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学员习作||《牛顿第三定律》教学案例

2021-03-09 10:25阅读：

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学员习作||《牛顿第三定律》教学案例

原创 黄稚涓 格物致理江绪华名师工作室
一、教材分析
1.课标要求：理解牛顿运动定律，能用牛顿运动定律解释生产生活中的有关现象.解决有关问题。
2.教材分析：本节课内容出现在新教材第三章第三节，是在讲完重力、弹力、摩擦力三大性质的力之后，而在力的合成与分解之前出现，其用意着实是考虑到自然界中的力都不是独立存在的，都与周围事物有着密不可分的联系，故而相较于旧版教材，将这一节内容提前，使得后面的受力分析更加明朗和准确。本节课由生活实例出发，得出作用力与反作用力的概念，然后引导学生进行相关的猜想，最终由学生自主进行相应的探究活动，在实验结果的基础上总结出牛顿第三定律。在教学过程中注意培养学生观察相互作用的两物体作用力与反作用力间的关系，学会从实验中总结出相关结论的方法，形成用力的相互作用，相互联系去思考问题的观念和实验探究的能力。教材还用了较大篇幅专题讲了受力分析，尤其突出对重力、弹力的分析。
二、学情分析
1.认知层面
初中学习过力的作用相互性，对相互作用力的大小，方向等关系有着初步定性的认识。
2.
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学生能够知道实际生活中哪些属于相互作用力，但是对相互作用力的特点只是停留在记忆层面，对为什么有这样的关系，如何得到这样的关系有难度。
3.能力层面
学生能够通过老师演示实验和自己的实验探究得出牛顿第三定律，但是对牛顿第三定律在实际中的应用和受力分析的方法会有一定难度。
三、教学目标
通过《牛顿第三定律》课标分解，细化本节课的教学目标。 学员习作||《牛顿第三定律》教学案例
1.通过对老师的演示实验的观察分析，认识作用力与反作用力。
2.通过自主实验探究，能够结合实验结果得出牛顿第三定律。
3.能运用牛顿第三定律解释生活中的有关现象，掌握受力分析的方法。
四、教学重.难点
重点：认识并理解作用力和反作用力的关系，得出牛顿第三定律。
难点：运用牛顿第三定律解释生活中的有关现象，掌握受力分析的方法。
五、教学方法
按照情境感知、问题猜想、实验探索、推理论证思路规划学程，采用讲授式.探究式.讨论式.互动式推进学习发生的过程。
六、课时安排
1课时。
七、教学过程
1.课前学生学情分析
本环节目标：通过前测等方式了解学生初中对相互作用力以及平衡力的掌握情况。
实施方式：学生进行课前测试
2.导入新课
本环节教学目标：初步认识物体间力的作用是相互的
教学过程：
教师：同学们，刚刚鼓掌的时候，你们的手有什么感觉呀
学生：手疼
教师：那是哪只手疼啊，是左手疼还是右手疼？
学生：都疼
教师：左手疼，是因为右手给了他力的作用，右手疼，是因为左手给了他力的作用。
教师：那这样，请大家只伸出你们的左手，我们再来鼓次掌
学生：
教师：怎么没声音了呀，哦，有人说这一只手没发鼓掌，怎么就没法鼓掌啦，来，我俩鼓个掌（由教师找前排学生鼓掌）
教师：（问那个学生）手疼不？
学生：疼
教师：正好，我的手也疼。这说明，我们俩的手有了力的作用。那我想问一下，对于这个力，我是施力物体还是你是施力物体呀？
场景一: 学生：都是
教师：都是？怎么就都是了呢？不是一个力只能有一个施力物吗？
学生：你对我的手有力，那么你就是施力物体，同时，我对你的手有力，那么我也是施力物体
场景二：学生：你是（或我是）
教师：我是，因为我打了你，我对你的手有力，那我的手也疼了，那说明，你也打了我，那这个力的施力物体就是（学生：我）
教师：对的，很好，请坐。
教师：所以呀，不要小看了这一个鼓掌，这里面还蕴含了一个物理规律。那就是物体间的作用力是相互的。如果我把左手对右手的力叫做作用力，那么右手对左手的力就称为反作用力，同理，如果我把右手对左手的力叫做作用力，那么左手对右手的力就被称为了（学生：反作用力）
教师：所以，我们如果只用左手，能不能鼓掌啊
学生：不能
教师：对的，因为作用力与反作用力总是互相依存，同时存在的
（板书：一、作用力与反作用力）
3.构建物理模型
本环节教学目标：进一步认识物体间的相互作用力
教学过程：
教师：其实作用力与反作用力的例子在生活当中真的特别多，
教师：比如说：火箭发射。就在12月8号，长征三号运载火箭携带着嫦娥四号探测器成功发射，那大家注意到没有，往上发射的火箭，为什么会往下喷出气体？
学生：火箭给气体一个向下的力，同时气体给火箭一个向上的力让火箭往上运动
教师：很好，这就是火箭与气体之间的一对作用力与反作用力
教师：再来看一个，游泳。这个呢有的同学可能有亲身经历，就算没有经历过的，我们也看到过，每一次的奥运赛场上，我们中国的游泳队都是相当亮眼的。那大家有没有观察过，人在游泳的时候，脚在往哪个方向蹬？
学生：后面
教师：明明是要往前游，为什么脚要往后蹬？
学生：脚对水有一个向后的力，同时谁对人有一个向前的力，让人向前运动
教师：很好。那这里边人与水之间也是一对作用力与反作用力
教师：那刚才我们看了天上的，也看了水里的，接下来，我们给看一个地上的
教师：这是一块木板（反过来给学生看看），这是一个木制的小车。我们让小车在木板上滑动，请大家仔细观察（用手推动）
教师：我们看到，小车运动一段距离以后就怎么了
学生：停下来了
教师：小车为什么会停下来呀
学生：木板对小车有摩擦力
教师：那这个力，它有没有反作用力？
学生：有（教师追问：哪个力）
学生：小车对木板的摩擦力
教师：那既然小车对木板有力，木板怎么没动呢？（根据牛顿第二定律，物体合外力不为零，运动状态会发生改变）
学生：桌面还给了力
教师：确实有这个可能。这样，为了让现象明显一点，我们在木板下放上几根圆木棍，再来一遍，大家仔细观察（推动小车）
教师：诶，这下我们看到，木板怎么啦？
学生：动起来啦
教师：这说明，小车确实对木板也有力的作用。而这，也属于一对作用力与反作用力。
教师：所以，生活当中作用力与反正作用力的例子比比皆是，既然这么普遍，大家家有没有去想 过，作用力与反作用力之间究竟有着怎样的关系呢，来，说说你们的看法。
学生：【猜想】（教师边听边强化大小相等，方向相反）
教师：大家说的很好，同学们的这些看法有些来自于我们已有的认知，而有些来自于我们对现象的猜想，那接下来我们可以通过实验，定量的观测一对作用力与 反作用力，找到他们之间的关系
4.实验探究：探究作用力与反作用力的关系
本环节教学目标：学生通过观察现象和自主探究得出作用力与反作用力的关系
教学过程：
（1）方向：教师进行演示实验，让学生仔细观察实验现象，得出相互作用力的方向相反，作用在一条直线上。
教师：首先，方向的关系（PPT同步展示）
教师：老师这里有一个实验装置，在这个扇形的平台上，两根绳子分别拴着一个铁球和一个磁铁。我们让两个物体靠近，大家看到了什么
学生：绳子绷直了。
教师：现在对两个物体进行受力分析。
教师：请问，小球在水平面上受到了哪几个力？（单独提问学生）
学生：绳子的拉力和磁铁的吸引力
教师：很好，那你能说说这两个力具体的方向是怎样的吗？
教师：很好，请坐，我们就把磁铁对小球的力给画出来，记为F
教师：再来，磁铁在水平面上又受了哪些力？（单独提问学生）
教师：那这两个力的方向又是怎样的呢？
教师：好，请坐。我们再把小球对磁铁的力也给画出来，记为F，，那现在，请大家看看，这两个力，在方向上有着怎样的特点？
学生：方向相反，
教师：对的，方向相反，而且还作用在一条直线上（用绳子拉着比一下）
教师：所以，现在我们就可以很肯定的说了：磁铁对小球的吸引力，和小球对磁铁的吸引力，这一对作用力与反作用力方向相反，作用在一条直线上，而这样的关系，与刚才同学们的猜想是一致的（PPT展示）
（2）大小：学生进行探究性实验。
教师：再来说大小的问题。大家想想，用什么可以去测出力的大小的？
学生：弹簧测力计
教师：很好，在我们的桌上已经放上了弹簧测力计。那我们怎么才能测出一组作用力与反作用力的大小呢（可抽问单个学生）
学生：用两个弹簧测力计相互去拉，然后观察这两个测力计的读数，看大小是否相等
教师：对，我们把两个弹簧测力计在水平方向相互去拉就可以了。这时候A对B的有个拉力，这个拉力大小显示在A的刻度盘上。同时B对A也有拉力作用，这个拉力大小就显示在了B的刻度盘上。（同时PPT上要出现两个弹簧测力计，且要表示拉力）很明显，这两个力就是一对作用力与反作用力。只要我们读出这两个力的大小，并把它记录下来，就有可能得到他们之间的关系。
教师：不过，在实验以前，还需要提醒大家几点1、我们知道，弹簧测力计在使用之前，要先进行（学生：调零）2、读数的时候眼睛要正视刻度盘3、为了让我们的结论更具有说服力，我们可以改变拉力的大小，多测几组数据。好，接下来，开始你们的实验（教师可拿着仪器跟拍学生的操作，并将几组数据拍摄下来，作为最后的数据呈现）
教师：现在大家基本上已经完成了实验的探究，屏幕上是我刚刚拍摄的两组同学的实验数据，从数据上反应出来，作用力与反作用力的大小有怎么样的关系呢？
学生：一样，差不多，有差异（问，差得多不多）
教师：我们看到，测量出来的作用力与反作用力的大小虽然存在着一定的差异，但这个差异很小，还是基本上验证了我们的猜想，即作用力与反作用力的大小是相等的。【若有学生竖着去拉，注意讲解数据差异过大的情况】
教师：当然，由于仪器的精密度和读数的一些细节关系，会有一些差异存在。而且，刚才实验的时候，我们基本上都是去测量的平衡状态下物体间的作用力和反作用力，那如果是不平衡的，比如说加速运动的物体间，这个时候，再用弹簧测力计去测量就不是很方便，所以接下来，我们还可以用更精密的仪器再来验证我们的猜想（接上传感器，并介绍屏幕上的内容）
教师：我手里有两个传感器，它可以用来测量拉力的大小，并把数据显示在屏幕左下角，还可以把拉力随时间的变化呈现在图像中。【调零】先把数据归零，现在我用手去拉其中一个，上方出现图像，再用手去拉另一个，下方出现图像【用手分别去拉两个传感器，归零】
教师：现在，我将两个传感器相互拉到一起。我左手拿住一个传感器不动，右手拿住另一个传感器去拉它，请大家观察屏幕；接下来，我右手不动，左手去拉；再然后，我两只手同时往两边拉：我还可以突然运动起来。大家发现没有，屏幕上的图像有什么特点
学生：对称的
教师：对，图像是对称的，我们把鼠标移到某一点，看这两个读数F1等于，（学生读数），F2等于（学生读数），这两个大小怎么样？（学生：一样大）这两个数据是一样的（就算有差异，但和我们刚才的弹簧测力计比起来，已经很小了），再次说明，作用力与反作用力的大小是相等的。不仅这一刻是这样的，下一刻，（中间要指着数据给学生看，或是让学生再读）再下一刻，我们看到，在各个时刻，各种状态下，这两个力大小总是相等的，他们同时产生，同时变化，同时消失。（切换PPT）
教师：所以，这一个实验很好的验证了我们的猜想，那就是作用力和反作用力的大小总是一样的（PPT大小关系展示注意图片）（最后是并排出现两幅图，两个弹簧测力计和传感器）
教师：通过我们这一系列的实验探究，我们可以很肯定的说作用力与反作用力具有怎样的关系：（引导学生说出来）大小相等，方向相反，作用在一条直线上
教师：很好。知道吗，刚才你们这句话，几百年前一个很伟大的科学家他也说过，知道是谁吗？
学生：牛顿
教师：对，就是他。当年的牛顿通过实验和理论推导，最后得出了和你们相同的结论，并且将它叫做牛顿第三定律
（PPT展示牛顿第三定律）（大家齐读，教师板书二、牛顿第三定律）
教师：请大家注意，这句话里面有个特别关键的词语，总是，什么意思？
教师：刚才的实验里面，我们研究过平衡状态下的物体之间，我们也研究过不平衡状态下的物体之间，发现什么，结果是一样的，这说明，作用力与反作用力的这些特点，与物体的运动状态有没有关系
学生：没有
教师：很好。再来看，我们的情景分析里面谈到过火箭发射，这属于固体与气体，分析过人游泳，这属于固体与液体，还有我们的小车与木板，属于固体与固体，我们发现，作用力与反作用力的这些特点，和物体的种类也怎么样
学生：没有关系
教师：对的。而且，大家细心一点还会发现，这些个力里面，有涉及到弹力，比如说相互去拉的弹簧测力计，还涉及到摩擦力，比如说木板与小车，还有磁力，比如我们的磁铁和铁球，你会发现，这作用力与反作用力的性质总是什么
学生：一样的
教师：所以呀，我们这个牛顿第三定律，他简单说来陆地物体的运动状态，物体的种类，和力的性质都没有关系，他是一个普适定律
教师：也就是说，都可以用。既然都可以用，那我们现在就来用一下
5.实例分析
本环节教学目标：学生能运用牛顿第三定律，并能说出相互作用力与平衡力的关系
教学过程：（1）模型分析
教师：请看大屏幕：一个重力为G的物体放在水平地面上处于静止状态，问此物体对地面的压力？
学生：（注意提醒，力是矢量，有大小，有方向）注意中间提问为什么这两个力等
教师：嗯，很好，请坐
教师：这位同学分析的特别好，我注意听了一下，他这里边有这样几点。首先，他说重力等于支持力，因为这是一对什么力（学生：平衡力）（PPT展示），然后他又说，支持力又等于压力，因为这是一对（学生：作用力与反作用力）（PPT展示）那大家能不能去想一下，一对平衡力和一对作用力与反作用，他们之间有着怎样的相同点和不同点
教师：首先，相同点有哪些？
教师（PPT展示）大小相等，方向相反，作用在一条直线上
教师：那不同点呢
教师（PPT展示）作用的物体，性质，共存性，作用（一个保持物体平衡，一个不会）
教师：很好。你们看哈，就这么一个简单的模型，就蕴含了这么丰富的物理知识，那接下来，我们就用这些物理知识，再来看一个更具生活化的情景。
（2）拔河
教师：比如说“拔河”
教师：这个大家都是有亲身体会的吧。从小到大我们经历了很多次的拔河比赛，这样，我们现场来一次
教师：请出两名同学（教师指定一名壮的，一名瘦弱的）
（进行拔河）
教师：这位同学为什么会赢（不用让同学下去）
学生：劲大。拉力大
教师：嗯，拉力大，所以 赢了。这样，老师做一点小小的改动，我们再请这两名同学来拔一次，大家再看看
（让之前赢的同学站在滑板上）
教师：他怎么又输了呢，不是说劲大就可以赢的吗
学生：摩擦力的关系
教师：接下来，就让我们用物理知识来分析一下刚才的情景。我们把第一次赢的同学称为A，输的称为B，在黑板上画出他们的受力分析图
（在黑板上画出受力分析图）
（引导学生对两名同学进行受力分析）
教师：这两个同学间是用什么联系在一起的
学生：绳子
教师：我们再把绳子给画出来，那这跟绳子又受了什么力呢
学生：A和B对它的拉力
教师：那这两个力有什么关系
学生：大小一样
教师：对，在不计绳子质量的情况下，这两个拉力大小是一样的。那你们之前认为A同学的劲大，也就是A对绳子的拉力大，这个结论其实是（学生：错误的）这两个拉力应该是一样大（写出这两个拉力一样大的式子）
教师：那我们来看看真正影响输赢的是什么
教师：A对绳子的拉力与绳子对A的拉力是一对作用力与反作用力，大小应该是一样的（黑板下写出来）B对绳子的拉力与绳子对B的拉力也是一对作用力与反作用力，这两个力大小也是一样的（黑板上写出来，现在黑板上有三个式子）
教师：通过这三个式子，我们可以知道，原来A和B受到的拉力是一样大的，那为什么依然会有输赢
学生：摩擦力
教师：对的，第一次A会赢，是因为拉力等于他的静摩擦力，而B会输，是因为拉力大于他的最大静摩擦力了，而最大静摩擦力近似等于滑动摩擦力，（在两位同学下方写出这样的关系）
教师：而第二次，A同学输了，是因为他的摩擦力怎样（学生：变小了）
教师：很好，通过刚才的分析，我们已经知道了拔河中取得胜负的关键，那各位同学请想想，如果你去参加拔河比赛，你会注意哪些方面？
教师：都很好。通过牛顿第三定律的学习，再结合前面的牛顿第一定律和第二定律，就可以去解释生活当中很多的现象
教师：物理来源于生活，又应用于生活当中。物理不仅是我们认识自然的方式，也是推动社会发展的巨大力量。所以，各位同学，让我们学好物理，为祖国的腾飞贡献我们的力量好不好？
教师：今天的课到此结束，谢谢大家，下课
教学设计的基本理念：以心动物理“思情化意”课堂文化推动学生学习的发生，以“目标—教学—评价”三位一体策略确保教学有效，以发展学生物质观、相互作用观以及用牛顿第三定律分析、解释真实任务情境问题的能力为落脚点。
教学反思：关于授课环节中的全面关注和角色转化。在这一节课中，最初想在课上呈现的东西很多，后来经过不断的打磨，慢慢意识到应该着重讲解原本在我看来很简单但是对于学生的概念建立很重要的环节，尽量做到和学生的角色转换，在时间允许的情况下，最大限度的关注到每一位学生，将课堂“放慢”，让思维“紧凑”，留给学生最大的空间领悟“心动”的物理课堂。
教学创新设计：（1）现代信息技术与传统教学实验的结合。在探究作用力与反作用力大小关系的实验中，传统教学多采用弹簧测力计进行实验，操作简单易上手，但是其误差较大，易受到实验者操作情况的影响，而传感器的引入，大大降低了实验误差，增强了实验结果的可视性和准确性。（2）对于不是很好直观呈现的作用力与反作用力方向的关系，在本节课中由教师自主设计了一个实验器材，通过二力平衡作为转换桥梁，直观的在展示平台上画出了一对作用力与反作用的的方向，进而由学生直观观察得出其方向总是相反且在一条直线上这个结论，将这个知识点进行量化处理。（3）课堂最后的情景设计，将所学知识运用于实践，并通过学生进一步的分析讨论，前后两次结果迥然不同，实现了结果的反转，不再是单纯枯燥的学习，而是将知识情景化，用所学内容解决生活中的实际问题，大大增强了学生的学习兴趣和知识的获得感。

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