高中物理人教版 (新课标)必修15 牛顿第三定律教案

这是一份高中物理人教版 (新课标)必修15 牛顿第三定律教案，共18页。
1．观察生活中力的相互作用现象，思考力的相互作用的规律．
2．通过实验探究力的相互作用规律．
3．通过鼓励学生动手、大胆质疑、勇于探索，可提高学生自信心并养成科学思维习惯．
情感态度与价值观
1．经历观察、实验、探究等学习活动，培养尊重客观事实、实事求是的科学态度．
2．通过研究性学习，获得成功的喜悦，培养学好物理的信心．
3．培养与人合作的团队精神．
教学重点、难点：
教学重点
1．知道力的作用是相互的，掌握作用力和反作用力．
2．掌握牛顿第三定律并用它分析实际问题
3．区别平衡力与作用力和反作用力．
教学难点
区别平衡力与作用力和反作用力．
教学方法：
探究、讲授、讨论、练习
教学手段：
教具准备
弹簧秤、磁铁、小车、皮球、小磁针、白纸、大头针、火柴棒等，为每组学生准备一套，多媒体教学设备．
课时安排：
新授课（2课时）
教学过程：
[新课导入]
师：大家回忆一下力是怎样定义的．
生：力是物体与物体间的相互作用．
师：什么是相互作用？
生：物体间的相互作用就是甲对乙有作用，同时乙对甲也有作用。
师：大家可以用生活中的例子验证以前学过的“力的作用是相互的”，
生1：可以用两块相同形状的海绵A、月，然后将它们对齐并相互挤压，可以观察到其形状发生了变化，因为力是使物体发生形变的原因，两块海绵都发生了形变，所以它们同时受到了力的作用．
师：为什么要用海绵进行实验呢?
生1：因为海绵的形变非常明显，很容易进行观察．
师：为什么这两块海绵的形状同时发生了变化?
生1：在相互挤压的过程中，海绵A对海绵月有力的作用，同时海绵B也对海绵A有力的作用．
生2：可以用力拍巴掌，两个巴掌同时感觉到力的作用．
生3：用橡皮擦擦去铅笔写的字，橡皮擦和纸同时受到力的作用．
师：大家分析得非常好，现在大家看这样一个实验．大家观察一下实验现象，分析一下为什么．
(实验演示)将甲、乙两个悬挂在同一高度的磁铁，慢慢地靠近些，可以看到它们很快地相向运动起来．
生：磁铁甲对磁铁乙施加了力，同时磁铁乙也对磁铁甲施加了力的作用．
[新课教学]
一、作用力和反作用力
总结以上实验现象
师：观察和实验表明：两个物体之间的作用总是相互的．甲物体对乙物体有作用力的同时，乙物体对甲物体也有力的作用，物体间这一对相互作用的力通常叫做作用力和反作用力．我们把其中一个力叫做作用力，另一个力就叫做反作用力．
师：现在我们知道了作用力和反作用力的概念，那么它们之间的关系是什么呢?大家猜想一下．
学生猜想讨论
生l：我认为作用力和反作用力大小相等．
生2：力是一个矢量，它们的方向也应该存在一个关系，我认为作用力和反作用力方向相反·
师：刚才两位同学猜想得很有道理，但是还需要进一步验证他们的猜想．大家想一下怎样来进行验证呢?
生：要通过实验．
师：那么要设计一个实验来验证作用力和反作用力之间的关系，应该怎样进行设计，需要什么样的器材，实验的原理又是什么呢?大家自己先进行讨论一下．
学生讨论，积极思考设计实验，选取实验器材
师：选取的器材应该具有什么特性?
生：选取的器材应该能够测量力的大小，这样才可以比较作用力和反作用力的大小．
师：我们常见的力的测量工具是什么?
生：弹簧秤．
师：我们需要几只弹簧秤呢?为什么?
生：两只，因为需要同时测量两个力．
师：怎样设计实验呢?同学们可以把自己的实验方案用投影展示出来．
学生用投影展示实验方案
生：把两个弹簧秤A和月连结在一起，如图4—5—1甲所示．
①用手拉弹簧秤A之前，两弹簧秤的示数均为零，说明两弹簧秤间无作用力；当用手拉弹簧秤A时，可以看到两个弹簧秤的指针同时移动．弹簧秤月的示数指出弹簧秤A对它的作用力F的大小，而弹簧秤A的示数指出弹簧秤月对它的反作用力F，的大小．可以看出，两个弹簧秤的示数是相等的；改变手拉弹簧的力，弹簧秤的示数也随着改变，但两个示数总相等．
这说明作用力和反作用力大小总是相等的，并且总是同时产生，同时变化，同时消失的．
②分析弹簧秤B受到A的拉力F方向向右，弹簧秤A受到B的拉力F，方向向左，这两个拉力在同一条直线上，这说明作用力与反作用力方向相反，作用在同一条直线上．
师：刚才这位同学演示得非常好，根据他的演示，同学们可以对照自己的实验设计，发现自己的优点和不足之处，然后进行实际的实验过程．
学生分组实验，老师巡回指导
[教师总结]通过上述练习可知；
(1)作用力和反作用力是发生在两个物体之间的一对力．
(2)任一物体既是对另一物体的施力物，同时也是另一物作用的受力物．
(3)相互作用的一对力中，任何一个力都可作为作用力或者反作用力．
师：除了这种实验方法之外，我们还可以借助一种现代化的实验手段——传感器来验证作用力和反作用力之间的关系．
投影演示和实物展示传感器，介绍传感器的用法
注意：学生初次接触传感器，对其应用的方法和使用的技巧还很不熟悉，应该鼓励学生自己阅读使用说明，通过阅读逐步独立掌握传感器的使用方法，在这个过程中还可以锻炼学生自主阅读科技说明书的能力，为以后走向社会打下良好的科学素养，为终身发展作好准备．学生用传感器做实验，体会先进科技带来的方便
师：通过我们的实验，我们可以得出什么样的结论呢?
生：我们可以得出作用力和反作用力之间的关系：作用力与反作用力总是大小相等，方向相反，作用在同一条直线上．
[课堂训练]
在水平粗糙地面上滑行的木块，与地球之间的相互作用力有几对?
A.一对 B．两对 C．三对 D．四对
解析：答案应该选C．木块与地面之间的相互作用力分别是：木块对地面的压力和地面对木块的支持力；木块受到的地球的引力和它对地球的引力；木块对地面的摩擦力和地面对它的摩擦力．
二、牛顿第三定律
师：根据以上的实验结果，我们可以得到作用力和反作用力之间的关系，这就是牛顿第三定律的内容：
[多媒体展示]
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．
师：根据牛顿第三定律的内容，结合大家做的实验，我们来讨论总结一下作用力和反作用力的特点．
学生讨论总结，老师补充不完整的部分
生1：作用力和反作用力总是成对出现，同时产生，同时变化，同时消失．
生2：作用力和反作用力作用在两个相互作用的不同物体上，各自产生作用效果，不会抵消．
生3：作用力和反作用力是同一性质的力．
生4：物体间的相互作用力既可是接触力，也可以是非接触力．
[教师总结]从上例中可知．作用力和反作用力除了大小相等、方向相反、作用在同一直线上外，还有性质相同、作用对象不同的关系．所以我们可以用下面一句话概括作用力和反作用力之间的关系：
同值、同性、同变化，异物、反向、又共线．
(三)相互作用力与平衡力间的关系
[教师)请同学们回忆一下什么是平衡力?
[学生]作用在物体上的两个力，如果大小相等、方向相反．且作用在一条直线上，那么这两个力就是一对平衡力．
[教师]请同学们分析一下，手竖直握着酒瓶的瓶颈，而酒瓶静止时．瓶子的受力中有几对作用力和反作用力?有几对平衡力?作用力和反作用力的关系跟两平衡力间关系有何相同之处?
[学生门有两对作用力和反作用力．
[学生2]有一对平衡力．
[学生3]它们间的相同处有：
(1)大小都是相同的．
(2)方向都是相反的．
(3)都是在同一直线上．
[教师总结]通过上例分析可知，作用力和反作用力的关系跟两平衡力间关系的相同之处可以概括为：同值、共线、都反向．
[教师)g日么是不是说相互作用的作用力和反作用力就跟平衡力是一样的呢?
[学生]不是一样的．
[教师]那它们究竟有什么区别呢?请同学们结合前面的例子，从作用对象、力的性质、作用效果，作用时间四个方面加以分析．
[学生活动]举例、讨论．
[教师]在学生讨论的基础上总结．作用力和反作用力的关系与两平衡力关系的不同点主要有：
(1)作用对象不同
作用力和反作用力是作用在两个物体上的，而平衡力是作用在同一物体上的．
(2)力的性质是不相同的
作用力和反作用力一定是同种性质的力，而平衡力中的两个力不一定同性．
(3)作用效果不同
作用力和反作用力由于作用在不同的研究对象上，所以它们的作用效果不能相互抵消，而平衡力中的两个力作用在同一物体上，它们的作用效果是可以相互抵消的，这也正是我们所说的“平衡”的真实体现．
(4)作用时间不同
作用力和反作用力是同生、同灭、同变化的，而平衡力都不一定要有这种关系，它可以一个力消失而另一个力独立存在．同时也可以一个力不变而另一个力变化．
学生讨论，多媒体展示表格
(课堂训练)
跳高运动员从地面起跳的瞬间，下列说法哪些是正确的………………( )
A．运动员给地面的压力大于运动员受到的重力
B．地面给运动员的支持力大于运动员受到的重力
C．地面给运动员的支持力大于运动员对地面的压力
D．地面给运动员的支持力等于运动员对地面的压力
i)析与解答：地面给运动员的支持力和运动员对地面的压力是一对作用力和反作用力，永远大小相等，方向相反，作用在一条直线上，与运动员的运动状态无关．所以选项C错误，选项D正确．跳高运动员从地面起跳的瞬间，必有向上的加速度，这是因为地面给运动员的支持力女于达运动员受到的重力，运动员所受合外力竖直向上的结果．所以选项B正确．依据牛顿第三定律可知，选项A正确．
答案：ABD
[小结]
学生在以前前的学习中，容易形成死记硬背的习惯，所以对学生所学内容很可能只是机械记，而没有深入地思考，因此教师应尽量放手让学生自己发现、探索、总结、例证等等，才能让学生真正地抓住重点，突破难点．对于应用牛顿第三定律的学习，学生更容易眼高手低，总觉得很简单，但大部分学生并没真正地理解．这一节课从实验人手，让学生自己分析总结，得出结论，这样可以加深学生的理解．

作业：
教材第88页问题与练习．
板书设计:
用牛顿定律解决问题（－）
教学目标：
知识与技能
1．知道应用牛顿运动定律解决的两类主要问题．
2．掌握应用牛顿运动定律解决问题的基本思路和方法．
3．能结合物体的运动情况对物体的受力情况进行分析．
4．能根据物体的受力情况推导物体的运动情况．
5．会用牛顿运动定律和运动学公式解决简单的力学问题．
过程与方法
1．通过实例感受研究力和运动关系的重要性．
2．通过收集展示资料，了解牛顿定律对社会进步的价值．
3．培养学生利用物理语言表达、描述物理实际问题的能力．
4．帮助学生提高信息收集和处理能力，分析、思考、解决问题的能力和交流、合作能力．
5．帮助学生学会运用实例总结归纳一般问题的解题规律的能力．
6．让学生认识数学工具在表达解决物理问题中的作用．
情感态度与价值观
1．初步认识牛顿运动定律对社会发展的影响．
2．初步建立应用科学知识的意识．
3．培养学生科学严谨的求实态度及解决实际问题的能力．
教学重点、难点：
教学重点
1．已知物体的受力情况，求物体的运动情况．
2．已知物体的运动情况，求物体的受力情况．
教学难点
1．物体的受力分析及运动状态分析和重要的解题方法的灵活选择和运用．
2．正交分解法．
教学方法：
探究、讲授、讨论、练习
教学手段：
教具准备
多媒体教学设备．
课时安排：
新授课（2课时）
教学过程：
[新课导入]
利用多媒体投影播放汽车的运动，行星围绕太阳运转，“神舟”五号飞船的发射升空及准确定点回收情景、导弹击中目标的实况录像资料．
学生观看录像，进入情景
师：我国科技工作者能准确地预测火箭的变轨、卫星的着地点，他们靠的是什么?
生：牛顿运动定律中力和运动的关系．
师：利用我们已有的知识是否也能研究这一类问题?
生：不能，因为这样一类问题太复杂了，应该是科学家的工作．
师：一切复杂的问题都是由简单的问题组成的，现在我们还不能研究如此复杂的运动，但是我们现在研究问题的方法将会对以后的工作有很大的帮助．我们现在就从类似的较为简单的问题人手，看一下这一类问题的研究方法．
[新课教学]
一、从受力情况分析运动情况
师：大家看下面一个例题．
多媒体投影展示例题，学生分析讨论，尝试解决
例题：一个静止在水平地面上的物体，质量是2kg，在6．4 N的水平拉力作用下沿水平地面向右运动．物体与地面间的摩擦力是4．2 N．求物体在4s末的速度和4s内的位移．
师：本题研究对象是谁?
生：本题的研究对象是在水平面上运动的物体．
师：它共受几个力的作用?
生：它一共受到四个力的作用，分别是物体的重力，方向竖直向下；地面对它的支持力，方向垂直地面向上，这两个力的合力为零；水平向右的拉力和水平向左的摩擦力．
师：物体所受的合力沿什么方向?大小是多少?
生：物体所受的合力沿物体的运动方向即向右，大小等于F-f＝6.4N-4.2N＝2.2 N．
师：本题要求计算位移和速度，而我们只会解决匀变速运动问题．这个物体的运动是匀变速运动吗?依据是什么?
生：这个物体的运动是匀加速运动，根据是物体所受的合力保持不变．
师：经分析发现该题属于已知受力求运动呢，还是已知运动求受力呢?
生：是已知受力情况求物体的运动情况．
师：通过同学们的分析，在分析的基础上，画出受力分析图，并完整列出解答过程．
多媒体显示学生的受力分析图(如图4—6—1)
师：受力分析的图示对研究这一类问题很有帮助，特别是对一些复
作业：
板书设计: 教学后记：
用牛顿定律解决问题（二）
教学目标：
知识与技能
1．理解共点力作用下物体平衡状态的概念，能推导出共点力作用下物体的平衡条件．
2．会用共点力平衡条件解决有关力的平衡问题．
3．通过实验认识超重和失重现象，理解产生超重、失重现象的条件和实质．
4．进一步熟练掌握应用牛顿运动定律解决问题的方法和步骤．
过程与方法
1．培养学生的分析推理能力和实验观察能力．
2．培养学生处理三力平衡问题时一题多解的能力．
3．引导帮助学生归纳总结发生超重、失重现象的条件及实质．
情感态度与价值观
1．渗透“学以致用”的思想，有将物理知识应用于生产和生活实践的意识，勇于探究与日常生活有关的物理问题．
2．培养学生联系实际、实事求是的科学态度和科学精神．
教学重点、难点：
教学重点
1．共点力作用下物体的平衡条件及应用．
2．发生超重、失重现象的条件及本质．
教学难点
1．共点力平衡条件的应用．
2．超重、失重现象的实质．正确分析受力并恰当地运用正交分解法．
教学方法：
探究、讲授、讨论、练习
教学手段：
多媒体教学设备，体重计、装满水的塑料瓶等
课时安排：
新授课（2课时）
教学过程：
[新课导入]
师：上一节课中我们学习了用牛顿运动定律解决问题的两种方法，根据物体的受力情况确定物体的运动情况和根据物体运动情况求解受力情况．这一节我们继续学习用牛顿运动定律解题．
师：我们常见的物体的运动状态有哪些种类?
生：我们常见的运动有变速运动和匀速运动，最常见的是物体静止的情况．
师：如果物体受力平衡，那么物体的运动情况如何?
生：如果物体受力平衡的话，物体将做匀速直线运动或静止，这要看物体的初速度情况．
[新课教学]
一、共点力的平衡条件
师：那么共点力作用下物体的平衡条件是什么?
生：因为物体处于平衡状态时速度保持不变，所以加速度为零，根据牛顿第二定律得：物体所受合力为零．
师：同学们列举生活中物体处于平衡状态的实例．
生1：悬挂在天花板上的吊灯，停止在路边的汽车，放在地面上的讲桌以及放在讲桌上的黑板擦等等．
生2：竖直上抛运动的物体到达最高点的瞬间．
师：大家讨论一下竖直上抛的物体到达最高点的瞬间是否处于平衡状态，
学生讨论，回答提问
生1：竖直上抛的最高点物体应该处于平衡状态，因为此时物体速度为零．
生2：我不同意刚才那位同学的说法，物体处于平衡状态指的是物体受合力为零的状态，并不是物体运动速度为零的位置．处于竖直上抛最高点的物体只是在瞬间速度为零，它的速度立刻就会发生改变，所以不能认为处于平衡状态．
师：刚才的同学分析得非常好，大家一定要区分到底是速度为零还是合外力为零时物体处于平衡状态，经过讨论分析我们知道应该是合外力为零时物体处于平衡状态．为了加深同学们对这个问题的理解，我们通过一个例子来进一步探究物体的平衡是怎样进行研究的，
多媒体投影课本中的例题、三角形的悬挂结构及其理想化模型
师：轻质细绳中的受力特点是什么?
生：轻质细绳中的受力特点是两端受力大小相等，内部张力处处相等．
师：节点O的受力特点是什么?
生：节点O的受力特点是一理想化模型，所受合外力为零．
师：我们分析的依据是什么?
生：上面的分析借助牛顿第二定律进行，是牛顿第二定律中合力等于零的特殊情况．
师：同学们把具体的解答过程写出来．
投影学生的解答过程
解答：如图4—7—1所示,F1、F2、F3三个力的合力为零，表示这三个力在x方向的分矢量之和及y轴方向的分矢量之和也都为零，也 就是：
F2一FlcsӨ＝0
师：在这个同学解题的过程中，他采用的是什么方法?
生：正交分解法：将其中任意一个力沿其余两个力的作用线进行分解，其分力必然与其余两个力大小相等．
师：除了这种方法之外，还有没有其他的方法?
生1：可以用力的合成法，任意两个力的合力与第三个力大小相等，方向相反．
生2：也可以用三角形法，将其中任意两个力进行平移，使三个力首尾依次连接起来，应构成一闭合三角形．
师：总结：处理多个力平衡的方法有很多，其中最常见的就是刚才几位同学分析的这三种方法，即正交分解法、力的合成法和三角形定则．这几种方法到底采用哪一种方法进行分析就要看具体的题目，在实际操作的过程中大家可以灵活掌握．
二、超重和失重
(学生实验)
一位同学甲站在体重计上静止，另一位同学说出体重计的示数．注意观察接下来的实验现象．
学生活动：观察实验现象，分析原因
师：甲突然下蹲时，体重计的示数是否变化?怎样变化?
生：体重计的示数发生了变化，示数变小了．
师：甲突然站起时，体重计的示数是否变化?怎样变化?
生：体重计的示数发生了变化，示数变大．
师：当人下蹲和突然站起的过程中人受到的重力并没有发生变化，为什么体重计的示数发生了变化呢?
生：这是因为当人静止在体重计上时，人处于受力平衡状态，重力和体重计对人的支持力相等，而实际上体重计测量的是人对体重计的压力，在这种静止的情况下，压力的大小是等于重力的．而当人在体重计上下蹲或突然站起的过程中，运动状态发生了变化，也就是说产生了加速度，此时人受力不再平衡，压力的大小不再等于重力，所以体重计的示数发生了变化．
这位同学分析得非常好，我们把物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力叫做物体的视重，当物体运动状态发生变化时，视重就不再等于物体的重力，而是比重力大或小．大家再看这样一个问题：
多媒体投影例题：人站在电梯中，人的质量为m．如果当电梯以加速度。加速上升时，人对地板的压力为多大?
学生思考解答
生1：选取人作为研究对象，分析人的受力情况：人受到两个力的作用，分别是人的重力和电梯地板对人的支持力．由于地板对人的支持力与人对地板的压力是一对作用力与反作用力，根据牛顿第三定律，只要求出地板对人的支持力就可以求出人对地板的压力．
生2：取向上为正方向，根据牛顿第二定律写出支持力F、重力G、质量m、加速度a的方程F—G=ma，由此可得：F＝G+ma＝m(g+a)人对地板的压力F与地板对人的支持力大小相等，即F’＝m(g+a)由于m(g+a)>mg，所以当电梯加速上升时，人对地板的压力比人的重力大．
师：物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)大于物体受到的重力的现象称为超重现象．物体处于超重现象时物体的加速度方向如何呢?
生：物体的加速度方向向上．
师：当物体的加速度方向向上时，物体的运动状态是怎样的?
生：应该是加速上升．
师：大家看这样一个问题：
投影展示：人以加速度a减速下降，这时人对地板的压力又是多大?
学生讨论回答
生1：此时人对地板的压力也是大于重力的，压力大小是：F＝m(g+a)．
生2：加速度向上时物体的运动状态分为两种情况，即加速向上运动或减速向下．
师：大家再看这样几个问题：
(投影展示)
1．人以加速度A加速向下运动，这时人对地板的压力多大?
2．人随电梯以加速度。减速上升，人对地板的压力为多大?
3．人随电梯向下的加速度a＝g，这时人对地板的压力又是多大?
师：这几种情况物体对地板的压力与物体的重力相比较哪一个大?
生：应该是物体的重力大于物体对地板的压力．
师：结合超重的定义方法，这一种现象应该称为什么现象?
生：应该称为失重现象．当物体对支持物的压力和对悬挂物的拉力小于物体重力的现象称为失重．
师：第三种情况中人对地板的压力大小是多少?
生：应该是零．
师：我们把这种现象叫做完全失重，完全失重状态下物体的加速度等于重力加速度g．
师：发生超重和失重现象时，物体实际受的重力是否发生了变化?
生：没有发生变化，只是物体的视重发生了变化．
师：为了加深同学们对完全失重的理解，我们看下面一下实验，仔细观察实验现象．
课堂演示实验：取一装满水的塑料瓶，在靠近底部的侧面打一小孔，让其做自由落体运动．
生：观察到的现象是水并不从小孔中喷出，原因是水受到的重力完全用来提供水做自由落体运动的加速度了．
师：现在大家就可以解释人站在台秤上，突然下蹲和站起时出现的现象了．
[课堂训练]
1．某人站在台秤的底板上，当他向下蹲的过程中…………………………( )
A.由于台秤的示数等于人的重力，此人向下蹲的过程中他的重力不变，所以台秤的示数也不变
B．此人向下蹲的过程中，台秤底板既受到人的重力，又受到人向下蹲的力，所以台秤的示数将增大
C.台秤的示数先增大后减小
D.台秤的示数先减小后增大
答案：D
2．如图4—7，4所示，A为电磁铁，C为胶木秤盘，A和C(包括支架)的总质量为M，B为铁片，质量为m，整个装置用轻绳悬挂于O点．当电磁铁通电，铁片被吸引上升的过程中，轻绳上拉力F的大小为( )
A．F：mg B.Mg