2020-2021学年高中物理学案：4.5-牛顿第三定律(人教版必修1).docx

4.5　牛顿第三定律
[目标定位]　1.知道力的作用是相互的，理解作用力和反作用力的概念.2.理解牛顿第三定律的精确     含义，会用它解决简洁的问题.3.会区分一对平衡力与一对相互作用力．

一、作用力与反作用力
一个物体对另一个物体施加了力，后一物体肯定同时对前一物体也施加了力．物体间相互作用的这一对力，通常叫做作用力和反作用力．
　想一想：
甲、乙两个小车上分别粘有磁铁，用手按住让两小车停在水平桌面上距离适当的位置，然后放开乙车，我们看到在磁力的作用下乙车会运动起来．甲对乙有作用力，乙对甲是否有作用力？假如有，两相互作用力作用在几个物体上，力的种类是否相同？
答案　有，由于力的作用是相互的．相互作用力分别作用在两个物体上，种类相同．
二、牛顿第三定律
1．试验探究：作用力与反作用力的关系
图451

把两个弹簧测力计A和B连结在一起，用手拉A，发觉两个弹簧测力计的示数相同．转变拉力，弹簧测力计的示数都随着变化，但两者的示数总是相同，这说明作用力和反作用力大小相等，方向相反．
2．试验结论
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，作用在同一条直线上．
　想一想：
拔河竞赛时，甲队胜了乙队，是不是甲对乙的拉力大于乙对甲的拉力呢？
答案　不是．无论哪方胜，甲对乙的拉力都等于乙对甲的拉力．甲队胜是由于地面对甲的摩擦力大于乙对甲的拉力．
三、物体的受力分析
1．肯定质量的物体，它的加速度由它所受各个力的合力打算．因此，要了解物体的运动，就必需对物体进行受力分析．
2．一对作用力和反作用力与一对平衡力的区分：一对平衡力作用在同一个物体上，一对作用力和反作用力分别作用在两个物体上；一对平衡力不肯定(填“肯定”或“不肯定”)是同一种类的力，一对作用力和反作用力肯定(填“肯定”或“不肯定”)是同一种类的力．
3．一对作用力和反作用力与一对平衡力的相像之处：两者都是等大、反向、作用在同一条直线上．
　想一想：
一个物体受到几个力作用就肯定存在几对反作用力吗？
答案　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说明就有几个物体和它存在相互作用，因此就有几对反作用力．

一、作用力和反作用力
1．两个物体之间力的作用总是相互的．只要谈到一个力，就肯定同时存在施力物体和受力物体．施力物体同时也肯定是受力物体．
2．作用力和反作用力总是相互依存、同时存在的，我们可以把其中的任何一个力叫做作用力，另一个力叫做反作用力．若作用力为甲对乙的力，则反作用力为乙对甲的力．

　图452
例1　两个小球A和B，中间用弹簧连结，并用细绳悬挂于天花板下，如图452所示，下面四对力中属于作用力和反作用力的是(　　)
A．绳对A的拉力和弹簧对A的拉力
B．弹簧对A的拉力和弹簧对B的拉力
C．弹簧对B的拉力和B对弹簧的拉力
D．B的重力和弹簧对B的拉力
解析　作用力和反作用力是作用在相互作用的两个物体之间的力，绳对A的拉力与A对绳子的拉力是一对作用力和反作用力，A、B均错误；弹簧对B的拉力和B对弹簧的拉力是一对作用力与反作用力，C正确；B受到的重力，施力物体是地球，与B对地球的吸引力是一对作用力和反作用力，D错误．故选C.
答案　C
二、对牛顿第三定律的理解
1．表达式：F＝－F′(负号表示方向相反)，负号表示作用力F与反作用力F′的方向相反．
2．对作用力和反作用力的理解(“四同”和“三异”的关系)
“四同”表示：
(1)同大小：大小相等．
(2)同直线：作用在同一条直线上．
(3)同存亡：同时产生、同时消逝、同时变化．
(4)同类型：作用力和反作用力总是同一种类的力．比如作用力是弹力、反作用力也是弹力；作用力是摩擦力、反作用力也是摩擦力；作用力是引力、反作用力也是引力．
“三异”表示：
(1)反向：方向相反．
(2)异体：作用在不同的物体上．
(3)不同效果：在不同的物体上分别产生不同的作用效果，不能相互抵消，因此，不能认为作用力和反作用力的合力为零．
3．留意：作用力和反作用力的关系不仅适用于静止的物体之间，也适用于相对运动的物体之间，这种关系与作用力的性质、物体的质量、运动状态及作用的方式(是静止还是运动)无关．
牛顿第肯定律和牛顿其次定律是对单个物体而言的，只解决了一个物体的运动规律．牛顿第三定律揭示了力作用的相互性，反映了物体间相互作用的规律．

图453
例2　如图453所示，我国有一种传统的民族体育项目叫做“押加”，实际上相当于两个人拔河，假如甲、乙两人在押加竞赛中，甲获胜，则下列说法中正确的是(　　)
A．甲对乙的拉力大于乙对甲的拉力，所以甲获胜
B．当甲把乙匀速拉过去时，甲对乙的拉力大小等于乙对甲的拉力大小
C．当甲把乙加速拉过去时，甲对乙的拉力大于乙对甲的拉力
D．甲对乙的拉力大小始终等于乙对甲的拉力大小，只是地面对甲的摩擦力大于地面对乙的摩擦力，所以甲获胜
解析　物体的运动状态是由其自身的受力状况打算的，只有当物体所受的合外力不为零时，物体的运动状态才会转变，不论物体处于何种状态，物体间的作用力与反作用力总是大小相等、方向相反，由于它们作用在不同的物体上，其效果可以不同．甲加速前进的缘由是甲受到的地面的摩擦力大于绳子对甲的拉力；乙加速后退的缘由是绳子对乙的拉力大于乙受到的地面的摩擦力；但是，依据牛顿第三定律，甲对乙的拉力大小始终等于乙对甲的拉力大小．B、D正确．
答案　BD

图454
例3　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454所示，若重物以加速度a下降(a<g)，则人对地面的压力为 (　　)

A．(M＋m)g－ma
B．M(g－a)－ma
C．(M－m)g＋ma
D．Mg－ma

解析　对重物，设绳的拉力为F，由牛顿其次定律知：mg－F＝ma，所以，绳的拉力为F＝mg－ma.对人，受重力、绳的拉力及地面的支持力而平衡，则Mg＝FN＋F，所以FN＝Mg－F＝(M－m)g＋ma.依据牛顿第三定律知，人对地面的压力大小也为(M－m)g＋ma.
答案　C
三、一对作用力与反作用力和一对平衡力的比较
1．两者的区分

2.简记为：作用力和反作用力是“异体、同类、同存，不同效”；平衡力是“同体、可异、非同存、效果抵消”．
例4　如图455所示，物体放在水平桌面上，受到一个水平向右的拉力F作用，却仍旧保持静止，则下列说法中正确的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(　　)
图455

A．物体受三个力作用，其中有一对平衡力
B．物体受三个力作用，其中有一对作用力和反作用力
C．物体受四个力作用，其中有两对作用力和反作用力
D．物体受四个力作用，其中有两对平衡力
解析　物体受重力、桌面的支持力、水平向右的拉力F，依据物体处于静止状态知，物体所受合外力为零，所以物体在水平方向除受水平向右的拉力F外，还必需受水平向左的摩擦力Ff，所以物体共受四个力的作用，A、B错误．由于作用力与反作用力是分别作用在两个不同物体上的，所以物体所受的四个力中不行能构成作用力与反作用力，因此C错误．物体水平方向上受向右的拉力和向左的摩擦力，其合力为零，为一对平衡力．竖直方向受重力和支持力，也为一对平衡力，所以D正确．
答案　D

作用力和反作用力

1．2021年12月2日，“长征三号乙”运载火箭点火起飞，成功将“嫦娥三号”月球探测器成功送入太空．下面关于卫星与火箭上天的情形叙述正确的是(　　)
A．火箭尾部向外喷气，喷出的气体反过来对火箭产生一个反作用力，从而让火箭获得了向上的推力
B．火箭尾部喷出的气体对空气产生一个作用力，空气的反作用力使火箭获得飞行的动力
C．火箭飞出大气层后，由于没有了空气，火箭虽然向后喷气，但也无法获得前进的动力
D．卫星进入运行轨道之后，与地球之间仍旧存在一对作用力与反作用力
解析　火箭升空时，其尾部向下喷气，火箭箭体与被喷出的气体是一对相互作用的物体．火箭向下喷气时，喷出的气体同时对火箭产生向上的反作用力，即为火箭上升的推动力．此动力并不是由四周的空气对火箭的反作用力供应的，因而与是否飞出大气层、是否存在空气无关，B、C错误，A正确．火箭运载卫星进入轨道之后，卫星与地球之间照旧存在相互吸引力，即地球吸引卫星，卫星吸引地球，这是一对作用力与反作用力，D正确．
答案　AD
对牛顿第三定律的理解

图456
2．如图456所示，击球员用棒球棍回击飞过来的棒球时，球棒击棒球的力(　　)
A．比球撞击球棒的力更早产生
B．与球撞击球棒的力同时产生
C．大于球撞击球棒的力
D．小于球撞击球棒的力
解析　依据牛顿第三定律可知作用力反作用力总是等大、反向，同时产生同时消逝的，故选B.
答案　B
3．如图457所示，轻杆BC的C点用光滑铰链与墙壁固定，杆的B点通过水平细绳AB使杆与竖直墙壁保持30°的夹角．若在B点悬挂一个定滑轮(不计重力)，某人用它匀速地提起重物．已知重物的质量m＝30 kg，人的质量M＝50 kg，g取10 m/s2，此时人对地面的压力为________N，轻杆BC受到的压力为________N，绳AB
所受力拉力为________N.
图457

解析　因匀速提起重物，则FT＝mg.即绳对人的拉力为mg，所以地面对人的支持力为FN＝Mg－mg＝(50－30)×10 N＝200 N，依据牛顿第三定律，人对地面的压力为200 N．定滑轮对B点的拉力方向竖直向下，大小为2mg，杆对B点的弹力方向沿杆的方向，由共点力平衡条件得：FAB＝2mgtan 30°＝2×30×10× N＝200 N，FBC＝＝400 N．同理，由牛顿第三定律知，轻杆受到的压力为400 N，绳AB受到的拉力为200 N.
答案　200　400　200
一对作用力与反作用力和一对平衡力的比较
4．下列关于作用力、反作用力和一对平衡力的生疏正确的是(　　)
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、同时消逝，且力的种类相同，平衡力的种类却不肯定相同
C．作用力和反作用力同时产生、同时变化、同时消逝，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　作用力和反作用力受力物体是两个，故不能求合力，作用效果不能抵消，故A错．作用力与反作用力均有同时性，种类也肯定相同，而平衡力不具有同时性，故C错，B正确，D错误．
答案　B

(时间：60分钟)

题组一　作用力和反作用力

图458
1．如图458是中国运动员黄珊汕在2021年伦敦奥运会女子蹦床竞赛中的精彩镜头，黄珊汕在与蹦床接触的时候受到几对作用力与反作用力(忽视空气阻力)　　　　　　　(　　)
A．一对 B．两对
C．三对 D．四对
解析　与蹦床接触时，黄珊汕共受两个力，即重力和蹦床对她的支持力，这两个力的反作用力分别是她对地球的引力和她对蹦床的压力，故共有两对作用力与反作用力，B正确．
答案　B
2．放在水平桌面上的物体受到桌面对它的支持力，对支持力的反作用力的说法正确的是(　　)
A．反作用力是物体受到的重力，作用在地球上
B．反作用力是物体对桌面的压力，作用在桌面上
C．反作用力是物体对地球的引力，作用在物体上
D．支持力没有反作用
解析　作用力和反作用力是作用在两个物体上、等大、反向、作用在同始终线上的一对力．物体受到的支持力是桌面对物体施加的，所以其反作用力是物体对桌面的压力，施力物体是水平桌面上的物体，受力物体是桌面，故选B.
答案　B
3．如图459所示，将两弹簧测力计a、b连结在一起，当用力缓慢拉a弹簧测力计时，发觉不管拉力F多大，a、b两弹簧测力计的示数总是相等，这个试验说明(　　)
图459

A．这是两只完全相同的弹簧测力计
B．弹力的大小与弹簧的形变量成正比
C．作用力与反作用力大小相等、方向相反
D．力是转变物体运动状态的缘由
解析　试验中两弹簧测力计的拉力互为作用力与反作用力，它们肯定大小相等、方向相反，C正确．
答案　C
4．下列推断正确的是(　　)
A．人行走时向后蹬地，给地面对后的摩擦力，地面给人的摩擦力是人向前的动力
B．人匀速游泳时，人在水中的运动是对水向前用力，水给人的力是阻力，方向向后
C．放在桌面上的物体，因有重力，才有对桌面的压力，才有桌面的支持力消灭，即压力先产生，支持力后消灭
D．作用力与反作用力，应是先有作用力，再有反作用力，作用力先变化，反作用力随后跟着做相应变化
解析　人走路或游泳时，对地或对水都施加向后的力，另一方给人施加动力，故A对，B错；作用力与反作用力总是同时产生，同时变化的，不存在谁先谁后，故C、D均错．
答案　A

图4510
5．如图4510所示，P和Q叠放在一起，静止在水平桌面上．在下列各对力中属于作用力和反作用力的是(　　)
A．P所受的重力和Q对P的支持力
B．Q所受的重力和Q对P的支持力
C．P对Q的压力和Q对P的支持力
D．Q对桌面的压力和桌面对Q的支持力
解析　P所受重力的反作用力是P吸引地球的力，A错；Q所受重力的反作用力是Q吸引地球的力，B错；P对Q的压力的反作用力是Q对P的支持力，C对；Q对桌面的压力的反作用力是桌面对Q的支持力，D对．
答案　CD
题组二　对牛顿第三定律的理解
6．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大于运动员受到的重力
B．地面对运动员的支持力大于运动员受到的重力
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
解析　跳高运动员从地面上起跳的瞬间产生向上的加速度，对运动员受力分析，地面对运动员的支持力大于运动员受到的重力；运动员对地面的压力和地面对运动员的支持力是作用力和反作用力，大小相等．
答案　AB
7．一物体受绳拉力的作用，由静止开头运动，先做加速运动，然后做匀速运动，最终做减速运动，下列说法正确的是(　　)
A．加速运动时，绳拉物体的力大于物体拉绳的力
B．减速运动时，绳拉物体的力小于物体拉绳的力
C．只有匀速运动时，绳拉物体的力才与物体拉绳的力大小相等
D．不管物体如何运动，绳拉物体的力与物体拉绳的力大小总相等
解析　作用力、反作用力总是大小相等、方向相反，并作用在同一条直线上，与相互作用的物体所处的状态没有关系．
答案　D
8．用手托着一块砖，开头时静止不动，当手突然向上加速运动时，砖对手的压力(　　)
A．肯定小于手对砖的支持力
B．肯定等于手对砖的支持力
C．肯定大于手对砖的支持力
D．肯定大于砖的重力
解析　以砖为争辩对象，砖向上开头加速时，其所受合力向上，即支持力大于重力．砖对手的压力与手托砖的力(即支持力)是作用力与反作用力关系，因而大小相等，B正确．既然支持力大于重力，砖对手的压力大于砖所受的重力，D正确．
答案　BD
题组三　一对作用力与反作用力和一对平衡力的比较

图4511
9．如图4511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(　　)
A．作用力F跟墙壁对物体的压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压力是一对作用力与反作用力
解析　作用力F跟墙壁对物体的压力作用在同一物体上，大小相等，方向相反，在同一条直线上，是一对平衡力，A错误；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，也不是作用力与反作用力，B错误；在竖直方向上物体受重力，方向竖直向下，还受墙壁对物体的静摩擦力，方向竖直向上，由于物体处于平衡状态，因此这两个力是一对平衡力，C正确；物体对墙壁的压力与墙壁对物体的压力是两个物体间的相互作用力，因此是一对作用力与反作用力，D正确．
答案　CD
10．人静止站在体重计上，下列说法正确的是(　　)
A．人对体重计的压力和体重计对人的支持力是一对平衡力
B．人所受的重力和人对体重计的压力是一对平衡力
C．人所受的重力和人对体重计的压力是一对作用力与反作用力
D．人对体重计的压力和体重计对人的支持力是一对作用力与反作用力
解析　人与体重计之间相互作用的压力和支持力是一对作用力与反作用力，A项错，D项对．人所受重力的施力物体是地球，受力物体是人；人对体重计的压力是弹力，施力物体是人，受力物体是体重计，所以B、C均错．
答案　D

图4512
题组四　综合题组
11．如图4512所示为杂技“顶杆”表演，一人站在地上，肩上为一质量为M的竖直竹竿，当竿上一质量为m的人以加速度a加速下滑时，竿对“底人”的压力大小为(　　)
A．(M＋m)g B．(M＋m)g－ma
C．(M＋m)g＋ma D．(M－m)g
解析　竿上的人与竿的相互作用力为Ff，则底下的人受到的压力为FN＝Mg＋Ff，对质量为m的人有：mg－Ff＝ma.解得：FN＝(m＋M)g－ma.
答案　B
12．为探究作用力与反作用力的关系，某同学把两只力传感器同时连在计算机上，其中一只系在墙上，另一只握在手中，将两只力传感器的挂钩钩在一起，用力拉另一只传感器，如图4513甲所示，在计算机显示屏上观看到了这对拉力随时间变化的曲线，如图乙所示．将一个力传感器固定在滑块上，另一个力传感器钩住它向右变速拉动滑块，如图丙所示，观看到这对拉力随时间变化的曲线，如图丁所示．

图4513

分析两图线可以看出：
(1)作用力和反作用力有怎样的关系？
(2)此规律适用于怎样运动的物体之间？
解析　分析题图可得：(1)作用力与反作用力等大反向．(2)此规律在任何运动状况下都适用，作用力与反作用力的关系与物体运动状况无关．
答案　见解析
13．一个质量为75 kg的人，站立在水平地面上，某一瞬间突然竖直跳起，已知刚跳起时速度为3.0 m/s，起跳时间为0.5 s，求此人在起跳瞬间对地面的压力的平均值．(人的运动近似看做匀加速运动，g取10 m/s2)

解析　以人为争辩对象，人在起跳瞬间只受到重力和支持力，如图所示．
起跳瞬间，人的运动可等效成初速度为零的匀加速运动，
其加速度为a＝＝ m/s2＝6 m/s2
据牛顿其次定律得FN－mg＝ma
故FN＝m(g＋a)＝75×(10＋6)N＝1 200 N
据牛顿第三定律知，人对地面的平均压力为1 200 N，方向与FN相反，竖直向下．
答案　1 200 N　竖直向下