3.3牛頓第三定律教學設計

一、核心素養(yǎng)目標

1.物理觀念

（1）通過實驗探究與實例分析，準確理解作用力與反作用力的定義，建立“力的作

用是相互的”基本認知，明確力的相互性是自然界的普遍規(guī)律。

（2）掌握牛頓第三定律的核心內(nèi)容：作用力與反作用力大小相等、方向相反、作用

在同一直線上，且同時產(chǎn)士、同時變化、同時消失，理解其矢量性與對稱性。

能運用牛頓第三定律解釋生活及科技中的相關現(xiàn)象（如劃船前進、火箭發(fā)生），清晰

區(qū)分相互作用力與一對平衡力，構(gòu)建完整的“力的相互作用”物理觀念。

2.科學思維

（1）經(jīng)歷“觀察現(xiàn)象一提出猜想一實驗驗證一歸納規(guī)律一辨析應用”的思維過程，

培養(yǎng)從具體現(xiàn)象抽象出物理規(guī)律的能力，突破“相互作用力與平衡力混淆”的思維誤區(qū)。

通過對不同場景下作用力與反作用力的分析，掌握“受力分析時成對識別相互作用

力”的方法，能結(jié)合牛頓第一、第二定律解決含相互作用的綜合問題，提升邏輯推理與

模型建構(gòu)能力。

學會運用對比法辨析相互作用力與平衡力的異同，培養(yǎng)嚴謹?shù)目茖W論證能力，能通

過“受力物體、作用效果”等關鍵特征區(qū)分兩類力。

3.科學探究

（1）參與“探究作用力與反作用力的關系”實驗，自主設計實驗方案，利用彈簧測

力計、力傳感器等器材，記錄不同狀態(tài)下（靜止、運動、加速）力的大小與方向數(shù)據(jù)，

分析實驗結(jié)果。

在“相互作用力與平衡力辨析”實驗中，通過對木塊受力的拆解與驗證，觀察不同

力的作用效果，捕捉“成對力”的本質(zhì)特征，培養(yǎng)實驗操作與現(xiàn)象分析能力。

小組合作完成“生活中相互作用力的調(diào)查”任務，收集不同領域（體育、交通、航

天）的實例，交流分析作用力與反作用力的特點，培養(yǎng)合作探究與表達交流能力。

4.科學態(tài)度與社會責任

（1）通過了解牛頓第三定律在航天航空（火箭發(fā)射）、工程技術（汽車制動）中的

應用，認識物理規(guī)律對科技進步的推動作用，增強科技自信與民族自豪感。

在實驗探究中培養(yǎng)實事求是的科學態(tài)度，尊重實險數(shù)據(jù)，不主觀臆斷規(guī)律，體會“實

驗是檢驗真理的唯一標準”，養(yǎng)成嚴謹規(guī)范的實驗習慣-

結(jié)合“力的相互性”分析生活中的互動現(xiàn)象（如推人自己也會后退），樹立“相互尊

重、和諧共處”的意識，認識物理規(guī)律與社會生活的內(nèi)在聯(lián)系。

二、教學重難點

1.教學重點

（1）牛頓第三定律的內(nèi)容：明確作用力與反作用力“大小相等、方向相反、作用在

同一直線上、作用在兩個物體上”的核心特征，理解“異體、反向、共線、等大”的內(nèi)

涵。

（2）作用力與反作用力的性質(zhì)：掌握“同性質(zhì)、同時性”特點一一二者性質(zhì)相同（均

為彈力或摩擦力等），且同時產(chǎn)生、同時變化、同時消失，與物體運動狀態(tài)無關。

（3）牛頓第三定律的應用：能運用定律解釋生活現(xiàn)象，在受力分析中準確識別相互

作用力，區(qū)分相互作用力與一對平衡力。

2.教學難點

（1）相互作用力與一對平衡力的辨析：難以從“作用物體、作用效果、依賴性”等

方面區(qū)分兩類力，容易將"物體靜止時的支持力與重力”誤認為相互作用力。

（2）牛頓第三定律的普適性理解：誤認為“只有靜止物體間的相互作用力才等大反

向”，難以理解“加速、減速等運動狀態(tài)下，相互作用力仍滿足牛頓第三定律”。

（3）含相互作用的綜合問題分析：在多物體系統(tǒng)（如連接體、疊放體）中，難以準

確拆分成對的相互作用力，無法結(jié)合牛頓第二定律進行定量計算。

（4）“力的作用是相互的”與“力的作用效果”的關系：理解“作用力與反作用力

大小相等，但作用效果可能不同”（如雞蛋碰石頭，二者受力等大但效果不同）。

三、教學環(huán)節(jié)設計

（一）情境導入：力的相互性感知

1.展示系列互動情境圖片與短視頻：①情境1：小明推墻，自己卻向后退；②情境2：

劃船時，槳向后劃水，船向前運動；③情境3：火箭發(fā)射時，向下噴出燃氣，火箭向上

升空；④情境4：雞蛋碰石頭，雞蛋破碎而石頭完好。

2.提出問題鏈：“小明推墻，墻對小明有沒有力的作用？”“槳劃水和船前進，這兩

個力有什么關系？”“火箭升空時，燃氣對火箭的力和火箭對燃氣的力大小相等嗎？”“雞

蛋和石頭相互作用，為什么效果不同？”

3.學生自由發(fā)言后，教師總結(jié)：“這些現(xiàn)象都體現(xiàn)了力的一個重要特性一一相互性，

今天我們就通過實驗探究這種相互作用的規(guī)律，學習牛頓第三定律?！币稣n題。

設計意圖；通過貼近生活的互動情境激發(fā)興趣，讓學生初步感知“力的作用是相互

的“，同時制造”等大作用力效果不同”的認知沖突，為后續(xù)探究鋪墊基礎。

（二）實驗探究一：作用力與反作用力的特點

1.概念建構(gòu)：什么是作用力與反作用力

（1）演示實驗：將兩個彈簧測力計A和B的掛鉤相互連接，用手拉動彈簧洌力計A,

觀察兩個彈簧測力計的示數(shù)變化。

（2）教師引導:“彈簧測力計A對B的拉力和B對A的拉力，這兩個力有什么特點？”

學生回答后，教師明確：兩個物體之間的作用總是相互的，一個物體對另一個物體施加

了力，后一個物體同時對前一個物體也施加了力。我們把前者叫做作用力，后者叫做反

作用力。

2.探究作用力與反作月力的大小關系

（1）提出猜想：結(jié)合生活經(jīng)驗，學生猜想作用力與反作用力的大小可能相等。

（2）實驗方案設計：采用“彈簧測力計互拉”和“力傳感器實時測量”兩種方法，

排除主觀誤差。實驗器材包括：兩個相同的彈簧測力計、兩個力傳感器、數(shù)據(jù)采集器、

計算機。

（3）分組實驗：

①組1：彈簧測力計互拉實驗。將A、B兩個彈簧測力計掛鉤相連，分別進行以下操

作：a.靜止時，讀取兩個測力計的示數(shù)；b.緩慢拉動A,使兩測力計一起勻速運動，讀

取示數(shù)；c.快速拉動A,使兩測力計加速運動，讀取示數(shù)。記錄數(shù)據(jù)如下：

運動狀態(tài)彈簧測力計A的示數(shù)彈簧測力計B的示數(shù)F_A與F_B的關

F_A/NF_B/N系

靜止3.03.0F_A=F_B

勻速運動2.52.5F_A=F_B

加速運動4.24.2F_A:F_B

②組2：力傳感器實驗。將兩個力傳感器分別連凄到數(shù)據(jù)采集器，傳感器探頭相互

接觸，模擬不同場景（靜止、擠壓、拉伸、加速碰撞），通過計算機實時顯示力的大小變

化曲線，觀察到兩條曲線妗終關于時間軸對稱，即作用力與反作用力大小時刻相等。

（4）實驗結(jié)論：無論物體處于靜止、勻速還是加速狀態(tài)，作用力與反作用力的大小

始終相等。

3.探究作用力與反作月力的方向關系

（1）實驗操作：①將兩個彈簧測力計互拉，觀察指針的偏轉(zhuǎn)方向一一A的指針向右，

B的指針向左；②將力傳感器水平放置，探頭相對擠壓，觀察計算機顯示的力的方向數(shù)

據(jù)-----個為正，一個為負（設定正方向后）。

（2）現(xiàn)象分析：作用力與反作用力的方向始終相反，且在同一條直線上。

（3）實例驗證：①小明推墻，小明對墻的作用力向右，墻對小明的反作用力向左；

②槳劃水，槳對水的作用力向后，水對槳的反作用力向前。均滿足“反向共線”特點。

4.探究作用力與反作月力的其他特性

（1）同性質(zhì)性：①實臉：用彈簧測力計拉木塊，木塊對測力計的拉力（彈力）與測

力計對木塊的拉力（彈力）均為彈力；用手摩擦桌面，手對桌面的摩擦力與桌面對手的

摩擦力均為摩擦力。②結(jié)論：作用力與反作用力性質(zhì)相同。

（2）同時性：①實驗：用手突然拉動彈簧測力計A,觀察到A和B的示數(shù)同時增大；

突然松手，兩示數(shù)同時減小為零。②結(jié)論：作用力與反作用力同時產(chǎn)生、同時變化、同

時消失。

（3）異體性：①分析：彈簧測力計A對B的拉力作用在B上，B對A的拉力作用在

A上，兩個力作用在不同物體上。②結(jié)論：作用力與反作用力作用在兩個相互作用的物

體上，不可能作用在同一物體上。

（三）規(guī)律總結(jié)：牛頓第三定律的核心內(nèi)容

1.牛頓第三定律的表述

（1）文字表述：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

在同一條直線上。

（2）公式表述：F=F'（負號表示方向相反，F(xiàn)為作用力，F(xiàn)'為反作用力）。

（3）關鍵詞解讀：①“總是”：強調(diào)在任何情況下（靜止、運動、加速、失重等）

均成立，與物體形狀、材質(zhì)無關；②“大小相等、方句相反、同一直線“：矢量特征；③

“兩個物體”：異體性核心。

2.牛頓第三定律的普適性

（1）情境拓展：①宏觀物體：汽車行駛時，車輪對地面的摩擦力與地面對車輪的摩

擦力；②微觀粒子：帶電個球間的庫侖力（作用力與反作用力等大反向）；③天體運動：

地球?qū)υ虑虻囊εc月球?qū)Φ厍虻囊Α?/p>

（2）結(jié)論：牛頓第三定律是自然界普遍適用的規(guī)律，適用于宏觀、微觀，低速、高

速（經(jīng)典力學范疇）的所有相互作用。

3.難點突破：作用力與反作用力的效果分析

（1）情境：雞蛋碰石頭，雞蛋對石頭的作用力F1與石頭對雞蛋的反作用力F2大小

相等，為什么雞蛋破碎而石頭完好？

（2）分析：①力的作用效果由力的大小、方向和物體的承受能力（慣性）共同決定;

②雞蛋的蛋殼承受能力弱，F(xiàn)2超過其承受極限而破碎；石頭的承受能力強，F(xiàn)1未這到其

破碎極限，因此效果不同。

（3）總結(jié)：作用力與反作用力大小相等，但作用在不同物體上，因物體的固有屬性

（質(zhì)量、強度等）不同，產(chǎn)生的作用效果可能不同，這與牛頓第三定律并不矛盾。

（四）辨析深化：相互作用力與一對平衡力的對比

1.實例拆解：靜止木塊的受力分析

（1）情境：質(zhì)量為m的木塊靜止在水平地面上，分析其受力及對應的相互作用力。

（2）受力分析：木塊受兩個力一一重力G（豎直向下，地球施加）、支持力N（豎直

向上，地面施加），這兩個力使木塊靜止，是一對平衡力；木塊對地面的壓力N'（豎直

向下，木塊施加）與地面對木塊的支持力N是一對相互作用力；木塊對地球的引力G'（豎

直向上，木塊施加）與地球?qū)δ緣K的重力G是一對相互作用力。

2.核心對比：相互作月力與平衡力的異同

對比相互作用力（作用力與一對平衡力

項目反作用力）

作用兩個不同物體（A對B,同一個物體（A受B和C的力）

物體B對A）

大小大小相等大小相等

關系

方向方向相反，作用在同一方向相反，作用在同一直線

關系直線

力的性質(zhì)相同（均為彈力、性質(zhì)可能不同（如重力與支持力）

性質(zhì)重力等）

對比相互作用力（作用力與一對平衡力

項目反作用力）

同時同時產(chǎn)生、同時變化、不一定同時產(chǎn)生或消失（如撤去支

性同時消失持力，重力仍存在）

作用作用在不同物體上，效作用在同一物體上，效果相互抵消

效果果不能抵消（物體平衡）

依賴相互依存，缺一不可相互獨立，一個力消失另一個力仍

關系可能存在

3.辨析方法：“三看”法區(qū)分兩類力

（1）一看作用物體：若兩個力作用在同一物體上，可能是平衡力；若作用在兩個不

同物體上，一定是相互作用力。

（2）二看力的性質(zhì)：若兩個力性質(zhì)不同，一定是平衡力；若性質(zhì)相同，需結(jié)合作用

物體進一步判斷。

（3）三看同時性：若一個力消失后另一個力仍存在，一定是平衡力；若同時消失，

可能是相互作用力。

（4）即時訓練：判斷“天花板上懸掛的吊燈，吊燈受到的拉力與吊燈的重力”“吊

燈受到的拉力與吊燈對繩子的拉力”分別屬于哪類力，學生回答后教師點評。

（五）綜合應用：牛頓第三定律與牛頓前兩定律的結(jié)合

1.水平方向的相互作月問題

（1）情境：質(zhì)量為M=5kg的木塊A靜止在水平地面上，用水平力F=10N推木塊A,

A與地面間的動摩擦因數(shù)u=0.1,求：①木塊A受到的摩擦力大?。虎谀緣KA對地面的

壓力大?。虎鄣孛鎸δ緣KA的支持力與木塊A對地面的壓力的關系（g=10m/s2）,

（2）分析：①木塊A受推力F、重力G、支持力N、摩擦力f,水平方向f=F=10N（勻

速時），若加速則f=uN-Mg=5N；②木塊A對地面的壓力N'=G=Mg=50N；③支持力N與

壓力N'是相互作用力，大小相等、方向相反、作用在同一直線。

（3）拓展：若在木塊A上疊放一個質(zhì)量nF2kg的木塊B,用F=15N的力推A,使A、

2

B一起加速運動，A與地面間u=0.1,求A對B的靜摩擦力大小（a=lm/s）o分析：B的

加速度由A對B的靜摩擦力提供，f=ma=2Xl=2N,B對A的靜摩擦力與A對B的靜摩擦

力是相互作用力，大小也為2N。

2.豎直方向的相互作用問題

（1）情境：質(zhì)量為m=60kg的人站在電梯內(nèi)的臺砰上，電梯以a=2m/s2的加速度向上

加速運動，求：①人受到的支持力大?。虎谌藢ε_秤的壓力大小，該壓力與臺秤對人的

2

支持力是什么關系（g=10m/s）o

（2）分析：①人受重力G二mg二600N、支持力N,由牛頓第二定律N-G=ma-N=600+60

X2=720N；②人對臺秤的目力N'與臺秤對人的支持力N是相互作用力，大小相等，

N'=720N,臺秤的示數(shù)等于N'。

3.航天領域的應用分析

（1）情境：火箭發(fā)射時，燃料燃燒產(chǎn)生的燃氣以高速向下噴出，火箭獲得向上的推

力而升空。請結(jié)合牛頓第三定律分析推力的產(chǎn)生，并用牛頓第二定律說明火箭加速的原

因。

（2）分析：①火箭對燃氣的作用力向下（作用力），燃氣對火箭的反作用力向上（推

力），這是一對相互作用力，大小相等；②火箭受到的推力大于其重力（F推〉G）,由牛

頓第二定律F合二F推-G二Ma,產(chǎn)生向上的加速度，因比火箭加速升空。

（3）總結(jié)：牛頓第三定律揭示了力的來源（相互作用），牛頓第二定律揭示了力的

效果（產(chǎn)生加速度），二者結(jié)合可解決復雜的動力學問題。

四、核心知識歸納：莊頓第三定律知識體系

1.核心概念與規(guī)律

（1）作用力與反作用力：兩個物體間的相互作用，成對出現(xiàn)，分別作用在兩個物體

±o

（2）牛頓第三定律：①內(nèi)容：大小相等、方向相反、作用在同一直線上；②公式：

F=-F*；③關鍵特征：異體、等大、反向、共線、同性質(zhì)、同時性。

（3）普適性：適用于所有相互作用，與物體運動狀態(tài)無關。

2.相互作用力與平衡力的辨析口訣

“同體平衡異體反，等大反向都共線；平衡性質(zhì)可不同，相互作用必相同；平衡消

失力仍在，相互作用同時終?！?/p>

3.牛頓第三定律的應月步驟

（1）確定研究對象，羽確其受到的作用力；（2）根據(jù)牛頓第三定律，找出該作用力

對應的反作用力（作用在施力物體上）；（3）結(jié)合牛頓第一、第二定律，分析物體的運動

狀態(tài)或進行定量計算；（4）區(qū)分相互作用力與平衡力，避免混淆。

4.易錯點提醒

(1)作用力與反作用力作用在不同物體上，不能求合力，效果不能抵消；(2)”等

大反向”是矢量關系，與作用效果無關；(3)運動物體間的相互作用力仍滿足牛頓第三

定律，如加速運動的汽車與地面間的摩擦力；(4)并非只有彈力、摩擦力存在相互作用,

重力、電場力等所有力都遵循牛頓第三定律。

五、課堂練習

(一)基礎鞏固題

1.關于牛頓笫三定律，下列說法正確的是()

A.作用力與反作用力的大小一定相等，方向一定相反

B.作用力與反作用力的性質(zhì)一定不同

C.作用力與反作用力總是同時產(chǎn)生，但不一定同時消失

D.作用力與反作用力作用在同一物體上，因此效果可以抵消

2.下列各組力中，屬于相互作用力的是()

A.靜止在桌面上的書，受到的重力與桌面對書的支持力

B.用繩子拉物體，物體受到的拉力與繩子受到的拉力

C.水平地面上的物體，受到的推力與地面對物體的摩擦力

D.站在水平地面上的人，受到的重力與地面對人的支持力

3.一個物體靜止在水平地面上，下列說法正確的是()

A.物體對地面的壓力與地面對物體的支持力是一對平衡力

B.物體對地面的壓力與物體的重力是一對相互作用力

C.地面對物體的支持力與物體的重力是一對平衡力

D.物體對地面的壓力與地面對物體的支持力的大小一定等于物體的重力

4.用手托住一個蘋果，分析蘋果受到的力及對應的相互作用力，寫出力的名稱、施

力物體、受力物體，并說明哪對是相互作用力，哪對是平衡力。

(二)能力提升題

5.質(zhì)量為M的木塊放在光滑水平面上，質(zhì)量為m的子彈以速度v水平射入木塊并留

在其中，下列說法正確的是()

A.子彈對木塊的作用力大于木塊對子彈的作用力

B.子彈對木塊的作用力小于木塊對子彈的作用力

C.子彈對木塊的作用力與木塊對子彈的作用力大小相等

D.子彈對木塊的作用力與木塊對子彈的作用力是一對平衡力

6.質(zhì)量為50kg的人站在升降機中，升降機以0.5m/s2的加速度豎直向下加速運動，

g=10m/s2,求：（1）人受到的支持力大?。唬?）人對升降機底板的壓力大??；（3）該壓

力與支持力的關系。

7.水平地面上有兩個疊放的木塊A和B,質(zhì)量分別為m_A=2kg和m_B=3kg,A與B間

的動摩擦因數(shù)R1=0.3,B與地面間的動摩擦因數(shù)口2二0.2。用水平力F=20N拉B,使A和

B一起以a=2m/s2的加速度勻加速運動，求：（1）B對A的靜摩擦力大小和方向；（2）地

面對B的滑動摩擦力大小；（3）A對B的靜摩擦力與B對A的靜摩擦力的關系。

8.火箭發(fā)射時，總質(zhì)量為M=l（T5kg,燃料燃燒產(chǎn)生的燃氣以v=2Xl（T3ni/s的速度

向下噴出，若火箭獲得的向上的加速度a=5m/s2,g=10m/s2,求單位時間內(nèi)噴出的燃氣質(zhì)

量（提示：利用牛頓第二定律和第三定律，燃氣對火箭的推力等于火箭對燃氣的作用力）。

（三）拓展創(chuàng)新題

9.某同學發(fā)現(xiàn)“穿旱冰鞋推墻時，推力越大，自己后退的速度越快”，請設計一個實

驗探究”作用力與反作用力的大小關系及作用效果與質(zhì)量的關系“。要求：（1）寫出實驗

目的；（2）列出實驗器材；（3）簡述實驗步驟；（4）說明如何驗證“作用力與反作用力

等大”及“作用效果與質(zhì)量的關系工

10.結(jié)合牛頓第三定律，分析“拔河比賽中勝負的決定因素”。要求：（1）說明拔河

時兩隊之間的相互作用力關系；（2）解釋“大力士能贏小孩”的原因；（3）提出3條提

高拔河比賽勝率的建議，并說明物理依據(jù)。

六、練習答案與解析

（一）基礎鞏固題答案與解析

1.答案：A

解析：A正確，牛頓第三定律明確作用力與反作用力等大反向；B錯誤，相互作用力

性質(zhì)相同；C錯誤，相互作用力同時產(chǎn)生、同時消失；D錯誤，相互作用力作用在不同物

體上，效果不能抵消。

2.答案：B

解析：A錯誤，重力與支持力是一對平衡力；B正確，物體對繩子的拉力與繩子對物

體的拉力是相互作用力；C錯誤，推力與摩擦力可能是平衡力（勻速時）；D錯誤，重力

與支持力是一對平衡力。

3.答案：C、D

解析；A錯誤，壓力與支持力是相互作用力；B錯誤，壓力與重力性質(zhì)不同，不是相

互作用力；C正確，支持力與重力使物體靜止，是平衡力；D正確，靜止時壓力與支持力

大小等于重力。

4.答案：①蘋果受到的力：重力G（施力物體：地球，受力物體：蘋果）、支持力N

（施力物體：手，受力物體：蘋果），這是一對平衡力；②對應的相互作用力：蘋果對地

球的引力G'（施力物體：蘋果，受力物體：地球）與重力G是相互作用力；蘋果對手的

壓力N'（施力物體：蘋果，受力物體：手）與支持力N是相互作用力。

（二）能力提升題答案與解析

5.答案：C

解析：子彈與木塊間的作用力是相互作用力，無論運動狀態(tài)如何，始終等大反向，A、

B錯誤，C正確；相互作用力作用在不同物體上，不是平衡力，D錯誤。

6.答案：（1）475N；（2）475N；（3）相互作用力，大小相等、方向相反、作用在同

一直線。

解析：（1）人受重力G=mg=500N、支持力N,向下加這時G-N=ma-N=500-50X0.5=475N；

（2）人對底板的壓力N'與支持力N是相互作用力，N,=N=475N；（3）符合牛頓第三定律

特征。

7.答案：（1）4N,水平向右；（2）10N；（3）相互作用力，等大反向共線。

解析：（1）A的加速度由B的靜摩擦力提供，f=m_Aa=2X2=4N,方向與加速度一致

（水平向右）；（2