“牛頓第三定律”教學中容易混淆的問題探究及教學對策

黃桂春

摘 要：在教學實踐中關于牛頓第三定律的內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確掌握教材內容使之難以按物理教學大綱的要求完成教學任務；也使得學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用中的問題帶來了許多障礙。本文把這些抽象復雜、教學中容易混淆的問題逐一加以梳理并闡明問題混淆的根源、錯誤所在以及教學對策。

關鍵詞：牛頓第三定律；教學；問題；對策

牛頓站在巨人的肩膀上，通過反復無數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系又相互制約對立的性質。學生在學習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，常常出現一些混淆不清的問題影響解題速度及準確率。

1 關于相互作用力大小關系的問題及教學對策

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

例如，學生會認為地球對其表面的物體具有吸引的作用，而地球表面的物體卻不會吸引地球；認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識，在日常物理教學中，如果只用空洞的理論進行解釋，學生不但會“聽不懂”，還會產生學習疲勞。而開展物理實驗能形象地呈現物理現象與規律的形成過程， 從而為我們的學習提供判斷基礎[ 1 ]，還能提高學生的積極性。

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，如果乙向甲駛去說明磁鐵會吸引鐵棒。

②按住乙不動，放開甲，如果甲向乙駛去說明鐵棒會吸引磁鐵。

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）有些學生認為：作用力和反作用力的大小受物體的運動狀態影響。

例如，人推車在運動過程中大約有35%的學生認為人對車的作用力大于車對人的反作用力；大約38%的學生認為物體的運動狀態發生變化，人對車和車對人的相互作用力的大小關系也發生變化：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；只有少數學生看了預學案，認為它們應該相等；還有極少數學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，直接銜接學生最近發展區，引發邏輯生成[ 2 ]。因此，教師可采用DIS數字實驗來驗證。

如圖2所示，利用DIS力傳感器進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生變化，車對人的反作用力也跟著變化。它們成一一對應、相互依存又相互對立的關系。但為何車向前進而人不向后退呢？為回答此問題，教師引導學生繼續探討得出結論。學生由此得知：物體的運動情況只與其本身所受合外力有關，與其他物體的受力情況無關。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，人反而會向后滑。

（3）有些學生認為：強者施加于弱者的力要大于弱者施加于強者的力，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能夠使學生主動參與，積極探索，獲得直接體驗與真切體會，從而知曉概念本質，輕松區分易混概念[ 3 ]。教師處理這類問題時，可采用體驗式教學，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？ 其實小孩會輸的要害在于小孩受到的最大靜摩擦力較小：小孩的體重相對較小，對地面的正壓力也較小，根據fmax≈f滑動=μN=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，當然地面對他的fmax也比較大，所以當小孩被拉動時大漢依然能夠站的穩如泰山。

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。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=μmg得知要增大最大靜摩擦力，就要增大摩擦系數和正壓力：要增大摩擦系數，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，并不意味著強者施加于弱者的力大于弱者施加于強者的力，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生不同的效果是因為它們所處的條件不同。

2 關于產生相互作用力的時間先后問題及教學對策

有些學生問：作用力和反作用力一定是同時產生嗎？比如，以拳擊墻，應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”。讓學生動手實驗可以使學生印象深刻的同時實驗能力也得到了提升，更是激發了他們的學習興趣和探究欲。所以，教師在此可以借助迷你實驗室組織學生進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，觀察實驗發現：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，兩個彈簧秤的示數總是相等。這說明作用力和反作用力總是瞬時對應，沒有先后順序主次之別，只有成對出現，如影隨形。

在物理解題過程中我們習慣把作用力看成“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，假若有一個力產生在先就等于承認有一段時間內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系的問題及教學對策

變易理論認為：“學習的關鍵是找出事物最顯著的差別”[ 4 ] 。所以在區分相互作用力和平衡力的時候，教師可以引導學生對兩個力進行列表對比，如表1。

接著讓學生舉例，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生在理解的基礎上強化記憶。

4 關于公式的矢量符號與正負號問題及教學對策

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，對我們在實際應用、分析、解題過程中會產生很大的障礙。

例如，用彈簧秤拉網球，網球處于靜止。若FAB用表示彈簧對網球豎直向上的拉力（以豎直向上為正方向）， -FBA表示網球對彈簧的反作用力，方向豎直向下。因為FAB作用在網球上，-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，我們對網球受力分析：網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學生科學地分析這些問題，讓他們認識到數學工具并不能隨便濫用在物理學中并加深了他們對相互作用力與平衡力的關系的認識。

總之，作為一線教師，我們應該積極思考在物理教學實踐中存在的容易混淆的問題及對策，根據學生的實際認真設計出學生較容易接受的預學案，做到突出重點，突破難點，為學生提供更多的探究機會，讓學生處于某一情境或主題中進行思考問題、解決問題，盡量做到因材施教，激發學生應用科學思維解決物理問題，培養學生的實踐能力。

參考文獻：

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

[2]王仲華.基于最近發展區理論的初中科學課堂探索體會[J].山西師范大學學報（自然科學版），2013，27（6）：118.

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

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