高中物理（2019必修第一冊）舊教材同步講義第4章 5　牛頓第三定律同步講義

5牛頓第三定律[學習目標]1．知道力的作用是相互的，理解作用力與反作用力的概念.2.理解牛頓第三定律，會用牛頓第三定律解釋一些生活中的現(xiàn)象.3.理解一對平衡力及作用力與反作用力的區(qū)別．一、作用力與反作用力1．力是物體對物體的作用，只要談到力，就一定存在著受力物體和施力物體．2．力的作用是相互的，物體間相互作用的這一對力稱為作用力和反作用力．3．作用力與反作用力總是互相依存、同時存在的．把它們中的任何一個力叫做作用力，另一個力叫做反作用力．二、牛頓第三定律1．實驗探究：如圖1所示，把兩個彈簧測力計A和B連接在一起，B的一端固定，用手拉A，結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩個彈簧測力計的示數(shù)是相等的．改變拉力，彈簧測力計的示數(shù)也隨著改變，但兩個彈簧測力計的示數(shù)總是相等，這說明作用力和反作用力大小相等，方向相反．圖12．牛頓第三定律：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．三、物體的受力分析1．受力分析中常見的三種力(1)重力：任何物體都受重力，其方向豎直向下．(2)彈力：兩個相互接觸的物體相互擠壓時就會產(chǎn)生彈力，其方向與接觸面垂直(填“平行”或“垂直”)．(3)摩擦力：當兩個粗糙且擠壓的接觸面發(fā)生相對運動或具有相對運動趨勢時，接觸面處就會產(chǎn)生滑動摩擦力或靜摩擦力，其方向與接觸面平行(填“平行”或“垂直”)．2．平衡力與作用力和反作用力(1)一對平衡力：大小相等、方向相反、作用在同一條直線上，且作用在一個(填“一個”或“兩個不同的”)物體上.(2)作用力和反作用力：大小相等、方向相反、作用在同一條直線上，且作用在兩個不同的(填“一個”或“兩個不同的”)物體上．(3)一對作用力和反作用力一定(填“一定”或“不一定”)是同一種類的力，而一對平衡力則不一定(填“一定”或“不一定”)是同一種類的力．判斷下列說法的正誤．(1)物體間可能只有作用力，而沒有反作用力．(×)(2)兩個物體只有接觸才存在作用力和反作用力．(×)(3)作用力施加之后才會產(chǎn)生反作用力，即反作用力總比作用力落后一些．(×)(4)作用力和反作用力大小相等、方向相反，作用在一條直線上，因此它們的合力為零．(×)(5)物塊靜止放在桌面上，物塊所受重力和物塊對桌面的壓力是一對作用力和反作用力．(×)(6)物體對桌面的壓力與桌面對物體的支持力是一對平衡力．(×)一、對牛頓第三定律的理解1．在光滑的冰面上，兩人相對而立．當一人用力去推另一人時，兩人同時向相反方向運動；兩個小車上粘有磁鐵，讓兩小車停在水平桌面上距離適當?shù)奈恢?，放手后兩小車同時運動(相吸或相斥)．(1)物體間的一對作用力與反作用力的產(chǎn)生有先后順序嗎？(2)上述兩個例子中一對作用力和反作用力各是什么性質(zhì)的力？(3)一對作用力和反作用力作用在幾個物體上？答案(1)作用力與反作用力同時產(chǎn)生，無先后順序．(2)前者相互作用力都是彈力，后者相互作用力都是引力或都是斥力．(3)兩個．2．拔河比賽時，甲隊勝了乙隊，是不是甲對乙的拉力大于乙對甲的拉力呢？答案不是．1．牛頓第三定律表達式：F＝－F′，式中的“－”號表示作用力與反作用力方向相反．2．作用力與反作用力的四個特征(1)等值：作用力和反作用力大小總是相等的．(2)反向：作用力和反作用力方向總是相反的．(3)共線：作用力和反作用力總是作用在同一條直線上．(4)同性質(zhì)：作用力和反作用力的性質(zhì)總是相同的．例1用錘頭敲玻璃，玻璃被打碎，而錘頭未碎．對于這一現(xiàn)象，下列說法正確的是()A．錘頭對玻璃的作用力大于玻璃對錘頭的作用力，所以玻璃才碎裂B．玻璃對錘頭的作用力大于錘頭對玻璃的作用力，只是由于錘頭比玻璃能夠承受更大的力才沒有碎裂C．錘頭和玻璃之間的作用力是等大的，只是由于錘頭比玻璃能夠承受更大的力才沒有碎裂D．因為不清楚錘頭和玻璃的其他受力情況，所以無法判斷它們之間的相互作用力的大小答案C解析錘頭對玻璃的作用力與玻璃對錘頭的作用力是一對作用力與反作用力，總是大小相等，方向相反，作用在不同物體上，因物體對力的承受能力不同，所以產(chǎn)生的作用效果不同，故C正確，A、B、D均錯誤．例2如圖2所示，一匹馬拉著車前行，關于馬拉車的力和車拉馬的力的大小關系，下列說法中正確的是()圖2A．馬拉車的力總是大于車拉馬的力B．馬拉車的力總是等于車拉馬的力C．加速運動時，馬拉車的力大于車拉馬的力D．減速運動時，馬拉車的力小于車拉馬的力答案B解析馬向前拉車的力和車向后拉馬的力是一對作用力與反作用力，它們總是大小相等、方向相反、作用在同一條直線上，與運動狀態(tài)無關．加速運動或者減速運動時，馬向前拉車的力都等于車向后拉馬的力，故A、C、D錯誤，B正確．正確理解牛頓第三定律中“總是”的含義“總是”是強調(diào)對于任何物體，在任何情況下，作用力與反作用力的關系都成立．對此，我們可以從以下幾個方面理解：(1)不管物體的大小、形狀如何，例如，大物體與大物體之間，大物體與小物體之間，任何形狀的物體之間，其作用力與反作用力總是大小相等、方向相反的．(2)不管物體的運動狀態(tài)如何，例如，靜止的物體之間，運動的物體之間，靜止與運動的物體之間，其作用力與反作用力總是大小相等、方向相反的．(3)作用力與反作用力的產(chǎn)生和消失總是同時的．兩者中若有一個產(chǎn)生或消失，則另一個必然同時產(chǎn)生或消失．二、一對作用力與反作用力和一對平衡力的比較如圖3所示，木塊靜止在水平面上．圖3(1)在圖中畫出木塊受到的重力G和支持力FN的示意圖．重力G和支持力FN屬于一對什么力？作用在幾個物體上？性質(zhì)相同嗎？(2)在圖4中畫出水平面對木塊的支持力FN和木塊對水平面的壓力FN′.支持力FN和壓力FN′屬于一對什么力？分別作用在什么物體上？性質(zhì)相同嗎？圖4答案(1)如圖所示重力和支持力屬于一對平衡力作用在一個物體上性質(zhì)不同(2)如圖所示支持力FN和壓力FN′屬于一對作用力與反作用力支持力FN作用在木塊上，壓力FN′作用在水平面上性質(zhì)相同一對作用力與反作用力和一對平衡力的比較eq\o(\s\up7(內(nèi)容),\s\do5(比較))一對作用力與反作用力一對平衡力不同點作用對象作用在兩個相互作用的物體上作用在同一物體上依存關系相互依存，不可單獨存在，同時產(chǎn)生，同時變化，同時消失無依存關系，撤除一個，另一個依然可能存在疊加性兩力作用效果不可疊加，不可求合力兩力作用效果可相互抵消，可疊加，可求合力，且合力為零力的性質(zhì)一定是同種性質(zhì)的力可以是同種性質(zhì)的力，也可以是不同種性質(zhì)的力相同點大小相等、方向相反、作用在同一條直線上例3(多選)如圖5所示，用水平力F把一個物體緊壓在豎直墻壁上，使其保持靜止，下列說法中正確的是()圖5A．水平力F與墻壁對物體的彈力是一對作用力與反作用力B．物體的重力與墻壁對物體的靜摩擦力是一對平衡力C．水平力F與物體對墻壁的壓力是一對作用力與反作用力D．物體對墻壁的壓力與墻壁對物體的彈力是一對作用力與反作用力答案BD解析水平力F與墻壁對物體的彈力是一對平衡力，A錯誤；物體在豎直方向上受豎直向下的重力以及墻壁對物體豎直向上的靜摩擦力，因物體處于靜止狀態(tài)，故這兩個力是一對平衡力，B正確；水平力F作用在物體上，物體對墻壁的壓力作用在墻壁上，這兩個力既不是平衡力，也不是相互作用力，C錯誤；物體對墻壁的壓力與墻壁對物體的彈力是一對作用力與反作用力，D正確．針對訓練如圖6所示，人沿水平方向拉牛(可視為質(zhì)點)，但沒有拉動．其中說法正確的是()圖6A．繩拉牛的力小于牛拉繩的力B．繩拉牛的力與牛拉繩的力是一對平衡力C．繩拉牛的力與地面對牛的摩擦力是一對平衡力D．繩拉牛的力與地面對牛的摩擦力是作用力與反作用力答案C解析繩拉牛的力和牛拉繩的力是作用力與反作用力，大小相等、方向相反，故A、B、D錯誤；由于沒有拉動牛，可知繩拉牛的力與地面對牛的摩擦力是一對平衡力，故C正確．三、牛頓第三定律的綜合應用求解某個力的大小和方向，一般情況下選取該力的受力物體進行分析，但有些情況不便于直接求解該力時，可先通過轉(zhuǎn)換研究對象，求解其反作用力的大小和方向，進而應用牛頓第三定律求得該力的大小和方向．例4建筑工人用如圖7所示的定滑輪裝置運送建筑材料．一質(zhì)量為70.0kg的工人站在水平地面上，通過定滑輪將20.0kg的建筑材料以0.500m/s2的加速度拉升，忽略繩子和定滑輪的質(zhì)量及兩者間的摩擦，則工人對地面的壓力大小為(g取10m/s2)圖7A．510N B．490NC．890N D．910N答案B解析設繩子對建筑材料的拉力為F1，由牛頓第二定律得F1－mg＝ma，解得F1＝m(g＋a)＝210N，則繩子對工人的拉力F2＝F1＝210N．工人處于靜止狀態(tài)，則地面對工人的支持力FN＝Mg－F2＝490N，由牛頓第三定律知，工人對地面的壓力FN′＝FN＝490N，故選項B正確．1．(作用力與反作用力)對于作用力與反作用力的理解，下列說法中正確的是()A．當作用力產(chǎn)生后，再產(chǎn)生反作用力；當作用力消失后，反作用力才慢慢消失B．彈力和摩擦力都有反作用力，而重力無反作用力C．甲物體對乙物體的作用力是彈力，乙物體對甲物體的反作用力可以是摩擦力D．作用力和反作用力在任何情況下都不會平衡答案D解析作用力和反作用力總是同時產(chǎn)生、同時變化、同時消失的，它們之間沒有先后順序，A錯誤；任何力都有反作用力，B錯誤；作用力和反作用力一定是同種性質(zhì)的力，C錯誤；由于作用力和反作用力分別作用在兩個不同的物體上，因而它們在任何情況下都不會平衡，D正確．2．(牛頓第三定律)(多選)一個大人(甲)跟一個小孩(乙)站在水平地面上手拉手比力氣，結(jié)果大人把小孩拉過來了．對這個過程中作用于雙方的力的關系，說法正確的是()A．大人拉小孩的力一定比小孩拉大人的力大B．大人與小孩間的拉力是一對作用力與反作用力C．大人拉小孩的力與小孩拉大人的力大小一定相等D．只有在大人把小孩拉動的過程中，大人的力比小孩的力大，在可能出現(xiàn)的短暫相持過程中，兩人的拉力一樣大答案BC解析作用力與反作用力總是大小相等的，大人與小孩手拉手比力氣時，無論是在相持階段還是在小孩被大人拉過來的過程中，大人拉小孩的力與小孩拉大人的力的大小總是相等的，所以B、C正確．3．(牛頓第三定律)(2019·溫州市新力量聯(lián)盟高一第一學期期末)如圖8所示，船夫用撐桿撐船前行，則()圖8A．船對人的力小于人對船的力B．船對水的力大于水對船的力C．人對撐桿的力與撐桿對人的力大小相等D．撐桿對河底的力大于河底對撐桿的力答案C4．(一對平衡力與作用力和反作用力)電動平板車是繼傳統(tǒng)滑板之后的又一滑板運動的新型產(chǎn)品，深受年輕人的喜愛．如圖9所示，電動平板車置于水平地面上，下列說法正確的是()圖9A．人站在平板車上保持靜止時，人所受的重力和地面對平板車的支持力是一對平衡力B．人站在平板車上保持靜止時，平板車對人的支持力與平板車對地的壓力是一對作用力和反作用力C．人豎直向上加速起跳階段，平板車對人的支持力等于人對平板車的壓力D．人豎直向上加速起跳階段，人所受的重力等于人對平板車的壓力答案C解析人站在平板車上保持靜止時，人所受的重力與平板車對人的支持力是一對平衡力，人所受的重力和地面對平板車的支持力分別作用在兩個不同的物體上，A錯誤；人站在平板車上保持靜止時，平板車對人的支持力與人對平板車的壓力是一對作用力和反作用力，B錯誤；平板車對人的支持力與人對平板車的壓力是一對作用力和反作用力，大小相等，方向相反，C正確；人豎直向上起跳時，加速度向上，合力向上，人所受的重力小于平板車對人的支持力，所以人所受的重力小于人對平板車的壓力，D錯誤．5．(利用牛頓第三定律轉(zhuǎn)換研究對象)如圖10所示為雜技“頂竿”表演，一人站在地上，肩上扛一質(zhì)量為M的豎直竹竿，當竿上一質(zhì)量為m的人以加速度a(a<g，g為重力加速度)加速下滑時，竿對“底人”的壓力大小為()圖10A．(M＋m)gB．(M＋m)g－maC．(M＋m)g＋maD．(M－m)g答案B解析對竿上的人進行受力分析，受重力mg、摩擦力Ff，有mg－Ff＝ma.竿對人有摩擦力，人對竿也有摩擦力，且大小相等、方向相反．對竿進行受力分析，受重力Mg、方向向下的摩擦力Ff′、“底人”對其支持力F，有Mg＋Ff′＝F，又因為竿對“底人”的壓力和“底人”對竿的支持力是一對作用力和反作用力，由牛頓第三定律，得到桿對“底人”的壓力大小為F′＝F＝(M＋m)g－ma.一、選擇題考點一作用力與反作用力1．(多選)關于作用力與反作用力，下列說法正確的是()A．作用力是摩擦力，反作用力可能是彈力B．作用力是彈力，反作用力可能是摩擦力C．作用力是摩擦力，反作用力一定是摩擦力D．作用力是彈力，反作用力一定是彈力答案CD解析作用力與反作用力的性質(zhì)相同，摩擦力的反作用力也是摩擦力，彈力的反作用力也是彈力，故C、D正確，A、B錯誤．2.如圖1所示，用球拍擊打飛過來的網(wǎng)球時，若球擊球拍的力為F1，球拍擊球的力為F2，則()圖1A．先產(chǎn)生F1，再產(chǎn)生F2B．F1與F2是一對平衡力C．F1與F2兩力的性質(zhì)不同D．F1和F2大小相等，方向相反答案D3.如圖2所示，有兩個穿著溜冰鞋的人站在冰面上，當A從背后輕輕推B時，兩個人同時向相反的方向運動，這是因為A推B時()圖2A．A與B之間有相互作用力B．A對B的作用在先，B對A的作用在后C．B對A的作用力小于A對B的作用力D．A對B的作用力和B對A的作用力是一對平衡力答案A解析A推B時，A與B之間有相互作用力，作用力與反作用力同時產(chǎn)生、大小相等、方向相反，A正確，B、C、D錯誤．考點二牛頓第三定律4．下列情景中，關于力的大小關系，說法正確的是()A．跳高運動員起跳，地面對運動員的支持力大于運動員對地面的壓力B．鋼絲繩吊起貨物加速上升時，鋼絲繩對貨物的拉力大于貨物對鋼絲繩的拉力C．雞蛋撞擊石頭，雞蛋破碎，石頭對雞蛋的作用力大于雞蛋對石頭的作用力D．火箭加速上升時，火箭發(fā)動機的推力大于火箭的重力答案D解析運動員對地面的壓力和地面對運動員的支持力是作用力與反作用力，二者大小相等，A錯誤；鋼絲繩對貨物的拉力與貨物對鋼絲繩的拉力為作用力與反作用力，二者大小相等，B錯誤；雞蛋對石頭的力和石頭對雞蛋的力是作用力與反作用力，二者大小相等，C錯誤；火箭加速上升，則一定受到向上的合力，故發(fā)動機的推力大于火箭的重力與空氣阻力之和，即大于火箭的重力，D正確．5．(多選)(2019·長春外國語學校高一第一學期期末)如圖3所示是利用計算機記錄的衛(wèi)星發(fā)射時火箭和衛(wèi)星之間的作用力和反作用力的變化圖線，根據(jù)圖線可以得出的結(jié)論是()圖3A．作用力大時，反作用力小B．作用力和反作用力的大小總是相等的C．作用力和反作用力的方向總是相反的D．作用力和反作用力是作用在同一個物體上的答案BC6.(2019·杭州市高一第一學期期末模擬)竹蜻蜓是一種中國傳統(tǒng)的民間兒童玩具，流傳甚廣．如圖4所示，竹蜻蜓由竹柄和“翅膀”兩部分組成．玩兒時，雙手一搓竹柄，然后雙手松開，竹蜻蜓就會旋轉(zhuǎn)著飛上天空，過一會兒落下來．松手后，關于竹蜻蜓和空氣間的相互作用力，下列說法中正確的是()圖4A．竹蜻蜓對空氣的作用力大于空氣對竹蜻蜓的作用力B．竹蜻蜓對空氣的作用力小于空氣對竹蜻蜓的作用力C.竹蜻蜓對空氣的作用力等于空氣對竹蜻蜓的作用力D．竹蜻蜓對空氣的作用力與空氣對竹蜻蜓的作用力方向相同答案C7．如圖5所示，狗拉著雪橇在雪道上行駛，根據(jù)牛頓運動定律可知()圖5A．若加速前進，狗拉雪橇的力大于雪橇拉狗的力B．若加速前進，狗拉雪橇的力與雪橇拉狗的力平衡C．若減速前進，狗拉雪橇的力小于雪橇拉狗的力D．狗拉雪橇的力與雪橇拉狗的力大小始終相等答案D解析無論雪橇如何運動，狗拉雪橇的力和雪橇拉狗的力是一對作用力與反作用力，因此它們始終大小相等、方向相反，注意雪橇的運動狀態(tài)是由雪橇所受合外力決定的，故A、B、C錯誤，D正確．8．(多選)如圖6所示，我國有一種傳統(tǒng)的民族體育項目叫做“押加”，實際上相當于兩個人拔河，如果甲、乙兩人在“押加”比賽中，甲獲勝，則下列說法中正確的是(不計繩子質(zhì)量)()圖6A．甲對乙的拉力大于乙對甲的拉力，所以甲獲勝B．當甲把乙勻速拉過去時，甲對乙的拉力等于乙對甲的拉力C．當甲把乙加速拉過去時，甲對乙的拉力大于乙對甲的拉力D．甲對乙的拉力始終等于乙對甲的拉力，只是地面對甲的摩擦力大于地面對乙的摩擦力，所以甲獲勝答案BD解析無論物體處于何種狀態(tài)，物體間的作用力與反作用力總是大小相等，方向相反，由于它們作用在不同的物體上，其效果可以不同．甲獲勝的原因是甲受到的地面的最大靜摩擦力大于繩子對甲的拉力；乙失敗的原因是繩子對乙的拉力大于乙受到的地面的摩擦力．但是，根據(jù)牛頓第三定律，甲對乙的拉力大小始終等于乙對甲的拉力大小，選項B、D正確．考點三一對平衡力與作用力和反作用力的比較9．如圖7所示，人站立在體重計上，下列說法正確的是()圖7A．人對體重計的壓力和體重計對人的支持力是一對平衡力B．人對體重計的壓力和體重計對人的支持力是一對作用力和反作用力C．人所受的重力和人對體重計的壓力是一對平衡力D．人所受的重力和人對體重計的壓力是一對作用力和反作用力答案B10.物體靜放于水平桌面上，如圖8所示，則()圖8A．桌面對物體的支持力與物體的重力大小相等，這兩個力是一對平衡力B．物體所受的重力和桌面對它的支持力是一對作用力與反作用力C．物體對桌面的壓力就是物體的重力，這兩個力是同一種性質(zhì)的力D．物體對桌面的壓力和桌面對物體的支持力是一對平衡力答案A解析物體和桌面的受力情況如圖所示．因物體處于平衡狀態(tài)，且FN與G作用于同一物體，因此FN和G是一對平衡力，故A項對．因作用力和反作用力應分別作用在兩個物體上，故B項錯．因壓力是彈力，而彈力與重力是性質(zhì)不同的兩種力，故C項錯．支持力和壓力是物體與桌面相互作用(擠壓)而產(chǎn)生的，因此FN與FN′是一對作用力和反作用力，故D項錯．11.(多選)如圖9所示，吊在大廳天花板上的電風扇所受重力為G，靜止時固定桿對它的拉力為F，扇葉水平轉(zhuǎn)動起來后，桿對它的拉力為F′，則()圖9A．F＝G、F＝F′B．F＝G、F>F′C．電風扇靜止時，固定桿對它的作用力等于它對固定桿的作用力D．電風扇水平轉(zhuǎn)動后，固定桿對它的作用力