第四章 牛顿运动定律
4.5 牛顿第三定律
教学目标
(一) 知识与技能
1. 知道作用力与反作用力的概念
2. 理解、掌握牛顿第三定律
3. 区分平衡力跟作用力与反作用力
(二) 过程与方法
4. 通过学生自己设计实验，培养学生的独立思考能力和实验能力
5. 通过用牛顿第三定律分析物理现象，可培养学生分析解决实际问题的能力
(三) 情感态度与价值观
6. 培养学生实事求是的科学态度和团结协作的科学精神
7. 培养学生敢于实践，勇于创新的精神；让学生体验物理世界普遍存在的对称美 教学重点
1. 掌握牛顿第三定律，并用它分析实际问题
2. 区分平衡力和作用力与反作用力
教学难点
1. 区分平衡力和作用力与反作用力
教学过程
一、引入：
师：前面学习力的概念时，我们就一起讨论过物体间的作用是相互的，A对B作用的同时B对A也有作用。正所谓“孤掌难鸣”，两只手才能拍响，请大家都拍拍手体会一下物体间的作用是不是相互的？如何能看出来两手间的作用是相互的？
生：两只手都拍红了，拍疼了。所以两手间的作用是相互的。 师：对！日常生活中有太多的实例可以证明物体间的作用是相互的。例如坐在椅子上推桌子，也会感到桌子在推我们，我们的身体要后仰；一只船上的人用手推另一只船，两只船将开始向相反的方向运动等。
师：物体之间的作用是相互的，我们把物体之间的一对相互作用力叫做作用力和反作用力。
问：AB之间有相互作用，A对B有作用力的同时B对A也有作用力，请问哪一个力是作用力？哪一个是反作用力？
【牢记】：相互作用的一对力，任选其中一个称为作用力，则另一个称为反作用力。 演示实验
在两辆小车上各固定一根条形磁铁，当磁铁的同名磁极靠近时，放手小车两车被推开；当异名磁极接近时，两辆小车被吸拢。
带领学生观看视频文件
二、作用力和反作用力
师：下面我们一起来研究作用力与反作用力之间的关系，请同学们想一想，我们应该从哪几个方面着手来研究？
生：既然作用力与反作用力也是力，我认为应该从力的三要素：大小、方向作用点三个方面着手研究。
师：好！那我们现在先来着手研究作用力与反作用力的大小关系。
（1）大小关系
师：要比较作用力与反作用力的大小关系，最好能测量出作用力与反作用力的大小，再进行比较。在实验室中，常用的测力工具就是弹簧秤。现在每位同学的座位上均摆放了两个弹簧秤，还有一些木块小车等。请大家分组设计实验，然后每组派一个代表说出各组的设计思想，大家相互补充指正。
学生开始着手设计，教师巡视。
学生派代表说出各自的想法，师生一起讨论指正，并比较得出较合适的方法。
师：通过刚才的比较分析，我们发现最直接简便的方法就是将两个弹簧秤的挂钩钩在一起对拉。A弹簧秤对B弹簧秤的拉力和B弹簧秤对A弹簧秤的拉力是作用力和反作用力。A弹簧秤的示数反映的是A对B的拉力，B弹簧秤的示数反映的是B对A的拉力。请大家分别用不同的力对拉，观察两弹簧的示数的大小关系如何？
学生分组实验
师：通过刚才的实验，大家发现作用力与反作用力的大小关系是怎样的啊？ 生：目前的实验结果告诉我：作用力与反作用力始终是大小相等的。
观看实验动画，加强感官印象
师：下面请一个同学（身高应矮一点）上来，与老师进行拔河比赛（不用绳子，手与手对拉）。
师生互动实验：老师和一个小个子同学进行拔河比赛，结果发现老师胜了，学生输了。
师：对刚才的实验，先请一位同学从中至少找出一对作用力与反作用力。 生：老师对地面的挤压和地面对老师的支持力；老师对地面的摩擦力和地面对老师的摩擦力；老师拉学生的力和学生拉老师的力等。
师：老师拉学生的力与学生拉老师的力大小关系如何？ 生：老师拉学生的力大于学生拉老师的力。 生：不对，刚才的实验我们不是发现作用力与反作用力大小相等吗？老师拉学生的力与学生拉老师的力是作用力与反作用力，应该大小相等。
师：刚才的两位同学哪一位说得对呢？我们又该如何来验证呢？
学生思考，久久不能回答
师：其实我们完全可以再利用两个弹簧秤来模拟拔河过程。其中一个弹簧秤相当于老师，另一个相当于学生，并分两种情况进行。
1．两弹簧秤勾在一起对拉，处于静止不动时（模仿拔河比赛，双方处于僵持状态）；
2．两弹簧秤勾在一起拉，并向一方运动（相当于比赛绳子被拉向一方时的状态）；
（学生分组实验）：做5分钟时间，教师巡回指导，并要求学生对秤先校零，让学生自己总结出在各种状况下，两拉力大小的关系。
演示实验：老师亲自用大弹簧秤和小弹簧秤模仿拔河比赛，正确做好示范动作，并画图进行解释，注意两力的方向，得出自己的结论。
观看拔河动画
【牢记】：两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等
带领学生做课本上81的做一做
用传感器探究作用力与反作用力的关系
把一只力传感器连在计算机上，传感器的钩子上挂钩码，钩子受力的大小随时间变化的情况可以由计算机屏幕显示。
实验时，把两只力传感器同时连在计算机上，其中一只系在墙上，另一只握在手中。计算机中横坐标上下两条曲线分别表示两只传感器受力的大小。
用力拉一只传感器，可以看到，在一只传感器受力的同时，另一只传感器也受到力的作用，而且在任何时刻两个力的大小都是相等的、方向都是相反的
运动中两物体间的作用力与反作用力同样是大小相等的，这点从计算机屏幕上也可以清楚地显示。把一只传感器系在一个物体上，另一只握在手中，当通过传感器用力拉物体时，尽管物体运动状态可能变化，力的大小也可能随时间变化，但在任何时刻，作用力与反作用力总保持大小相等。
没有条件的学校可以观看视频文件
例1、当两只手分别用20N的力在同一直线上沿相反方向拉弹簧秤的挂钩和手拉环，弹簧秤的示数是多少？
【答案】20N
【解析】先将弹簧秤一端固定在墙上，另一端用20N力拉，弹簧承受的拉力是20N，示数是20N，同时弹簧秤对墙的拉力也是20N，墙对弹簧秤的拉力是20N，然后用手模拟墙的作用，左手不动，弹簧一端固定在左手上，另一端用右手拉，弹簧秤示数20N，弹簧秤对左手拉力20N,同时左手对弹簧秤的拉力也是20N
例2、瘦弱的男子和一个大力士“掰腕子”，两手间的作用力与反作用力一样大吗？以卵击石，鸡蛋“粉身碎骨”，但石头“安然无恙”，是不是鸡蛋对石头的力小，石头对鸡蛋的力大？
【答案】1、两手间的作用力与反作用力是大小相等的，大力士会赢的原因是大力士手腕能承受的力大小瘦弱男子能承受的力，所以“掰手腕”比的是手腕能承受的力的大小。不要
尝试与大力士进行比赛，悬殊太大容易出现骨折危险；2、鸡蛋石头间作用力与反作用力也是大小相等的，只不过鸡蛋所能承受的力远小于石头能承受的力。
（2）方向关系
师：作用力与反作用力的方向有什么关系呢 生：从我们做过的探究实验，我发现作用力与反作用力应该是方向相反，作用在同一直线上。
（3）作用点
师：现在我们来讨论作用力与反作用力的作用点的问题。例如，AB之间有相互作用，A师：回答得很好！大量事实表明：作用力和反作用力方向相反，在同一直线上。 对B的力与B对A的力是作用力与反作用力。那A对B的力作用点在什么地方？B对A的力作用点又在什么地方？
生：A对B的力作用点在B上，B对A的力作用点在A上，所以作用力与反作用力的作用点在相互作用的两个物体上。
三、牛顿第三定律
【定义】：两个物体之间的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。这就是牛顿第三定律。
理解：定义中的“总是”是强调对于任何物体，在任何情况下均成立。
1、不管物体大小形状如何。
2、不管物体的运动状态如何。
3、作用力与反作用力是同时产生、变化及消失。
在生产生活中牛顿第三定律的例子是很多的。划船时桨向后推水，水就向前推桨，从而将船推向前进。与此类似，轮船的螺旋桨放置时也是向后推水，水同时给桨一个反作用力，推动轮船前进。汽车的发动机驱动车轮转动，由于轮胎和地面间的摩擦，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。汽车受到的牵引力就是这样产生的。若把驱动轮架空，不让它跟地面接触，这时车轮虽然转动，但车轮不推地面，地面就不产生向前的推力，汽车就不会前进。
带领学生观看视频文件
例3、在太空中没有空气，火箭前进的动力是谁提供的？ 【答案】火箭某时刻喷出的气体与火箭前一刻喷出的气体间有相互作用，前一刻喷出的气体给后一刻的气体以反作用力，从而推动火箭前进。（更准确答案参照动量守恒）
四、作用力反作用力与平衡力
师：前面在研究拔河时我们知道老师拉学生的力大小等于学生拉老师的力，且方向相反，既然大小相等， 方向相反，这两个力就会相互抵消，相互平衡，那拔河还有什么胜负之分啊？但事实拔河确实有胜负之分啊？有没有同学能想明白这是怎么回事？
学生思考，久久不能回答
师：其实根本原因就在于大家把一对平衡力和一对作用力反作用力的概念混淆了。请大家回忆一下什么是一对平衡力。
平衡状态：静止或匀速直线运动状态
一对平衡力：如果两个力作用在同一个物体上且使这个物体处于平衡状态，则这两个力是一对平衡力。一对平衡力大小相等，方向相反，作用在同一直线上，最重要是作用在同一物体上。
师：从上面两个概念我们应该可以看出，一对平衡力与我们今天学习的作用力与反作用力唯一不同的地方就在一对平衡力作用在同一物体上，可以分解合成，所以它们的作用效果可以相互抵消；一对作用力反作用力是作用在两个物体上，它们的作用效果是无法抵消的。比如让两个人头对头猛撞一下，A头对B头的力和B头对A头的力是作用力和反作用力，但它们各自产生的效果是不能相互抵消的，两个人的脑袋都肿了。
师：拔河的胜负在于分别对老师和学生进行受力分析，看他们间的相互拉力能否克服各自的摩擦力。
再看一遍拔河动画
例4、挂在竖直悬绳上的物体受到几个力的作用？这些力的反作用力各是哪些力，都作用在哪些物体上？在这些力中，哪些是作用力和反作用力？哪些是一对平衡力？
【答案】物体受两个力作用：重力、绳子对物体的拉力；重力的反作用力是物体对地球的吸引力（近似），绳子对物体的拉力的反作用力是物体对绳子的拉力。物体受到的重力和绳子对物体拉力是一对平衡力。
例5、一个物体静止在光滑水平面上，试证明物体对支持面的压力的大小等于物体所受的重力的大小。
【解析】对物体进行受力分析
物体受桌面对它的支持力和重力。由于物体是静止的，根据牛顿第一定律，N1与G大小相等，又因为桌面对物体的支持力N1与物体对桌面的压力N2是作用
力与反作用力，根据牛顿第三定律有N2=N1，所以N2=G，即物
体对桌面压力的大小等于物体所受的重力。
五、受力分析要点
师：正确地对物体进行受力分析，是解决力学问题的前提和关键之一，是动力学问题。对物体进行受力分析应该注意以下几点：
一、首先明确研究对象并把其隔离出来。
二、养成按一般步骤分析的习惯，以免漏分析某个力，步骤如下：
1、非接触力，目前主要是重力 2、接触力：寻找与研究对象接触的物体，两接触物体间最多产生两种力（弹力和摩擦力）
3、其它已知的一些力。主要包括已知的外界所加的力或空气阻力等 4、分析研究对象所受的力，不分析研究对象对别的物体施加的力 5、只分析按性质命名的力。 6、每分析一个力必须找到对应的施力物体。 7、分力与合力不能同时存在。
第四章 牛顿运动定律
4.5 牛顿第三定律
教学目标
(一) 知识与技能
1. 知道作用力与反作用力的概念
2. 理解、掌握牛顿第三定律
3. 区分平衡力跟作用力与反作用力
(二) 过程与方法
4. 通过学生自己设计实验，培养学生的独立思考能力和实验能力
5. 通过用牛顿第三定律分析物理现象，可培养学生分析解决实际问题的能力
(三) 情感态度与价值观
6. 培养学生实事求是的科学态度和团结协作的科学精神
7. 培养学生敢于实践，勇于创新的精神；让学生体验物理世界普遍存在的对称美 教学重点
1. 掌握牛顿第三定律，并用它分析实际问题
2. 区分平衡力和作用力与反作用力
教学难点
1. 区分平衡力和作用力与反作用力
教学过程
一、引入：
师：前面学习力的概念时，我们就一起讨论过物体间的作用是相互的，A对B作用的同时B对A也有作用。正所谓“孤掌难鸣”，两只手才能拍响，请大家都拍拍手体会一下物体间的作用是不是相互的？如何能看出来两手间的作用是相互的？
生：两只手都拍红了，拍疼了。所以两手间的作用是相互的。 师：对！日常生活中有太多的实例可以证明物体间的作用是相互的。例如坐在椅子上推桌子，也会感到桌子在推我们，我们的身体要后仰；一只船上的人用手推另一只船，两只船将开始向相反的方向运动等。
师：物体之间的作用是相互的，我们把物体之间的一对相互作用力叫做作用力和反作用力。
问：AB之间有相互作用，A对B有作用力的同时B对A也有作用力，请问哪一个力是作用力？哪一个是反作用力？
【牢记】：相互作用的一对力，任选其中一个称为作用力，则另一个称为反作用力。 演示实验
在两辆小车上各固定一根条形磁铁，当磁铁的同名磁极靠近时，放手小车两车被推开；当异名磁极接近时，两辆小车被吸拢。
带领学生观看视频文件
二、作用力和反作用力
师：下面我们一起来研究作用力与反作用力之间的关系，请同学们想一想，我们应该从哪几个方面着手来研究？
生：既然作用力与反作用力也是力，我认为应该从力的三要素：大小、方向作用点三个方面着手研究。
师：好！那我们现在先来着手研究作用力与反作用力的大小关系。
（1）大小关系
师：要比较作用力与反作用力的大小关系，最好能测量出作用力与反作用力的大小，再进行比较。在实验室中，常用的测力工具就是弹簧秤。现在每位同学的座位上均摆放了两个弹簧秤，还有一些木块小车等。请大家分组设计实验，然后每组派一个代表说出各组的设计思想，大家相互补充指正。
学生开始着手设计，教师巡视。
学生派代表说出各自的想法，师生一起讨论指正，并比较得出较合适的方法。
师：通过刚才的比较分析，我们发现最直接简便的方法就是将两个弹簧秤的挂钩钩在一起对拉。A弹簧秤对B弹簧秤的拉力和B弹簧秤对A弹簧秤的拉力是作用力和反作用力。A弹簧秤的示数反映的是A对B的拉力，B弹簧秤的示数反映的是B对A的拉力。请大家分别用不同的力对拉，观察两弹簧的示数的大小关系如何？
学生分组实验
师：通过刚才的实验，大家发现作用力与反作用力的大小关系是怎样的啊？ 生：目前的实验结果告诉我：作用力与反作用力始终是大小相等的。
观看实验动画，加强感官印象
师：下面请一个同学（身高应矮一点）上来，与老师进行拔河比赛（不用绳子，手与手对拉）。
师生互动实验：老师和一个小个子同学进行拔河比赛，结果发现老师胜了，学生输了。
师：对刚才的实验，先请一位同学从中至少找出一对作用力与反作用力。 生：老师对地面的挤压和地面对老师的支持力；老师对地面的摩擦力和地面对老师的摩擦力；老师拉学生的力和学生拉老师的力等。
师：老师拉学生的力与学生拉老师的力大小关系如何？ 生：老师拉学生的力大于学生拉老师的力。 生：不对，刚才的实验我们不是发现作用力与反作用力大小相等吗？老师拉学生的力与学生拉老师的力是作用力与反作用力，应该大小相等。
师：刚才的两位同学哪一位说得对呢？我们又该如何来验证呢？
学生思考，久久不能回答
师：其实我们完全可以再利用两个弹簧秤来模拟拔河过程。其中一个弹簧秤相当于老师，另一个相当于学生，并分两种情况进行。
1．两弹簧秤勾在一起对拉，处于静止不动时（模仿拔河比赛，双方处于僵持状态）；
2．两弹簧秤勾在一起拉，并向一方运动（相当于比赛绳子被拉向一方时的状态）；
（学生分组实验）：做5分钟时间，教师巡回指导，并要求学生对秤先校零，让学生自己总结出在各种状况下，两拉力大小的关系。
演示实验：老师亲自用大弹簧秤和小弹簧秤模仿拔河比赛，正确做好示范动作，并画图进行解释，注意两力的方向，得出自己的结论。
观看拔河动画
【牢记】：两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等
带领学生做课本上81的做一做
用传感器探究作用力与反作用力的关系
把一只力传感器连在计算机上，传感器的钩子上挂钩码，钩子受力的大小随时间变化的情况可以由计算机屏幕显示。
实验时，把两只力传感器同时连在计算机上，其中一只系在墙上，另一只握在手中。计算机中横坐标上下两条曲线分别表示两只传感器受力的大小。
用力拉一只传感器，可以看到，在一只传感器受力的同时，另一只传感器也受到力的作用，而且在任何时刻两个力的大小都是相等的、方向都是相反的
运动中两物体间的作用力与反作用力同样是大小相等的，这点从计算机屏幕上也可以清楚地显示。把一只传感器系在一个物体上，另一只握在手中，当通过传感器用力拉物体时，尽管物体运动状态可能变化，力的大小也可能随时间变化，但在任何时刻，作用力与反作用力总保持大小相等。
没有条件的学校可以观看视频文件
例1、当两只手分别用20N的力在同一直线上沿相反方向拉弹簧秤的挂钩和手拉环，弹簧秤的示数是多少？
【答案】20N
【解析】先将弹簧秤一端固定在墙上，另一端用20N力拉，弹簧承受的拉力是20N，示数是20N，同时弹簧秤对墙的拉力也是20N，墙对弹簧秤的拉力是20N，然后用手模拟墙的作用，左手不动，弹簧一端固定在左手上，另一端用右手拉，弹簧秤示数20N，弹簧秤对左手拉力20N,同时左手对弹簧秤的拉力也是20N
例2、瘦弱的男子和一个大力士“掰腕子”，两手间的作用力与反作用力一样大吗？以卵击石，鸡蛋“粉身碎骨”，但石头“安然无恙”，是不是鸡蛋对石头的力小，石头对鸡蛋的力大？
【答案】1、两手间的作用力与反作用力是大小相等的，大力士会赢的原因是大力士手腕能承受的力大小瘦弱男子能承受的力，所以“掰手腕”比的是手腕能承受的力的大小。不要
尝试与大力士进行比赛，悬殊太大容易出现骨折危险；2、鸡蛋石头间作用力与反作用力也是大小相等的，只不过鸡蛋所能承受的力远小于石头能承受的力。
（2）方向关系
师：作用力与反作用力的方向有什么关系呢 生：从我们做过的探究实验，我发现作用力与反作用力应该是方向相反，作用在同一直线上。
（3）作用点
师：现在我们来讨论作用力与反作用力的作用点的问题。例如，AB之间有相互作用，A师：回答得很好！大量事实表明：作用力和反作用力方向相反，在同一直线上。 对B的力与B对A的力是作用力与反作用力。那A对B的力作用点在什么地方？B对A的力作用点又在什么地方？
生：A对B的力作用点在B上，B对A的力作用点在A上，所以作用力与反作用力的作用点在相互作用的两个物体上。
三、牛顿第三定律
【定义】：两个物体之间的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。这就是牛顿第三定律。
理解：定义中的“总是”是强调对于任何物体，在任何情况下均成立。
1、不管物体大小形状如何。
2、不管物体的运动状态如何。
3、作用力与反作用力是同时产生、变化及消失。
在生产生活中牛顿第三定律的例子是很多的。划船时桨向后推水，水就向前推桨，从而将船推向前进。与此类似，轮船的螺旋桨放置时也是向后推水，水同时给桨一个反作用力，推动轮船前进。汽车的发动机驱动车轮转动，由于轮胎和地面间的摩擦，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。汽车受到的牵引力就是这样产生的。若把驱动轮架空，不让它跟地面接触，这时车轮虽然转动，但车轮不推地面，地面就不产生向前的推力，汽车就不会前进。
带领学生观看视频文件
例3、在太空中没有空气，火箭前进的动力是谁提供的？ 【答案】火箭某时刻喷出的气体与火箭前一刻喷出的气体间有相互作用，前一刻喷出的气体给后一刻的气体以反作用力，从而推动火箭前进。（更准确答案参照动量守恒）
四、作用力反作用力与平衡力
师：前面在研究拔河时我们知道老师拉学生的力大小等于学生拉老师的力，且方向相反，既然大小相等， 方向相反，这两个力就会相互抵消，相互平衡，那拔河还有什么胜负之分啊？但事实拔河确实有胜负之分啊？有没有同学能想明白这是怎么回事？
学生思考，久久不能回答
师：其实根本原因就在于大家把一对平衡力和一对作用力反作用力的概念混淆了。请大家回忆一下什么是一对平衡力。
平衡状态：静止或匀速直线运动状态
一对平衡力：如果两个力作用在同一个物体上且使这个物体处于平衡状态，则这两个力是一对平衡力。一对平衡力大小相等，方向相反，作用在同一直线上，最重要是作用在同一物体上。
师：从上面两个概念我们应该可以看出，一对平衡力与我们今天学习的作用力与反作用力唯一不同的地方就在一对平衡力作用在同一物体上，可以分解合成，所以它们的作用效果可以相互抵消；一对作用力反作用力是作用在两个物体上，它们的作用效果是无法抵消的。比如让两个人头对头猛撞一下，A头对B头的力和B头对A头的力是作用力和反作用力，但它们各自产生的效果是不能相互抵消的，两个人的脑袋都肿了。
师：拔河的胜负在于分别对老师和学生进行受力分析，看他们间的相互拉力能否克服各自的摩擦力。
再看一遍拔河动画
例4、挂在竖直悬绳上的物体受到几个力的作用？这些力的反作用力各是哪些力，都作用在哪些物体上？在这些力中，哪些是作用力和反作用力？哪些是一对平衡力？
【答案】物体受两个力作用：重力、绳子对物体的拉力；重力的反作用力是物体对地球的吸引力（近似），绳子对物体的拉力的反作用力是物体对绳子的拉力。物体受到的重力和绳子对物体拉力是一对平衡力。
例5、一个物体静止在光滑水平面上，试证明物体对支持面的压力的大小等于物体所受的重力的大小。
【解析】对物体进行受力分析
物体受桌面对它的支持力和重力。由于物体是静止的，根据牛顿第一定律，N1与G大小相等，又因为桌面对物体的支持力N1与物体对桌面的压力N2是作用
力与反作用力，根据牛顿第三定律有N2=N1，所以N2=G，即物
体对桌面压力的大小等于物体所受的重力。
五、受力分析要点
师：正确地对物体进行受力分析，是解决力学问题的前提和关键之一，是动力学问题。对物体进行受力分析应该注意以下几点：
一、首先明确研究对象并把其隔离出来。
二、养成按一般步骤分析的习惯，以免漏分析某个力，步骤如下：
1、非接触力，目前主要是重力 2、接触力：寻找与研究对象接触的物体，两接触物体间最多产生两种力（弹力和摩擦力）
3、其它已知的一些力。主要包括已知的外界所加的力或空气阻力等 4、分析研究对象所受的力，不分析研究对象对别的物体施加的力 5、只分析按性质命名的力。 6、每分析一个力必须找到对应的施力物体。 7、分力与合力不能同时存在。