第3节 牛顿第三定律.docx

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第3节牛顿第三定律

第3节　牛顿第三定律

核心素养

物理观念

科学探究

科学态度与责任

1.知道两个物体间的作用是相互的，理解作用力和反作用力的概念。

2.理解牛顿第三定律的含义，能够区分平衡力与相互作用力的异同点。

3.能够根据各种力的特点，分析物体的受力。

通过弹簧测力计探究作用力和反作用力的关系。

能运用牛顿第三定律解释生产、生活中的有关现象。

知识点一　作用力和反作用力

[观图助学]

作用力和反作用力：

当一个物体对另一个物体施加了力，后一个物体一定同时对前一个物体也施加了力。

物体间相互作用的这一对力，通常叫作作用力和反作用力。

其中任何一个力叫作作用力，另一个力叫作反作用力。

作用力和反作用力总是相互依赖、同时存在的。

[思考判断]

（1）有的力可能只有受力物体，没有施力物体。

（×）

（2）两个物体只有接触才存在作用力和反作用力。

（×）

（3）物体间不可能只有作用力，而没有反作用力。

（√）

（4）先有作用力，然后才有反作用力。

（×）,

甲船上的小孩用力推乙船时，甲船也会受到力的作用。

结论物体间的作用总是相互的，施力物体同时也一定是受力物体。

知识点二　牛顿第三定律

[观图助学]

（1）如图所示，两个弹簧测力计对拉，它们的读数相等吗？

（2）在拔河游戏中，两队通过绳子中的张力作用，对彼此施加的力大小和方向怎样？

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。

[思考判断]

（1）作用力与反作用力总是大小相等、方向相反。

（√）

（2）一对作用力与反作用力的性质可以不同。

（×）

（3）一对作用力与反作用力的合力为零。

（×）,

“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，但甲对乙的作用力大小仍等于乙对甲的作用力的大小

定律中的“总是”强调的是对于任何物体，在任何条件下，作用力与反作用力的关系均成立，与物体大小、形状、是否受其他力、物体的运动状态均无关。

知识点三　物体受力的初步分析

1.受力分析

分析物体受到哪些力，并将它们以示意图的形式表示出来，这一过程及方法叫受力分析。

2.两条思路

（1）根据物体运动状态的变化分析。

（2）根据各种力的特点，从相互作用的角度分析。

静止在斜面上的物体受力分析示意图如图所示。

核心要点

　作用力和反作用力的理解

[要点归纳]　

1.各种性质的力的作用都是相互的

（1）引力的作用是相互的

物体受到重力作用，施力物体是地球，同时，地球也受到了物体对它的力的作用，对这个力而言，地球是受力物体。

（2）弹力的作用是相互的

如图甲所示，放在水平桌面上的木块，由于桌面发生形变，给木块一个向上的支持力FN，同时，由于木块发生形变，对桌面有一个向下的压力FN′。

如图乙所示，悬挂小球的绳由于发生形变，对小球有一个向上的拉力F，同时，由于小球发生形变，对绳有一个向下的拉力F′。

（3）摩擦力的作用是相互的。

如图所示，黑板擦受到黑板摩擦力作用的同时，黑板也受到黑板擦的摩擦力作用。

结论：

大量实例说明，任何性质的力的作用都是相互的。

2.对作用力和反作用力的理解

（1）只要有力发生，就一定有受力物体和施力物体。

施力物体同时也是受力物体

（2）物体间的力的作用是相互的，说明力是成对出现的。

（3）作用力与反作用力是相对的，如果定义其中一个力是作用力，则另一个力就是反作用力。

[试题案例]

[例1]下列说法中正确的是（　　）

A.地球附近的物体的重力没有反作用力

B.相互作用的两个力究竟哪一个力是作用力（或反作用力）是人为规定的

C.“鸡蛋碰石头”的过程中，鸡蛋对石头的力必为作用力，石头对鸡蛋的力必为反作用力

D.凡是大小相等、方向相反、作用在同一条直线上且作用在同一个物体上的两个力必定是一对作用力与反作用力

解析　物体受到的重力属于地球对物体的吸引力，它的反作用力是物体对地球的吸引力，选项A错误；一对相互作用力，究竟哪一个力是作用力，哪一个力是反作用力，是相对而言的，选项B正确，C错误；作用力和反作用力分别作用在两个相互作用的物体上，选项D错误。

答案　B

[针对训练1]用锤头敲玻璃，玻璃被打碎，而锤头未碎。

对于这一现象，下列说法正确的是（　　）

A.锤头对玻璃的作用力大于玻璃对锤头的作用力，所以玻璃才碎裂

B.玻璃对锤头的作用力大于锤头对玻璃的作用力，只是由于锤头比玻璃能够承受更大的力才没有碎裂

C.锤头和玻璃之间的作用力是等大的，只是由于锤头比玻璃能够承受更大的力才没有碎裂

D.因为不清楚锤头和玻璃的其他受力情况，所以无法判断它们之间的相互作用力的大小

解析　锤头对玻璃的作用力与玻璃对锤头的作用力是一对作用力与反作用力，总是大小相等，方向相反，作用在不同物体上，因物体的承受能力不同，所以产生的作用效果不同，故C正确，A、B、D错误。

答案　C

核心要点

　牛顿第三定律的理解及应用

[观察探究]　

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？

答案　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。

[探究归纳]　

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.牛顿第三定律的重要意义

牛顿第三定律全面揭示了作用力和反作用力的关系，可归纳为三个性质和四个

特征。

（1）三个性质

（2）四个特征

等值

作用力和反作用力大小总是相等的

反向

作用力和反作用力方向总是相反的

共线

作用力和反作用力总是在同一条直线上

同性质

作用力和反作用力性质总是相同的

温馨提示　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。

[试题案例]

[例2]（多选）如图所示，我国有一种传统的民族体育项目叫作“押加”，实际上相当于两个人拔河，如果甲、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　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，所以其效果可以不同。

甲获胜的原因是甲受到的地面的摩擦力大于绳子对甲的拉力；乙后退的原因是绳子对乙的拉力大于乙受到的地面的摩擦力；但是，根据牛顿第三定律，甲对乙的拉力大小始终等于乙对甲的拉力大小。

选项B、D正确。

答案　BD

[例3]一根轻绳的上端悬挂在天花板上，下端挂一灯泡，则（　　）

A.灯泡受的重力和灯泡对绳的拉力是一对平衡力

B.灯泡受的重力和绳对灯泡的拉力是一对作用力和反作用力

C.灯泡对绳的拉力和绳对灯泡的拉力是一对作用力和反作用力

D.绳对天花板的拉力和天花板对绳的拉力是一对平衡力

解析　灯泡受的重力和绳对灯泡的拉力是一对平衡力，选项A、B错误；灯泡对绳的拉力和绳对灯泡的拉力是一对作用力和反作用力，绳对天花板的拉力和天花板对绳的拉力是一对作用力和反作用力，选项C正确，D错误。

答案　C

温馨提示　作用力和反作用力与平衡力的区别

作用力和反作用力

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

[针对训练2]（多选）在“探究作用力与反作用力的关系”实验中，如图甲所示，某同学用两个力传感器进行实验，通过计算机得到图乙。

下列由图乙得到的实验结论中正确的是（　　）

A.两传感器间的作用力与反作用力大小相等

B.两传感器间的作用力与反作用力方向相反

C.两传感器间的作用力与反作用力同时变化

D.两传感器间的作用力与反作用力作用在同一物体上

解析　根据图像可知，两传感器间的作用力与反作用力大小相等，方向始终相反，A、B正确；作用力与反作用力同时产生，同时变化，同时消失，C正确；作用力与反作用力作用在不同的物体上，D错误。

答案　ABC

核心要点

　物体的受力分析

[要点归纳]　

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；最后分析其他力。

2.受力分析的步骤

（1）明确研究对象，可以是某个物体、物体的一部分或某个作用点，也可以是几个物体组成的整体。

（2）按照先重力、再弹力、后摩擦力、最后其他力的顺序，逐个确定物体受到哪些力的作用。

（3）依据物体受到的各个力的方向，画出受力示意图，为了便于观察，物体所受的各个力集中画在同一个作用点上。

[试题案例]

[例4]（多选）如图所示，在粗糙的水平面上，物体A向着弹簧运动，且使弹簧压缩，则关于物体A的受力情况，下列说法正确的是（　　）

A.受重力、支持力、动力、摩擦力和弹簧的弹力

B.受重力、支持力、摩擦力和弹簧的弹力

C.弹簧的弹力是动力，而摩擦力是阻力

D.弹簧的弹力和摩擦力均与物体运动方向相反

解析　选取A为研究对象，对它进行受力分析可知，物体A受到重力、弹簧的弹力、摩擦力和支持力，故A错误，B正确；弹簧处于压缩状态，A受到的弹力方向向右，与运动的方向相反，所以是阻力；滑动摩擦力的方向与物体A运动的方向相反，是阻力，弹簧弹力与摩擦力的方向一致，都是水平向右的，故C错误，D正确。

答案　BD

易错提示　

（1）易漏力，即受力分析时漏掉一些力。

防止漏力的措施是按顺序分析受力。

（2）易添力，即受力分析时添加了多余的力。

防止添力的措施是寻找每个力的施力物体，找不到施力物体的力不存在。

（3）易混淆：

只分析物体受到的力，不分析物体对外施加的力。

[针对训练3]如图所示，用水平力F将质量为m的木块压在竖直墙壁上使木块保持静止，重力加速度为g，下列说法中正确的是（　　）

A.木块受到三个力的作用

B.木块所受的静摩擦力大小等于mg，方向竖直向上

C.木块所受的静摩擦力可能大于mg

D.如果F增大，木块与墙壁间的静摩擦力也增大

答案　B

科学态度与责任——牛顿第三定律在科技、生活中的应用

1.在日常生活中的应用

“鼓掌欢迎听课老师”。

在鼓掌的时候，右手用力拍打左手，两手都有感觉。

说明我们在用右手拍打左手时，右手对左手有力的作用，同时，左手对右手也产生了力的作用。

2.在体育中的应用

“足球运动员用头顶球”，当用头去顶球，球飞出去，说明人对球有力的作用，而同时运动员也感觉到了球对人有力的作用。

3.在现代科技中的应用

中国是火箭的故乡，早在公元1500年，我国学者万户，首次作了航天的科学尝试，他把47枚当时最大的火箭捆在自己坐的椅子背面让别人同时点燃这批火箭升空。

火箭升空的原理也是牛顿第三定律的体现。

[针对训练1]　（多选）关于反作用力在日常生活和生产技术中应用的例子，下列说法中正确的是（　　）

A.运动员在跳高时总是要用力蹬地面，他才能向上跃起

B.大炮发射炮弹时，炮身会向后倒退

C.农田灌溉用的自动喷水器，当水从弯管的喷嘴里喷射出来时，弯管会自动旋转

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　运动员在跳高时总是要用力蹬地面，当对地面的力大于重力时，根据牛顿第三定律，地面对他的力也大于重力，他才能向上跃起，故选项A正确；大炮发射炮弹时，炮身向后倒退，这是需要防止的，而不是应用，故选项B错误；农田灌溉用的自动喷水器，当水从弯管的喷嘴里喷射出来时，由于反冲，弯管会自动旋转，故选项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，故选项D正确。

答案　ACD

[针对训练2]　（多选）2018年12月8日，“嫦娥四号”探测器由长征三号乙运载火箭发射升空，下面关于火箭升空的情形，其中叙述正确的是（　　）

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.飞船进入运行轨道之后，与地球之间仍然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，此动力并不是由周围的空气对火箭的反作用力提供的。

因而与是否飞出大气层、是否存在空气无关，故选项A正确，B、C错误；探测器进入运行轨道后，探测器与地球之间依然存在相互吸引力，即地球吸引探测器，探测器吸引地球，这是一对作用力与反作用力，故选项D正确。

答案　AD

1.（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.马拉车没有拉动，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，马拉车的力才等于车拉马的力

解析　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，故选项C正确，选项A、B、D错误。

答案　C

2.（牛顿第三定律的应用）下列说法正确的是（　　）

A.跳高运动员起跳时，地面对运动员的支持力大小等于运动员对地面的压力大小

B.书静止在水平桌面上，书受到的重力和支持力是一对作用力与反作用力

C.鸡蛋撞击石头，蛋碎石全，是因为鸡蛋对石头的作用力小于石头对鸡蛋的作用力

D.大人和小孩掰手腕，小孩输了，说明小孩对大人的力小于大人对小孩的力

解析　跳高运动员起跳时，地面对运动员的支持力与运动员对地面的压力是一对相互作用力，等大、反向、共线，故A正确；书静止在水平桌面上，它受到的重力和支持力是一对平衡力，B错误；鸡蛋对石头的力与石头对鸡蛋的力是一对相互作用力，总是等大、反向、共线，故C错误；大人和小孩掰手腕，他们之间的相互作用力是作用力和反作用力，总是大小相等、方向相反，故D错误。

答案　A

3.（作用力与反作用力和平衡力的比较）如图所示，人静止站在测力计上，下列说法中正确的是（　　）

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　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，故选项A错误，选项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，故选项C、D错误。

答案　B

4.（物体的受力分析）如图所示，物体A在竖直向上的拉力F的作用下能静止在斜面上，关于A受力的个数，下列说法中正确的是（　　）

A.一定受两个力作用

B.一定受四个力作用

C.可能受三个力作用

D.受两个力或者四个力作用

解析　若拉力F大小等于物体的重力，则物体与斜面间没有相互作用力，所以物体就只受到两个力作用；若拉力F小于物体的重力时，则斜面对物体产生支持力和静摩擦力，故物体应受到四个力作用，故选项D正确。

答案　D

基础过关

1.关于作用力和反作用力，下列说法正确的是（　　）

A.作用力、反作用力作用在不同物体上

B.地球对重物的作用力大于重物对地球的作用力

C.作用力与反作用力的大小有时相等，有时不相等

D.作用力、反作用力可能不同时产生或消失

解析　作用力与反作用力的大小相等，方向相反，作用在两个物体上，则地球对重物的作用力等于重物对地球的作用力，故A正确，B、C错误；作用力和反作用力同时产生、同时消失，故D错误。

答案　A

2.如图所示，击球员用球棒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　球棒击棒球的力与球撞击球棒的力是作用力与反作用力，大小相等，方向相反，它们同时产生，同时变化，同时消失，故A、C、D错误，B正确。

答案　B

3.如图所示是我国首次立式风洞跳伞实验，风洞喷出竖直向上的气流将实验者加速向上“托起”，此过程中（　　）

A.地球对人的吸引力和人对地球的吸引力大小相等

B.人受到的重力和人受气流的力是一对作用力和反作用力

C.人受到的重力大小等于气流对人的作用力大小

D.人受到的重力与气流对人的作用力是一对平衡力

解析　地球对人的吸引力和人对地球的吸引力是一对作用力和反作用力，大小相等，故A正确；实验者加速向上运动，气流对人的作用力大于人受到的重力，故B、C、D错误。

答案　A

4.如图所示，物体放在水平桌面上，受到一个水平向右的拉力F作用，却仍然保持静止，则下列说法中正确的是（　　）

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，根据物体处于静止状态知，物体在水平方向还必须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可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，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

5.如图所示，物体A置于水平面上，力F竖直向下作用于物体B上，A、B保持静止，则物体B的受力个数为（　　）

A.3　　B.4C.5　　D.6

答案　B

6.如图所示，水平地面上质量为m的物体，与地面的动摩擦因数为μ，在劲度系数为k的轻弹簧作用下沿地面做匀速直线运动。

弹簧没有超出弹性限度，重力加速度为g，则（　　）

A.弹簧的伸长量为

B.弹簧的伸长量为

C.物体受到的支持力与物体对地面的压力是一对平衡力

D.弹簧的弹力与物体所受摩擦力是一对作用力与反作用力

解析　物体在水平方向上受弹簧弹力和摩擦力处于平衡状态，由平衡条件得μmg＝kx，则弹簧的伸长量x＝

，故选项A错误，B正确；物体受到的支持力和物体对地面的压力是一对作用力和反作用力，故选项C错误；弹簧的弹力与物体所受的摩擦力是一对平衡力，故选项D错误。

答案　B

能力提升

7.（多选）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.一对平衡力的作用效果相互抵消，一对作用力与反作用力的作用效果也可以相互抵消

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.重力和弹力可能是一对平衡力

解析　作用力和反作用力作用在不同的物体上，作用效果不能抵消，故A错误；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，性质可以不同，重力和弹力可能是一对平衡力，C错误，B、D正确。

答案　BD

8.（多选）如图所示，质量均为m的两木块a、b叠放在水平面上，a、b分别受到两个水平拉力的作用，两个力的大小均为F，两木块保持静止状态，则（　　）

A.a、b之间一定存在静摩擦力

B.b与地面之间一定存在静摩擦力

C.b与地面之间一定不存在静摩擦力

D.地面对b的支持力一定大于2mg

解析　由于两木块保持静止，对a受力分析可知a、b之间一定存在静摩擦力，选项A正确；对a、b整体进行受力分析可知b与地面之间一定不存在静摩擦力，且地面对b的支持力等于2mg，选项B、D错误，C正确。

答案　AC

9.如图所示，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＝30kg，人的质量M＝50kg，g取

10m/s2，求此时人对地面的压力大小。

解析　因匀速提起重物，则F＝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）×10N＝200N，根据牛顿第三定律，人对地面的压力大小为200N。

答案　200N