“牛顿第三定律”教学中容易混淆的问题探究及教学对策
黄桂春
摘 要：在教学实践中关于牛顿第三定律的内容存在一些容易混淆不清的问题。这些问题的存在既影响了教师准确掌握教材内容使之难以按物理教学大纲的要求完成教学任务；也使得学生不能较深入的理解牛顿第三定律，为使用该定律解决实际应用中的问题带来了许多障碍。本文把这些抽象复杂、教学中容易混淆的问题逐一加以梳理并阐明问题混淆的根源、错误所在以及教学对策。
关键词：牛顿第三定律；教学；问题；对策
牛顿站在巨人的肩膀上，通过反复无数多次实验终于得出了牛顿第三定律，它道出了物體与物体之间既相互联系又相互制约对立的性质。学生在学习该定律的过程中因其表述简单，朗朗上口，所以对它的概念往往能够倒背如流。然而在解题过程中需要用到牛顿第三定律时，由于对此定律的理解不全面、不透彻，常常出现一些混淆不清的问题影响解题速度及准确率。
1 关于相互作用力大小关系的问题及教学对策
（1）有些学生在前概念的影响下，会认为：某些特性强的对象对较弱的对象有强大的作用力，而较弱的对象对该特性较强的对象没有力的作用。
例如，学生会认为地球对其表面的物体具有吸引的作用，而地球表面的物体却不会吸引地球；认为磁铁对铁棒具有吸引力，而铁棒不会反过来吸引磁铁。
为了纠正这一错误的认识，在日常物理教学中，如果只用空洞的理论进行解释，学生不但会“听不懂”，还会产生学习疲劳。而开展物理实验能形象地呈现物理现象与规律的形成过程， 从而为我们的学习提供判断基础[ 1 ]，还能提高学生的积极性。
因此，教师可以用磁铁和铁棒为实验器材，按照以下方式进行实验：
如图1所示，在完全相同的小车甲和乙上，分别放有一块磁铁A和外形完全相同的铁棒B。
①按住甲不动，放开乙，如果乙向甲驶去说明磁铁会吸引铁棒。
②按住乙不动，放开甲，如果甲向乙驶去说明铁棒会吸引磁铁。
③按住甲、乙不动，同时放开甲和乙，如果甲、乙相互靠近说明磁铁和铁棒之间会彼此吸引。
（2）有些学生认为：作用力和反作用力的大小受物体的运动状态影响。
例如，人推车在运动过程中大约有35%的学生认为人对车的作用力大于车对人的反作用力；大约38%的学生认为物体的运动状态发生变化，人对车和车对人的相互作用力的大小关系也发生变化：①若匀速，人和车都受力平衡，两者相等；②若加速，合外力的方向与物体运动的方向同向，前者大于后者；③若减速，合外力的方向与物体运动的方向反向，前者小于后者；只有少数学生看了预学案，认为它们应该相等；还有极少数学生对以上三种答案都半信半疑。为此，模拟实境的处理方法，直观直接，变平面思维为立体思维，直接衔接学生最近发展区，引发逻辑生成[ 2 ]。因此，教师可采用DIS数字实验来验证。
如图2所示，利用DIS力传感器进行人推车的模拟实验：无论小车在桌面上如何运动，只要人对车的作用力发生变化，车对人的反作用力也跟着变化。它们成一一对应、相互依存又相互对立的关系。但为何车向前进而人不向后退呢？为回答此问题，教师引导学生继续探讨得出结论。学生由此得知：物体的运动情况只与其本身所受合外力有关，与其他物体的受力情况无关。判断人或车如何运动， 我们除了考虑他们之间的相互作用力外，还需考虑地面作用在人或车上的摩擦力。如果车受到的推力大于摩擦力，车就向前运动；人受到的静摩擦力大于车对人的反作用力，所以人不会向后退，而是随车一起向前加速运动。如果车向前运动的阻力很大，人受到的摩擦力很小（如穿上溜冰鞋），在这种情况下人去推车，车不会前进，人反而会向后滑。
（3）有些学生认为：强者施加于弱者的力要大于弱者施加于强者的力，主动者施加于被动者的力要大于被动者施加于主动者的力。
例如，在小孩与大汉手拉手“拔河”比赛中，为何是大汉把小孩拉过来，而不是小孩把大汉拉过去？
由于运用体验式教学能够使学生主动参与，积极探索，获得直接体验与真切体会，从而知晓概念本质，轻松区分易混概念[ 3 ]。教师处理这类问题时，可采用体验式教学，组织课堂或者课外模拟活动，然后再加以如下理论分析。
由牛顿第三定律的内容可知：小孩和大汉在相互较量的过程中，不管在哪个阶段，他们的拉力总是一对相互作用力等大、反向。那为何是小孩输大汉赢？ 其实小孩会输的要害在于小孩受到的最大静摩擦力较小：小孩的体重相对较小，对地面的正压力也较小，根据fmax≈f滑动=μN=μmg得知：小孩受到fmax的较小，一旦F拉>fmax小孩被拉过来；大汉比小孩重，对地面的正压力比小孩的大，当然地面对他的fmax也比较大，所以当小孩被拉动时大汉依然能够站的稳如泰山。
以此类推，拔河比赛的输赢与拉力和自身所受最大静摩擦力这两个因素有关。拉力越大越容易把对手拉过来，自身的最大静摩擦力越大越不容易被拉过去。由fmax≈f滑动=μN=μmg得知要增大最大静摩擦力，就要增大摩擦系数和正压力：要增大摩擦系数，就要增大接触面的粗糙程度，参赛队友的鞋底就要尽量粗糙些；而要增大正压力，就要选择“重量级”队员参加。同时，要增大拉力不但要求每个参赛队员的拉力大些，而且所有参赛队员必须同心协力。这样，在其他条件与对手基本相同的情况下大大提高了赢的概率。
同理，用锤子敲鸡蛋，蛋破裂而锤子完好无损；用手掌压图钉针尖，图钉针尖可以刺破手掌；大人用力可以把小孩推倒；脚用力可以把足球踢出等例子，并不意味着强者施加于弱者的力大于弱者施加于强者的力，也并不能说明主动施力者施加的力大于被施力者施加的力，实际上作用力和反作用力之所以会产生不同的效果是因为它们所处的条件不同。
2 关于产生相互作用力的时间先后问题及教学对策
有些学生问：作用力和反作用力一定是同时产生吗？比如，以拳击墙，应该是先有拳头对墙的作用力，才有墙对拳头的反作用力；甲拉乙，应该是先有甲对乙的拉力，乙才会反过来拉甲；用铁锤敲鸡蛋，应该是先有铁锤敲鸡蛋的作用力，才有鸡蛋对铁锤的反作用力。
有一句谚语：“百闻不如一见”，又说“十次见闻，不如一次实践”。让学生动手实验可以使学生印象深刻的同时实验能力也得到了提升，更是激发了他们的学习兴趣和探究欲。所以，教师在此可以借助迷你实验室组织学生进行分组实验演示验证。
如图3所示：固定弹簧秤B，用A拉B，反之固定A，用B拉A，觀察实验发现：无论是以A拉B还是B拉A， A、B指针总是同时移动、变化、消失，两个弹簧秤的示数总是相等。这说明作用力和反作用力总是瞬时对应，没有先后顺序主次之别，只有成对出现，如影随形。
在物理解题过程中我们习惯把作用力看成“主动”反作用力看成“被动”，这完全是为了说明问题的方便，但并不意味着先有作用力后有反作用力或者先有反作用力后有作用力。实际上，假若有一个力产生在先就等于承认有一段时间内只有作用力没有反作用力，这违背了矛盾双方互相对立又互相依存的法则，是不可能的。
3 相互作用力与平衡力关系的问题及教学对策
变易理论认为：“学习的关键是找出事物最显著的差别”[ 4 ] 。所以在区分相互作用力和平衡力的时候，教师可以引导学生对两个力进行列表对比，如表1。
接着让学生举例，使抽象知识具体化，使物理回归生活，在一定程度上提升了思维深度并能使学生在理解的基础上强化记忆。
4 关于公式的矢量符号与正负号问题及教学对策
大量实践表明：不同的物理符号往往代表着不同的物理意义。不弄清楚它们的涵义，对我们在实际应用、分析、解题过程中会产生很大的障碍。
例如，用弹簧秤拉网球，网球处于静止。若FAB用表示弹簧对网球竖直向上的拉力（以竖直向上为正方向）， -FBA表示网球对弹簧的反作用力，方向竖直向下。因为FAB作用在网球上，-FBA作用在弹簧上，所以FAB=-FBA，并不能通过FAB=-FBA移项得到FAB+FBA=0，即作用力和反作用力因作用点不同不能相消。但是，不同于相互作用力，我们对网球受力分析：网球既受到弹簧秤的拉力F拉，又受到重力G，在拉力和重力的作用下网球受力平衡，所以F拉=-G完全可以通过移项得到F拉+G=0，能够相互抵消。教师在这里可以引导学生科学地分析这些问题，让他们认识到数学工具并不能随便滥用在物理学中并加深了他们对相互作用力与平衡力的关系的认识。
总之，作为一线教师，我们应该积极思考在物理教学实践中存在的容易混淆的问题及对策，根据学生的实际认真设计出学生较容易接受的预学案，做到突出重点，突破难点，为学生提供更多的探究机会，让学生处于某一情境或主题中进行思考问题、解决问题，尽量做到因材施教，激发学生应用科学思维解决物理问题，培养学生的实践能力。
参考文献：
[1]魏志坚.秉承教改传统，凸显物理实验作用[J].人生十六七，2018（11）：33.
[2]王仲华.基于最近发展区理论的初中科学课堂探索体会[J].山西师范大学学报（自然科学版），2013，27（6）：118.
[3]吴炳云. 体验，让物理教学更有效[J].中学物理教学，2014（9）：13-15.
[4]张勇. 以变促学：变易理论对高效课堂的启示[J]. 课程教学研究，2016（2）.
摘 要：在教学实践中关于牛顿第三定律的内容存在一些容易混淆不清的问题。这些问题的存在既影响了教师准确掌握教材内容使之难以按物理教学大纲的要求完成教学任务；也使得学生不能较深入的理解牛顿第三定律，为使用该定律解决实际应用中的问题带来了许多障碍。本文把这些抽象复杂、教学中容易混淆的问题逐一加以梳理并阐明问题混淆的根源、错误所在以及教学对策。
关键词：牛顿第三定律；教学；问题；对策
牛顿站在巨人的肩膀上，通过反复无数多次实验终于得出了牛顿第三定律，它道出了物體与物体之间既相互联系又相互制约对立的性质。学生在学习该定律的过程中因其表述简单，朗朗上口，所以对它的概念往往能够倒背如流。然而在解题过程中需要用到牛顿第三定律时，由于对此定律的理解不全面、不透彻，常常出现一些混淆不清的问题影响解题速度及准确率。
1 关于相互作用力大小关系的问题及教学对策
（1）有些学生在前概念的影响下，会认为：某些特性强的对象对较弱的对象有强大的作用力，而较弱的对象对该特性较强的对象没有力的作用。
例如，学生会认为地球对其表面的物体具有吸引的作用，而地球表面的物体却不会吸引地球；认为磁铁对铁棒具有吸引力，而铁棒不会反过来吸引磁铁。
为了纠正这一错误的认识，在日常物理教学中，如果只用空洞的理论进行解释，学生不但会“听不懂”，还会产生学习疲劳。而开展物理实验能形象地呈现物理现象与规律的形成过程， 从而为我们的学习提供判断基础[ 1 ]，还能提高学生的积极性。
因此，教师可以用磁铁和铁棒为实验器材，按照以下方式进行实验：
如图1所示，在完全相同的小车甲和乙上，分别放有一块磁铁A和外形完全相同的铁棒B。
①按住甲不动，放开乙，如果乙向甲驶去说明磁铁会吸引铁棒。
②按住乙不动，放开甲，如果甲向乙驶去说明铁棒会吸引磁铁。
③按住甲、乙不动，同时放开甲和乙，如果甲、乙相互靠近说明磁铁和铁棒之间会彼此吸引。
（2）有些学生认为：作用力和反作用力的大小受物体的运动状态影响。
例如，人推车在运动过程中大约有35%的学生认为人对车的作用力大于车对人的反作用力；大约38%的学生认为物体的运动状态发生变化，人对车和车对人的相互作用力的大小关系也发生变化：①若匀速，人和车都受力平衡，两者相等；②若加速，合外力的方向与物体运动的方向同向，前者大于后者；③若减速，合外力的方向与物体运动的方向反向，前者小于后者；只有少数学生看了预学案，认为它们应该相等；还有极少数学生对以上三种答案都半信半疑。为此，模拟实境的处理方法，直观直接，变平面思维为立体思维，直接衔接学生最近发展区，引发逻辑生成[ 2 ]。因此，教师可采用DIS数字实验来验证。
如图2所示，利用DIS力传感器进行人推车的模拟实验：无论小车在桌面上如何运动，只要人对车的作用力发生变化，车对人的反作用力也跟着变化。它们成一一对应、相互依存又相互对立的关系。但为何车向前进而人不向后退呢？为回答此问题，教师引导学生继续探讨得出结论。学生由此得知：物体的运动情况只与其本身所受合外力有关，与其他物体的受力情况无关。判断人或车如何运动， 我们除了考虑他们之间的相互作用力外，还需考虑地面作用在人或车上的摩擦力。如果车受到的推力大于摩擦力，车就向前运动；人受到的静摩擦力大于车对人的反作用力，所以人不会向后退，而是随车一起向前加速运动。如果车向前运动的阻力很大，人受到的摩擦力很小（如穿上溜冰鞋），在这种情况下人去推车，车不会前进，人反而会向后滑。
（3）有些学生认为：强者施加于弱者的力要大于弱者施加于强者的力，主动者施加于被动者的力要大于被动者施加于主动者的力。
例如，在小孩与大汉手拉手“拔河”比赛中，为何是大汉把小孩拉过来，而不是小孩把大汉拉过去？
由于运用体验式教学能够使学生主动参与，积极探索，获得直接体验与真切体会，从而知晓概念本质，轻松区分易混概念[ 3 ]。教师处理这类问题时，可采用体验式教学，组织课堂或者课外模拟活动，然后再加以如下理论分析。
由牛顿第三定律的内容可知：小孩和大汉在相互较量的过程中，不管在哪个阶段，他们的拉力总是一对相互作用力等大、反向。那为何是小孩输大汉赢？ 其实小孩会输的要害在于小孩受到的最大静摩擦力较小：小孩的体重相对较小，对地面的正压力也较小，根据fmax≈f滑动=μN=μmg得知：小孩受到fmax的较小，一旦F拉>fmax小孩被拉过来；大汉比小孩重，对地面的正压力比小孩的大，当然地面对他的fmax也比较大，所以当小孩被拉动时大汉依然能够站的稳如泰山。
以此类推，拔河比赛的输赢与拉力和自身所受最大静摩擦力这两个因素有关。拉力越大越容易把对手拉过来，自身的最大静摩擦力越大越不容易被拉过去。由fmax≈f滑动=μN=μmg得知要增大最大静摩擦力，就要增大摩擦系数和正压力：要增大摩擦系数，就要增大接触面的粗糙程度，参赛队友的鞋底就要尽量粗糙些；而要增大正压力，就要选择“重量级”队员参加。同时，要增大拉力不但要求每个参赛队员的拉力大些，而且所有参赛队员必须同心协力。这样，在其他条件与对手基本相同的情况下大大提高了赢的概率。
同理，用锤子敲鸡蛋，蛋破裂而锤子完好无损；用手掌压图钉针尖，图钉针尖可以刺破手掌；大人用力可以把小孩推倒；脚用力可以把足球踢出等例子，并不意味着强者施加于弱者的力大于弱者施加于强者的力，也并不能说明主动施力者施加的力大于被施力者施加的力，实际上作用力和反作用力之所以会产生不同的效果是因为它们所处的条件不同。
2 关于产生相互作用力的时间先后问题及教学对策
有些学生问：作用力和反作用力一定是同时产生吗？比如，以拳击墙，应该是先有拳头对墙的作用力，才有墙对拳头的反作用力；甲拉乙，应该是先有甲对乙的拉力，乙才会反过来拉甲；用铁锤敲鸡蛋，应该是先有铁锤敲鸡蛋的作用力，才有鸡蛋对铁锤的反作用力。
有一句谚语：“百闻不如一见”，又说“十次见闻，不如一次实践”。让学生动手实验可以使学生印象深刻的同时实验能力也得到了提升，更是激发了他们的学习兴趣和探究欲。所以，教师在此可以借助迷你实验室组织学生进行分组实验演示验证。
如图3所示：固定弹簧秤B，用A拉B，反之固定A，用B拉A，觀察实验发现：无论是以A拉B还是B拉A， A、B指针总是同时移动、变化、消失，两个弹簧秤的示数总是相等。这说明作用力和反作用力总是瞬时对应，没有先后顺序主次之别，只有成对出现，如影随形。
在物理解题过程中我们习惯把作用力看成“主动”反作用力看成“被动”，这完全是为了说明问题的方便，但并不意味着先有作用力后有反作用力或者先有反作用力后有作用力。实际上，假若有一个力产生在先就等于承认有一段时间内只有作用力没有反作用力，这违背了矛盾双方互相对立又互相依存的法则，是不可能的。
3 相互作用力与平衡力关系的问题及教学对策
变易理论认为：“学习的关键是找出事物最显著的差别”[ 4 ] 。所以在区分相互作用力和平衡力的时候，教师可以引导学生对两个力进行列表对比，如表1。
接着让学生举例，使抽象知识具体化，使物理回归生活，在一定程度上提升了思维深度并能使学生在理解的基础上强化记忆。
4 关于公式的矢量符号与正负号问题及教学对策
大量实践表明：不同的物理符号往往代表着不同的物理意义。不弄清楚它们的涵义，对我们在实际应用、分析、解题过程中会产生很大的障碍。
例如，用弹簧秤拉网球，网球处于静止。若FAB用表示弹簧对网球竖直向上的拉力（以竖直向上为正方向）， -FBA表示网球对弹簧的反作用力，方向竖直向下。因为FAB作用在网球上，-FBA作用在弹簧上，所以FAB=-FBA，并不能通过FAB=-FBA移项得到FAB+FBA=0，即作用力和反作用力因作用点不同不能相消。但是，不同于相互作用力，我们对网球受力分析：网球既受到弹簧秤的拉力F拉，又受到重力G，在拉力和重力的作用下网球受力平衡，所以F拉=-G完全可以通过移项得到F拉+G=0，能够相互抵消。教师在这里可以引导学生科学地分析这些问题，让他们认识到数学工具并不能随便滥用在物理学中并加深了他们对相互作用力与平衡力的关系的认识。
总之，作为一线教师，我们应该积极思考在物理教学实践中存在的容易混淆的问题及对策，根据学生的实际认真设计出学生较容易接受的预学案，做到突出重点，突破难点，为学生提供更多的探究机会，让学生处于某一情境或主题中进行思考问题、解决问题，尽量做到因材施教，激发学生应用科学思维解决物理问题，培养学生的实践能力。
参考文献：
[1]魏志坚.秉承教改传统，凸显物理实验作用[J].人生十六七，2018（11）：33.
[2]王仲华.基于最近发展区理论的初中科学课堂探索体会[J].山西师范大学学报（自然科学版），2013，27（6）：118.
[3]吴炳云. 体验，让物理教学更有效[J].中学物理教学，2014（9）：13-15.
[4]张勇. 以变促学：变易理论对高效课堂的启示[J]. 课程教学研究，2016（2）.
