高中物理牛顿第三定律学案.docx

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高中物理牛顿第三定律学案

高中物理-牛顿第三定律学案

　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.知道牛顿第三定律的内容，能用它解决简单的问题．（重点）

3．能区分平衡力与作用力和反作用力．（重点、难点）

一、从拔河比赛谈起

实验发现：

无论是一方“主动”施力，还是双方同时施力，两个测力计的示数总是相等的．

二、牛顿第三定律

1．力的概念：

物理学中，把物体之间的相互作用称作力．

2．作用力和反作用力：

物体之间的相互作用总是成对出现的，通常叫做作用力和反作用力．我们把其中一个力叫做作用力，那么另一个力就叫做反作用力．

3．牛顿第三定律

（1）内容：

两物体之间的作用力和反作用力总是大小相等，方向相反，作用在一条直线上．

（2）表达式：

F甲对乙＝－F乙对甲．

成语“以卵击石”是指拿蛋去碰石头，比喻不估计自己的力量，自取灭亡．那么是否蛋碰石头的力小于石头碰蛋的力呢？

提示：

不是，两个力一样大，只是蛋承受力的能力差，在相同大小力的作用下蛋破了，而石头安然无恙．

　对作用力、反作用力的理解[学生用书P31]

1．对作用力与反作用力关系的正确理解

作用力和反作用力的关系可总结为“四同三异”

作用力与反作用力的关系

四同

（1）等大：

大小相等，不能认为只有物体处于平衡状态时作用力和反作用力才大小相等

（2）共线：

作用在一条直线上

（3）同时：

同时产生、同时变化、同时消失，不能认为先有作用力后有反作用力

（4）同性质：

不同性质的力不可能是作用力和反作用力的关系

三异

（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

2．一对作用力和反作用力跟一对平衡力之间的比较

一对作用力和反作用力

一对平衡力

共同点

大小相等、方向相反，且作用在同一条直线上

不同点

作用对象

两个力分别作用在两个物体上

两个力作用在同一个物体上

依赖关系

相互依存，不可以单独存在，同时产生、同时变化、同时消失

无依赖关系，撤除一个，另一个可以依然存在

力的性质

一定是同一性质的两个力

不一定是同一性质的两个力

作用效果

因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，不能相互抵消

一对平衡力对物体的作用效果使物体保持平衡状态

命题视角1　对作用力、反作用力的理解

　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]　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．作用力与反作用力均有同时性，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．

[答案]　B

区分平衡力和作用力、反作用力：

（1）看受力物体是一个还是两个．

（2）看力的性质是否相同．　

命题视角2　浮力作用力的应用

　如图所示，台秤上放半杯水，台秤示数G′＝50N，另用挂在支架上的弹簧测力计悬挂一边长为a＝10cm的正方体金属块，金属块的密度ρ＝3×103kg/m3，当把弹簧测力计下的金属块平稳地浸入水中深b＝4cm时，弹簧测力计和台秤的读数分别为多少？

（已知：

ρ水＝103kg/m3，g取10m/s2）

[思路点拨]弄清弹簧测力计、台秤的读数表示怎样的含义．（弹簧测力计、台秤所受弹力的大小）

[解析]　金属块所受浮力F浮＝ρ水gV排＝1×103×10×（10×10－2）2×4×10－2N＝4N

因为金属块受到浮力作用，从而使弹簧测力计的示数减小4N.

所以弹簧测力计的示数F弹＝G金－F浮＝ρ金gV－F浮

＝3×103×10×（10×10－2）3N－4N＝26N

因水对金属块有竖直向上的浮力，由牛顿第三定律得金属块将对水有竖直向下的反作用力，大小也为4N，所以台秤的示数为F台＝G′＋F浮＝54N.

[答案]　26N　54N

解决有关浮力的问题时，一定要注意：

浮力一定存在一个竖直向下、且和它等大的反作用力，切记不要漏析．　

　1.物体静止于水平桌面上，则（　　）

A．桌面对物体支持力的大小等于物体的重力的大小，这两个力是一对平衡力

B．物体所受的重力和桌面对它的支持力是一对作用力与反作用力

C．物体对桌面的压力就是物体的重力，这两个力是同一种性质的力

D．物体对桌面的压力和桌面对物体的支持力是一对平衡力

解析：

选A.明确一对作用力和反作用力的关系是：

等大、反向、共线、同时、同性、异体；而一对平衡力虽然等大、反向、共线，但它们不一定具有同时性，也不一定是同种性质的力，更重要的是它们一定作用在同一个物体上．

物体和桌面受力情况如图所示．

因物体处于平衡状态，且N与G作用于同一物体，因此N和G是一对平衡力，故A正确．因作用力和反作用力分别作用在两个物体上，故B错．因压力是弹力，而弹力与重力是性质不同的两种力，故C错．支持力和压力是由于物体与桌面相互作用（挤压）而产生的，因此N和N′是一对作用力和反作用力，故D错．

　对牛顿第三定律的理解[学生用书P32]

1．数学公式：

F甲对乙＝－F乙对甲．其中F甲对乙表示作用力，F乙对甲表示反作用力，“－”表明二者的方向相反．

2．定律意义：

牛顿第三定律是牛顿对力学基础理论奠基的最具独创性的贡献，形象而深刻地揭示了自然界中物体之间相互作用力的规律与特点．

3．对牛顿第三定律的理解

（1）牛顿第三定律与参考系的选择无关，这是因为物体间的相互作用是客观存在的，不因参考系的不同而使物体间相互作用的性质发生任何变化．

（2）对定律内容中“总是”二字的理解：

“总是”是强调对于任何物体，在任何条件下，作用力和反作用力的关系都成立．

①不管物体大小形状如何．

②不管物体的运动状态如何，例如静止的物体之间、运动的物体之间或静止与运动的物体之间的相互作用力都是大小相等的．

③作用力与反作用力的产生和消失是同时的．

　用牛顿第三定律判断下列说法中正确的是（　　）

A．马拉车时，只有马对车的拉力大于车对马的拉力时才能前进

B．物体A静止在B上，A的质量是B的质量的10倍，所以A作用于B的力大于B作用于A的力

C．轮船的螺旋桨旋转时向后排水，水同时给螺旋桨一个反作用力

D．发射火箭时，燃料燃烧后，喷出的气体给空气一个作用力，空气施加的反作用力推动火箭前进

[思路点拨]解此题把握两点：

（1）作用力与反作用力的关系．

（2）牛顿第三定律“总是”的含义．

[解析]　A、B项中所述的力均为一对作用力与反作用力，由牛顿第三定律知应大小相等，故A、B错误．D项中火箭喷出的气体给空气一个作用力（大气层中），空气施加的反作用力阻碍喷出的气体运动，推动火箭前进的力是火箭喷出气体的反作用力，D项错误．

[答案]　C

（1）作用力和反作用力始终等大反向，同时存在，同时消失．作用在两个物体上，其作用效果分别体现在各自的受力物体上，所以作用力和反作用力产生的效果不能抵消．

（2）牛顿第三定律是个普遍定律，它的成立不受条件限制，作用力与反作用力的关系与物体运动状态无关，与参考系的选取无关．　

　2.如图所示，小明用棒球棍回击飞过来的棒球时，球棒击球的力（　　）

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

答案：

B

[随堂检测][学生用书P33]

1.如图是运动员在第31届里约奥运会女子蹦床比赛中的精彩镜头，运动员与蹦床接触的时候受到几对作用力与反作用力（忽略空气阻力）（　　）

A．一对　B．两对

C．三对D．四对

解析：

选B.一对是压力和支持力，另一对是人的重力和人对地球的吸引力．

2．如图所示，小车放在水平地面上甲、乙二人用力向相反方向拉小车，不计小车与地面之间的摩擦力，下面说法正确的是（　　）

A．小车静止时甲拉小车的力和乙拉小车的力是一对作用力和反作用力

B．小车静止时甲拉小车的力和乙拉小车的力是一对平衡力

C．若小车加速向右运动表明小车拉甲的力大于甲拉小车的力

D．若小车加速向右运动表明乙拉小车的力大于小车拉乙的力

解析：

选B.小车静止时甲拉小车的力和乙拉小车的力是一对平衡力，选项A错误，B正确；若小车加速向右运动，因为小车拉甲的力和甲拉小车的力是一对作用和反作用力，故仍然是相等的，选项C错误；同理，若小车加速向右运动，则乙拉小车的力还是等于小车拉乙的力，选项D错误．

3．（多选）如图所示，水平力F把一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与墙壁对物体的支持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．物体的重力与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支持力是一对作用力与反作用力

解析：

选CD.作用力F与墙壁对物体的支持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支持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．

4．在天花板上用悬绳吊一重为G的电扇，如图所示，电风扇静止时受几个力作用？

这些力的反作用力是哪些力？

这些力的平衡力是哪些力？

如果电扇在匀速转动呢？

当电扇转动与静止时相比较，对天花板的拉力是变大还是变小？

为什么？

解析：

对静止的电风扇受力分析如图甲所示，电风扇受两个力：

重力G、悬绳拉力F.根据牛顿第三定律可知，重力的施力物体是地球，那么G的反作用力就是电风扇对地球的吸引力；F的施力物体是悬绳，F的反作用力是电风扇对悬绳的拉力．电风扇受到的重力G和悬绳的拉力F正好是一对平衡力．

对匀速转动的电风扇受力分析如图乙所示，电风扇受三个力作用：

重力G、悬绳的拉力F1及空气向上的作用力F2.根据牛顿第三定律，重力的施力物体是地球，那么重力G的反作用力就是电风扇对地球的吸引力；F1的施力物体是悬绳，所以F1的反作用力是电风扇对悬绳的拉力；F2的施力物体是空气，所以F2的反作用力是电风扇对空气向下的作用力．

电风扇受到的重力G与绳的拉力F1和空气的作用力F2的合力是一对平衡力．

当电风扇静止时，悬绳的拉力F与重力G平衡，即F＝G；当电风扇转动时，扇叶向下推压空气，而空气向上产生一个对扇叶的反作用力F2，此时悬绳中的拉力为F1，则F1＋F2＝G，即F1

答案：

见解析

[课时作业][学生用书P107（单独成册）]

一、单项选择题

1．下列各对力中是相互作用力的是（　　）

A．电灯拉悬绳的力和悬绳对电灯的拉力

B．悬绳对电灯的拉力和电灯的重力

C．悬绳拉天花板的力和电灯拉悬绳的力

D．悬绳拉天花板的力和电灯的重力

解析：

选A.一对作用力和反作用力只涉及两个物体，作用在两个物体上．重力是地球对物体的作用力，故A正确．

2．出租车在乡间小路上倒车时撞上香蕉树，车几乎没有受损，香蕉树却被撞歪了．关于车与树之间的撞击力，以下判断正确的是（　　）

A．由牛顿第三定律可知，车和树受到的撞击力一样大

B．车的质量大，受到的撞击力大

C．车是运动的，受到的撞击力大

D．树是静止的，受到的撞击力大

解析：

选A.根据牛顿第三定律可知，因为车对树的撞击力与树对车的撞击力是作用力与反作用力，故可知车和树受到的撞击力一样大，故选A.

3．甲、乙两人发生争执，甲打了乙的胸口一拳致使乙受伤．法院判决甲应支付乙的医药费．甲辩解说：

“我打乙一拳，根据作用力与反作用力相等，乙对我也有相同大小的作用力，所以乙并没有吃亏．”那么这一事件判决的依据是（　　）

A．甲打乙的力大于乙对甲的作用力，故判决甲支付乙的医药费

B．甲打乙的力等于乙对甲的力，但甲的拳能承受的力大于乙的胸能承受的力，乙受伤而甲未受伤，甲主动打乙，故判决甲支付乙的医药费

C．甲打乙的力大于乙对甲的力，甲的拳和乙的胸受伤害程度不相同，甲轻而乙重，故判决甲支付乙的医药费

D．由于是甲用拳打乙的胸，甲对乙的力远大于乙胸对甲拳的作用力，故判断甲支付乙的医药费

解析：

选B.甲打乙的力与乙对甲的力是一对作用力和反作用力，乙之所以受伤，是因为甲的拳能承受的力大于乙的胸能承受的力，所以B项正确．

4．如图是利用计算机记录的卫星发射时，火箭对卫星的作用力和所受到的反作用力变化图线，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

解析：

选B.图像中的两条图线对应的纵横坐标大小相等、符号相反，故A、D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．

5.据中国政府网消息，2016年6月25日晚，长征七号运载火箭在海南文昌成功发射，如图是火箭加速上升时的照片，此时喷出气体对火箭作用力的大小（　　）

A．等于火箭的重力

B．等于火箭对喷出气体的作用力

C．小于火箭对喷出气体的作用力

D．大于火箭对喷出气体的作用力

解析：

选B.火箭加速上升，则合力方向向上，所以喷出气体对火箭作用力的大小大于重力，故A错误；喷出气体对火箭作用力与火箭对喷出气体的作用力是一对作用力与反作用力，大小相等，故B正确，C、D错误．

6．如图所示，用质量不计的轻细绳L1和L2将A、B两重物悬挂起来，下列说法中正确的是（　　）

A．L1对A的拉力和L2对A的拉力是一对平衡力

B．L2对A的拉力和L2对B的拉力是一对作用力和反作用力

C．L1对A的拉力和A对L1的拉力是一对平衡力

D．L2对B的拉力和B对L2的拉力是一对作用力和反作用力

解析：

选D.物体A受自身重力、L1对A的拉力和L2对A的拉力，故L1对A的拉力与L2对A的拉力不是一对平衡力，A错误；L2对A的拉力与L2对B的拉力是三个物体间的作用力，不是作用力和反作用力，B错误；L1对A的拉力与A对L1的拉力是一对作用力和反作用力，C错误；L2对B的拉力与B对L2的拉力是一对作用力和反作用力，D正确．

二、多项选择题

7．下列叙述中正确的是（　　）

A．作用力与反作用力一定是同种性质的力

B．作用力与反作用力总是同时产生，同时消失

C．作用力与反作用力有时可以是平衡力

D．作用力与反作用力方向一定是相同的

解析：

选AB.据作用力与反作用力的同性质和同时性可知，作用力与反作用力的性质一定相同，且同时产生，同时消失，A、B正确；作用力与反作用力总是大小相等，方向相反，作用在两个物体上，故它们不可能是平衡力，C、D错误．

8．关于作用力和反作用力，下列说法中正确的是（　　）

A．物体发生作用时，先有作用力，后产生反作用力

B．作用力与反作用力大小相等、方向相反

C．作用力与反作用力的作用效果相互抵消

D．作用力与反作用力性质相同

解析：

选BD.作用力与反作用力同时产生、性质相同、大小相等、方向相反，但作用在不同物体上，效果不能相互抵消．

9.如图所示，运动员站在跳板上，图中F1表示跳板受到的弹力，F2表示运动员受到的弹力，则（　　）

A．F1和F2是一对平衡力

B．先有力F1，后有力F2

C．F1的施力物体是运动员

D．F2的施力物体是跳板

解析：

选CD.F1和F2是作用在运动员和跳板之间的一对相互作用力，不是一对平衡力，选项A错误；作用力和反作用力同时产生、同时变化，选项B错误；F1是运动员对跳板的压力，施力物体是运动员，选项C正确；F2是跳板对运动员的弹力，施力物体是跳板，选项D正确．

10．甲、乙两物体相互靠着放在光滑水平桌面上，分别受到水平推力F1和F2作用，如图所示，两物体都保持静止．设甲对乙的压力为F3，乙对甲的压力为F4，则（　　）

A．F2和F3是一对作用力和反作用力

B．F1和F2是一对平衡力

C．F1和F4是一对作用力和反作用力

D．F3和F4是一对作用力和反作用力

解析：

选BD.F1和F2、F1和F4、F2和F3均为平衡力，F3和F4是一对作用力与反作用力．

三、非选择题

11．指出下列实例中的作用力和反作用力

（1）轮船的螺旋桨．

________________________________________________________________________.

（2）螺旋桨飞机．

________________________________________________________________________.

（3）游泳．

________________________________________________________________________.

解析：

（1）桨对水向后的作用力和水对桨向前的作用力

（2）桨对空气向下的作用力和空气对桨向上的作用力

（3）人对水向后的作用力和水对人向前的作用力

答案：

见解析

12．如图是通过牵引法治疗骨折病人腿部的示意图，如果重物的质量是2kg，那么脚给绷带的力是多少？

解析：

由牛顿第三定律知，脚给绷带的力和绷带给脚的力是作用力与反作用力的关系，所以两力大小相等．绷带给脚的力大小等于牵引物体的重力，即F＝mg＝19.6N.

答案：

19.6N