高中物理必修1同步讲义第四章 牛顿运动定律 第5节牛顿第三定律.docx

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高中物理必修1同步讲义第四章牛顿运动定律第5节牛顿第三定律

第5节

牛顿第三定律

1．力是物体之间的相互作用，若把其中一个力称为作用力，则另一个力称为反作用力。

2．两个物体间的作用力和反作用力总是大小相等，方向相反，作用在同一条直线上。

3．作用力和反作用力一定作用在相互作用的两个物体上，且力的性质相同。

4．作用力和反作用力同时产生，同时变化，同时消失。

5．受力分析一般要按照一定顺序分析，避免多力和漏力问题。

一、作用力和反作用力

1．力是物体对物体的作用，一个力一定存在着受力物体和施力物体。

2．力的作用总是相互的，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相互依存，同时存在的。

二、牛顿第三定律

1．实验探究

如图451所示，把两个弹簧测力计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都随之改变，但两个示数总相等，这说明作用力和反作用力大小相等，方向相反。

图451

2．牛顿第三定律

（1）内容：

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，作用在同一条直线上。

（2）表达式：

F＝－F′（负号表示方向相反）。

1．自主思考——判一判

（1）先有作用力，然后有反作用力。

（×）

（2）作用力与反作用力的大小相等、方向相反、合力为零。

（×）

（3）物体间的作用力与反作用力一定同时产生、同时消失。

（√）

（4）只有两物体接触时，才会产生作用力与反作用力。

（×）

（5）物体间的作用力和反作用力一定是同性质的力。

（√）

2．合作探究——议一议

（1）力总是“成对”出现的吗？

提示：

物体间的力的作用是相互的，所以力总是“成对”出现的。

（2）拔河比赛时，甲队胜了乙队，是不是甲对乙的拉力大于乙对甲的拉力呢？

试分析甲队胜利的原因。

提示：

不是。

无论哪队胜，甲对乙的拉力大小都等于乙对甲的拉力大小。

甲队胜是因为地面对甲的最大静摩擦力大于地面对乙的最大静摩擦力。

（3）一个物体受到几个力作用就一定存在几对反作用力吗？

提示：

是；每一个力都是两个物体间的相互作用，所以物体受到几个力的作用就有几对反作用力。

对牛顿第三定律的理解

对作用力和反作用力的理解（3个特征、4种性质）

（1）3个特征

①等值：

即大小总是相等的。

②反向：

即方向总是相反的。

③共线：

即二者总是在同一直线上。

（2）4种性质

①异体性：

即作用力和反作用力是分别作用在彼此相互作用的两个物体上。

②同时性：

即作用力和反作用力同时产生，同时变化，同时消失。

③相互性：

即作用力和反作用力总是相互的、成对出现的。

④同性性：

即二者性质总是相同的。

1．关于物体间的作用力和反作用力，下列说法正确的是（　　）

A．只有两物体质量相等时它们间的作用力和反作用力大小才相等

B．作用力和反作用力的作用效果可相互抵消

C．作用力和反作用力可以不同时产生

D．作用力和反作用力的方向一定相反

解析：

选D　作用力与反作用力大小相等、方向相反、作用在两个物体上、同时产生、同时消失。

由上述描述知D对。

2．（多选）在排球比赛中，运动员用手掌将排球奋力击出。

关于排球与运动员手掌之间的作用力，下列说法正确的是（　　）

A．排球对运动员手掌的作用力大于运动员手掌对排球的作用力

B．排球对运动员手掌的作用力和运动员手掌对排球的作用力大小相等

C．排球对运动员手掌的作用力比运动员手掌对排球的作用力产生稍晚

D．排球对运动员手掌的作用力和运动员手掌对排球的作用力同时消失

解析：

选BD　排球对运动员手掌的作用力与运动员手掌对排球的作用力是一对作用力和反作用力，大小相等，同时产生，同时消失，故B、D对。

3.关于马拉车的下列说法正确的是（　　）

图452

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

解析：

选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对，A、B、D都错。

一对作用力与反作用力和一对平衡力的比较

作用力与反作用力

平衡力

共同点

大小相等，方向相反，作用在同一直线上

不同点

作用对象

作用在两个物体上

作用在同一个物体上

作用时间

同时产生，同时变化，同时消失，不可单独存在

不一定同时产生、变化或消失，可以单独存在，只是不再平衡

力的性质

一定是同性质的力

不一定是同性质的力

作用效果

因为一对作用力与反作用力作用在两个物体上，各自产生作用效果，故不能求合力

一对平衡力的作用效果是使物体处于平衡状态，合力为零

1．一根轻质弹簧竖直悬挂一小球，小球和弹簧的受力如图453所示，下列说法正确的是（　　）

图453

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

解析：

选B　小球受到重力即F1和弹簧给的弹力F2，F1的施力者是地球，F3是小球对弹簧的拉力，F4是房顶对弹簧的拉力，F2的反作用力是F3，F3的施力物体是小球，F1是重力，其反作用力不是F4，故B正确。

2．（多选）如图454所示，用细绳把小球悬挂起来，当小球静止时，下列说法中正确的是（　　）

图454

A．小球对细绳的拉力和细绳对小球的拉力是一对作用力和反作用力

B．小球受到的重力和小球对细绳的拉力是一对作用力和反作用力

C．小球受到的重力和细绳对小球的拉力是一对平衡力

D．小球受到的重力和小球对细绳的拉力是一对平衡力

解析：

选AC　对小球受力分析，受地球对其的重力，细绳对其向上的拉力，小球保持静止状态，加速度为零，合力为零，故重力和拉力是一对平衡力；细绳对小球的拉力的反作用力是小球对细绳的向下的拉力，这两个力是一对相互作用力，故A、C正确，B、D错误。

3.如图455所示，人静止站在测力计上，下列说法中正确的是（　　）

图455

A．人对测力计的压力和测力计对人的支持力是一对平衡力

B．人对测力计的压力和测力计对人的支持力是一对作用力与反作用力

C．人所受的重力和人对测力计的压力是一对平衡力

D．人所受的重力和人对测力计的压力是一对作用力与反作用力

解析：

选B　人对测力计的压力和测力计对人的支持力是一对作用力与反作用力，故A错误，B正确。

人所受的重力和人对测力计的压力，既不是一对平衡力，也不是作用力与反作用力，故C、D错误。

牛顿第三定律的应用

[典例]　如图456所示，滑杆和底座静止在水平地面上，质量为M，一质量为m的猴子沿杆以0.4g的加速度加速下滑，则底座对地面的压力为（　　）

图456

A．Mg＋0.4mg

B．Mg＋0.6mg

C．（M＋m）g

D．Mg

[思路点拨]　

（1）根据牛顿第三定律转换研究对象，把求解压力转换为求解支持力。

（2）把求解猴子对杆向下的摩擦力转换为求解杆对猴子向上的摩擦力。

[解析]　

以猴子为研究对象，分析猴子的受力如图甲所示：

竖直方向受重力mg和杆对猴子的摩擦力Ff，则有mg－Ff＝ma①

滑杆和底座受力如图乙所示，

受重力Mg、支持力FN，猴子对杆的摩擦力Ff′

三力平衡：

FN＝Mg＋Ff′②

由牛顿第三定律得Ff′＝Ff③

由①②③解得FN＝Mg＋0.6mg

由牛顿第三定律得底座对地面的压力为

FN′＝FN＝Mg＋0.6mg，方向竖直向下。

故选B。

[答案]　B

求解某个力的大小和方向，一般情况下选取该力的受力物体进行分析，但有些情况不便于直接求解该力时，可先通过转换研究对象，求解其反作用力的大小和方向，进而应用牛顿第三定律求得该力的大小和方向。

1.建筑工人用如图457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0.500m/s2的加速度拉升，忽略绳子和定滑轮的质量及定滑轮的摩擦，则工人对地面的压力大小为（g取10m/s2）（　　）

图457

A．510N　　　　　　　B．490N

C．890ND．910N

解析：

选B　对建筑材料进行受力分析，根据牛顿第二定律有F－mg＝ma，得绳子的拉力大小F＝210N；然后对工人进行受力分析，由平衡条件得Mg＝F＋FN，得地面对工

人的支持力FN＝490N，根据牛顿第三定律可知，工人对地面的压力大小为490N，选项

B正确。

2.如图458所示，一个箱子放在水平地面上，箱内有一固定的竖直杆，在杆上套着一个环，箱和杆总质量是M，环的质量为m，已知环沿着杆加速下滑，环与杆间的摩擦力大小为Ff，则此时箱子对地面的压力为（　　）

图458

A．MgB．（M＋m）g

C．（M＋m）g－FfD．Mg＋Ff

解析：

选D　取箱子为研究对象，它受向下的重力Mg、环给它向下的摩擦力Ff和地面的支持力FN三个力的作用而平衡，FN＝Mg＋Ff，由牛顿第三定律知，箱子对地面的压力FN′＝FN＝Mg＋Ff，D正确。

1．下列关于力的说法中，正确的是（　　）

A．力不能离开施力物体和受力物体而独立存在的

B．马拉车前进，马对车有拉力作用，但车对马没有拉力作用

C．根据效果命名的同一名称的力，性质也一定相同

D．只有两物体直接接触时才会产生力的作用

解析：

选A　力是物体对物体的作用，力不能离开施力物体和受力物体而独立存在的，故A正确；马拉车前进，马对车有拉力作用，车对马也有拉力作用，这两个力是一对作用力与反作用力，故B错误；弹力和摩擦力都可以作为动力，但性质不同，故C错误；不接触的物体也能产生力的作用，如两个不接触的磁铁也能产生吸引或排斥的作用，故D错误。

2．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

解析：

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。

3.用计算机辅助实验系统（DIS）做“验证牛顿第三定律的实验”时，把两个测力探头的挂钩钩在一起，向相反的方向拉动，显示器屏幕上显示的是两个力传感器的相互作用力随时间变化的图像，如图1所示。

由图像可以得出的正确结论是（　　）

图1

A．作用力与反作用力作用在同一物体上

B．作用力与反作用力同时存在，不同时消失

C．作用力与反作用力大小不相等

D．作用力与反作用力方向相反

解析：

选D　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，作用在不同的物体上，故A、C错误，D正确。

作用力和反作用力同时产生，同时消失，同时变化，故B错误。

4．对于牛顿第三定律的理解，下列说法中正确的是（　　）

A．当作用力产生后，再产生反作用力；当作用力消失后，反作用力才慢慢消失

B．弹力和摩擦力都有反作用力，而重力无反作用力

C．甲物体对乙物体的作用力是弹力，乙物体对甲物体的作用力可以是摩擦力

D．作用力和反作用力，这两个力在任何情况下都不会平衡

解析：

选D　根据牛顿第三定律知，两个物体之间的相互作用力，大小相等，方向相反，性质相同，同时产生，同时消失，故可判定A、B、C错误，D正确。

5．（多选）如图2所示，把一本书放在水平桌面上保持静止，下列说法中正确的是（　　）

图2

A．书对桌面的压力是弹力，是由于桌面发生形变而产生的

B．书对桌面的压力在数值上等于书受到的重力

C．书保持静止是由于书对桌面的压力与桌面对书的支持力是一对平衡力

D．书对桌面的压力与桌面对书的支持力是一对作用力和反作用力

解析：

选BD　书对桌面的压力是弹力，是由于书发生形变而产生的，选项A错误；书对桌面的压力在数值上等于书受到的重力，选项B正确；书保持静止是由于书的重力与桌面对书的支持力是一对平衡力，选项C错误；书对桌面的压力与桌面对书的支持力是一对作用力和反作用力，选项D正确。

6．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，且力的性质相同，平衡力的性质却不一定相同

C．作用力和反作用力同时产生、同时变化、同时消失，且一对平衡力也是如此

D．先有作用力，接着才有反作用力，一对平衡力都是同时作用在同一个物体上

解析：

选B　作用力和反作用力的受力物体是两个，故不能求合力，作用效果不能抵消，故A错。

作用力与反作用力具有同时性，性质也一定相同，而平衡力不具有同时性，故B正确，C、D错误。

7．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

解析：

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。

8.如图3所示，甲、乙两人在冰面上“拔河”。

两人中间位置处有一分界线，约定先使对方过分界线者为赢。

若绳子质量不计，冰面可看成光滑，则下列说法正确的是（　　）

图3

A．甲对绳的拉力与绳对甲的拉力是一对平衡力

B．甲对绳的拉力与乙对绳的拉力是作用力与反作用力

C．若甲的质量比乙大，则甲能赢得“拔河”比赛的胜利

D．若乙收绳的速度比甲快，则乙能赢得“拔河”比赛的胜利

解析：

选C　甲对绳的拉力与绳对甲的拉力是一对作用力与反作用力，选项A、B错误；因绳子对甲、乙的拉力是相等的，若甲的质量比乙大，则甲的加速度较小，所以甲能赢得“拔河”比赛的胜利，选项C正确；拔河的胜负与收绳的速度无关，故D错误。

9．一只电灯用电线挂在天花板上，下列选项中的力是一对平衡力的是（　　）

A．天花板对电线的拉力和电线对天花板的拉力

B．电灯对电线的拉力和电线对电灯的拉力

C．电线对电灯的拉力和电灯受到的重力

D．电灯对电线的拉力和电灯受到的重力

解析：

选C　平衡力作用在一个物体上，相互作用力作用在两个物体上。

天花板对电线的拉力和电线对天花板的拉力是一对相互作用力，A错；电灯对电线的拉力和电线对电灯的拉力也是一对相互作用力，B错；电灯受到重力和电线的拉力而处于平衡状态，所以电线对电灯的拉力和电灯受到的重力是一对平衡力，故C正确；电灯对电线的拉力和电灯受到的重力既不是平衡力也不是相互作用力，D错。

10．关于反作用力在日常生活和生产技术中的应用，下列说法中错误的是（　　）

A．在平静的水面上，静止着一只小船，船上有一人，人从静止开始从小船的一端走向另一端时，船向相反方向运动

B．汽车行驶时，通过排气筒向后排出燃气，从而获得向前的反作用力即动力

C．农田灌溉用自动喷水器，当水从弯管的喷嘴里喷射出来时，弯管会自动转向

D．软体动物乌贼在水中经过体侧的孔将水吸入鳃腔，然后用力把水挤出体外，乌贼就会向相反方向游去

解析：

选B　人从小船的一端走向另一端时，要受到船给人的摩擦力，方向与人行走的方向相同。

根据牛顿第三定律知，人对小船也有一个摩擦力，其方向与人行走的方向相反，因此船将在这个摩擦力的作用下改变运动状态，向人行走的相反方向运动，所以A正确。

汽车行驶时，通过排气筒向后排出燃气，虽然燃气对排气筒有反作用力，但毕竟反作用力很小，并不是汽车动力的来源，B错误。

农业灌溉用的自动喷水器，当水从弯管的喷嘴里喷射出来时，弯管在水的反作用力的推动下会自动旋转，大大增加了喷水的面积，C正确。

乌贼经过身体侧面的孔把水吸入鳃腔，然后用力把水经过小孔压出体外，根据牛顿第三定律可知，乌贼就获得了方向相反的反作用力，从而向排水的相反方向游去，D正确。

11.如图4所示，家用吊扇对悬挂点有拉力作用，正常转动时吊扇对悬挂点的拉力与它不转动时相比（　　）

图4

A．变大　　　　　　B．变小

C．不变D．无法判断

解析：

选B　吊扇不转动时，吊扇对悬点的拉力等于吊扇的重力，吊扇旋转时要向下扑风，即对空气有向下的压力，根据牛顿第三定律，空气也对吊扇有一个向上的反作用力，使得吊扇对悬点的拉力减小，B正确。

12.如图5所示，用细线将A物体悬挂在顶板上，B物体放在水平地面上。

A、B间有一劲度系数为100N/m的轻弹簧，此时弹簧伸长了2cm。

已知A、B两物体的重力分别是3N和5N。

则细线的拉力及B对地面的压力分别是（　　）

图5

A．8N和0NB．5N和7N

C．5N和3ND．7N和7N

解析：

选C　对A由平衡条件得FT－GA－kx＝0，解得FT＝GA＋kx＝3N＋100×0.02N＝5N，对B由平衡

条件得kx＋FN－GB＝0，解得FN＝GB－kx＝5N－100×0.02N＝3N，由牛顿第三定律得B对地面的压力是3N，故选项C正确。

13.如图6所示，在台秤上放半杯水，台秤示数为G′＝50N，另用挂在支架上的弹簧秤悬挂一边长a＝10cm的正方体金属块，金属块的密度ρ＝3×103kg/m3，当把弹簧秤下的金属块平稳地浸入水中深b＝4cm时，弹簧秤和台秤的示数分别是多少？

水的密度是ρ水＝103kg/m3，g取10m/s2。

图6

解析：

设弹簧秤示数为F，弹簧秤示数减小是由于金属块受到水向上的浮力作用。

浮力的反作用力作用于水，从而使台秤的示数增大。

金属块的受力分析如图所示，因金属块静止，故有F＝G－F浮

又因G＝ρa3g＝30N

F浮＝ρ水gV排＝ρ水ga2b＝4N

故F＝30N－4N＝26N

由牛顿第三定律，

F浮′＝F浮

台秤示数F′＝G′＋F浮′＝54N。

答案：

26N　54N