
2. 分析曲線，歸納規律。
3. 參與討論，理解特征。
4. 澄清誤區，建立正確認知。
評價任務 數據準確：☆☆☆
歸納完整：☆☆☆
理解深入：☆☆☆
設計意圖 利用數字化傳感器實現實時、精確、可視化的力測量，突破傳統彈簧測力計讀數滯后、誤差大的局限，讓學生親眼“看見”力的對等性，增強說服力。多種情境驗證提升規律的普適性認知。系統歸納六大特征幫助學生構建完整概念框架。通過“卡車撞自行車”等反直覺案例，徹底打破“運動物體用力大”的迷思。
對比辨析，深化理解
【12分鐘】 一、作用力與反作用力 vs 平衡力 （一）、情境對比分析：
教師展示兩個典型情境：
情境1：書靜止在桌面上。
提問：書受到的重力與桌面對書的支持力是否為一對作用力與反作用力？
引導學生分析：重力施力體是地球，受力體是書；支持力施力體是桌子，受力體是書。兩者同作用于書，是一對平衡力。而書對桌子的壓力與桌子對書的支持力才是一對作用力與反作用力。
情境2：人站在地面上。
提問：人受到的重力與地面對人的支持力是什么關系？人對地面的壓力與地面對人的支持力呢？
學生分析后明確：前者是平衡力（同物、反向、等大、共線），后者是作用力與反作用力（異物、同性質、同時）。
（二）、表格歸納區別：
教師引導學生共同完成對比表格：
比較項作用力與反作用力平衡力 作用對象兩個不同物體同一物體力的性質一定相同 不一定相同是否同時存在同時產生 、同時消失不一定 | 效果不能抵消（作用于不同物）可使物體保持平衡
（三）、課堂練習：
判斷下列各組力是否為作用力與反作用力：
1. 蘋果落地時，地球對蘋果的引力與蘋果對地球的引力。（√）
2. 懸掛的燈泡，電線對燈的拉力與燈對電線的拉力。（√）
3. 水平桌面上的木塊，受到的重力與桌面支持力。（×）
學生獨立完成，教師點評。 1. 分析情境，對比概念。
2. 填寫表格，歸納異同。
3. 完成練習，鞏固理解。
4. 參與討論，澄清模糊。
評價任務 辨析準確：☆☆☆
表達清晰：☆☆☆
應用正確：☆☆☆
設計意圖 通過典型情境對比，直擊學生易混淆點。表格歸納法清晰呈現核心差異，強化記憶。課堂練習及時反饋，確保學生能準確區分兩類力，為后續受力分析打下堅實基礎。強調“效果不同”幫助學生理解為何作用力與反作用力不能抵消。
聯系生活，拓展應用
【5分鐘】 一、生活中的牛頓第三定律 （一）、小組討論：
教師提出問題：請列舉生活中體現牛頓第三定律的現象，并解釋其原理。
學生分組討論，教師巡視指導。代表發言：
預設答案：
1. 走路：腳向后蹬地，地給人向前的反作用力；
2. 劃船：槳向后劃水，水給槳向前的推力；
3. 火箭升空：向下噴氣，氣體給火箭向上的反沖力；
4. 槍的后坐力：子彈向前射出，槍身向后運動。
（二）、科技應用介紹：
教師補充：
1. 噴氣式飛機：利用高速噴出氣體獲得前進動力；
2. 水下推進器：通過螺旋槳推動水流獲得反作用力；
3. 磁懸浮列車：電磁鐵與軌道間的作用力與反作用力實現懸浮與推進。
強調：人類對反作用力的利用，是航天、航海、交通等領域進步的關鍵。 1. 小組討論，列舉實例。
2. 分享交流，補充完善。
3. 聽取講解，拓展視野。
4. 形成科學認知。
評價任務 舉例恰當：☆☆☆
解釋合理：☆☆☆
表達完整：☆☆☆
設計意圖 通過小組討論促進合作學習，培養學生遷移應用能力。從走路到火箭升空，層層遞進，展現定律的廣泛適用性。補充高科技案例，激發學生民族自豪感與科學探索欲，體現物理服務于社會的價值。
課堂總結，升華主題
【4分鐘】 一、結構化回顧 （一）、知識梳理：
教師帶領學生回顧：
1. 作用力與反作用力：等大、反向、共線、異物、同性、同時；
2. 表達式：F = -F′；
3. 與平衡力的區別：作用對象不同，效果不同；
4. 生活與科技中的廣泛應用。
二、升華式總結 （一）、哲理提升：
教師深情總結：“牛頓第三定律告訴我們：你 exert 的每一個力，都會收到一個對等的回應。這不是簡單的物理規律，更是一種宇宙的平衡哲學。在生活中，你給予世界的善意，終將以某種方式回到你身上；你對他人施加的壓力，也會以反作用的形式影響自己。正如詩人艾米莉·狄金森所寫：‘I'm nobody! Who are you ’——每一個‘我’都存在于與他者的相互作用之中。愿你們不僅學會分析力的對等，更能領悟人際交往中的‘作用與反作用’，做一個懂得尊重、理解與回應的人。” 1. 跟隨回顧，梳理知識。
2. 傾聽感悟，內化提升。
3. 思考人生，建立聯系。
4. 樹立價值觀，展望未來。
評價任務 知識完整：☆☆☆
理解深刻：☆☆☆
情感共鳴：☆☆☆
設計意圖 通過結構化回顧強化知識體系。升華式總結將物理規律與人生哲理巧妙融合，引用詩歌增添人文氣息，體現“課程育人”理念。用富有哲思的語言引導學生從物理世界走向人生思考，實現情感態度與價值觀的雙重提升。
作業設計
一、基礎鞏固
1. 判斷下列說法是否正確，錯誤的請改正：
（1）作用力與反作用力可以相互抵消。
（2）馬拉車的力大于車拉馬的力，所以馬能拉動車。
（3）雞蛋碰石頭，雞蛋破了，說明石頭對雞蛋的力大于雞蛋對石頭的力。
2. 一個質量為60kg的人站在電梯中，電梯以2m/s 的加速度上升（g=10m/s ）。求：
（1）人對電梯地板的壓力大小；
（2）電梯地板對人的支持力大小；
（3）上述兩力是否為作用力與反作用力？是否為平衡力？
二、拓展探究
1. 設計一個家庭小實驗，驗證“作用力與反作用力等大反向”，可用氣球、小車、彈簧秤等物品。
2. 查閱資料：為什么宇航員在太空艙內可以“漂浮”？這與牛頓第三定律是否矛盾？
3. 思考：如果地球突然消失，月亮會怎樣運動？從作用力與反作用力角度解釋。
【答案解析】
一、基礎鞏固
1. （1）錯誤。作用力與反作用力作用在不同物體上，不能抵消。
（2）錯誤。兩力等大，馬能拉動車是因為馬與地面的摩擦力大于車與地面的摩擦力。
（3）錯誤。兩力等大，雞蛋破是因為其承受能力弱。
2. 解：
（1）人對電梯壓力 N′ = m(g+a) = 60×12 = 720N；
（2）電梯對人支持力 N = 720N；
（3）是作用力與反作用力（異物、同性、等大反向）；不是平衡力（作用在不同物體）。
二、拓展探究
1. 示例：將氣球吹大后松手，觀察其反沖運動。
2. 太空艙繞地球做自由落體運動，失重狀態，但萬有引力仍存在，符合牛頓第三定律。
3. 月亮將沿切線方向做勻速直線運動，因地球消失后引力消失，作用力與反作用力同時消失。
板書設計
3.3 牛頓第三定律
一、內容：
　　兩物體間的作用力與反作用力總是大小相等、方向相反、作用在同一直線上。
　　F = -F′
二、特點：
　　① 異物性　② 等值性　③ 反向性
　　④ 共線性　⑤ 同時性　⑥ 同性質
三、與平衡力的區別：
　　 比較項作用力與反作用力平衡力 作用對象兩個不同物體同一物體| 效果不能抵消（作用于不同物）可使物體保持平衡
四、應用：
　　走路、劃船、火箭升空、噴氣飛機
教學反思
成功之處
1. 以“拔河”為主線情境貫穿始終，有效激發學生興趣，實現從生活經驗到科學規律的自然過渡。
2. 數字化實驗直觀呈現力的實時變化，極大增強了證據的說服力，學生印象深刻。
3. 對比辨析環節設計精準，有效破解了“作用力與反作用力 vs 平衡力”的學習難點。
不足之處
1. 部分學生對“同時性”理解仍顯模糊，需增加慢動作視頻或動畫演示。
2. 拓展探究題對部分學生難度偏大，可提供分層作業選項。
3. 課堂時間緊張，學生自主設計實驗環節未能充分展開，可考慮延伸至課后實踐。

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