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

教 案 教 学 设 计 教学内容 普通高中教科书·物理必修第一册 第三章第3节《牛顿第三定律》 学科/教材版本 年级：高一年级 人教版 必修第一册 学情分析 学生在初中阶段已经对物体间的相互作用有了定性了解，知道相互之间的作用力是成对出现的，也知道二力平衡的知识。通过初中物理课的学习和科普熏陶，牛顿第三定律的结论学生或许已经知道，但具体实践情境中关于作用力与反作用力的认识又存在不少误区。 典型错误概念较多：认为“大人对小孩的作用力大于小孩对大人的作用力”、“质量大的物体对质量小的物体的作用力大于反作用力”、“静止时相互作用力相等而加速或减速运动时不再相等”等。学生已在本章前两节学习了重力、弹力、摩擦力，具备初步的力的概念，但对“同性质力”认识不清，也尚未形成规范的受力分析技能。 高中阶段需要深化认识，学生需经历定量探究过程，获取实验数据，基于证据理解作用力与反作用力等大反向的特点。 教材分析 教科书在内容安排上遵从先定性再定量的基本思路：首先通过实例说明两个物体之间的作用力总是相互的，有作用力必有反作用力；然后通过实验探究作用力与反作用力的大小、方向之间的关系；最后通过对物体受力的初步分析，体会牛顿第三定律的价值与意义。 本节由原教科书中牛顿运动定律之后提前放入本章，安排在重力、弹力、摩擦力的后面、共点力平衡的前面，一方面有利于加深对三种力的理解，另一方面为共点力平衡问题中的受力分析奠定必要的知识基础。课文从复习“力是物体对物体的作用”说起，列举手拉弹簧、手推桌子、地球与物体相互吸引等实例，抽象概括出作用力与反作用力的概念，指出这两个力是同种性质的力、同时存在。随后通过“用弹簧测力计探究作用力和反作用力的关系”实验得出规律，并给出牛顿第三定律：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，作用在同一条直线上。“拓展学习”用力传感器进一步验证任何时刻（包括运动中）都等大反向。 最后设“物体受力的初步分析”小标题，以静止在粗糙斜面上的物体和吊在树枝上的猴子为例，区分“一对平衡力”与“一对作用力与反作用力”，为共点力平衡设下伏笔。 教学目标 物理观念 知道力的作用是相互的，了解作用力和反作用力的概念；能把一个力的反作用力和这个力的平衡力区分开；知道二力平衡和牛顿第三定律的区别与联系。 科学思维 通过实验探究，了解两个物体间作用力与反作用力大小和方向的关系；通过力传感器探究物体运动过程中相互作用力的关系，认识“定律”的内涵，了解牛顿第三定律的适用范围（宏观、低速）。 科学探究 通过同学间掰手腕、拔河等活动理解力的作用是相互的；经历用弹簧测力计（及力传感器）定量探究作用力与反作用力关系的过程，基于证据进行推理；通过实例分析概括平衡力与相互作用力的不同之处。 科学态度与责任 会对物体进行初步的受力分析，并解释物理现象或解决实际问题；能正确表述牛顿第三定律，并应用其分析解决实际问题，感受物理知识在生产生活中的应用（如划船、汽车驱动力）。 教学重点与难点 教学重点 ①知道力的作用是相互的，了解作用力和反作用力的概念； ②通过实验探究，了解两个物体间作用力与反作用力大小和方向的关系（本节核心，也是整个经典力学的重要基石）； ③能正确表述牛顿第三定律。 教学难点 ①探究作用力与反作用力的大小、方向之间的关系——因为关于作用力与反作用力大小关系的错误概念比较多（如质量大的物体对质量小的物体的作用力更大）；②能正确表述牛顿第三定律，并应用其分析解决实际问题，尤其是区分“一对平衡力”与“一对作用力与反作用力”。 教学过程 环节/时间 教师活动 学生活动 核心 素养 环节1 问题引入·认知冲突（6分钟） 分两个层次引入。 第一层次知识再现： 提问①“力的作用是相互的。物体甲对物体乙有作用力，那么物体乙一定对物体甲也有作用力吗？”引导学生回忆初中知识。 追问②“物体甲的施力物体是谁？物体乙的施力物体又是谁？”。 第二层次揭示错误概念： 提问③“相互作用的两个力的大小有什么关系？”； 再呈现教材情境 提问④“大人跟小孩掰手腕，很容易就把小孩的手压在桌面上。那么，他们施加给对方的力，大小相等吗？”。 组织前后两人一组体验掰手腕，说说手和手臂的感受，思考“两只手受到的力是谁施加的、这两个力之间有什么关系”。 鼓励学生表达观点并要求提供证据，暴露“大人对小孩作用力更大”的错误前概念。 回答①：一定也有（力的作用是相互的）。 回答②：甲的施力物体是乙，乙的施力物体是甲。 回答③：多数凭直觉认为“不相等、强者更大”。分组掰手腕体验，感受两手都受力、都感到被“推”，对④产生认知冲突。 物理观念（相互作用观）、科学探究（问题意识与证据意识）。 环节2 作用力和反作用力（8分钟） 从“力是物体对物体的作用”复习起： 只要谈到力，就一定存在着受力物体和施力物体。逐一剖析教材实例并追问每个力的施力物体与受力物体、性质、是否同时存在： ①用手拉弹簧，弹簧受到手的拉力F，同时弹簧发生形变，手也受到弹簧的拉力F’（图3.3-1）； ②坐在椅子上用力推桌子，会感到桌子也在推我们，身体要向后仰 ； ③地面上及地球附近的物体受到地球的吸引（重力），其实地球也受到它们的吸引，地球和物体之间的作用也是相互的（图3.3-2，以人造卫星与地球为例）。 引导抽象概括：两个物体之间的作用总是相互的，物体间相互作用的这一对力通常叫作作用力（acting force）和反作用力（reacting force）；它们总是互相依赖、同时存在，可以把其中任何一个叫作作用力，另一个叫作反作用力。 强调：这两个力是同种性质的力、同时存在。 逐例指出施力物体与受力物体（手拉弹簧：施力者手、受力者弹簧；反作用力施力者弹簧、受力者手）。归纳出作用力与反作用力“相互、同时、同性质、作用在两个物体上”的初步特征。 物理观念（力与相互作用）、科学思维（抽象概括、分析综合）。 环节3 实验探究·用弹簧测力计探究作用力和反作用力的关系（15分钟） 提出定量问题：“作用力和反作用力的大小之间、方向之间有什么样的关系？ 这又是一个定量的问题，而定量的问题通常只靠观察和经验是解决不了的，它需要通过实验测量来回答”。 先问学生：“探究作用力和反作用力的关系，要同时测量这两个力，你认为应该如何测量？” 组织随堂分组实验：按图3.3-3把A、B两个弹簧测力计连接在一起，B的一端固定，用手拉测力计A，观察两个测力计指针同时移动。 实验前务必引导学生明确示数含义：A的示数表示B对A的拉力大小，B的示数表示A对B的拉力大小。 实验中引导观察：两个测力计都处于静止状态时的示数；当用力拉A时两个测力计的示数如何变化。 追问：上面是通过弹力进行的实验，摩擦力满足上面的关系吗？如果是不相互接触的力呢？（如磁铁间） 组织归纳结论。 分组动手实验、观察记录：静止时两测力计示数相等、方向相反；用力拉A时示数同时变化但始终相等、方向相反。 讨论并回答追问：摩擦力、非接触力（磁力、引力）同样满足等大反向关系。 记录F与F’的关系：大小相等、方向相反、作用在同一直线上。 科学探究（设计实验、获取证据、基于证据推理）、科学思维（归纳概括）。 环节4 牛顿第三定律（6分钟） 在学生实验结论基础上给出定律：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，作用在同一条直线上——这就是牛顿第三定律。 板书表达式 F = -F’，说明负号表示方向相反。 强调“总是”的含义：对宏观物体在所有低速运动状态下都适用；该定律由大量事实归纳而成，也有一定的适用条件，并非任何情况下都成立，适用于宏观物体低速运动情形。 结合教材生活实例讲解应用： ①人在划船时，桨向后推水，水就向前推桨，将船向前推进（图3.3-4），轮船螺旋桨同理 ； ②汽车发动机驱动车轮转动，由于轮胎和地面之间的摩擦，车轮向后推地面，地面给车轮一个向前的反作用力使汽车前进（图3.3-5），汽车受到的驱动力就是这样产生的；若把驱动轮架空不接触地面，车不会前进；陷在泥泞中的车轮飞转但太滑也出不来；越野车可分前轮/后轮/四轮驱动以获得足够驱动力。 记录定律内容与表达式 F = -F’，理解“总是、等大、反向、共线、异体、同时、同性质”。 举例解释划船、汽车前进的驱动力来源，说明“车轮不推地面就不前进、泥泞太滑也出不来”的原因。 物理观念（规律观念）、科学思维（演绎应用）、科学态度与责任（物理知识应用于生产生活）。 环节5 拓展学习·用力传感器探究作用力与反作用力的关系（7分钟） 介绍力传感器可把所受力的大小、方向随时间变化的情况显示在计算机屏幕上。 演示或分组：把两个互相钩着的力传感器同时连在计算机上，一个系在墙壁上固定，另一个握在手中（图3.3-6甲）；图3.3-6乙中上下两条图线分别表示两个力传感器受力的大小。 用手拉一个传感器，观察“在一个传感器受力的同时，另一个也同时受力”，得出任何时刻两个力大小相等、方向相反。 再请两位同学各持一个力传感器互相钩着，一人用力拉朝自己方向运动，观察运动中力大小随时间不断变化，但任何时刻仍等大反向。 说明此实验两个目的：得到更准确数据(特别是快速移动中),以及熟悉传感器使用为后续实验做准备。 回扣导入:用类似实验检验掰手腕的相互作用力。 观察屏幕上两条图线关于时间轴对称、同时变化。 分组互拉传感器，在运动中验证“任何时刻等大反向”，纠正“加速/减速时不相等”的错误认识。 用实验结论回答导入问题④：大人和小孩相互的力大小相等。 科学探究（现代技术手段、精确测量）、科学思维（图像分析、证据推理）、科学态度与责任（用实验检验猜想）。 环节6 物体受力的初步分析（10分钟） 说明分析物体受力的两条思路： 一是根据物体运动状态的变化分析和判断物体的受力情况； 二是根据各种力的特点和存在条件，从相互作用的角度分析物体的受力情况。 举例：物体在平衡力作用下处于静止或匀速直线运动状态。 以静止在粗糙斜面上的物体为例，明确“分析哪个物体所受的力”，强调是“受力分析”而不是“施力分析”，只画研究对象受到的力、不画它作用于其他物体的反作用力。 再以吊在树枝上的猴子为例，区分“一对平衡力”和“一对作用力与反作用力”：猴子受重力与树枝拉力是一对平衡力（同体、等大、反向、共线）；猴子拉树枝的力与树枝拉猴子的力是一对作用力与反作用力（异体、同性质、同时）。 引导学生从运动与相互作用关系角度验证分析结果。 按步骤对斜面上物体、树枝上的猴子进行受力分析并画示意图。列表对比平衡力与相互作用力：相互作用力一定同性质、同时存在同时消失、作用在不同物体上；平衡力则不一定同性质、不一定同时存在、作用在同一物体上。 物理观念（运动与相互作用观）、科学思维（程序性知识、比较分析）、科学探究（技能形成）。 归纳受力分析的一般步骤： ①明确受力分析的对象； ②根据力的产生条件，按重力、弹力、摩擦力的顺序分析； ③结合物体的运动状态判断这些力是否真实存在； ④只画出研究对象受到的力，不画出它作用于其他物体的反作用力。 环节7 典例精析·辨析易错（8分钟） 讲评两道典型辨析题（覆盖“加速/减速是否等大”“获胜是否说明拉力更大”的误区）。 例1（马拉车）：无论车加速、匀速还是减速前进，马拉车的力与车拉马的力始终大小相等，是一对作用力与反作用力，方向相反、作用在两个物体上，不是一对平衡力。 例2（“押加”/拔河）：在轻绳且加速度不大的情况下，绳对乙的拉力与绳对甲的拉力大小相等，与运动状态无关；甲获胜的原因是地面对甲的摩擦力大于地面对乙的摩擦力。 追问：为什么“有力的作用就有反作用力，但物体运动状态仍会改变”？ 引导明确作用力和反作用力作用在两个不同物体上，各自产生各自的效果，不能抵消。 独立完成两题并核对：例1、例2。辨析“加速时不等大”“获胜方拉力更大”等错误认识的根源，理解“等大反向但不能抵消”的原因。 科学思维（批判性辨析、纠正错误概念）、物理观念（相互作用观深化）。 环节8 课堂小结与作业布置（5分钟） 与学生共同梳理知识结构： 力的作用是相互的 → 作用力与反作用力（相互、同时、同性质、异体）→ 实验探究（弹簧测力计、力传感器）→ 牛顿第三定律（总是大小相等、方向相反、作用在同一直线上，F = -F’）→ 受力初步分析（区分平衡力与相互作用力）。 布置课后作业，并提示课下可查阅资料了解牛顿第三定律的适用范围（宏观、低速；对运动电荷等情形不适用）作为拓展。 复述概念、定律与受力分析步骤；反思“大人力更大”“加速时不等大”等前概念是如何被实验与推理纠正的。 物理观念（结构化）、科学态度与责任（反思求真、关注定律适用条件）。 板书设计 左侧 中左 中右 右侧 一、作用力和反作用力 1. 力是物体对物体的作用，只要谈到力，就一定存在受力物体和施力物体 2. 两个物体之间的作用总是相互的，这一对力叫作用力（acting force）和反作用力（reacting force） 3. 特点：互相依赖、同时存在；同种性质的力；作用在两个不同物体上 二、实验探究 1. 弹簧测力计实验（图3.3-3）：A示数=B对A的拉力，B示数=A对B的拉力；静止与拉动时均示数相等、方向相反 2. 力传感器（图3.3-6）：任何时刻（含运动中）两力图线等大反向 3. 摩擦力、非接触力同样满足 三、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，作用在同一条直线上 2. 表达式：F = -F’（负号表示方向相反） 3. “总是”：适用于宏观物体低速运动，有一定适用条件 4. 应用：划船（桨向后推水，水向前推桨）；汽车驱动力（车轮向后推地面，地面给车轮向前的反作用力） 四、物体受力的初步分析 1. 平衡力 vs 相互作用力：平衡力同体、不一定同性质、不一定同时；相互作用力异体、同性质、同时存在同时消失 。 2. 受力分析步骤：①明确对象；②按重力、弹力、摩擦力顺序分析；③结合运动状态判断力是否存在；④只画研究对象受的力，不画其施加的反作用力 课后作业 1. 完成教科书本节“练习与应用”全部题目，重点区分每一对力中“物体受的是哪一个力”，并说明有几对作用力和反作用力。 答案1. 如图3-11所示，物体受到重力和台式弹簧秤的支持力。物体静止在台式弹簧秤上，物体 处于二力平衡状态，则物体所受的重力G 与支持力F 大小相等。因为物体所受的支持力Fx 与物体对台式弹簧秤的压力F’,是一对作用力与反作用力，根据牛顿第三定律有Fx= F’,所以压力F’与重力G 的大小相等。 答案2. 小强没有注意到，相互平衡的两个力是作用在同一个物体上的，而作用力和反作用力是分别作用在发生相互作用的两个物体上的，它们不可能是相互平衡的力。 答案3. 三者之间的作用力与反作用力有4对： ①油桶对汽车的压力和汽车对油桶的支持力； ②油 桶受到的重力和油桶对地球的引力； ③汽车对地面的压力和地面对汽车的支持力； ④汽车受到的重力和汽车对地球的引力。 以油桶为研究对象，油桶受到重力和汽车对它的支持力。以汽车为研究对象，汽车受到重 力、地面对它的支持力、油桶对它的压力。以地球为研究对象，地球受到汽车对它的压力、油桶 和汽车对它的引力。 答案4.以 B 为研究对象，在竖直方向受到重力、地面的支持力和A的压力。由于牵引后A 、B仍 然静止，所以A 与B 之间无摩擦力，B 与地面间有静摩擦力，故在水平方向B 受到向右的牵引力 和向左的静摩擦力。B 总共受到5个力的作用。 提示：以A为研究对象，判断A 、B之间是否有摩擦力，再以B 为研究对象进行受力分析。 1. 书面整理“一对平衡力”与“一对作用力与反作用力”的对比表（作用对象、力的性质、是否同时存在、能否抵消），各举两个生活实例。 1. 用弹簧测力计在家中或实验室重做教材图3.3-3实验，记录静止与拉动时的两组示数，写出实验结论。 1. 观察生活中的牛顿第三定律应用实例（划船、走路、起跑、火箭推进等），任选一例说明“谁对谁施加了力、反作用力是谁施加的、产生了什么效果”。 1. 选做：查阅资料了解牛顿第三定律的适用范围，撰写简短阅读笔记，为后续学习留一个窗口。 学科网（北京）股份有限公司 $