2021 第3章 3牛顿第三定律.docx

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2021第3章3牛顿第三定律

3.牛顿第三定律

学习目标

核心素养

1.知道力的作用是相互的，并了解作用力、反作用力的概念。

2．理解牛顿第三定律的含义。

（重点）

3．会用牛顿第三定律解决简单问题。

（难点）

4．会区分平衡力和作用力与反作用力。

1.物理观念：

作用力与反作用力及其关系。

2．科学思维：

受力分析的转换法。

3．科学探究：

探究生活中物体间相互作用的规律。

4．科学态度与责任：

从生活中走向物理，感受到物理与生活的联系，产生亲近的情感。

阅读本节教材，回答第64页“问题”并梳理必要知识点。

教材第64页问题提示：

大人与小孩的相互作用力大小相等。

一、作用力和反作用力

1．力是物体对物体的作用。

只要谈到力，就一定存在着受力物体和施力物体。

2．两个物体之间的作用总是相互的，物体间相互作用的这一对力称为作用力和反作用力。

作用力和反作用力总是互相依赖，同时存在的。

我们把其中任何一个力叫作作用力，另一个力叫作反作用力。

二、牛顿第三定律

1．实验探究：

如图，两个弹簧测力计A和B连接在一起，用手拉A，结果发现两个弹簧测力计的示数是相等的。

改变拉力，弹簧测力计的示数也随之改变，但两个弹簧测力计的示数总是相等，这说明作用力和反作用力大小相等，方向相反。

2．牛顿第三定律：

两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等，方向相反，作用在同一直线上。

三、物体受力的初步分析

1．分析思路：

一是根据物体运动状态的变化来分析和判断其受力情况；二是根据各种力的特点，从相互作用的角度来分析物体的受力。

2．常遇到的力：

重力、弹力、摩擦力。

3．平衡力与相互作用力

（1）一对相互平衡的力作用在同一个物体上，一对作用力与反作用力分别作用在两个不同物体上。

（2）一对相互平衡的力不一定是同一种类的力，而一对作用力与反作用力一定是同一种类的力。

1．思考判断（正确的打“√”，错误的打“×”）

（1）物体间可能只有作用力，而没有反作用力。

（×）

（2）物体间先有作用力，然后才有反作用力。

（×）

（3）作用力与反作用力的合力为零。

（×）

（4）受力分析时，只分析物体受到的力。

（√）

2．关于作用力与反作用力的说法中，正确的是（　　）

A．作用力与反作用力的性质不一定相同

B．作用力与反作用力的大小相等、方向相反，它们的作用效果可以抵消

C．书静止在水平桌面上，书受到的重力和桌面对书的支持力是一对作用力与反作用力

D．大人和小孩掰手腕，虽然小孩输了，但是小孩给大人的力等于大人给小孩的力

D　[作用力和反作用力同性质，同大小，作用在不同物体上，因此效果不能抵消，故A、B、C错误，D正确。

]

3．下列说法正确的是（　　）

A．起重机用钢索加速吊起货物时，钢索对货物的力大于货物对钢索的力

B．子弹能射入木块是因为子弹对木块的力大于木块对子弹的阻力

C．大人与小孩相撞时，大人对小孩的撞击力大于小孩对大人的撞击力

D．将图钉按入木板，图钉对木板的力和木板对图钉的力大小是相等的

D　[钢索对货物的力与货物对钢索的力是一对作用力与反作用力，总是大小相等，选项A错误；子弹对木块的力与木块对子弹的力是一对作用力与反作用力，选项B错误；大人对小孩的撞击力与小孩对大人的撞击力是一对作用力与反作用力，总是大小相等，选项C错误；图钉对木板的力和木板对图钉的力是一对作用力与反作用力，大小相等，选项D正确。

]

对牛顿第三定律的理解

成语“以卵击石”是指拿蛋去碰石头。

比喻不自量力，自取灭亡。

那么是否蛋对石头的力小于石头对蛋的力？

提示：

不是，以卵击石时，卵与石之间的力是一对作用力与反作用力，大小相等，只是作用效果不同而已。

1．牛顿第三定律表达式：

F＝－F′，式中的“－”号表示作用力与反作用力方向相反。

2．作用力与反作用力的“四同”“三异”

作用力与反作用力关系

四同

等大

大小总是相等

共线

作用在一条直线上

同时

同时产生、同时变化、同时消失

同性质

同一性质的力

三异

异向

方向相反

异体

作用在不同的物体上

异效

效果不能相互抵消，不能认为合力为零

[名师点睛]　牛顿第三定律中“总是”表现在以下三个方面：

（1）与物体的大小和形状无关。

（2）与物体的运动状态无关。

（3）与物体受不受其他力无关。

【例1】　如图甲所示，把两个力传感器的挂钩钩在一起，让一个大人与一个小孩向相反方向拉，大人很轻松地就能将小孩拉过来。

如果两个力传感器与计算机相连，就能很容易地显示出两个拉力随时间变化的图像，如图乙所示。

由图像可以得出的正确结论是（　　）

甲　　　　　　　　　乙

A．作用力与反作用力的大小总是相等

B．作用力与反作用力的大小不相等

C．作用力与反作用力的作用时间不相等

D．作用力与反作用力的方向相同

[思路点拨]　根据题中图像得到作用力和反作用力的关系：

（1）作用力和反作用力一正一负，表明它们的方向始终相反。

（2）图线关于t轴对称，表明作用力和反作用力的大小始终相等。

（3）作用力与反作用力同时产生、同时消失，表明它们具有同时性。

A　[观察Ft图像，图线关于t轴对称，表明作用力和反作用力的大小始终相等，方向始终相反，变化的情况完全相同，故A正确，B、D错误；从图像中可看出，作用力与反作用力同时产生、同时消失，作用时间相同，C错误。

]

1．（对作用力与反作用力的理解）关于马拉车的下列说法正确的是（　　）

A．马拉车不动，是因为马拉车的力小于车拉马的力

B．马拉车前进，是因为马拉车的力大于车拉马的力

C．不论车如何运动，马拉车的力大小总等于车拉马的力

D．只有当马拉车不动或马拉车匀速前进时，马拉车的力大小才等于车拉马的力

C　[马拉车时，不论车如何运动，马拉车的力与车拉马的力都是一对相互作用力，二者总是大小相等的，故C正确，A、B、D错误。

]

2．（对牛顿第三定律的理解）关于牛顿第三定律，下面说法中正确的是（　　）

A．两物体间先有作用力，后有反作用力

B．作用力与反作用力可以是不同性质的力

C．作用力与反作用力同时产生，同时消失

D．作用力与反作用力的合力等于零

C　[作用力和反作用力具有同时性，同时产生，同时变化，同时消失，故A错误，C正确；作用力和反作用力必须是同一种性质的力，故B错误；作用力与反作用力大小相等，方向相反，作用在同一条直线上，作用在两个物体上，故其效果不能相互抵消，也不能进行力的合成，故D错误。

]

一对平衡力和一对作用力与反作用力的区别

如图甲、乙为球的重力G、木板对球的力F1和球压木板的力F2，它们之间存在什么关系？

甲　　　　　乙

提示：

G与F1是一对平衡力；F1与F2是一对作用力与反作用力。

作用力、反作用力与平衡力的比较

作用力和反作用力

平衡力

不同点

作用对象

作用在两个相互作用的物体上

作用在同一物体上

依赖关系

相互依存，不可单独存在，同时产生，同时变化，同时消失

无依赖关系，撤除一个，另一个依然可存在

叠加性

两力作用效果不可叠加，不可求合力

两力作用效果可相互抵消，可叠加，可求合力，且合力为零

不同点

力的性质

一定是同种性质的力

可以是同种性质的力，也可以是不同种性质的力

相同点

大小相等，方向相反，作用在一条直线上

【例2】　引体向上是同学们经常做的一项健身运动。

该运动的规范动作是：

两手正握单杠，由悬垂开始，上拉时，下颚须超过单杠面。

下放时，两臂放直，不能曲臂，如图所示，这样上拉下放，重复动作，达到健身的目的。

关于做引体向上动作时人的受力，以下判断正确的是（　　）

A．在加速上拉过程中，单杠对人的作用力大于人对单杠的作用力

B．在加速下放过程中，单杠对人的作用力等于人对单杠的作用力

C．悬垂静止时，单杠对人的作用力与人对单杠的作用力是一对平衡力

D．在加速下放过程中，在某瞬间人可能不受力的作用

[思路点拨]　①作用力与反作用力分别作用在两个物体上，并且总是大小相等，方向相反，作用在同一直线上。

②一对平衡力作用在同一个物体上。

B　[无论是上拉过程，还是下放过程，还是悬垂静止中，单杠对人的作用力总等于人对单杠的作用力，是一对相互作用力，与人的运动状态无关，选项A、C错误，B正确；在下放过程中，若在某瞬间人向下的加速度为重力加速度g，则人只受到一个重力的作用，故D错误。

]

区分作用力、反作用力和平衡力的方法

区分作用力、反作用力和平衡力，最简单的方法是看涉及的物体的个数。

（1）作用力与反作用力只涉及两个相互作用的物体，是甲物体对乙物体，乙物体对甲物体的关系。

（2）平衡的一对力涉及三个物体，即两个施力物体同时作用在一个受力物体上。

3．一木块静止放在水平桌面上，则下列说法正确的是（　　）

A．木块对桌面的压力与桌面对木块的支持力是一对平衡力

B．用手竖直向下压木块时，木块对桌面的压力大于桌面对木块的支持力

C．木块对桌面的压力就是木块的重力

D．木块对桌面的压力与桌面对木块的支持力是一对作用力和反作用力

D　[对木块、桌面进行受力分析。

设木块所受的重力为G，桌面对木块的支持力为FN，木块对桌面的压力为FN′，如图所示。

木块对桌面的压力与桌面对木块的支持力是一对作用力和反作用力，故A、B错误；木块对桌面的压力是木块的形变产生的，木块的重力是由于地球的吸引而产生的，二者不是同一种力，故C错误；桌面对木块的支持力和木块对桌面的压力是一对作用力与反作用力，故D正确。

]

物体受力的初步分析

1.受力分析的一般顺序

一般先分析重力；再分析弹力，环绕物体一周，找出跟研究对象接触的物体，并逐个分析这些物体对研究对象是否有弹力作用；然后分析摩擦力，对凡有弹力作用处逐一进行分析；最后是其他力。

2．受力分析常用的方法

（1）整体法与隔离法

整体法

隔离法

概念

将加速度相同的几个物体作为一个整体来分析的方法

将研究对象与周围物体分隔开分析的方法

选用原则

研究系统外的物体对系统整体的作用力或系统整体的加速度

研究系统内物体之间的相互作用力

注意问题

受力分析时不要再考虑系统内物体间的相互作用力

一般隔离受力较少的物体

（2）假设法：

在受力分析时，若不能确定某力是否存在，可先对其做出存在或不存在的情况假设，然后再就该力存在与否对物体运动状态影响的不同来判断该力是否存在。

3．受力分析的步骤

【例3】　（多选）如图所示，放在水平地面上的物体M上叠放着物体m，m与M之间有一处于压缩状态的弹簧，整个装置处于静止状态，则下列关于m和M的受力情况分析正确的是（　　）

A．m给M向左的摩擦力

B．M给m向左的摩擦力

C．地面对M的摩擦力向右

D．地面对M无摩擦力作用

[思路点拨]　①整个装置处于静止状态，说明m和M所受的合力均为零。

②处于压缩状态的弹簧对m有向左的弹力。

AD　[对m受力分析，m受到重力、支持力、水平向左的弹力和M对m向右的摩擦力，根据作用力与反作用力的关系，则m对M的摩擦力向左，A正确，B错误；对整体受力分析，整个装置处于静止状态，在竖直方向上，受到重力和支持力平衡，水平方向上，若地面对M有摩擦力，则整体不能平衡，故地面对M无摩擦力作用，C错误，D正确。

]

上例中，若将压缩状态的弹簧改为伸长状态的弹簧，则m和M的受摩擦力情况如何？

[提示]　m给M向右的摩擦力，M给m向左的摩擦力，地面对M无摩擦力作用。

判断力是否存在的三种方法

（1）根据各种性质的力产生的条件进行判断。

（2）依据作用力和反作用力的关系：

因为研究对象所受的每个力都有施力物体或反作用力，找不到施力物体或没有反作用力的力是不存在的。

（3）依据物体所处的运动状态：

对有些力是否存在，或力的方向难以确定时，可依据物体所处的运动状态，运用物体的平衡条件或牛顿运动定律来判断。

4．下列“画阴影”的物体受力分析正确的是（　　）

B　[图A中球静止在光滑平面上，合力为零，球不受斜向右上方的支持力，A错误；图B中小球静止在斜面上，要使其合力为零，球只受重力和绳的拉力，B正确；图C中物体沿粗糙斜面向上冲，摩擦力的方向沿斜面向下，C错误；图D中两物体一起匀速向右，所受合外力为零，上面的物体不受水平摩擦力作用，D错误。

]

1．红军在长征时，遇到的环境十分恶劣。

在过草地时，有的地方看上去是草，而下面可能就是淤泥，人一不小心就会陷入淤泥中，这是因为（　　）

A．人给地面的压力大于地面给人的支持力

B．地面给人的支持力大于人给地面的压力

C．地面给人的支持力小于人受的重力

D．地面给人的支持力等于人受的重力

C　[人对地面的压力与地面对人的支持力是作用力和反作用力，大小相等，方向相反，选项A、B错误；人陷入淤泥中，是因为人受重力和支持力，重力大于支持力，选项C正确，D错误。

]

2．如图所示是利用计算机记录的卫星发射时火箭和卫星之间的作用力和反作用力的变化图线，根据图线可以得出的结论是（　　）

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．牛顿第三定律在物体处于非平衡状态时不再适用

B　[图像中的两条图线对应的纵坐标大小相等、符号相反，故A错误，B正确；作用力与反作用力作用在两个相互作用的物体上，C错误；在任何情况下，两物体之间的作用力和反作用力都遵守牛顿第三定律，D错误。

]

3．一根轻质弹簧竖直悬挂一小球，小球和弹簧的受力如图所示，下列说法正确的是（　　）

A．F1的施力者是弹簧B．F2的反作用力是F3

C．F3的施力者是地球D．F4的反作用力是F1

B　[F1是小球的重力，其施力物体是地球，选项A错误．F2是弹簧对小球的拉力，F3是小球对弹簧的拉力，两力是一对作用力与反作用力，选项B正确；F3是小球对弹簧的拉力，所以F3的施力物体是小球，选项C错误；F4与F1没有直接关系，不是一对作用力与反作用力，选项D错误。

]

4．如图所示是一种传统的民族体育项目“押加”，实际上相当于两个人拔河。

如果绳质量不计，且保持水平，甲、乙两人在“押加”比赛中甲获胜。

则下列说法中正确的是（　　）

A．甲对乙的拉力始终大于乙对甲的拉力

B．甲对乙的拉力大小始终等于乙对甲的拉力大小

C．甲把乙加速拉过去时，甲对乙的拉力大于乙对甲的拉力

D．只有当甲把乙匀速拉过去时，甲对乙的拉力大小才等于乙对甲的拉力大小

B　[甲对绳的拉力和绳对甲的拉力为作用力和反作用力，乙对绳的拉力和绳对乙的拉力也是作用力和反作用力；而绳子上张力是相同的，故甲拉乙的力与乙拉甲的力大小始终相等，与运动状态无关，B正确。

]

5．情境：

电动平衡车，又叫体感车、思维车、摄位车等。

市场上主要有独轮和双轮两类。

问题：

如图，一电动平衡车突然在水平面上做加速直线运动，人对平衡车的压力大小发生变化吗？

为什么？

[解析]　根据牛顿第三定律可知：

人对平衡车的压力等于平衡车对人的支持力。

因人在竖直面内处于平衡状态，即平衡车对人的支持力与人重力二力平衡，故人对平衡车的压力不因为平衡车的加速而变化。

[答案]　见解析