学年高中物理 第6章 力与运动 第3节 牛顿第三定律教学案 鲁科版必修1文档格式.docx
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(4)一个人在用力打拳,可见一个力可以只有施力物体没有受力物体。
(5)先有作用力后有反作用力。
(6)作用力与反作用力一定是同性质的力。
2.合作探究——议一议
(1)“叶落归根”这一自然现象说明了树叶受到了地球的吸引力作用,树叶对地球有没有反作用力?
提示:
有,树叶对地球的吸引力。
(2)如图631所示,甲、乙两同学想通过测力计A、B的读数来比较出谁的力气大,这有可能吗?
图631
不可能。
因为两个测力计的示数始终相同。
(3)“掰腕子”是比较臂力大小的一种常见比赛。
在一次“掰腕子”比赛中,甲轻松地胜了乙,是否是因为甲对乙的作用力大于乙对甲的作用力?
不是。
甲、乙两手间的力为作用力与反作用力,根据牛顿第三定律可知,这两个力大小相等,甲之所以胜了乙,那是因为甲手腕能承受的力大于乙手腕能承受的力。
作用力与反作用力的理解
1.如图632所示,一个大人甲跟一个小孩乙站在水平地面上手拉手比力气,结果大人把小孩拉过来了。
对这个过程中作用于双方的力的关系,正确的说法是( )
图632
A.大人拉小孩的力一定比小孩拉大人的力大
B.大人与小孩间的拉力是一对作用力与反作用力
C.大人拉小孩的力与小孩拉大人的力的合力一定为零
D.只有在大人把小孩拉动的过程中,大人的力才比小孩的力大,有可能出现的短暂相持过程中,两人的拉力一样大
解析:
选B 大人拉小孩与小孩拉大人构成一对相互作用力,它们之间的关系满足牛顿第三定律,所以二者永远大小相等,方向相反,两力作用在不同的人身体上,不能求合力,小孩被拉动是因为他受的拉力大于他所受摩擦力的缘故。
故选项B正确。
2.下列各对力中,是相互作用力的是( )
A.悬绳对电灯的拉力和电灯的重力
B.电灯拉悬绳的力与悬绳拉电灯的力
C.悬绳拉天花板的力和电灯拉悬绳的力
D.悬绳拉天花板的力和电灯的重力
选B 作用力与反作用力是两个物体之间的相互作用力,选项A、C、D都不是作用力与反作用力。
3.(多选)马拉车运动时,设马对车的作用力为F,车对马的作用力为F′。
关于F和F′的说法正确的是( )
A.F和F′是一对作用力和反作用力
B.当马与车做加速运动时,F>
F′
C.当马与车做减速运动时,F<
D.无论马与车做什么运动,F和F′的大小总是相等的
选AD 马与车之间的两个力作用在两个物体上,是一对相互作用力,这两个力大小一定相等,故A、D项正确;
车做加速(减速)运动的原因是马拉车的力大于(小车)车所受的阻力,故B、C项错误。
作用力、反作用力与平衡力的比较
作用力、反作用力与平衡力之间最直观的不同就是受力物体不同。
作用力和反作用力
平衡力
相同点
大小相等、方向相反、作用在同一直线上
不同 点
受力
物体
作用在不同物体上
作用在同一物体上
性质
相同
不一定相同
依存
关系
同时产生、同时变化、同时消失,相互依存,不可单独存在
无依存关系,撤销其中一个,另一个仍可存在,只是不再平衡
叠加
性
不可叠加求合力,两力作用效果不会抵消
可以叠加求合力,合力为零,两力作用效果相互抵消
[典例] (多选)如图633所示,水平力F把一个物体紧压在竖直的墙壁上静止不动,下列说法中正确的是( )
图633
A.作用力F跟墙壁对物体的支持力是一对作用力与反作用力
B.作用力F与物体对墙壁的压力是一对平衡力
C.物体的重力跟墙壁对物体的静摩擦力是一对平衡力
D.物体对墙壁的压力与墙壁对物体的支持力是一对作用力与反作用力
[思路点拨] 先对物体受力分析,找出相互平衡的力,然后找出每个力的施力物体,对施力物体的作用力是反作用力。
[解析] 作用力F跟墙壁对物体的支持力作用在同一物体上,大小相等、方向相反,在一条直线上,是一对平衡力,A错。
作用力F作用在物体上而物体对墙壁的压力作用在墙壁上,这两个力不能成为平衡力,也不是作用力和反作用力,B错。
物体在竖直方向上,受竖直向下的重力和墙壁对物体竖直向上的静摩擦力,因物体处于静止,故这两个力是一对平衡力,C对。
物体对墙壁的压力与墙壁对物体的支持力,是两个物体之间的相互作用力,是一对作用力和反作用力,D对。
[答案] CD
辨别作用力、反作用力与平衡力的方法
1.下列关于作用力、反作用力和一对平衡力的认识,正确的是( )
A.一对平衡力的合力为零,作用效果相互抵消,一对作用力与反作用力的合力也为零,作用效果也相互抵消
B.作用力和反作用力同时产生、同时变化、同时消失,且性质相同,一对平衡力的性质不一定相同
C.作用力和反作用力同时产生、同时变化、同时消失,一对平衡力也是如此
D.先有作用力,接着才有反作用力,一对平衡力却是同时作用在同一个物体上的
选B 作用力与反作用力是分别作用在两个不同物体上的,作用效果不能抵消,选项A错误;
作用力与反作用力具有同时性、同性质的特点,而一对平衡力不一定具有这些特点,选项B正确,C、D错误。
2.如图634所示,物体处于静止状态,下列说法中正确的是( )
图634
A.绳对物体的拉力和物体对绳的拉力是一对作用力与反作用力
B.物体的重力和物体对绳的拉力是一对平衡力
C.物体的重力和绳对物体的拉力是一对作用力与反作用力
D.物体的重力的反作用力作用在绳上
选A 绳对物体的拉力和物体对绳的拉力作用在相互作用的两个物体上,且大小相等、方向相反,符合作用力与反作用力的条件,故选项A正确;
物体的重力作用在物体上,物体对绳的拉力作用在绳上,作用对象不同,不是一对平衡力,故选项B错误;
物体的重力与绳对物体的拉力是一对平衡力,故选项C错误;
物体的重力的反作用力作用在地球上,而非作用在绳上,故选项D错误。
牛顿第三定律与牛顿第二定律的综合
[典例] 质量为M的人站在地面上,用绳通过定滑轮将质量为m的重物从高处放下,如图635所示,若重物以加速度a下降(a<g),则人对地面的压力为( )
图635
A.(M+m)g-ma
B.M(g-a)-ma
C.(M-m)g+ma
D.Mg-ma
[思路点拨] 解答本题可按以下流程分析:
―→
[解析] 以m为研究对象,受力分析如图甲所示。
由牛顿第二定律得
mg-F=ma,
所以绳子上的拉力F=mg-ma。
甲
以人为研究对象,受力分析如图乙所示:
乙
由平衡条件得F′+N=Mg
所以N=Mg-F′=Mg+ma-mg
由牛顿第三定律知,人对地面的压力等于地面对人的支持力
所以N′=N=(M-m)g+ma。
[答案] C
在有些问题中,若直接求解某一个力很困难,可以转换研究对象,先求该力的反作用力,然后根据牛顿第三定律得到要求的力的大小和方向。
1.如图636所示,用弹簧测力计悬挂一个重10N的金属块。
现使金属块部分浸在台秤上的水杯中(水没有溢出),若弹簧测力计的示数变为6N,则台秤的示数( )
图636
A.保持不变 B.增加10N
C.增加6ND.增加4N
选D 金属块浸入水中后,水对金属块产生浮力F,由平衡条件可知,浮力的大小为F=G-T=10N-6N=4N。
根据牛顿第三定律,金属块对水也施加一个反作用力F′,其大小F′=4N,故台秤的示数增加4N,选项D正确。
2.如图637所示,底座A上装有0.5m长的直立杆,底座和杆的总质量为M=0.2kg,杆上套有质量为0.05kg的小环B,它与杆之间有摩擦。
当环从底座上以4m/s的初速度飞起时,刚好能到达杆顶而没有脱离直立杆,取g=10m/s2。
求在环升起的过程中底座对水平面的压力为多大?
图637
对小环上升的过程进行受力分析,小环受重力mg和直立杆对其产生的滑动摩擦力f的作用,设小环的加速度大小为a,
由牛顿第二定律得f+mg=ma,
又小环的初速度v=4m/s,直立杆长度为s=0.5m,
小环向上做匀减速运动,由运动学公式得0-v2=-2as,
联立解得a=16m/s2,f=0.3N。
根据牛顿第三定律可知,小环给直立杆一个竖直向上的滑动摩擦力f′。
因为杆和底座整体受力平衡,受力分析得N+f′=Mg,所以N=1.7N,
根据牛顿第三定律知,底座对水平面的压力大小为1.7N。
答案:
1.7N
1.下列叙述中正确的是( )
A.作用力与反作用力可能是不同性质的力
B.作用力与反作用力总是同时产生,同时消失
C.作用力与反作用力有时可以是平衡力
D.作用力与反作用力方向一定是相同的
选B 据作用力与反作用力的同性质和同时性可知,作用力与反作用力的性质一定相同,且同时产生,同时消失,A错误,B正确;
作用力与反作用力总是大小相等,方向相反,作用在两个物体上,故它们不可能是平衡力,C、D错误。
2.足球比赛中,运动员用力将球踢出,在此过程中( )
A.运动员先给足球作用力,足球随后给运动员反作用力
B.运动员给足球的作用力大于足球给运动员的反作用力
C.运动员给足球的作用力与足球给运动员的反作用力方向相反
D.运动员给足球的作用力与足球给运动员的反作用力是一对平衡力
选C 运动员给足球作用力的同时足球给运动员反作用力,这两个力大小相等、方向相反、作用在两个物体上,故不是平衡力,C正确,A、B、D错误。
3.磁性黑板擦吸附在竖直的黑板平面上静止不动时,关于黑板擦的受力情况,下列叙述中正确的是( )
A.黑板擦受到的磁力与它受到的重力是一对平衡力
B.黑板擦受到的磁力与它受到的弹力是一对作用力与反作用力
C.黑板擦受到的磁力与它受到的摩擦力性质相同
D.黑板擦受到的摩擦力与它受到的重力是一对平衡力
选D 黑板对磁性黑板擦的吸引力与磁性黑板擦的重力不是作用在同一条直线上,且两个力的大小不一定相等,不符合二力平衡的条件,A错误;
黑板擦受到黑板的磁力与它受到的黑板的弹力,两个力的大小相等、方向相反、作用在同一条直线上、作用在同一物体上,符合平衡力的条件,故B错误;
黑板擦受到的磁力与它受到的摩擦力性质不同,C错误;
黑板擦的重力与黑板对它的摩擦力,两个力的大小相等、方向相反、作用在一条直线上、作用在一个物体上,符合二力平衡的条件,故D正确。
4.如图1所示,是利用传感器记录的两个物体间的作用力和反作用力变化图线,根据图线可以得出的结论是( )
图1
A.作用力大时,反作用力小
B.作用力和反作用力的方向总是相反的
C.作用力和反作用力是作用在同一个物体上的
D.此图线一定是在两个物体都处于静止状态时显示出来的
选B 由图线关于t轴对称可以得出:
作用力与反作用力一定大小相等、方向相反,故A错误,B正确;
作用力与反作用力一定作用在两个物体上,且其大小和方向的关系与物体所处的运动状态无关,所以C、D均错误。
5.下面关于宇宙飞船和火箭上天的情况叙述正确的是( )
A.火箭尾部向外喷气,喷出的气体对火箭产生一个向上的推力
B.火箭的推力是由于喷出的气体对空气产生一个作用力,空气的反作用力作用于火箭而产生的
C.火箭飞出大气层后,由于没有了空气,火箭虽向后喷气也不会产生推力
D.以上说法都不对
选A 火箭尾部向外喷气,给喷出的气体一个作用力,而喷出的气体给火箭一个反作用力,火箭就是受到这个反作用力(推力),才克服空气阻力向前飞行的,故A正确。
6.人站在地面上,先将两腿弯曲,再用力蹬地,就能跳离地面,人能跳起离开地面的原因是( )
A.人对地球的作用力大于地球对人的引力
B.地面对人的作用力大于人对地面的作用力
C.地面对人的作用力大于地球对人的引力
D.人除受地面的弹力外,还受到一个向上的力
选C 对人受力分析:
人受到地面给人的弹力和重力,因为弹力大于重力,所以人能跳起。
7.物体静止于水平桌面上,则( )
A.桌面对物体的支持力的大小等于物体的重力,这两个力是一对平衡力
B.物体所受的重力和桌面对它的支持力是一对作用力与反作用力
C.物体对桌面的压力就是物体的重力,这两个力是同一种性质的力
D.物体对桌面的压力和桌面对物体的支持力是一对平衡力
选A 物体和桌面受力情况如图所示。
因物体处于平衡状态,且N与G作用于同一物体,因此N和G是一对平衡力,故A正确。
因作用力和反作用力分别作用在两个物体上,故B错。
因压力是弹力,而弹力与重力是性质不同的两种力,故C错。
支持力和压力是由于物体与桌面相互作用(挤压)而产生的,因此N和N′是一对作用力和反作用力,故D错。
8.跳高运动员从地面上起跳的瞬间,下列说法中正确的是( )
A.运动员对地面的压力小于运动员受到的重力
B.地面对运动员的支持力等于运动员对地面的压力
C.地面对运动员的支持力大于运动员对地面的压力
D.运动员对地面的压力大小等于运动员受到的重力
选B 运动员和地面之间发生相互作用时满足牛顿第三定律,C、D选项错;
运动员能离开地面是因为运动员在离开前具有向上的加速度,即地面对运动员的支持力大于运动员本身的重力,根据牛顿第三定律可知,地面对运动员的支持力与运动员对地面的压力等大,故A错误,B正确。
9.一个重400N的木箱放在大磅秤上,木箱内有一个质量为60kg的人,站在小磅秤上。
如果人用力推木箱顶板,则小磅秤和大磅秤上的示数F1、F2的变化情况是( )
A.F1增大,F2减小 B.F1减小,F2不变
C.F1增大,F2增大D.F1增大,F2不变
选D 以木箱整体为研究对象,受重力和大磅秤给它的支持力而保持平衡,故F2不变。
以人为研究对象,推木箱顶板前,人只受重力和小磅秤给他的支持力,而推顶板后,顶板给人一个向下的反作用力,人受力如图所示,显然F1要增大,D正确。
10.(多选)重物A用一根轻弹簧悬于天花板下,画出重物和弹簧的受力图如图2所示。
关于这四个力的以下说法正确的是( )
图2
A.F3与F4是一对平衡力
B.F1的反作用力是F3
C.F1的施力物体是弹簧
D.F1与F2是一对作用力与反作用力
选ABC F3与F4是一对平衡力,A正确;
F1的反作用力是F3,B正确;
F1的施力物体是弹簧,C正确;
F1与F2是作用在重物上的两个力即重力和拉力,是一对平衡力,D错误。
11.建筑工人用如图3所示的定滑轮装置运送建筑材料。
质量为70.0kg的工人站在地面上,通过定滑轮将20.0kg的建筑材料以0.50m/s2的加速度拉升,忽略绳子和定滑轮的质量及定滑轮与绳之间的摩擦,则工人对地面的压力大小为多少?
(g取10m/s2)
图3
对于建筑材料,T-mg=ma①
对于人,N+T=Mg,②
联立①②解得N=490N,
由牛顿第三定律可知,工人对地面的压力N′=N=490N。
490N
12.如图4所示,在倾角为α的固定光滑斜面上,有一用绳子拴着的长木板,木板上趴着一只老鼠。
已知木板的质量是老鼠质量的两倍,当绳子突然断开时,老鼠立即沿着板向上爬,以保持其相对斜面的位置不变。
此木板沿斜面下滑的加速度为多少?
图4
设老鼠的质量为m,则木板的质量为2m。
老鼠处于静止状态,受力如图甲所示。
由平衡条件得
f=mgsinα①
木板受力如图乙所示。
f′+2mgsinα=2ma②
其中f=f′③
联立①②③得a=
gsinα。
gsinα
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