周長春

(佛岡中學(xué) 廣東 清遠 511600)

“理解牛頓運動定律，用牛頓運動定律解釋生活中的有關(guān)問題”是課程標(biāo)準(zhǔn)針對“牛頓運動定律”提出的內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)．粵教版“作用力與反作用力”是一節(jié)探究課，如何提高科學(xué)探究的質(zhì)量，使物理教學(xué)更貼近學(xué)生生活、聯(lián)系社會實際，凸顯從“生活走向物理”、“從常識走向科學(xué)”的理念，既關(guān)注科學(xué)探究學(xué)習(xí)目標(biāo)的達成，又關(guān)注學(xué)生能力的提升，是值得我們研究的新課題．筆者以粵教版的“作用力與反作用力”為例，談?wù)劼犝n后的點滴思考和教學(xué)中的一些具體的做法．

1 傳統(tǒng)教學(xué)設(shè)計中存在的一些弊端

“作用力與反作用力”一節(jié)涉及的知識點少、實驗簡單、效果明顯，因此很多教師選此內(nèi)容上公開課．但舊教材(人教版)有關(guān)作用力與反作用力的情景與實驗對教師的教學(xué)設(shè)計影響較大．筆者聽過多位高中物理教師上這節(jié)的公開課，他們在探究物體間的相互作用的性質(zhì)和方向時，設(shè)計情境或?qū)嶒炛饕幸韵氯齻€類似的方法.

實驗一：磁鐵間的相互作用．將兩根U形磁鐵分別放在各自的小車上，同名磁極相對，使兩輛小車盡量靠近，用兩手分別按住它們以保持靜止?fàn)顟B(tài)．當(dāng)兩手同時放開時，你看到什么現(xiàn)象？

實驗二：彈簧彈開兩輛小車．將一根彈簧夾在兩輛小車之間，用兩手分別推小車壓縮彈簧，并分別按住小車以保持靜止?fàn)顟B(tài)．當(dāng)兩手同時放開時，你看到什么現(xiàn)象？

實驗三：刷子刷毛間的摩擦．左手拿住乙刷子把手，右手拿住與乙完全相同的甲刷子把手，并將甲刷子的刷毛正合在乙刷子的刷毛上面，稍稍用力推、拉甲刷子的把手，觀察合在一起的甲、乙兩把刷子的刷毛的彎曲情況，分析甲、乙兩刷子刷毛間的摩擦．

很明顯，此類實驗?zāi)７屡f教材的情景和兩個相互作用的物體對稱的做法．教學(xué)實踐表明，探究作用力與反作用力的關(guān)系時，實驗或情境采用對稱設(shè)計有以下幾個弊端.

第一，此類實驗方案只能說明力是物體間的相互作用，并不能真正地說明作用力與反作用力的關(guān)系.

第二，此類方案具有暗示功能，指向性很強，不利于培養(yǎng)學(xué)生的能力.采用磁鐵間的相互作用探究作用力與反作用力的方向，其實不需要探究，學(xué)生就知道磁鐵間相互作用力的方向相反．事實上，用磁鐵與鐵條做這個實驗，教學(xué)的有效性會更好.

第三，實驗二所提供的方案，并不能說明小車之間的相互作用．其實，小車是靠彈簧對小車的彈力而彈開的.實驗三所提供的方案，因為很多教師為了提高實驗效果，特意將刷子的軟毛插入對方，這樣做，除了摩擦阻力，還有形變引起的彈力.

第四，此類方案均采用對稱設(shè)計，并不能使學(xué)生真正從意義上弄明白作用力與反作用力性質(zhì)和方向的關(guān)系.

第五，此類實驗與生活實際幾乎是脫節(jié)的，是典型的從物理模型到物理模型的教學(xué)，沒有很好地凸顯“從生活走向物理”的理念.

第六，此類實驗降低了教學(xué)的要求，不利于學(xué)生能力的提升，且容易使學(xué)生誤解不對稱的兩個物體的相互作用，可能不具有相互性．

牛頓第三定律的內(nèi)容學(xué)生記得，但往往在分析或解答相關(guān)問題時，不能靈活地加以運用.這說明學(xué)生對牛頓第三定律的理解基本上處于記憶層次．

【例】如圖1所示，絕緣長方體B置于水平面上，兩端固定一對平行帶電極板，極板間形成勻強電場E．長方體B的上表面光滑，下表面與水平面的動摩擦因數(shù)μ= 0.05(設(shè)最大靜摩擦力與滑動摩擦力相同)．B與極板的總質(zhì)量mB=1.0 kg．帶正電的小滑塊A質(zhì)量mA=0.60 kg，其受到的電場力大小F=1.2 N．假設(shè)A所帶的電荷不影響極板間的電場分布．t=0時刻，小滑塊A從B表面上的a點以相對地面的速度vA=1.6 m/s向左運動，同時，B(連同極板)以相對地面的速度vB=0.40 m/s向右運動．問：

(1)A和B剛開始運動時的加速度大小分別為多少？(g取10m/s2)

(2)若A最遠能到達b點，a、b的距離L應(yīng)為多少？從t=0時刻至A運動到b點時，摩擦力對B做的功為多少？

圖1

此題系2009年廣東高考物理卷壓卷題，主要考查考生分析帶電滑塊A與絕緣滑板B、帶電極板間的相互作用和相對運動等方面的知識和技能.但在解答過程中，學(xué)生只知道電場對帶電滑塊A有力的作用，而沒有意識到帶電滑塊A對產(chǎn)生、激發(fā)電場的極板也有力的作用，致使受力情景和運動情景分析錯誤，從而導(dǎo)致解答過程出現(xiàn)連鎖錯誤．造成這種現(xiàn)象的原因有很多，筆者認為最為主要的原因是在新課教學(xué)設(shè)計中，教師往往采用對稱的實驗設(shè)計，且實驗現(xiàn)象的指向性過于明顯，使得探究的力度變小，易于使學(xué)生從表面上認識事物．

2 凸顯“從生活走向物理 從物理走向社會”理念的教學(xué)設(shè)計

學(xué)生在初中已學(xué)習(xí)過力是物體間的相互作用.到了高中階段，隨著學(xué)生認知水平和能力的提高，要從更高、更深、更廣闊的自然現(xiàn)象和生活現(xiàn)象入手，引導(dǎo)學(xué)生從身邊熟悉的自然現(xiàn)象和生活現(xiàn)象探索和認識物理規(guī)律，盡量把認識到的知識和研究方法與生活、生產(chǎn)中的實際事例聯(lián)系起來，力求取得更普遍、更準(zhǔn)確、更深刻的認識．

“作用力與反作用力”的教學(xué)，務(wù)必將力的相互性、力的矢量性、作用的同時性巧妙、連貫地設(shè)計在各個教學(xué)環(huán)節(jié)當(dāng)中．

2．1 探究物體間的作用是相互的

提出問題1：當(dāng)你用力推動桌子時，桌子也推你嗎？

情景再現(xiàn)：先站在地面上用力推動桌子，然后換上旱冰鞋再來推桌子，會看到什么現(xiàn)象？

實驗探究1：探究自行車驅(qū)動輪(后輪)的輪胎和地面間的摩擦．

問題導(dǎo)引：地面對自行車驅(qū)動輪輪胎的摩擦力是向前還是向后的？自行車對地面有摩擦力的作用嗎？

實驗設(shè)計：在平滑臺面上平行放幾支圓柱形鉛筆，上面鋪一塊薄木板．利用一輛玩具四驅(qū)車，從木板的右端向左運動，如圖2所示.觀察所發(fā)生的現(xiàn)象．旨在說明四驅(qū)車與木板之間的摩擦是相互的，木板對小車的摩擦力是向前(向左)的，小車對木板的摩擦力是向后(向右)的．

圖2

歸納小結(jié)：對實驗現(xiàn)象進行歸納，由人往前推桌子，同時桌子也往后推人；地面對汽車驅(qū)動輪有向前的摩擦力，同時汽車驅(qū)動輪對地面也有向后摩擦力等事實，得出力總是“成對”出現(xiàn)的．也就是說，物體間力的作用總是相互的，包括固體、液體、氣體間的相互作用．

討論與交流1：地球以引力“召喚”蘋果，蘋果也吸引地球嗎？

歸納小結(jié)：地球吸引蘋果，地球?qū)μO果施加了力的作用,同時蘋果也吸引地球，蘋果對地球也施加了力的作用．宇宙間的任何物體都始終處在既受力、又施力的狀態(tài)中．

物理學(xué)中，把物體之間的相互作用稱做力．當(dāng)人推動桌子對桌子施力的同時，桌子也對人施以作用力.如果把人對桌子的力叫做作用力，那么，桌子對人的力就叫做反作用力．

2．2 探究作用力與反作用力方向的關(guān)系

討論與交流2：將一只充氣的球的氣嘴放開，氣球里的空氣迅速噴出，同時氣球向與噴出氣體相反的方向運動．你見過類似的現(xiàn)象嗎？請你與其他同學(xué)討論交流．

實驗探究2：探究一對相互作用力方向的關(guān)系.

實驗設(shè)計：女生站在地板上，男生站在四輪小推車上．女生通過繩子用力拉小推車上的男生，小推車會向前運動．若女生用力握住繩子，男生往后用力拉繩子，小推車也會向前運動．

請學(xué)生解釋這種現(xiàn)象.

注意：教學(xué)中不宜用重物與水平桌面間的相互作用力，即桌面對重物的支持力與重物對桌面的壓力，大小相等、方向相反來說明作用力與反作用力方向的關(guān)系．因為這個結(jié)論是作為事實讓學(xué)生先接受下來，學(xué)生只知其然，并不知其所以然

2．3 探究作用力與反作用力大小的關(guān)系

提出問題2：一個高個生和一個矮個生通過繩子對拉，雙方拉力的大小是否相等?

實驗探究3：比較拉力的大小．

實驗設(shè)計：為了探究雙方對拉時拉力的大小，可在男生和女生之間加上兩個完全相同的彈簧測力計．實驗分為下列幾個步驟.

(1)讓女生“主動”拉男生；

(2)讓男生“主動”拉女生；

(3)雙方同時施加拉力；

(4)讓女生與穿上溜冰鞋的男生對拉．

歸納小結(jié)：無論是一方“主動”施力，還是雙方同時施力；無論男生是靜止的，還是運動的，兩個測力計的示數(shù)或伸長量總是相同的．因此，雙方拉力的大小總是相等的．

提出問題3：一只手浸在盛有水的杯中，杯底受到的壓力是否會發(fā)生變化？吊扇平穩(wěn)地轉(zhuǎn)動時對吊鉤的拉力大，還是靜止不轉(zhuǎn)時，對吊鉤的拉力大？

實驗探究4：探究浮力的反作用力.實驗裝置如圖3所示．臺秤上放有一杯水，彈簧測力計下掛住一個鐵球，分別讀出兩測力計的示數(shù)．將小球浸沒在水中，彈簧測力計的示數(shù)怎樣變化？臺秤的示數(shù)怎樣變化？二者有什么關(guān)系？

圖3

小球在水中所受浮力的大小和方向如何？

分析：彈簧測力計的示數(shù)減少，臺秤的示數(shù)增加；兩者示數(shù)的變化量的絕對值相等．這是因為小球在水中受到豎直向上的浮力，浮力的大小在數(shù)值上等于彈簧測力計示數(shù)的減少量，同時因小球放入水中，杯底受到的壓力增加；臺秤示數(shù)的增加量，與彈簧測力計示數(shù)的減少量，在數(shù)值上相等．水對鐵球的浮力與鐵球?qū)λ膲毫κ且粚ψ饔昧εc反作用力，兩者大小相等．

歸納小結(jié)：作用力與反作用力總是大小相等；同時產(chǎn)生、同時變化、同時消失(即同時性)．

牛頓對力的相互作用研究后指出，兩個物體之間的作用力和反作用力，總是大小相等，方向相反，作用在一條直線上．這就是牛頓第三定律．簡單地可以表示為F甲對乙=-F乙對甲．

背景介紹：牛頓，英國物理學(xué)家，經(jīng)典力學(xué)的創(chuàng)始人．牛頓第三定律是牛頓研究天體運動的動力學(xué)規(guī)律——萬有引力定律的關(guān)鍵，是牛頓最偉大的貢獻之一．牛頓第三定律揭示了物體之間的相互聯(lián)系，使人們不僅可以研究單個物體的運動，而且可以把存在相互作用的各個物體的運動聯(lián)系起來進行研究．牛頓第三定律的發(fā)現(xiàn)，使物理學(xué)研究由地上擴展到了整個宇宙．

討論與交流3：

(1)人教版《物理·必修1》介紹了馬德堡半球?qū)嶒?，要?6匹馬才能將半球拉開.請討論若用8匹同樣的馬，能將半球拉開嗎？如果能，請說出具體的辦法；如果不能，說明原因．

(2)有人說既然馬拉車的力等于車拉馬的力，那么車為什么還能向前跑起來呢？

(3)既然作用力與反作用力大小相等，方向相反，作用在同一直線上，那么這兩個力會互相抵消嗎？為什么？

2．4 反沖現(xiàn)象

觀察與思考：觀察幾張圖片(圖4和圖5)，歸納這些現(xiàn)象的特征，并用牛頓第三定律分析這一現(xiàn)象產(chǎn)生的原因．

圖4 游泳運動員在比賽中雙手總是奮力向后劃，使自己獲得較大的速度

圖5 章魚是海洋中的軟體動物．它的頭下有一個漏斗，肌肉收縮時就會把外套膜中的水從漏斗噴出，從而使自己向后游去

2．5 用牛頓第三定律解釋現(xiàn)象

【案例1】用牛頓第三定律解釋火箭能升入太空．因為火箭儲存燃料倉內(nèi)的燃料被點燃后，就會產(chǎn)生急驟膨脹的氣體，倉壁對這部分氣體的作用力，使氣體從火箭尾部噴出，而這個反作用力把火箭推上太空．

【案例2】用牛頓第三定律解釋輪船、螺旋槳飛機以及劃艇獲得動力的原理．

3 點評

用學(xué)生常見的生活事例，生動地說明生活中物理無處不在．這些情景的展示，開闊了學(xué)生的視野，促使學(xué)生不斷地關(guān)注社會、關(guān)注生活、關(guān)注自己身邊發(fā)生的事，體現(xiàn)了“從生活走向物理，從物理走向社會”的教學(xué)理念，使物體教學(xué)與社會生活實際密切結(jié)合，教學(xué)設(shè)計整合了多個版本的課程資源，探究力度大，課堂效果好．

參考文獻

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