教材在內容安排上遵從先定性再定量的基本思路。首先通過實例說明兩個物體之間的作用力總是相互的,有作用力必有反作用力。然後,通過實驗探究作用力與反作用力的大小、方向之間有什麼關係。最後,通過對物體受力的初步分析,體會牛頓第三定律的價值與意義。
在初中階段,學生已經對物體間的相互作用有了定性了解,知道相互之間的作用力是成對出現的,也知道二力平衡的知識。在高中階段,需要深化學生對作用力與反作用力的認識,學生需要經歷定量探究過程,獲取實驗數據,基於證據理解作用力與反作用力等大反向的特點,並進一步認識到牛頓第三定律在整個牛頓力學體系中的重要地位。
本節課的學習可以幫助學生進一步分析複雜情境下運動與相互作用的關係,培養學生進行實驗設計並獲取證據的能力,提升學生基於證據進行推理的意識和能力。本節教學的重點和難點是探究作用力與反作用力的大小、方向之間的關係。之所以是重點,主要是因為這部分內容是牛頓第三定律的核心,而牛頓第三定律又是整個經典力學的重要基石。之所以是難點,主要是因為關於作用力與反作用力大小關係的錯誤概念比較多,比如質量大的物體對質量小的物體的作用力大於質量小的物體對質量大的物體的反作用力等。
(1)問題引入
本節課的問題引入分兩個層次:第一個層次屬於知識再現,回憶初中已經知道的「力的作用是相互的」;第二個層次揭示大人跟小孩掰手腕情境下的錯誤概念,即認為大人對小孩的作用力一定會大於小孩對大人的作用力。在教學中,可以通過以下教學片段中前後存在遞進關係的問題,引起學生認知衝突,暴露學生頭腦中原有的錯誤認識,從而激發學生進一步探究物體間相互作用力大小關係的興趣,並且進一步強化科學探究中的證據意識。
(2)作用力與反作用力
教材從複習回憶初中已經學習過的「力是物體對物體的作用」這一本質屬性說起,說明力離不開施力物體和受力物體;然後列舉大量實例,如手拉彈簧、手推桌子、地球上物體受到地球的吸引等,說明這些物體間的作用力是同時存在的;最後,抽象概括出作用力與反作用力的概念,並進一步指出,這兩個力是同種性質的力,是同時存在的。
教學中,要注意以下兩點:舉學生生活中熟悉的實例;深入剖析這些實例中的作用力與反作用力,並指出每一個力的施力物體和受力物體,引導學生在初步體會的基礎上,思考每一對力的大小和方向的關係、是否同時存在、是否性質相同等問題。
(3)牛頓第三定律
牛頓第三定律指出了一對作用力與反作用力大小間的定量關係和方向間的關係。但前面的學習並沒有定量研究,只是基於大量事實或者經驗的猜想,這裡的主要內容是進行實驗設計,獲取實驗數據,基於證據進行推理論證,驗證猜想,得出結論。
建議進行隨堂分組實驗。讓學生充分進行動手操作、觀察,獲得豐富體驗。在分組實驗前,教師應引導學生明確A、B兩個彈簧測力計示數的含義:A的示數表示B對A的拉力大小, B的示數表示A對B的拉力大小。實驗過程中,要注意引導學生仔細觀察,當兩個彈簧測力計都處於靜止狀態時的示數,當用力拉A時兩個測力計的示數又是如何變化的。
有條件的學校建議利用傳感器探究作用力與反作用力的大小關係,儘量進行分組實驗,如果實驗條件不允許,也可以進行演示實驗。此實驗的目的主要有兩個:一是為了得到更準確的實驗數據,提高實驗的精確程度,特別是在兩個傳感器相互拉動並快速移動中獲取準確數據;二是熟悉傳感器的使用,為後續利用傳感器進行其他實驗做好實驗操作技能準備。
(以上內容節選自教材參考書)