4.4 牛顿第三定律 教学设计 -2025-2026学年高一下学期物理粤教版必修第一册

该高中物理教学设计聚焦牛顿第三定律这一核心知识点，通过神舟二十二号发射视频导入引发思考，从师生共同探究弹力相互性入手，引导学生自主设计实验（如回力小车探究摩擦力、磁铁小车探究磁力），结合弹簧测力计和力传感器实验，梳理从力的相互性现象到规律的学习脉络，搭建从直观到抽象的学习支架。 以科学探究为主线，设计梯度化活动（师生共同到学生自主），用简易器材自主实验培养科学探究能力，AI数字人牛顿讲解及力传感器与计算机分析数据渗透科学思维严谨性，激发科学态度与责任。为教师提供丰富案例与互动设计，提升课堂效率，助力学生深化规律理解与应用能力。

附件： 教学设计 课程基本信息 课题 牛顿第三定律 课型 新授课 学科 物理 年级 高一 学段 高中 版本章节 粤教版（2019）必修第一册第四章第4节 教学目标 1.物理观念 （1）认识力作用的相互性，理解作用力和反作用力的基本概念。 （2）深入理解并熟练掌握牛顿第三定律，能够运用该定律解释生活中的相关问题。 （3）能准确区分“一对作用力与反作用力”与“一对平衡力”之间的不同。 2.科学思维 （1）通过一系列问题链，引导学生思考、讨论，形成证据链，体会到自己解决问题的成就感。 （2）从师生共同探究到学生自主探究，引导、激励学生自行设计实验方案进行探索，培养良好的科学思维和习惯。 3.科学探究 （1）经历观察、分析实验现象，深化对物体间力作用的相互性的理解。 （2）经历设计实验、自主探究过程，提升实验设计能力、实验探究能力和解决问题的能力。 （2）利用计算机辅助手段处理和分析实验数据，初步体会物理学科实验的严谨性。 4.科学态度与责任 （1）通过几个具有代表性的相互作用力的探究，让学生认识到科学的本质是客观存在的、可验证的。 （2）通过精彩的视频、探究实验，激发学生的好奇心和求知欲，形成实事求是、尊重证据的科学态度。 （3）在探究活动中，形成乐于交流与合作、善于倾听与表达的优秀品质和面对复杂问题坚韧不拔的意志。 教学重难点 重点：探究相互作用力的关系 难点：理解作用力与反作用力的特性，并明确区分其与平衡力的不同 学情分析 高一学生对力有了一定的认识，通过前面的学习也掌握了描述力的科学方法，有了一定的探究能力、观察与分析的能力、总结与概括的能力。高一学生对课堂的参与欲望较高，有较强烈的探究欲。思维水平处于形象思维向抽象思维过渡的时期，因此对物理规律的认识仍需直观现象的支撑。 教学准备 教师准备：课件；教学设计 学生准备：黑色签字笔；铅笔；课本；草稿纸；掌握了描述力的科学方法。 环境与设备准备：多媒体平台课室或实验室； 实验器材准备：回力小车一辆、四支一样的圆珠笔、长尺子；两辆小车、两个条形磁铁、透明胶一卷；气球；弹簧测力计两个；力的传感器两个、计算机； 教学过程 教学任务 教学内容 设计意图 创新设计（含AI应用） 新课引入：观看神州二十二号发射视频 教师：2025年11月25日，搭载神舟二十二号飞船的长征二号F遥二十二运载火箭，在酒泉卫星发射中心发射成功。标志着中国航天技术的重大进步。下面我们跟着视频来看一下这激动人心的时刻。 观看神州二十二号发射视频，提出问题：为什么神州二十二号会向上运动？ 学生回答：因为向后喷火，给了火箭前进的动力。 教师进一步追问：那火箭会给气体一个向后的力吗？ 学生迷茫，不是很确定。 教师：答案就藏在我们今天要学习的内容里——牛顿第三定律。 通过神州二十二号发射成功的新闻资讯引入，视频震撼，迅速抓住学生的注意力，紧跟中国科技前沿，让学生形成关注学科前沿、关注国家大事的意识。通过提问引发学生思考，引入新课内容。 探究作用力与反作用力的特点 1.弹力的相互性（师生共同探究） 教师：要解决刚刚提出的问题，就要去生活中寻找与火箭发射相类似的现象。比如人推墙，当同学向前推墙时，同学会向哪个方向运动？ 播放视频：同学脚踩滑板推墙。 学生看到同学会向后运动。 教师追问：同学由静止向后运动，说明受到一个往哪个方向的力？ 学生回答：向后。 教师总结：同学向前推墙，墙受到向前的力的同时，也给同学施加了向后的力，因此我们知道，弹力（推力）具有相互性，并且方向是相反的。墙受到的力叫作用力，那么同学受到的力就叫反作用力。 2. 摩擦力的相互性（学生自主探究） 提出问题：其他性质的力是否具有相互性呢？比如，摩擦力是否具有相互性？如何证明？ 学生：摩擦力具有相互性，比如搓手，两只手都受到了摩擦力。 教师追问：方向相反吗？能证明吗？ 学生摇头。 学生探究实验：实验器材有回力小车一辆、四支一样的圆珠笔、长尺子；请用以上器材设计一个实验，探究摩擦力的相互性。 学生从实验中发现：小车向前运动的同时，长尺在向后运动，因此摩擦力也具有相互性，小车受到的摩擦力与长尺受到的摩擦力方向相反。 3.不接触力的相互性（学生自主探究） 教师：不接触的力是否也具有相互性呢？比如磁力。 实验器材：两辆小车、两个条形磁铁、透明胶一卷。 请利用以上器材探究磁力的相互性。 通过实验，学生发现：当同名磁极相互靠近，松手后两小车往后退，异名磁极距离一定距离时，两车相互靠近。因此磁力也具有相互性，方向相反。 4. 解决问题：火箭与气体之间的作用力的相互性。 教师：火箭与气体之间的作用应该也是相互的，那么能不能设计一个实验证明呢？请同学们小组讨论得出方案。 在学生讨论得出方案后请学生分享。 方案一：可以用气球吹满气，用手抓住开口，然后松手，会看到开口向外喷气，而气球向反方向运动。 邀请学生现场演示。 提出问题：我们看到气球往前跑，但是没看到气往后跑，怎么升级这个实验呢？ 提出方案二：水火箭，在瓶中装三分之一的水，然后往瓶中打气，发现水火箭往上运动的同时，水往后迅速喷出。 播放视频学生观看水火箭的放飞过程。 分析现象：水在气体作用下向下喷出，给火箭一个反方向的力，使火箭向上运动。 教师总结：观察和实验都表明，无论是否接触，两个物体之间的作用力总是相互的。一个物体对另一物体有作用力时，同时也受到另一物体对它的作用力，它们总是成对出现的。 让学生进一步总结作用力与反作用力的特点：方向相反、作用在同一直线上、作用在不同物体上。 5. 探究相互作用力的大小关系 学生提出相互作用力大小相等，教师追问：怎么证明？ 学生想到用两个弹簧测力计对拉，观察两弹簧测力计的示数。 教师让学生根据自己的方案进行实验验证。 学生发现两弹簧测力计不管是静止时还是运动，示数总是相等，因此得出结论：作用力与反作用力的大小相等。 教师顺势展示：用力传感器替代实验中的弹簧测力计，在计算机上建立F-t图像，记录两个传感器的力随时间变化的图线。 （1）在保持传感器静止的状态下对拉． （2）在传感器运动的状态下对拉，观察两条图线，会有什么发现？ 学生总结：不管静止状态还是运动状态，两个力的传感器之间的作用力总是大小相等，方向相反。 教师进一步总结作用力与反作用力的特点：大小相等、方向相反、作用在同一直线上、作用在不同物体上。这就是著名的牛顿第三定律。 高一学生自主探究能力较弱，因此在探究弹力的相互性方面设计了师生共同探究，让学生在教师的引导下完成。并对作用力与反作用力有初步定认识，为后面学生自主探究奠定基础。 在与学生的交互中把摩擦力的相互性探究从学生感性认识提升到理性探究。学生自主探究的设计是实现深度学习的有效途径。 通过不接触的力——磁力的相互性探究使得力的相互性探究比较饱满，证据较为充足。 问题解决与实验探究相结合，问题链在这里闭合，让学生形成一种认识：提出问题是为了解决问题。 不设限制让学生解决实际问题，有利于培养学生的发散性思维。 通过对学生提出的气球方案的质疑，用水火箭方案实现递进，问题解决证据充分。 对探究实验的总结，得出作用力与反作用力的初步特点。 肯定学生的猜想，给学生机会证明自己的观点，提高学生学习的自信心。 从弹簧测力计到传感器探究相互作用力的大小关系，从直观体验到更准确的认知，给学生传递物理学科的严谨性。 从师生共同探究到学生自主探究的过渡，对学生思维要求方面形成梯度，在课堂上学生有深度思考的过程，把学生核心素养的培养落到实处。 用学生身边的物品：回力小车一辆、四支一样的圆珠笔、长尺子作为实验器材，简单、可操作性强，让探究不局限于器材，给学生开阔更广阔的探究道路。 用透明胶把条形磁铁与小车捆绑制作的器材，简单、可行性强。 不设限制让学生解决实际问题，有利于培养学生的发散性思维。 把吹气球放气、水火箭与航天工程联系起来，让学生明白上层建筑必须有扎实的理论根基，实现对学生科学态度都素养培养。 牛顿第三定律的理解与应用 1. 牛顿第三定律的内容 播放AI牛顿数字人说牛顿第三定律的建立过程和内容：关于作用力与反作用力，在我之前，笛卡尔先生曾提出一个物体对另一个物体施加作用时，自身也会受影响。我做了大量的实验后，得出结论：“每一个作用，总有一个相等的反作用与它相对抗；或者说，两个物体彼此之间的相互作用总是相等的，并且指向相反的方向。” 教师补充：牛顿第三定律，后来被简化为：两个物体之间的作用力F和反作用力F’总是大小相等、方向相反，作用在同一条直线上。 牛顿第三定律是经过大量的实验、事实，总结概括得出来的。不是像我们今天一样做几个实验就能得出，我们今天之所以能快速得出结论，是我们站在了巨人的肩膀上学习。 2. 牛顿第三定律的理解 表达式F=-F’ 无论接触与否，也无论是运动还是静止，两物体间的作用力和反作用力都遵循牛顿第三定律. 作用力与反作用力分别作用在两个不同的物体上，它们同时产生、同时消失，是同种性质的力。 思考与讨论 （1）图中有几对作用力与反作用力？ （2）该同学受到的作用力有哪些？ （3）若该同学突然松手，哪些力会消失？ 通过以上问题，学生进一步理解了作用力与反作用力成对存在，同时产生、同时消失，而平衡力不具有这样的性质。 紧接着通过表格总结一对作用力与反作用力和一对平衡力的异同。 3. 牛顿第三定律的应用 （1） 如果我们拿鸡蛋去撞击石头，蛋壳会被击碎而石头无损，石头对鸡蛋的力与鸡蛋对石头的力是不是作用力与反作用力？ 学生会觉得鸡蛋撞石头的力小于石头撞鸡蛋的力。 教师引导：这两个力是否具有作用力与反作用力的特点？第一，是否同时产生、同时消失？第二，是否是不同物体受到的？第三，是否是相同性质的力？ 学生提出疑问：为什么大小是不相等的呢？ 教师：我们视觉上觉得不相等是因为把力的作用效果和力的大小混淆了，鸡蛋能承受的最大力与石头是不一样的，大小相等的两个力分别作用在鸡蛋和石头上，出现了两种力的作用效果。 （2） 校运会有一个集体比赛项目：拔河比赛，请大家回答以下问题： ①甲对绳的拉力与乙对绳的拉力是否是作用力与反作用力？ 学生觉得是作用力与反作用力。 教师引导：受力物体是否相同？ 学生恍然大悟：甲对绳的拉力与乙对绳的拉力不是作用力与反作用力。 ②甲对绳的拉力与乙对绳的拉力是否相等？ 引导学生认识到：甲对绳的拉力与乙对绳的拉力都与绳子的张力相等，因此两者相等。 教师追问：既然相等，那为什么拔河比赛还有胜负？ 学生回答：因为摩擦力不同。 让学生观看实验视频：正常情况下双人拔河和其中一人脚踩滑板拔河，发现对方轻轻用力，人就被拉动了。 教师总结：拔河比赛中，甲对绳的拉力与乙对绳的拉力并不是一对作用力和反作用力，但是其大小都和绳的张力相等，哪队获胜主要取决于哪队的最大静摩擦力大，最先达到自身最大静摩擦力的队将输掉比赛。同一水平地面上，最大静摩擦力与正压力成正比，因此正压力大的一方最大静摩擦力较大，获胜几率较大。 引入AI数字人牛顿开口说话解决了牛顿第三定律的来源和内容的总结，从静态信息到动态交互，调动学生多感官学习。 观念纠正，让学生形成正确的科学态度，对科学探究有正确的认识。 通过具体实例的思考与讨论，加深对牛顿第三定律的理解。 通过表格对比作用力与反作用力和平衡力的异同，使学生形成系统、正确的认识。 通过鸡蛋碰石头这个常见的例子的讨论，提升学生问题解决的能力。 两个实际问题的解决，课堂联系实际，让学生形成用知识解决问题的意识，体会到知识与智慧的力量。 通过观看视频，学生更直观的感受到拔河比赛获胜主要取决于哪队的最大静摩擦力大。 AI数字人的引入，解决了牛顿第三定律的来源和内容的总结，调动学生多感官学习。 双人拔河比赛视频：正常情况下双人拔河和其中一人脚踩滑板拔河。 新课小结 1、 作用力与反作用力总是等大、反向、共线、异物、同生、共灭、同性； 2、“一对作用力与反作用力”和“一对平衡力”的联系与区别。 知识点总结，帮助学生形成系统的知识网络。 作业设计 1、 选择题（必做题） 1. 对于牛顿第三定律的理解，下列说法正确的是（　） A. 当作用力产生后，再产生反作用力；当作用力消失后，反作用力才慢慢消失     B. 弹力和摩擦力都有反作用力，而重力无反作用力 C. 甲物体对乙物体的作用力是弹力，乙物体对甲物体的反作用力可以是摩擦力 D. 作用力和反作用力，这两个力在任何情况下都不会平衡 2.如图所示，马拉车在水平路面上前进，下列说法正确的是(　　) A．马对车的拉力大于车对马的拉力 B．马对车的拉力小于车对马的拉力 C．马对车的拉力等于车对马的拉力 D．只有当马车匀速前进时，马对车的拉力才等于车对马的拉力 3.沼泽的下面蕴藏着丰富的泥炭，泥炭是沼泽地积累的植物残体，它的纤维状和海绵状的物理结构导致于人在其上行走时容易下陷，下列判断正确的是（ ） A. 若下陷的过程是加速运动，人对沼泽地的压力大于沼泽地对他的支持力。 B. 若下陷的过程是加速运动，人对沼泽地的压力小于沼泽地对他的支持力。 C. 若下陷的过程是先加速后匀速运动，人对沼泽地的压力先大于后等于沼泽支对他的支持力。 D. 无论下陷的过程是何种运动，人对沼泽地的压力总等于沼泽地对他的支持力。 4.（多选）甲、乙两队拔河，甲队胜，则下列说法中正确的是（绳的质量不计）（　　）。 A. 甲对乙的拉力大于乙对甲的拉力，所以甲队胜     B. 当甲队把乙队匀速拉过去时，甲对乙的拉力等于乙对甲的拉力 C. 当甲队把乙队加速拉过去时，甲对乙的拉力大于乙对甲的拉力 D. 甲对乙的拉力始终等于乙对甲的拉力，只是地面对甲的最大静摩擦力大于地面对乙的最大静摩擦力，所以甲队胜 5.课间休息时，一位男生跟一位女生在课桌面上掰手腕比力气，结果男生把女生的手腕压在桌面上。这个过程中作用于双方的力的关系，正确的说法是（ ） A. 男生掰女生手腕的力一定比女生掰男生手腕的力大 B. 男生掰女生手腕的力与女生掰男生手腕的力一样大 C. 男生掰女生手腕的力小于女生臂膀提供给自己手腕的力 D. 男生掰女生手腕的力与女生臂膀提供给自己手腕的力一样大 参考答案：1.D 2.C 3.D 4.D 5.B 2、 小制作（选做） 请以小组为单位上网查找相关资料，利用牛顿第三定律完成一项小制作，制作过程和展示时请注意安全，以下为参考案例： 1. 气球火箭车 【材料】 一个长方形纸板或轻质木板（作为车身）、4个瓶盖（或小轮子）、2根吸管、1个长条形气球、胶带、剪刀、一根细绳（可选，用于轨道） 【制作步骤】 （1）制作车身： 将纸板或木板剪成小车的形状。 （2）安装车轴： 将两根吸管用胶带平行固定在车身底部。 （3）安装轮子： 用竹签或牙签穿过吸管作为车轴，在两端装上瓶盖轮子。 （4）安装推进器： 将气球吹大几次让它松弛。把气球口套在另一小段吸管上，用胶带紧紧固定，确保不漏气。 （5）组装： 将带着气球的吸管用胶带固定在车身上，气球口朝向车尾。 【工作原理与演示】 （1）把气球吹大，用手捏住吸管口不让空气流出。 （2）把小车放在光滑的地面上，松开手。 （3）观察： 气球内的空气被向后推出（这是气球对空气的作用力），空气就给气球一个大小相等、方向相反的反作用力，这个力推动小车向前飞驰！ 2. 反冲“水火箭” 【材料】 一个空塑料饮料瓶（如可乐瓶）、硬纸板、软木塞（或橡胶塞，要能紧密塞住瓶口）、自行车胎气门芯（可从修车铺获得）、胶水、胶带、打气筒、水 【制作步骤】 （1）制作箭体： 用硬纸板制作火箭的尾翼和头部锥体，并用胶带牢牢固定在塑料瓶上。 （2）制作发射系统： 在软木塞中央钻一个孔，将气门芯穿过去并固定好，确保气密性。 （3）组装： 将制作好的软木塞紧紧塞住瓶口。 【工作原理与演示】 （1）在瓶子里装入约1/3的水。 （2）将瓶子倒置，用发射架（可以用三根棍子简单搭一个）支撑住，瓶口朝下。 （3）用打气筒通过气门芯向瓶内打气。瓶内气压逐渐升高。 （4）当气压大到能将软木塞崩开时，瓶中的水在高压下被迅速向下推出。 （5）观察： 水被高速向下喷出（作用力），火箭就获得了向上的巨大推力（反作用力），一飞冲天！ 板书设计/课堂小结 1、 作用力与反作用力总是等大、反向、共线、异物、同生、共灭、同性； 2、“一对作用力与反作用力”和“一对平衡力”的联系与区别。 教学反思 本节课通过几个探究小实验让学生总结得出作用力与反作用力的特点，进而认识牛顿第三定律。在授课中，神州二十二号的发射视频给学生很大的震撼，教师的提问也能引发学生的思考，学生在探究的过程中积极投入，进入深度的思考、开发思维，在课程设计上从师生共同探究到学生自主探究，内容上有梯度、深度、广度，满足了不同层次学生的思维需求，课堂效果好。在问题解决方面，学生能用所学内容进行解决相关问题，课堂目标达成度高。但由于探究过程教师引导时间过长，导致时间把控出现了一些偏差，导致后面结束得有点仓促。小组合作方面，由于分工不明确，出现“能者多劳”“搭便车”的情况。这在今后的教学当中应该要注意科学分组，预设好课堂各环节的时间。 学科网（北京）股份有限公司 $