“牛顿第三定律”在高中物理教材中占有非常重要的地位。学生在学习了牛顿第三定律以后,往往对研究对象仍然分辨不清,经常混淆物体系间的内力和外力。最难的是学生不清楚物体系间单个物体的受力以及物体之间力的关系。经过本节课对物理现象的分析总结恰好能够解决以上所有的疑问。但现行教材中所提供的感性材料尤其是让学生自己动手操作的材料太少,而传感器之类的实验器材在很多学校尤其是农村中学几乎没有,所以很难保证学生能够取得很好的课堂学习效果。
针对以上情况,我们设计了几个小的探究实验,让学生亲自动手操作,感受作用力和反作用力的关系。在此基础上引导学生自己总结归纳出牛顿第三定律,这样能取得事半功倍的效果。
1 实验器材
弹簧测力计2 个、橡皮筋2 条、条形磁铁2块、细玻璃棒4 根、长木板1 个、小木块1 个、细绳套若干个。
2 实验过程
(1) 探究作用力和反作用力的定性关系
实验一:定性探究两弹簧间的相互作用的拉力。将两弹簧秤挂钩挂在一起,用力向相反的方向拉两弹簧,观察弹簧秤的示数变化情况。
实验二:定性探究两磁铁间的相互作用的磁力。在2 块蹄形磁铁下面分别垫2 个玻璃棒且放在光滑的水平桌面上,相互靠近,先是同名磁极相对,然后异名磁极相对,分别由静止释放,观察两磁铁的运动情况。
实验三:定性探究物体间的相互作用的摩擦力。水平桌面上放一小车,小车上面放一木块,小车左端固结一个弹簧秤,在小木块右端用另一弹簧秤向右缓慢拉动小木块,如图1 所示。提示学生通过观察两弹簧秤的示数变化,思考小木块和长木板间的摩擦力的变化。
总结结论:弹力、磁力、摩擦力等作用都是相互的,相互作用力的一对力性质相同,同时产生、同时变化、同时消失,而且分别作用在两个物体上。
(2) 探究作用力和反作用力的定量关系
实验四: 探究作用力和反作用力大小关系。
重复实验一,待两弹簧示数稳定后,让学生观察比较两弹簧秤的读数,看是否相等。改变弹簧秤的示数,重复实验。
重复实验三,学生比较两弹簧秤的示数的大小是否相等,进而得出小车和木块间相互作用的摩擦力的大小关系,然后改变几次读数观察。
实验五: 探究作用力和反作用力方向关系。
甲橡皮筋一端挂在铁架台上,另一端通过细绳套与乙橡皮筋某一端相挂,乙橡皮筋另一端用手抓住。用力将两橡皮筋拉直,观察两橡皮筋的方向。多次改变拉力方向,重复以上实验。
实验四和实验五结论: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、作用在一条直线上,这就是牛顿第三定律。
3 实验设计主要特点
本设计注重学生学习过程的亲身体验,体现了“自主性学习”和“探究性学习”的教学思想。其主要特点是:
①安排学生分组探究实验,代替以前的演示实验,让所有学生都参与进课堂教学活动中,提高学生学习的积极性和主动性。
②在学法上以学生为主体,突出学生自主发现问题,开展合作探究,进行实验探究,引导分析总结等,较好地将新课程理念结合于教学实际中。
③实验器材简单易收集,即使是条件比较差的学校,也能开展分组实验,进行探究。
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