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

高中物理《牛顿第三定律》教学设计 （人教版（2019课标）高中物理必修第一册 第三章 第3节） 一、教学基本信息 1. 授课教材：人教版（2019课标）高中物理必修第一册 第三章《相互作用——力》第3节《牛顿第三定律》。 2. 授课课时：1课时（40分钟）。 3. 授课对象：高一学生。 4. 学情分析：高一学生已学习重力、弹力、摩擦力等常见力，知道力是物体间的相互作用，会画力的示意图；在初中已初步知道二力平衡（同体、等大、反向、共线），能分析静止物体的受力。但存在三类典型困难：一是把"作用力与反作用力"和"一对平衡力"混为一谈（最突出的易错点），常误以为作用力与反作用力可以抵消、合力为零；二是对"力的作用是相互的"缺乏定量认识，难以理解"以卵击石""掰手腕"中双方受力其实等大；三是受力分析时易"多力"（找不到施力物体）或"漏力"（不按顺序分析）。高一学生抽象思维正在发展，需要通过弹簧测力计对拉实验、DIS力传感器图像、茶杯/斜面等具体模型支撑，配合对比表格与整体—隔离法训练突破难点。 5. 教材分析：本节是第三章《相互作用——力》的收节，前承重力、弹力、摩擦力等具体力的认识，后启牛顿运动定律与受力分析的系统应用。教材以"作用力与反作用力"概念切入，通过两个弹簧测力计对拉实验得出牛顿第三定律（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，表达式 F = -F′），再通过茶杯、斜面等实例对比"相互作用力与平衡力"，最后落实到物体受力分析的基本步骤（明确研究对象→按一重、二弹、三摩擦、四其他的顺序分析→画受力示意图→检查）。本节承载"由单个物体受力转向物体间相互作用"的观念提升，是后续动力学问题（整体法与隔离法）的重要工具，应突出实验探究、对比辨析与规范受力分析的训练。 二、教学目标（核心素养导向） 1. 物理观念 （1）能说出作用力与反作用力的概念，知道力的作用总是相互的，作用力与反作用力相互依存、同时产生、同时变化、同时消失； （2）能准确表述牛顿第三定律内容——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，会用表达式 F = -F′ 表示，理解负号表示方向相反； （3）能区分"一对平衡力"与"一对作用力和反作用力"（作用对象、依赖关系、叠加性、力的性质四个方面）。 2. 科学思维 （1）通过"四同三异"归纳作用力与反作用力的关系，发展归纳概括与对比辨析能力； （2）能运用整体法与隔离法分析连接体的受力情况，会按"一重、二弹、三摩擦、四其他"的顺序规范受力分析，能根据施力物体判断"多力"、根据顺序排查"漏力"。 3. 科学探究与创新意识 通过两个弹簧测力计对拉实验及DIS力传感器对拉F-t图像，经历"提出问题—实验记录—图像分析—归纳结论"的探究过程，认识到作用力与反作用力在大小上"同时变化、时刻相等"，体会用传感器和图像证据验证物理规律的方法。 4. 科学态度与责任 通过嫦娥四号月面着陆、撑杆离岸、鸡蛋碰石头等实例，体会物理规律在科技与生活中的普适性，养成尊重实验数据、严谨推理的科学态度，能用牛顿第三定律理性解释直觉误区（"以卵击石"并非石头受力更小）。 三、教学重难点 教学重点：牛顿第三定律的内容及表达式 F = -F′；作用力与反作用力的"四同三异"；相互作用力与平衡力的区分。 教学难点：正确区分"一对平衡力"与"一对作用力和反作用力"（尤其是"异体不可抵消"与"同体可以抵消"的区别）；用整体法与隔离法进行连接体的受力分析。 四、教学方法与教具 教学方法：情境导入法、演示实验法、问题驱动法、对比归纳法、讲练结合法。以"实验—归纳—辨析—应用"为主线组织教学。 教学教具：多媒体课件（PPT）、两个弹簧测力计、DIS力传感器及数据采集器、铁架台、钩码、茶杯与斜面模型、水平桌面实验装置。 五、教学过程 （一）复习回顾，新知导入（3分钟） 1. 回顾旧知 教师活动：提问："力是物体对物体的作用，一个力一定存在哪两个物体？二力平衡的条件是什么？"引导学生回顾施力物体、受力物体及"同体、等大、反向、共线"的二力平衡条件。 学生活动：回答——每个力都有受力物体和施力物体；二力平衡作用在同一物体上，大小相等、方向相反、作用在一条直线上。 设计意图：温故知新，为后面辨析"相互作用力 vs 平衡力"埋下伏笔。 2. 设问激趣 教师活动：设问："以卵击石，鸡蛋破了石头完好，是不是鸡蛋受到的力比石头大？掰手腕时赢的一方是不是力气更大？"引发认知冲突。 学生活动：猜想讨论，多数学生会凭直觉认为"鸡蛋受力更大""赢的一方作用力更大"。 设计意图：利用直觉与物理规律的矛盾激发探究欲。 3. 导入新课 教师活动：揭示："这些现象背后都遵循同一条规律——牛顿第三定律。它告诉我们物体间的作用总是相互的。"板书课题"第3节 牛顿第三定律"。 学生活动：明确学习目标。 设计意图：自然过渡到新课。 （二）新知探究，分层突破（23分钟） 探究一：作用力与反作用力　牛顿第三定律（9分钟） 1. 概念归纳 教师活动：结合课件讲解：力是物体对物体的作用，一个力一定存在受力物体和施力物体；力的作用总是相互的，物体间相互作用的这一对力称为作用力和反作用力，它们相互依存、同时存在。 学生活动：记录概念要点，体会"一个力必成对出现"。 设计意图：从已有知识自然生长出新概念。 2. 实验探究 教师活动：演示：将两个弹簧测力计A、B连接在一起，B端固定，手拉A端，让学生观察两测力计示数——稳定后两示数相等；改变拉力，两示数同时改变，但始终相等；两测力计互拉时指针同时移动。 图1　两弹簧测力计对拉实验 学生活动：观察示数变化，归纳出作用力与反作用力大小相等、方向相反、同时产生同时变化。 设计意图：用实验证据建立定量认识，避免"以卵击石"式直觉错误。 3. 定律内容与表达式 教师活动：归纳牛顿第三定律：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。表达式写作 F = -F′，负号表示作用力 F 与反作用力 F′ 方向相反。强调"总是"二字——对任何物体、在任何情况下（静止或运动、大物体或小物体）都成立。 学生活动：齐读定律，记录表达式与"总是"的含义。 设计意图：落实物理观念，明确定律的普适性。 4. "四同三异"归纳 教师活动：引导学生归纳：四同——等大（大小总相等）、共线（作用在一条直线上）、同时（同时产生、变化、消失）、同性质（同一性质的力）；三异——异向（方向相反）、异体（作用在两个物体上）、异效（作用效果不能相互抵消，不能认为合力为零）。 学生活动：完成思维辨析6个判断题：(1)×　(2)√　(3)√　(4)×　(5)√　(6)√。 设计意图：用结构化表格强化记忆，为辨析平衡力作铺垫。 探究二：相互作用力与平衡力的比较（8分钟） 1. 问题导引 教师活动：提出茶杯模型：在水平桌面上放一个重为G的茶杯，问"茶杯受哪几个力？这几个力的反作用力分别是什么？这几个力的平衡力又是什么？"组织学生分组讨论。 图2　茶杯受力示意 学生活动：讨论后回答：茶杯受重力G（向下）和桌面支持力FN（向上）；G的反作用力是茶杯对地球的吸引力，FN的反作用力是茶杯对桌面的压力；G与FN是一对平衡力。 设计意图：用熟悉模型在"同一物体的平衡力"与"两物体间的相互作用力"之间搭建桥梁。 2. 对比归纳 教师活动：用表格对比四个维度：作用对象（相互作用力在两个相互作用物体上；平衡力在同一物体上）、依赖关系（相互作用力相互依存同时产生；平衡力无依赖关系，撤除一个另一个仍可存在）、叠加性（相互作用力不可叠加、不可求合力；平衡力可叠加、合力为零）、力的性质（相互作用力一定同种性质；平衡力可同可不同）。 学生活动：完成典型题：物理课本上放文具盒（答案B——课本对桌面的压力与桌面对课本的支持力是一对相互作用力；课本重力与桌面支持力大小不相等，不是平衡力）。 设计意图：通过例题辨析最易错的"同体 vs 异体"。 3. 区分方法 教师活动：总结最简判别法——看涉及物体个数：作用力与反作用力只涉及两个物体（甲对乙）；平衡力涉及三个物体（两个施力物体同时作用在同一个受力物体上）。 学生活动：用"两物体 vs 三物体"判据重新检查茶杯模型。 设计意图：提炼可操作的判别方法。 探究三：物体受力分析初步（6分钟） 1. 分析思路 教师活动：讲解受力分析两条思路：一是根据物体运动状态的变化判断受力；二是根据各种力的特点从"相互作用"的角度分析受力。常见力为重力、弹力、摩擦力。 学生活动：记录受力分析两条路径。 设计意图：建立受力分析的整体框架。 2. 分析步骤 教师活动：板书四步：①明确研究对象（将其从环境中隔离出来）；②按顺序分析物体所受的力（一重、二弹、三摩擦、四其他）；③正确画出受力示意图（方向画准，作用点一般画在重心）；④检查（防止错画、多画、漏画）。 图3　物体A放在斜面B上 教师活动：结合例4（A放在B斜面上，A、B均静止）示范：先隔离A分析（重力mA g、B对A的支持力FN1、B对A的静摩擦力Ff），再用整体法分析A、B整体水平方向无外力，故地面对B无摩擦；最后隔离B分析，B受重力mB g、A对B的压力FN1′、A对B的静摩擦力Ff′、地面支持力FN2，共四个力。答案C。 学生活动：跟随教师示范，体会"先整体后隔离"的思路与"不漏不多"的检查。 设计意图：通过典型模型训练规范受力分析。 3. 易错提醒 教师活动：提醒："轻绳""轻杆"暗示不计重力；"光滑面"暗示不计摩擦；合力与分力不要重复分析；找不到施力物体的力不存在（防止"多力"）。 学生活动：记录模型语言与防错要点。 设计意图：为后续动力学问题扫清障碍。 （三）典型例题精讲（4分钟） 例题：2019年淮安期末——"嫦娥四号"探测器悬停在距月面100 m高处缓慢下降到着陆点上方4 m处，关于探测器受到喷射气体的反冲力与自身重力的关系，下列说法正确的是（　） A. 反冲力与自身重力是一对相互作用力 B. 反冲力与自身重力是一对平衡力 C. 探测器对气体的力与气体对探测器的反冲力合力为零 D. 探测器对气体的力与气体对探测器的反冲力大小相等 答案：D 教师活动：解析：反冲力与重力的受力物体都是探测器，作用在同一物体上，不是相互作用力，A错误；题目只说"缓慢下降"未说明运动状态，二者不一定是平衡力，B错误；探测器对气体的力与气体对探测器的反冲力是一对作用力与反作用力，作用在两个物体上，不能合成、合力不为零，C错误；一对作用力与反作用力大小总是相等，D正确。 学生活动：跟随解析，体会"同体/异体""能否合成"两个判据的应用。 设计意图：以科技情境巩固"相互作用力 vs 平衡力"的判别。 （四）课堂小结，构建体系（3分钟） 教师活动：师生共同梳理：一个定律（牛顿第三定律 F = -F′）→ 两组概念（作用力与反作用力的"四同三异"；相互作用力与平衡力的四点区别）→ 一种方法（受力分析四步：一重二弹三摩擦四其他，先整体后隔离）。强调易错点：作用力与反作用力作用在两个物体上，不能抵消、不能求合力。 学生活动：对照板书复述要点，提出仍存疑的问题。 设计意图：结构化本节知识，形成可迁移的方法网络。 （五）当堂训练（4分钟） 1. 2019年丰台月考——"以卵击石"，鸡蛋碰石头，下列说法正确的是（　） A. 石头对鸡蛋的力大于鸡蛋对石头的力　B. 石头对鸡蛋的力小于鸡蛋对石头的力　C. 两力大小相等　D. 两力方向相同 解析：答案：C　解析：鸡蛋与石头间的力是一对作用力与反作用力，大小相等、方向相反；鸡蛋破是因为硬度小，不是受力大。 2. 2019年北京学业考试——越野滑雪时，滑雪板与赛道之间的相互作用力，下列说法正确的是（　） A. 滑雪板对赛道的力大于赛道对滑雪板的力　B. 小于　C. 大小相等　D. 方向相同 解析：答案：C　解析：二者是一对作用力与反作用力，大小相等、方向相反。 3. 2019年赣州期末——DIS实验中两个力传感器挂钩相勾反向拉动，F-t图像关于时间轴对称（上下对称、同时变化），由图线可得结论是（　） 图4　DIS实验作用力与反作用力F-t图像 A. 作用力与反作用力的性质可以不同　B. 二者作用在同一物体上　C. 二者大小同时变化　D. 二者作用在一条直线上 解析：答案：CD　解析：相互作用力性质必相同（A错）、作用在两个物体上（B错）；图像上下对称说明大小同时变化、时刻相等（C对）；由实验装置可知二者共线（D对）。 （六）布置作业（3分钟） 1. 基础作业：完成教材本节课后练习及学案对应基础题；默写牛顿第三定律内容及"四同三异"要点。 2. 巩固作业： ①2019年晋中月考——关于作用力和反作用力，正确的是（答案D：同时产生、同时消失，分别作用在相互作用的两个不同物体上）； ②2019年江苏泰州中学期末——磁性黑板擦吸附在竖直黑板上静止，黑板擦受到的磁力与弹力的关系（答案D：磁力与弹力是一对平衡力，大小相等）； ③研究性学习拓展：如图所示，在铁架台上用弹簧秤挂住实心铁球示数为F1，圆盘测力计托盘中放盛水烧杯示数为F2；再把小球浸没水中（水未溢出），弹簧秤示数为F3，圆盘测力计示数为F4。请分析：F3____F1（填>、=、<）；铁球对水的作用力大小为____；若____成立，即证明作用力与反作用力大小相等。 图5　铁球浸没水中探究作用力与反作用力 解析：答案：(1) <（小球受浮力向上，弹簧秤拉力减小）；(2) F4 - F2（圆盘测力计增加的示数即水受到的反作用力）；F1 - F3 = F4 - F2（小球受到的浮力等于水受到的反作用力）。 六、板书设计 （采用三栏式板书，突出核心公式、关键词与逻辑关系） 一、牛顿第三定律 二、四同三异 三、受力分析四步 内容：两物体间作用力与反作用力总是大小相等、方向相反、作用在同一直线上 四同：等大、共线、同时、同性质 三异：异向、异体、异效（不可抵消） ①明确研究对象（隔离） ②一重、二弹、三摩擦、四其他 ③画受力示意图（方向准） ④检查：不多力、不漏力 表达式：F = -F′ （负号表方向相反；"总是"=任何情况都成立） 相互作用力：两物体、不可抵消、不可求合力 平衡力：同一物体、合力为零 方法：先整体后隔离 易错：找不出施力物体的力不存在 模型：弹簧测力计对拉、茶杯、斜面A-B 判别：看物体个数（2个=相互作用；3个=平衡） 拓展：F-t图像、铁球浸水实验 学科网（北京）股份有限公司 $