“牛頓第三定律”教學(xué)中容易混淆的問題探究及教學(xué)對策

黃桂春

摘 要：在教學(xué)實踐中關(guān)于牛頓第三定律的內(nèi)容存在一些容易混淆不清的問題。這些問題的存在既影響了教師準(zhǔn)確掌握教材內(nèi)容使之難以按物理教學(xué)大綱的要求完成教學(xué)任務(wù)；也使得學(xué)生不能較深入的理解牛頓第三定律，為使用該定律解決實際應(yīng)用中的問題帶來了許多障礙。本文把這些抽象復(fù)雜、教學(xué)中容易混淆的問題逐一加以梳理并闡明問題混淆的根源、錯誤所在以及教學(xué)對策。

關(guān)鍵詞：牛頓第三定律；教學(xué)；問題；對策

牛頓站在巨人的肩膀上，通過反復(fù)無數(shù)多次實驗終于得出了牛頓第三定律，它道出了物體與物體之間既相互聯(lián)系又相互制約對立的性質(zhì)。學(xué)生在學(xué)習(xí)該定律的過程中因其表述簡單，朗朗上口，所以對它的概念往往能夠倒背如流。然而在解題過程中需要用到牛頓第三定律時，由于對此定律的理解不全面、不透徹，常常出現(xiàn)一些混淆不清的問題影響解題速度及準(zhǔn)確率。

1 關(guān)于相互作用力大小關(guān)系的問題及教學(xué)對策

（1）有些學(xué)生在前概念的影響下，會認(rèn)為：某些特性強(qiáng)的對象對較弱的對象有強(qiáng)大的作用力，而較弱的對象對該特性較強(qiáng)的對象沒有力的作用。

例如，學(xué)生會認(rèn)為地球?qū)ζ浔砻娴奈矬w具有吸引的作用，而地球表面的物體卻不會吸引地球；認(rèn)為磁鐵對鐵棒具有吸引力，而鐵棒不會反過來吸引磁鐵。

為了糾正這一錯誤的認(rèn)識，在日常物理教學(xué)中，如果只用空洞的理論進(jìn)行解釋，學(xué)生不但會“聽不懂”，還會產(chǎn)生學(xué)習(xí)疲勞。而開展物理實驗?zāi)苄蜗蟮爻尸F(xiàn)物理現(xiàn)象與規(guī)律的形成過程， 從而為我們的學(xué)習(xí)提供判斷基礎(chǔ)[ 1 ]，還能提高學(xué)生的積極性。

因此，教師可以用磁鐵和鐵棒為實驗器材，按照以下方式進(jìn)行實驗：

如圖1所示，在完全相同的小車甲和乙上，分別放有一塊磁鐵A和外形完全相同的鐵棒B。

①按住甲不動，放開乙，如果乙向甲駛?cè)フf明磁鐵會吸引鐵棒。

②按住乙不動，放開甲，如果甲向乙駛?cè)フf明鐵棒會吸引磁鐵。

③按住甲、乙不動，同時放開甲和乙，如果甲、乙相互靠近說明磁鐵和鐵棒之間會彼此吸引。

（2）有些學(xué)生認(rèn)為：作用力和反作用力的大小受物體的運動狀態(tài)影響。

例如，人推車在運動過程中大約有35%的學(xué)生認(rèn)為人對車的作用力大于車對人的反作用力；大約38%的學(xué)生認(rèn)為物體的運動狀態(tài)發(fā)生變化，人對車和車對人的相互作用力的大小關(guān)系也發(fā)生變化：①若勻速，人和車都受力平衡，兩者相等；②若加速，合外力的方向與物體運動的方向同向，前者大于后者；③若減速，合外力的方向與物體運動的方向反向，前者小于后者；只有少數(shù)學(xué)生看了預(yù)學(xué)案，認(rèn)為它們應(yīng)該相等；還有極少數(shù)學(xué)生對以上三種答案都半信半疑。為此，模擬實境的處理方法，直觀直接，變平面思維為立體思維，直接銜接學(xué)生最近發(fā)展區(qū)，引發(fā)邏輯生成[ 2 ]。因此，教師可采用DIS數(shù)字實驗來驗證。

如圖2所示，利用DIS力傳感器進(jìn)行人推車的模擬實驗：無論小車在桌面上如何運動，只要人對車的作用力發(fā)生變化，車對人的反作用力也跟著變化。它們成一一對應(yīng)、相互依存又相互對立的關(guān)系。但為何車向前進(jìn)而人不向后退呢？為回答此問題，教師引導(dǎo)學(xué)生繼續(xù)探討得出結(jié)論。學(xué)生由此得知：物體的運動情況只與其本身所受合外力有關(guān)，與其他物體的受力情況無關(guān)。判斷人或車如何運動， 我們除了考慮他們之間的相互作用力外，還需考慮地面作用在人或車上的摩擦力。如果車受到的推力大于摩擦力，車就向前運動；人受到的靜摩擦力大于車對人的反作用力，所以人不會向后退，而是隨車一起向前加速運動。如果車向前運動的阻力很大，人受到的摩擦力很小（如穿上溜冰鞋），在這種情況下人去推車，車不會前進(jìn)，人反而會向后滑。

（3）有些學(xué)生認(rèn)為：強(qiáng)者施加于弱者的力要大于弱者施加于強(qiáng)者的力，主動者施加于被動者的力要大于被動者施加于主動者的力。

例如，在小孩與大漢手拉手“拔河”比賽中，為何是大漢把小孩拉過來，而不是小孩把大漢拉過去？

由于運用體驗式教學(xué)能夠使學(xué)生主動參與，積極探索，獲得直接體驗與真切體會，從而知曉概念本質(zhì)，輕松區(qū)分易混概念[ 3 ]。教師處理這類問題時，可采用體驗式教學(xué)，組織課堂或者課外模擬活動，然后再加以如下理論分析。

由牛頓第三定律的內(nèi)容可知：小孩和大漢在相互較量的過程中，不管在哪個階段，他們的拉力總是一對相互作用力等大、反向。那為何是小孩輸大漢贏？ 其實小孩會輸?shù)囊υ谟谛『⑹艿降淖畲箪o摩擦力較?。盒『⒌捏w重相對較小，對地面的正壓力也較小，根據(jù)fmax≈f滑動=μN(yùn)=μmg得知：小孩受到fmax的較小，一旦F拉>fmax小孩被拉過來；大漢比小孩重，對地面的正壓力比小孩的大，當(dāng)然地面對他的fmax也比較大，所以當(dāng)小孩被拉動時大漢依然能夠站的穩(wěn)如泰山。

以此類推，拔河比賽的輸贏與拉力和自身所受最大靜摩擦力這兩個因素有關(guān)。拉力越大越容易把對手拉過來，自身的最大靜摩擦力越大越不容易被拉過去。由fmax≈f滑動=μN(yùn)=μmg得知要增大最大靜摩擦力，就要增大摩擦系數(shù)和正壓力：要增大摩擦系數(shù)，就要增大接觸面的粗糙程度，參賽隊友的鞋底就要盡量粗糙些；而要增大正壓力，就要選擇“重量級”隊員參加。同時，要增大拉力不但要求每個參賽隊員的拉力大些，而且所有參賽隊員必須同心協(xié)力。這樣，在其他條件與對手基本相同的情況下大大提高了贏的概率。

同理，用錘子敲雞蛋，蛋破裂而錘子完好無損；用手掌壓圖釘針尖，圖釘針尖可以刺破手掌；大人用力可以把小孩推倒；腳用力可以把足球踢出等例子，并不意味著強(qiáng)者施加于弱者的力大于弱者施加于強(qiáng)者的力，也并不能說明主動施力者施加的力大于被施力者施加的力，實際上作用力和反作用力之所以會產(chǎn)生不同的效果是因為它們所處的條件不同。

2 關(guān)于產(chǎn)生相互作用力的時間先后問題及教學(xué)對策

有些學(xué)生問：作用力和反作用力一定是同時產(chǎn)生嗎？比如，以拳擊墻，應(yīng)該是先有拳頭對墻的作用力，才有墻對拳頭的反作用力；甲拉乙，應(yīng)該是先有甲對乙的拉力，乙才會反過來拉甲；用鐵錘敲雞蛋，應(yīng)該是先有鐵錘敲雞蛋的作用力，才有雞蛋對鐵錘的反作用力。

有一句諺語：“百聞不如一見”，又說“十次見聞，不如一次實踐”。讓學(xué)生動手實驗可以使學(xué)生印象深刻的同時實驗?zāi)芰σ驳玫搅颂嵘?，更是激發(fā)了他們的學(xué)習(xí)興趣和探究欲。所以，教師在此可以借助迷你實驗室組織學(xué)生進(jìn)行分組實驗演示驗證。

如圖3所示：固定彈簧秤B，用A拉B，反之固定A，用B拉A，觀察實驗發(fā)現(xiàn)：無論是以A拉B還是B拉A， A、B指針總是同時移動、變化、消失，兩個彈簧秤的示數(shù)總是相等。這說明作用力和反作用力總是瞬時對應(yīng)，沒有先后順序主次之別，只有成對出現(xiàn)，如影隨形。

在物理解題過程中我們習(xí)慣把作用力看成“主動”反作用力看成“被動”，這完全是為了說明問題的方便，但并不意味著先有作用力后有反作用力或者先有反作用力后有作用力。實際上，假若有一個力產(chǎn)生在先就等于承認(rèn)有一段時間內(nèi)只有作用力沒有反作用力，這違背了矛盾雙方互相對立又互相依存的法則，是不可能的。

3 相互作用力與平衡力關(guān)系的問題及教學(xué)對策

變易理論認(rèn)為：“學(xué)習(xí)的關(guān)鍵是找出事物最顯著的差別”[ 4 ] 。所以在區(qū)分相互作用力和平衡力的時候，教師可以引導(dǎo)學(xué)生對兩個力進(jìn)行列表對比，如表1。

接著讓學(xué)生舉例，使抽象知識具體化，使物理回歸生活，在一定程度上提升了思維深度并能使學(xué)生在理解的基礎(chǔ)上強(qiáng)化記憶。

4 關(guān)于公式的矢量符號與正負(fù)號問題及教學(xué)對策

大量實踐表明：不同的物理符號往往代表著不同的物理意義。不弄清楚它們的涵義，對我們在實際應(yīng)用、分析、解題過程中會產(chǎn)生很大的障礙。

例如，用彈簧秤拉網(wǎng)球，網(wǎng)球處于靜止。若FAB用表示彈簧對網(wǎng)球豎直向上的拉力（以豎直向上為正方向）， -FBA表示網(wǎng)球?qū)椈傻姆醋饔昧?，方向豎直向下。因為FAB作用在網(wǎng)球上，-FBA作用在彈簧上，所以FAB=-FBA，并不能通過FAB=-FBA移項得到FAB+FBA=0，即作用力和反作用力因作用點不同不能相消。但是，不同于相互作用力，我們對網(wǎng)球受力分析：網(wǎng)球既受到彈簧秤的拉力F拉，又受到重力G，在拉力和重力的作用下網(wǎng)球受力平衡，所以F拉=-G完全可以通過移項得到F拉+G=0，能夠相互抵消。教師在這里可以引導(dǎo)學(xué)生科學(xué)地分析這些問題，讓他們認(rèn)識到數(shù)學(xué)工具并不能隨便濫用在物理學(xué)中并加深了他們對相互作用力與平衡力的關(guān)系的認(rèn)識。

總之，作為一線教師，我們應(yīng)該積極思考在物理教學(xué)實踐中存在的容易混淆的問題及對策，根據(jù)學(xué)生的實際認(rèn)真設(shè)計出學(xué)生較容易接受的預(yù)學(xué)案，做到突出重點，突破難點，為學(xué)生提供更多的探究機(jī)會，讓學(xué)生處于某一情境或主題中進(jìn)行思考問題、解決問題，盡量做到因材施教，激發(fā)學(xué)生應(yīng)用科學(xué)思維解決物理問題，培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]魏志堅.秉承教改傳統(tǒng)，凸顯物理實驗作用[J].人生十六七，2018（11）：33.

[2]王仲華.基于最近發(fā)展區(qū)理論的初中科學(xué)課堂探索體會[J].山西師范大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2013，27（6）：118.

[3]吳炳云. 體驗，讓物理教學(xué)更有效[J].中學(xué)物理教學(xué)，2014（9）：13-15.

[4]張勇. 以變促學(xué)：變易理論對高效課堂的啟示[J]. 課程教學(xué)研究，2016（2）.