3.3牛顿第三定律 教学设计 -2026-2027学年高一上学期物理人教版必修第一册

该高中物理教学设计聚焦牛顿第三定律，通过全员体验活动（双手互推、拍打）和经典场景（划船、火箭、走路）导入，在重力、弹力、摩擦力基础上深化力的相互性，为后续牛顿运动定律及受力分析搭建学习支架。 该设计以实验探究为特色，通过弹簧测力计对拉实验（静止、匀速、加速状态）定量验证作用力与反作用力关系，结合对比辨析表格区分与平衡力差异，落实科学探究和科学思维素养。实验操作与生活应用结合，帮助学生突破“等大同时”难点，为教师提供结构化教学流程，提升课堂效率。

3.3牛顿第三定律（教学设计） 授课教师： 授课班级： 授课时间： 一、教材分析 本节是高中物理必修第一册第三章《相互作用——力》的重要内容，是在学生学习了重力、弹力、摩擦力等常见力的基础上，进一步研究物体间相互作用的规律。牛顿第三定律揭示了力的作用的相互性，是对力的概念的深化与完善，也是连接受力分析与牛顿运动定律的关键桥梁，为后续学习牛顿运动定律、开展全面受力分析奠定重要基础。 本节内容遵循由现象到规律、由定性到定量的认知逻辑：首先通过生活实例建立作用力与反作用力的概念，让学生认识到力的作用总是相互的；然后通过实验探究定量总结作用力与反作用力的大小、方向关系，归纳得出牛顿第三定律；最后通过对比辨析，区分作用力与反作用力和一对平衡力的本质差异，并应用定律解释生活现象。 本节课兼具实验探究性与思维辨析性，既是对前面所学各种力的总结提升，也是牛顿运动定律体系的重要组成部分，在力学知识体系中具有承上启下的关键作用。 二、学情分析 （一）知识基础 学生在初中阶段已经对"力的作用是相互的"有初步感性认识，能够举例说明生活中的相互作用现象。进入高中后，学生已经系统学习了重力、弹力、摩擦力三种基本性质力，掌握了力的矢量性和受力分析的基本方法，具备了学习牛顿第三定律的知识基础。但学生对相互作用力的定量关系、方向特点以及与平衡力的区别认识模糊，缺乏系统深入的理解。 （二）能力基础 高一学生已经具备基本的实验操作能力、观察能力和逻辑推理能力，能够通过实验现象归纳总结物理规律，具备一定的小组合作探究能力。但学生的抽象思维能力仍在发展中，对"相互作用同时产生、同时变化、同时消失"的理解存在困难，容易将作用力与反作用力和平衡力混淆。 （三）认知障碍 学生存在多处顽固前概念误区：认为"先有作用力，后有反作用力"、"主动施加的力大于被动承受的力"、"作用力与反作用力可以相互抵消"、"平衡力就是作用力与反作用力"。这些错误认知源于生活经验的片面性，是本节课需要重点突破的思维难点。 三、教学目标 （一）物理观念 1.理解作用力与反作用力的概念，认识力的作用的相互性，知道力总是成对出现的。 2.掌握牛顿第三定律的内容，理解作用力与反作用力的大小相等、方向相反、作用在同一直线上的定量关系。 3.能区分作用力与反作用力和一对平衡力，建立正确的相互作用观念。 （二）科学思维 1.通过对生活现象的分析与归纳，培养从具体现象中抽象概括物理概念的思维能力。 2.通过实验数据的分析与论证，培养基于证据得出结论的科学推理能力。 3.通过对比辨析作用力与反作用力和平衡力的区别，培养比较分析、辩证思维的能力。 （三）科学探究 1.亲历弹簧测力计对拉实验，完整经历提出问题、猜想假设、实验操作、数据记录、分析论证的探究流程。 2.通过观察不同状态下作用力与反作用力的大小关系，培养实验观察能力和变量控制意识。 3.通过对实验现象的解释与交流，提升科学表达与合作探究的能力。 （四）科学态度与责任 1.在实验探究过程中养成严谨求实、尊重事实、规范操作的科学态度。 2.通过应用牛顿第三定律解释生活现象，认识物理与生产生活的密切联系，体会物理知识的实用价值。 3.通过小组合作实验，培养团队协作意识和交流分享的科学精神。 四、教学重难点 （一）教学重点 1.作用力与反作用力的概念及力的作用的相互性。 2.牛顿第三定律的内容及其对定律的深入理解。 3.作用力与反作用力和一对平衡力的区别与联系。 （二）教学难点 1.理解作用力与反作用力的同时性：同时产生、同时变化、同时消失，无先后之分。 2.理解作用力与反作用力分别作用在两个物体上，不能相互抵消，不能求合力。 3.准确区分作用力与反作用力和一对平衡力，突破"大小相等方向相反就是作用力反作用力"的思维误区。 五、教学准备 1.实验器材：弹簧测力计（每组两个）、细绳、小车两个、磁铁两个、气垫导轨及配件。 2.多媒体资源：生活中相互作用现象视频、实验演示动画、易错辨析练习题。 3.组织准备：学生按4人一组划分探究小组，提前复习弹力、受力分析相关知识。 六、教学过程 （一）情境导入，体验设疑（5分钟） 1.全员体验活动：全体学生双手用力互推手掌，感受两只手的受力情况；再用左手拍打右手，对比两只手的感受。 2.师生互动提问： 师：刚才双手互推时，你感受到了什么？只有一只手受力还是两只手都受力？ 生：两只手都受力，都有被推的感觉。 师：左手拍打右手时，哪只手更疼？为什么？ 生：两只手都疼，因为力的作用是相互的。 3.情境展示：教师展示三个经典场景：人划船时桨向后划水船向前行、火箭向下喷气向上飞行、人走路时脚向后蹬地向前走。 4.导入课题：这些现象都说明力的作用是相互的。那么，相互作用的两个力之间有什么定量关系？它们有哪些特点？今天我们就通过实验来探究这个规律——牛顿第三定律。 （二）新知探究一：作用力与反作用力（10分钟） 1.概念建立 教师引导：两个物体之间力的作用总是相互的。一个物体对另一个物体施加了力，后一个物体一定同时对前一个物体也施加了力。物体间相互作用的这一对力，通常叫做作用力与反作用力。 概念辨析：我们把其中一个力叫做作用力，另一个力就叫做反作用力。作用力和反作用力的选取是相对的，没有绝对的"主动力"和"被动力"之分。 2.特点初步感知 小组讨论：结合刚才的体验活动和生活实例，讨论作用力与反作用力可能有哪些特点？ 学生分组讨论后代表发言，教师汇总猜想： ①作用力与反作用力方向可能相反； ②作用力与反作用力大小可能相等； ③作用力与反作用力可能同时产生、同时消失； ④作用力与反作用力性质可能相同。 教师过渡：这些猜想是否正确呢？我们通过实验来定量验证。 （三）新知探究二：牛顿第三定律（22分钟） 1.实验探究：作用力与反作用力的关系 （1）提出问题：作用力与反作用力的大小、方向有什么关系？ （2）猜想假设：学生结合生活经验猜想：大小相等、方向相反。 （3）实验器材：两个弹簧测力计、细绳。 （4）实验步骤： ①将两个弹簧测力计的挂钩互相钩住，保持水平静止状态，观察两个测力计的示数； ②缓慢增大拉力，保持两测力计仍处于静止状态，观察示数变化； ③让一个弹簧测力计主动拉另一个，观察两个测力计示数是否同时变化； ④保持两测力计钩在一起，使它们一起匀速运动，观察示数； ⑤保持两测力计钩在一起，使它们一起加速运动，观察示数。 （5）实验记录： 实验状态 测力计A示数/N 测力计B示数/N 两个力的方向关系 静止（拉力小） 2.0 ______ ______ 静止（拉力大） 4.0 ______ ______ 匀速运动 3.0 ______ ______ 加速运动 3.5 ______ ______ （6）教师巡视指导：提醒学生注意弹簧测力计调零、沿水平方向拉动、视线与刻度线平齐。 （7）小组汇报与交流：各小组展示实验数据，分享观察到的现象。 2.分析论证，得出定律 师生共同分析实验数据： 师：从实验数据看，不同状态下，两个测力计的示数有什么关系？ 生：两个测力计的示数始终相等。 师：两个力的方向呢？ 生：方向相反，在同一条直线上。 师：当一个力增大时，另一个力怎么变化？是先变还是后变？ 生：另一个力也同时增大，是同时变化的。 教师总结归纳牛顿第三定律： 内容：两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等，方向相反，作用在同一条直线上。 公式表达：F=-（负号表示方向相反） 3.深入理解定律的内涵 教师引导学生从五个维度深入理解： ①等大：作用力与反作用力大小总是相等，与物体的运动状态、质量大小均无关。 辨析思考：大人和小孩掰手腕，大人赢了，是不是大人对小孩的力大于小孩对大人的力？为什么？ 学生讨论后明确：两个力大小相等，大人赢是因为大人能承受的力更大，小孩的手先达到承受极限被掰过去。 ②反向：作用力与反作用力方向相反，作用在同一直线上。 ③异体：作用力与反作用力分别作用在两个不同的物体上，各自产生各自的效果，不能相互抵消，不能求合力。 辨析思考：既然作用力与反作用力大小相等、方向相反，为什么不是一对平衡力？ 生：因为它们作用在不同物体上，而平衡力作用在同一物体上。 ④同时：作用力与反作用力同时产生、同时变化、同时消失，无先后之分，无因果之分。 辨析思考：是先有作用力，后有反作用力吗？ 生：不是，它们是同时产生的。 ⑤同性：作用力与反作用力一定是同一种性质的力。弹力的反作用力一定是弹力，摩擦力的反作用力一定是摩擦力。 4.对比辨析：作用力与反作用力vs一对平衡力 小组合作：结合前面所学的二力平衡知识，对比分析作用力与反作用力和一对平衡力有哪些相同点和不同点，填写对比表格。 对比项目 作用力与反作用力 一对平衡力 大小关系 大小相等 大小相等 方向关系 方向相反、共线 方向相反、共线 作用对象 ______个物体 ______个物体 力的性质 性质______相同 性质______相同 时效性 同时产生、变化、消失 不一定同时产生消失 作用效果 不能抵消，不能求合力 相互抵消，合力为零 师生共同核对完善表格，强调核心区别：最根本的区别是作用对象不同——作用力反作用在两个物体上，平衡力作用在同一个物体上。 （四）新知探究三：牛顿第三定律的应用（5分钟） 教师引导：牛顿第三定律在生活和生产中有广泛应用。 实例分析： 1.划船：人用桨向后划水，桨对水施加向后的力，水同时对桨施加向前的反作用力，推动船前进。 2.火箭升空：火箭向下喷出高温高压气体，气体对火箭施加向上的反作用力，推动火箭上升。 3.走路：人走路时脚向后蹬地，地对脚施加向前的静摩擦力，使人获得向前的动力。 思考拓展：在太空中，宇航员能通过划水前进吗？为什么？ 学生讨论后明确：不能，因为太空中没有水或其他物体作为反作用力的施力物体。 （五）课堂巩固，易错辨析（3分钟） 见导学案当堂检测。 （六）课堂小结（3分钟） 师生互动梳理知识框架： 师：本节课我们学习了哪些知识？ 生1：作用力与反作用力的概念，力的作用是相互的。 生2：牛顿第三定律——两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等、方向相反、作用在同一直线上。 生3：作用力与反作用力的特点：等大、反向、共线、异体、同时、同性。 生4：作用力与反作用力和平衡力的区别。 教师补充升华：牛顿第三定律揭示了力的作用的相互性，是我们进行受力分析、解决力学问题的重要依据。理解了这个定律，我们才能正确分析物体间的相互作用，为后续学习牛顿运动定律打下坚实基础。 七、板书设计 3.3牛顿第三定律 一、作用力与反作用力 1.概念：物体间相互作用的一对力 2.特点：成对出现，互为施力受力物体 二、牛顿第三定律 1.内容：两个物体之间的作用力和反作用力 总是大小相等，方向相反，作用在同一直线上 2.公式：F=- 3.特点：等大、反向、共线、异体、同时、同性 三、对比：作用力反作用力vs平衡力 核心区别：作用对象不同（两物体vs同一物体） 四、应用：划船、火箭、走路 八、教学反思 本节课以体验活动导入，依托分组实验、数据探究、对比辨析开展教学，遵循由现象到规律、由定性到定量的认知逻辑，有效落实物理核心素养。课堂充分发挥学生主体地位，通过实验定量探究突破了作用力与反作用力大小关系的重点，通过表格对比辨析有效区分了与平衡力的本质差异。多数学生能够掌握牛顿第三定律的内容及特点，能正确解释生活中的相互作用现象。但部分学生对"等大"规律的理解仍受生活经验干扰，对加速运动中相互作用力仍相等的结论存在困惑。后续可增设更多动态情境的变式训练，强化定律的普适性认识，进一步提升学生的受力分析能力与科学思维水平。 1 学科网（北京）股份有限公司 $