牛顿第三定律

《牛顿第三定律》教案

一、教学目标

1. 物理观念：知道力的作用是相互的，理解作用力和反作用力的概念；理解牛顿第三定律的含义，并能用它解释生活中的现象。

2. 科学思维：会区分一对平衡力与一对相互作用力；掌握受力分析的基本步骤和顺序，能对简单物体进行初步受力分析。

3. 科学态度与责任：通过拔河比赛、“押加”运动、以卵击石等生活实例，体会牛顿第三定律在生活生产中的普遍应用，培养将物理知识应用于实际的意识。

二、教学重点与难点

重点：牛顿第三定律的内容及作用力与反作用力的关系；一对相互作用力与一对平衡力的比较。

难点：一对相互作用力与一对平衡力的区分；物体受力的初步分析，特别是摩擦力是否存在及方向的判断。

三、教学过程

（一）导入新课

通过展示儿童滑滑梯、志愿者提水桶等生活图片，引导学生思考：用手推墙，墙是否也在推手？为什么拔河比赛时甲队能获胜？引出作用力与反作用力的研究课题。结合情境链接：我国传统体育项目“押加”比赛中甲获胜，是不是甲对绳的拉力大于乙对绳的拉力？提示：根据牛顿第三定律，甲对绳的拉力大小时刻等于绳对甲的拉力大小，乙同理，而同一根绳上拉力相等，所以甲、乙对绳的拉力大小相等。甲获胜的原因是甲受到地面的摩擦力大于绳对甲的拉力，乙失败的原因是绳对乙的拉力大于乙受到地面的摩擦力。

（二）基础落实——必备知识全过关

1. 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。施力物体同时也一定是受力物体。物体间相互作用的这一对力叫作作用力和反作用力。

（3）作用力和反作用力总是互相依赖、同时存在的。我们可以把其中任何一个力叫作作用力，另一个力叫作反作用力。

2. 牛顿第三定律

（1）作用力与反作用力的特点：将两弹簧测力计A、B连接在一起，当用力缓慢拉A弹簧测力计时，发现不管拉力F多大，A、B两弹簧测力计的示数差是零，这个实验说明作用力与反作用力大小相等。

（2）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。

（3）表达式：F=-F'，负号表示两力的方向相反。

3. 物体受力的初步分析

（1）分析物体的受力情况，是分析力与运动关系的基础。

（2）受力分析：把指定物体（研究对象）受到的所有力找出来，并画出受力示意图，这就是受力分析。

（3）受力分析的顺序：按重力、弹力、摩擦力和其他力的顺序来分析。

（4）受力分析的思路：一是根据物体运动状态的变化来分析，二是根据各种力的特点，从相互作用的角度来分析。

（5）一对平衡力：作用在同一个物体上的两个力，大小相等、方向相反，作用在同一直线上，这样的一对力称为平衡力。一对平衡力不一定是性质相同的力，而一对作用力和反作用力的性质一定相同。

4. 教材拓展

阅读教材第70页物体受力的初步分析，思考：一小孩尝试用水平力推静止在水平地面上的大木箱但没有推动，木箱与地面间有几对相互作用力？

提示：两对。木箱没有动，则木箱处于平衡状态，木箱受到重力、地面的支持力、地面的摩擦力以及人的推力，其中地面的支持力、地面的摩擦力都是地面给木箱的，可知木箱与地面间有两对相互作用力。

5. 易错辨析

（1）物体间可能只有作用力，而没有反作用力。（错误）物体间的力总是相互的。

（2）物体间先有作用力，然后才有反作用力。（错误）作用力和反作用力总是同时产生、同时消失。

（3）物体间的作用力和反作用力等大、反向，可以抵消。（错误）作用力和反作用力作用在不同物体上，不能抵消。

（4）物块静止放在水平桌面上，物块所受重力和桌面对物块的支持力是一对相互平衡的力。（正确）

（5）物体对桌面的压力与桌面对物体的支持力是一对相互平衡的力。（错误）物体对桌面的压力与桌面对物体的支持力是一对相互作用力。

（三）重难探究——能力素养全提升

探究点一：正确理解牛顿第三定律

1. 导学探究

成语“以卵击石”是指拿蛋去碰石头，比喻不自量力，自取灭亡。

（1）以卵击石时，卵对石头的作用力大，还是石头对卵的作用力大？

（2）为什么会出现卵碎石全的不同效果？

提示：（1）卵对石头的作用力与石头对卵的作用力是一对作用力和反作用力，根据牛顿第三定律可知，两个力等大、反向；（2）虽然卵对石头的作用力与石头对卵的作用力等大，但由于两者能承受的最大外力不同，所以会出现不同的作用效果。

2. 知识归纳

（1）作用力和反作用力的关系：“四同”——等大（大小相等，不能认为只有物体处于平衡状态时作用力和反作用力才大小相等）、共线（作用在同一条直线上）、同时（同时产生、同时变化、同时消失，不能认为先有作用力后有反作用力）、同性质（一定是性质相同的力，性质不同的力不可能有作用力和反作用力的关系）。

（2）牛顿第三定律的适用范围：定律中的“总是”说明对于任何物体、在任何情况下牛顿第三定律都是成立的。

3. 典例剖析

【例题1】拔河比赛的结果是甲队取得胜利。在整体向左加速的过程中，甲、乙两队对绳子拉力的大小分别为F_甲、F_乙，绳子的质量忽略不计，则下列说法正确的是（B）。

A.F_甲>F_乙；B.F_甲=F_乙；C.F_甲比F_乙先产生；D.F_甲与F_乙是一对作用力和反作用力。

解析：甲队对绳子的拉力与绳子对甲队的拉力是一对作用力和反作用力，它们大小相等、方向相反；乙队对绳子的拉力与绳子对乙队的拉力是一对作用力和反作用力，它们大小相等、方向相反；因为绳子上的拉力相等，所以甲队对绳子的拉力等于乙队对绳子的拉力，即F_甲=F_乙。因F_甲与F_乙都是作用在绳子上的力，故不是一对作用力和反作用力。故选B。

方法技巧：牛顿第三定律是个普遍规律，它的成立不受条件限制，作用力和反作用力的关系与物体运动状态、参考系的选取均无关。

对点演练1：靠墙静蹲是一种流行的健身运动。女士背部保持挺直且倚靠在瑞士球上，瑞士球倚靠在竖直墙面上，此时女士和瑞士球都处于静止状态。下列说法正确的是（D）。

A.女士给瑞士球的弹力与墙面给瑞士球的弹力是一对作用力与反作用力

B.若瑞士球向下加速运动，女士给瑞士球的弹力小于瑞士球给女士的弹力

C.女士对地面的压力就是女士受到的重力

D.女士对地面的压力与地面对女士的支持力是一对相互作用力

解析：女士给瑞士球的弹力与墙面给瑞士球的弹力都作用在瑞士球上，不是一对作用力与反作用力，A错误；女士给瑞士球的弹力与瑞士球给女士的弹力是一对作用力和反作用力，等大反向，B错误；压力和重力是不同性质的力，不能说女士对地面的压力就是女士受到的重力，C错误；女士对地面的压力与地面对女士的支持力是一对相互作用力，D正确。

探究点二：一对相互作用力与一对平衡力之间的比较

1. 导学探究

在水平桌面上放置一个重力为G的茶杯，试分析茶杯受到哪几个力的作用。这几个力的反作用力分别是什么力？这几个力的平衡力又分别是什么力？

提示：茶杯受到重力和桌面对它的支持力两个力的作用。重力的反作用力是茶杯对地球的吸引力，支持力的反作用力是茶杯对桌面的压力。茶杯受到的重力和桌面对茶杯的支持力是一对平衡力。

2. 知识归纳

一对相互作用力与一对平衡力之间的比较：

共同点：大小相等、方向相反、作用在同一条直线上。

不同点：

作用对象：一对作用力和反作用力分别作用在两个物体上；一对平衡力作用在同一个物体上。

依赖关系：一对作用力和反作用力相互依存，不可单独存在，同时产生、同时变化、同时消失；一对平衡力无依赖关系，撤除一个力，另一个力可依然存在。

力的性质：一对作用力和反作用力一定是同一性质的两个力；一对平衡力不一定是同一性质的两个力。

作用效果：一对作用力与反作用力因作用在两个物体上，各自产生作用效果，不能相互抵消；一对平衡力使物体保持平衡状态。

两对力的关注对象的差异：平衡力只关注一个物体所受的力；作用力和反作用力需要关注两个相互作用的物体。

3. 典例剖析

【例题2】感应飞行器底部设置了感应器装置，将手置于离飞行器底部一定距离处，就可以使飞行器静止悬浮在空中。下列说法正确的是（C）。

A.手对飞行器的作用力与飞行器所受的重力是一对平衡力

B.空气对飞行器的作用力和空气对手的作用力是一对作用力和反作用力

C.空气对飞行器的作用力方向竖直向上

D.因为空气会流动，所以螺旋桨对空气的作用力和空气对螺旋桨的作用力大小不相等

解析：手对飞行器无作用力，A错误；空气对手无作用力，B错误；悬停在空中的飞行器受到重力和空气的作用，处于平衡状态，所以二力是一对平衡力，重力的方向竖直向下，则空气对飞行器的作用力方向竖直向上，C正确；螺旋桨对空气的作用力和空气对螺旋桨的作用力是一对相互作用力，大小相等，D错误。

方法技巧：区分相互作用力与平衡力的三种技巧——（1）看研究对象：一对作用力和反作用力作用在不同物体上，而一对平衡力作用在同一物体上；（2）看依存关系：一对作用力和反作用力同生同灭，相互依存，而一对平衡力则彼此没有依存关系；（3）看涉及的物体的个数：作用力和反作用力只涉及两个相互作用的物体；平衡的一对力涉及三个物体，即两个施力物体同时作用在一个受力物体上。

对点演练2：重力为G的扫地机器人在水平地板上行驶，地板对机器人的支持力为F_N，机器人对地板的压力为F_N'，下列说法正确的是（C）。

A.当扫地机器人加速行驶时，F_N大于F_N'

B.当扫地机器人减速行驶时，F_N大于F_N'

C.无论扫地机器人如何运动，F_N的大小和F_N'的大小总相等

D.当扫地机器人匀速行驶时，F_N与F_N'是一对平衡力

解析：机器人在水平地面上行驶，地面对机器人的支持力和机器人对地面的压力分别作用在两个不同的物体上，是地面与机器人的相互作用力，根据牛顿第三定律，总是大小相等、方向相反、作用在同一条直线上，与机器人如何运动无关，A、B错误，C正确；当扫地机器人匀速行驶时，G与F_N是一对平衡力，而F_N与F_N'是一对相互作用力，D错误。

探究点三：对物体受力分析的理解

1. 导学探究

新型磁性板擦带有磁性吸条可以吸附在黑板上，便于取用。吸附在黑板上的磁性板擦受到了哪些力的作用？

提示：重力、黑板的弹力、黑板的吸力、黑板表面的摩擦力。

2. 知识归纳

受力分析：分析物体受到哪些力，并将它们以示意图的形式表示出来，这一过程及方法叫受力分析。

受力分析的步骤：确定研究对象（可以是单个物体或物体的一部分，也可以是几个物体组成的系统）→按顺序分析受力（通常按重力、弹力、摩擦力、其他力的顺序逐个分析）→画出力的示意图（将作用点画在重心上）→检查正误（是否有遗漏或多余的力，已分析的力是否正确）。

3. 典例剖析

【例题3】放在水平地面上的物体A上表面有一物体B，B与A之间有一处于拉伸状态的弹簧，整个装置处于静止状态，如图所示，则关于A和B受力情况的判断，正确的是（D）。

A.B受到A对它向右的摩擦力

B.根据受力分析，A受到了6个力的作用

C.地面对A的摩擦力方向向右

D.地面对A不存在摩擦力作用

解析：弹簧处于拉伸状态，B受到弹簧弹力向右，对B由二力平衡可知，B受到A对它向左的摩擦力，A错误；根据受力分析，A受到重力、地面的支持力、B的压力、B的摩擦力和弹簧的拉力5个力的作用，B错误；选整体为研究对象，整个装置处于静止状态，因而地面对A没有摩擦力，C错误，D正确。

方法技巧：对物体受力分析的注意事项——（1）分析弹力、摩擦力时，先按照顺时针或逆时针顺序确定物体周围与之接触的面（或点），后分析每个面（或点）上的弹力、摩擦力情况；（2）当两个或多个物体都处于平衡状态时，可以把它们看作“一个物体”来分析某些力的情况。

对点演练3：A物体沿竖直墙自由下滑，B、C、D物体均静止，各接触面均粗糙。下列说法正确的是（C）。

A.A物体受到三个力作用；B.B物体受到四个力作用；C.C物体受到三个力作用；D.D物体受到三个力作用。

解析：A物体沿竖直墙自由下滑，说明物体A与竖直墙之间没有弹力和摩擦力，因此A只受重力作用，A错误；B物体处于静止状态，受到重力、支持力、摩擦力三个力的作用，B错误；C物体受到重力和两个绳子的拉力三个力作用，C正确；D物体处于静止状态，受到重力、支持力、绳子的拉力和摩擦力四个力的作用，D错误。

（四）学以致用——随堂检测全达标

1.（相互作用力的理解）在某次踢毽子的过程中，关于毽子与脚之间的相互作用力，下列说法正确的是（C）。

A.毽子对脚的作用力大于脚对毽子的作用力

B.毽子对脚的作用力小于脚对毽子的作用力

C.毽子对脚的作用力等于脚对毽子的作用力

D.毽子对脚的作用力与脚对毽子的作用力方向相同

解析：毽子对脚的作用力与脚对毽子的作用力是一对相互作用力，大小相等、方向相反，故C正确，A、B、D错误。

2.（受力分析、区分平衡力和相互作用力）（多选）半球形的碗固定在水平地面上，碗口水平，O点为其球心，碗的内外表面及碗口光滑。一根细线跨在碗口上，两端分别系有小球甲、乙，且细线末端的延长线均过小球甲、乙的球心。当小球甲、乙均处于静止状态时，小球乙上端细线恰好竖直。下列说法正确的是（B、C）。

A.小球乙受到两个力的作用

B.小球甲受到三个力的作用

C.碗壁对小球乙没有弹力

D.细线对小球甲的拉力与小球甲对细线的拉力是一对平衡力

解析：小球乙上端细线恰好竖直，说明碗壁对乙没有弹力；乙受到竖直向下的重力和细线的拉力处于平衡状态，A错误，C正确；小球甲受到竖直向下的重力、碗壁的弹力、细线的拉力三个力的作用，B正确；细线对小球甲的拉力与小球甲对细线的拉力是作用力和反作用力，D错误。

3.（物体受力分析）（多选）用水平推力F使物块b将物块a紧压在光滑的竖直墙面上，物块均处于静止状态，则下列说法正确的是（B、C）。

A.竖直墙面对物块a有摩擦力作用

B.物块b对物块a有摩擦力作用

C.物块a受到的摩擦力方向竖直向上

D.物块a也受到推力F的作用

解析：竖直墙面光滑，则竖直墙面对物块a没有摩擦力作用，A错误；由于物块a处于静止状态，则竖直方向受力平衡，所以物块b对物块a有竖直向上的摩擦力作用，B、C正确；推力作用在b上，与物块a之间没有接触，所以物块a没有受到推力F的作用，D错误。

四、课堂小结

本节课学习了牛顿第三定律及物体受力的初步分析。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，具有“等大、共线、同时、同性质”的特点，与物体的运动状态和参考系的选择无关。作用力和反作用力分别作用在两个物体上，不能抵消；一对平衡力作用在同一物体上，可以抵消。物体受力分析的一般顺序是重力、弹力、摩擦力、其他力，画受力示意图时作用点通常画在重心上。解题时要善于区分一对相互作用力与一对平衡力，注意从研究对象、依存关系和涉及物体个数等方面进行分析。

五、作业布置

1. 完成课后随堂检测相关习题。

2. 整理牛顿第三定律与二力平衡的对比表。

3. 完成教材中关于物体受力分析的练习题，画出受力示意图。

六、教学反思（供教师使用）

牛顿第三定律内容简单，但学生容易将作用力与反作用力和平衡力混淆，教学中应通过典型实例和对比表格帮助学生区分。受力分析是后续学习的基础，应引导学生养成按顺序分析受力的习惯，先重力、再弹力、后摩擦力，避免漏力或添力。可结合拔河比赛、以卵击石等生活实例，激发学生的学习兴趣，帮助学生理解定律的普遍性。

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