牛顿第三定律.docx

资源描述

牛顿第三定律.docx

《牛顿第三定律.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《牛顿第三定律.docx（20页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

牛顿第三定律.docx

牛顿第三定律

【知识点名称】牛顿第三定律

【三维目标】

（鲁科J）1．知道力的作用是相互的，理解作用力和反作用力的概念。

（鲁科J）2．理解牛顿第三定律，能用该定律解释生活中的有关问题。

（鲁科J）3．能区分一对平衡力与一对作用力、反作用力。

【教学建议】

（鲁科J）1．本节课文先用生活中的实例讨论了作用力与反作用力的概念，接着通过实验讨论并给出了牛顿第三定律，最后用该定律解释了生产和生活中的一些问题。

（鲁科J）2．虽然在此之前学生对力是物体间的相互作用已经有了初步的了解，但印象并不深。

本节的学习要更加深化学生对力的概念的理解，尤其是要通过一些实例的分析，让学生了解物体间力的作用都是相互的，并且作用力与反作用力是一对性质相同的力，它们总是同时存在的，而绝不是先有作用力，然后才产生反作用力。

（鲁科J）3．在本节学习中，要学生从形式上记住牛顿第三定律的内容，并不十分困难。

但要真正理解该定律，并在解决实际问题时能正确地应用它，却并不容易。

有的学生会误认为作用力与反作用力只有在物体处于平衡状态时才是相等的；对于有些现象的解释，学生有时会凭直觉认为在有的时候作用力大于反作用力、有的时候作用力小于反作用力；教学中要注意帮助学生纠正这些错误。

（鲁科J）4．初学时学生往往不易区分平衡力和作用力反作用力，教师要引导学生通过对典型事例的分析，把握这两对力的异同点，尤其要强调作用力与反作用力是分别作用在两个不同物体上的力，因而根本不可能平衡。

（鲁科J）5．本节中对牛顿第三定律的应用，都是较简单的实际问题，教学中应注意不宜过早涉及连接体问题。

【课型安排】

【课时安排】

【相关知识准备】

【导语引入】

沪科K）全部科学不外是日常想法的提炼。

——爱因斯坦

（沪科K）金色的阳光洒满校园，操场上人声鼎沸，高一年级的拔河比赛正在紧张激烈地进行。

一场比赛下来，胜者不免得意洋洋，负者倒也不很气馁，因为他们发现拔河中有许多力学问题值得探讨：

（沪科K）·根据初中学过的力的知识，是否可以判断出拔河时每个运动员受到了哪几种力的作用?

（沪科K）·相持时双方的拉力一定大小相等，方向相反；当甲方齐心协力把绳子缓缓朝他们方向拉过去的时候，甲方的拉力一定比乙方大吗?

【知识点讲解】

相互作用力与平衡力

（鲁科K）当你用手拍桌子时，你就对桌子施加了作用力；同时，你会感觉手痛，这是因为桌子对你的手施加了作用力（图6-22）。

（鲁科K）当你推动桌子的时候，其实桌子也同时在推你，不信的话，你可以换上旱冰鞋再来推桌子，这回被推动的不是桌子而是你自己（图6-23）。

（鲁科K）可见，当两个物体相互接触时，如果一个物体施力于另一个物体，另一个物体同时也会反过来对前一个物体施加力的作用。

（鲁科K）那么，当两个物体不直接接触时，如果一个物体施力于另一个物体，另一个物体是否也同时会对前一个物体施加力的作用呢?

（鲁科K）所有这类现象都表明，力的作用总是相互的。

在物理学中，物体间的这一对相互作用力，叫做作用力（action）和反作用力（reaction）。

我们可以把其中的任意一个力叫做作用力，另一个力就叫做反作用力。

（鲁科J）既然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，那么，这一对力是否可能相互抵消而达到平衡呢?

（鲁科J）我们可以用实例，来进一步分析一对相互作用力所具有的特点。

（鲁科J）当锤子敲在铁钉上时，锤子与铁钉之间就产生了一对作用力与反作用力[图6．6（a）]。

而一旦锤子被重新举起离开铁钉，这一对相互作用力也就随之消失，直到锤子再一次落到铁钉上时，这一对相互作用力又同时产生。

可见，作用力与反作用力总是同时产生、同时消失、相互依存，没有先后之分、没有因果之分。

（鲁科J）人在走路时用脚蹬地，脚对地面施加一个向后的作用力，因为鞋在地面上没有打滑，所以这个力是静摩擦力；同时地面也给人施加一个向前的反作用力，这个力也是静摩擦力，正是这个力使人得以前进[图6．5（b）]。

可见，作用力与反作用力必是同一种性质的力。

（鲁科J）排球比赛中，运动员垫球时双臂对球的作用力作用在球上，而球的反作用力则是作用在人的双臂上[图6．5（c）]。

可见，作用力与反作用力总是分别作用在两个物体上，各自产生自己的作用效果，所以一对相互作用力绝不可能相互抵消。

（鲁科J）相比之下。

一对平衡力就不具有以上特点。

例如，物体被放到凳子上之前，就已经受到重力G的作用，但是还没有受到凳子的支持力。

放到凳子上后才又受到支持力N的作用。

由于支持力N与重力G大小相等、方向相反，作用在一条直线上，又都作用在同一个物体上。

所以是一对平衡力（图6．7）。

可见，一对平衡力不一定同时产生、互相依存，也可以是不同性质的力。

但是，一对平衡力一定是作用在同一个物体上，否则，就根本谈不上平衡。

（人教K）力是物体对物体的作用。

只要谈到力，就一定存在着受力物体和施力物体。

用手拉弹簧，弹簧受到手的拉力，同时弹簧发生形变，手也就受到弹簧的拉力。

坐在椅子上用力推桌子，会感到桌子也在推我们，我们的身体要向后仰。

在平静的水面上，一只船上的人用力推另一只船，另一只船也要推前一只船，两只船将同时从静止开始向相反方向运动（图4．5-2）。

我们常说，地面上的物体受到地球的吸引（重力），其实，地球也在受着地面上的物体的吸引，地球和地面上物体之间的作用也是相互的。

如此等等，不胜枚举。

观察和实验表明，两个物体之间的作用总是相互的。

一个物体对另一个物体施加了力，后一物体一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（action）和反作用力（reaction）。

作用力和反作用力总是互相依存，同时存在的，没有因果之分。

我们可以把其中任何一个力叫做作用力，另一个力叫做反作用力。

②作用力和反作用力

虽然从初中我们开始接触物理学，就讲力是物体间的相互作用，但是，学生在学习牛顿第三定律时仍存在一些错误的认识。

例如：

·认为作用力在先，反作用力在后；

·认为相互作用的物体处于平衡状态时，作用力和反作用力才大小相等；

·作用力和反作用力既然是大小相等，方向相反，作用在同一条直线上，因此，作用力和反作用力就可以相互抵消……

对于这些错误的认识，教师应通过演示实验等方法逐步帮助学生去纠正。

例如：

学生会认为图4-5弹簧秤的示数与图4-6弹簧秤的示数一定不同。

③有些同学认为，相互接触的物体问的相互作用力大小相等，方向相反，但对不接触的物体之间的相互作用是不是有同样的结论是怀疑的，教师也可以设计一个小实验让学生体验。

例如：

在水中放两个软木塞，木塞上各放一个小磁铁，当同名磁极相对时，相互排斥，两木塞向相反的方向运动。

当异名磁极相对时，相互吸引，做相向运动，以此来说明互相不接触物体间的作用也是相互的。

牛顿第三定律

既然力是物体与物体之间的相互作用，那么，物体间的作用力与反作用力存在怎样的关系呢?

（鲁科K）牛顿在长期研究的基础上，总结并提出了牛顿第三运动定律（Newton’S　third　law　of　motiOn）：

（鲁科K）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，作用在一条直线上。

（鲁科K）如果用F表示作用力，用尸表示反作用力，那么牛顿第三定律可用公式表示为

F=-F′

式中的负号表示作用力F与反作用力9，的方向相反。

（鲁科K）牛顿第三定律揭示了物体之间的相互联系，使人们不仅可以研究单个物体的运动，而且可以把存在相互作用的各个物体的运动联系起来进行研究。

（鲁科K）牛顿第三定律可以用来解释许多现象。

在硬气功表演中，人的手和被劈断的砖头所受的力大小相等、方向相反，是一对相互作用力。

跳水运动员在跳板上起跳时，他对跳板的蹬力与跳板对他的弹力也是一对相互作用力。

火箭或航天飞机发射升空时，作用力把燃料燃烧释放出来的气体向下喷出，这些气体则反过来给火箭和航天飞机施加了一个反作用力，把它们送上太空（图6—27）。

（人教K）牛顿第三定律

作用力和反作用力的大小之间、方向之间有什么样的关系?

这又是一个定量的问题，而定量的问题只靠日常的观察和经验是解决不了的，它需要通过实验来测量。

实验

探究作用力与反作用力的关系

把A、B两个弹簧测力计连接在一起，B的一端固定，用手拉弹簧测力计A。

如图4．5-3所示，可以看到两个弹簧测力计的指针同时移动。

这时，弹簧测力计A受到B的拉力F′，弹簧测力计刀则受到A的拉力F。

F与F′的关系是否有变化?

（人教J）牛顿第三定律的教学

①牛顿第三定律的建立

牛顿第一定律和牛顿第二定律解决了单个物体的运动和力之间的关系，但自然界的物体是相互联系、相互影响、相互作用的，一个物体在受到其他物体作用的同时也会对其他物体有作用，牛顿第三定律就是研究物体之间的相互作用的关系的。

只有充分地研究物体间的相互作用，才能比较全面地认识物体的运动规律，牛顿的一、二、三定律才能构成比较全面地反映机械运动规律的一套定律。

教科书对牛顿第三定律的讨论是循序渐进的，首先是通过实际现象的分析讨论，得出物体之间的作用力是相互的，相互作用力是同时产生同时消失的。

第二是通过实验定量测量得出相互作用力大小相等方向相反，即得出牛顿第三定律。

第三是回到实际应用中，使学生体会牛顿第三定律在生产和生活中的应用。

这三个方面，均需要学生在一定的情景下去体验和实践，才能达到理解领会和应用的目的。

大量事实表明：

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。

这就是牛顿第三定律（Newtonthirdlaw）。

在生活和生产中牛顿第三定律的例子是很多的。

划船时桨向后推水，水就向前推桨，从而将船推向前进。

与此类似，轮船的螺旋桨旋转时也是向后推水，水同时给螺旋桨一个反作用力，推动轮船前进。

汽车的发动机驱动车轮转动，由于轮胎和地面间的摩擦，车轮向后推地面，地面给车轮一个向前的反作用力，使汽车前进。

汽车受到的牵引力就是这样产生的。

若把驱动轮架空，不让它跟地面接触，这时车轮虽然转动，但车轮不推地面，地面也就不产生向前推车的力，汽车就不会前进。

陷在泥泞中的汽车，尽管车轮飞转，车也不能前进，就是这个道理。

为了避免这类问题，多数越野车可以按需要分别由前轮或后轮驱动。

（沪科K）牛顿第三定律

（沪科K）

上述实验说明，力总是“成对”出现的。

也就是说，物体间力的作用是相互的。

甲对乙施力的同时，乙对甲也施以同样大小的力。

如果把甲对乙的力叫做作用力，那么，乙对甲的力就叫反作用力。

宇宙间的任何物体都始终处在既受到力、又施出力，作用与反作用共存的状态中（图3-5）。

图3-4示数也相等吗

（沪科K）如果把一个测力计的一端固定在墙上，用手拉另一个测力计，两个测力计的示数也相等吗?

请试一试

（沪科K）大量事实证明，作用力与反作用力的性质一定相同。

（沪科K）关于牛顿的功绩，许多科学家都曾作过评论。

19世纪著名的力学评沦家马抖认为：

作用力与反作用力原理是牛顿在力学方面最重要的功绩。

（沪科K）伟大的英国科学家牛顿（I．Newton）对力的相互作用进行了研究后指出：

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，作用在一条直线上。

这就是牛顿第三定律（Newtonthirdlaw）。

简单地可以表示为F甲对乙=-F乙对甲这里的“-”号，表示方向相反的意思。

（沪科K）牛顿第三定律不仅适用于固体间的相互作用，也同样适用于液体和气体间的相互作用，而且，跟物体的运动状态无关。

【生活应用】

【课本习题】

（鲁科K）1．在右图中，当人在静止的船上向船头奔跑时，船会向后退。

请解释这一现象。

（鲁科J）解答：

因为人在行走的过程中，船会给人一个向前的摩擦力，由于力的作用是相互的，

相应的人就给静止的船施加了反向的作用力，使得船向后退去。

（鲁科K）2．如右图所示，将一台电视机静止放在水平桌面上，则以下说法中正确的是

（A）桌面对它支持力的大小等于它所受的重力，这两个力是一对平衡力

（B）它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）它对桌面的压力就是它所受的重力，这两个力是同一种性质的力

（D）它埘桌面的压力和桌面对它的支持力是一对平衡的力

解答：

选A。

B错，这两个力应是一对平衡力。

C错，压力属于弹力，和重力不属于同一性质的力。

D错，这两个力应是一对作用力和反作用力。

（鲁科K）3．关于马拉车的下列说法正确的是

（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小车拉马的力

（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

解答：

（鲁科K）4．以卵击石，鸡蛋“粉身碎骨”，但石头却“安然无恙”，是不是鸡蛋对石头的作用力小，而石头对鸡蛋的作用力大呢?

解答：

不是。

鸡蛋对石头的作用力和石头对鸡蛋的作用力是一对作用力与反作用力，它们等大反向，分别作用在石头和鸡蛋上。

鸡蛋“粉身碎骨”而石头“安然无恙”，是因为鸡蛋壳可以承受的力小，而石头可以承受的力大。

（人教K）问题与练习

1．（人教K）作用力和反作用力总是成对出现的。

现把木箱放在地面上，如果我们所研究的物体只有木箱和地球，涉及木箱和地球的作用力和反作用力有哪几对?

木箱所受的力是这几对中的哪几个?

地球所受的力是其中哪几个?

1．答：

涉及木箱和地球的作用力和反作用力有两对，一对是木箱受到的重力布Ⅱ木箱吸引地球的力；一对是木箱受到地面对它的支持力和木箱对地面的压力。

木箱受到的是重力和支持力。

地球受到的是木箱对它的引力和压力。

2．（人教K）一个物体静止地放在台式弹簧秤上，试证明物体对弹簧秤的压力等于物体所受的重力（证明时在图上标出所涉及的力）。

（人教J）2．物体静止地放在台式弹簧秤上，物体受到重力G和支持力FN的作用，因为物体处于平衡状态，故G-FN=0G=FN。

台式弹簧秤受到物体对它的压力F，物体受到的支持力与弹簧秤受到的压力为一对作用力和反作用力，根据牛顿第三定律，FN和F大小相等方向相反，故F的大小与G相等。

3．（人教K）倘若你处在遥远的太空，面前有一个与你相对静止的巨石。

你轻轻地推它一下。

试描述这块巨石和你自己在推石时与推石后的运动情况。

如果巨石静止地放在地面上，结果会一样吗?

为什么?

（人教J）3．答：

当你轻轻地推巨石时，你和巨石同时受到大小相等方向相反的力的作用，你和巨石均由静止状态变为运动，二者分离后均做匀速直线运动，但二者的速度不一定相同。

如果巨石放在地面上，结果会不同，如果巨石与地面的摩擦力足够大，你将推不动巨石，只有当你给巨石的力大于巨石受到的最大静摩擦力时，巨石才能运动起来。

4．（人教K）机车A拉着一节车厢B向右行驶。

用

和

分别代表A对B和B对A的作用力。

已知B行驶时受到的阻力

N。

画出题中情境的草图，回答以下问题。

（1）A拉B匀速行驶时，

与

有什么关系?

和

有什么关系?

（要说明大小和方向两方面的关系，并说明回答的根据。

）

（2）A拉B加速行驶时，

与

有什么关系?

和

有什么关系?

若车厢B的质量

是4．0t，加速度a是0．3m／s

，

和

各等于多少?

（人教J）4．

（1）因为A拉B匀速运动（图4-13），即物体处于平衡状态，因此B车厢所受的合力为零，故FAB=F阻。

而FAB与FBA是一对相互作用力，根据牛顿第三定律，它们总是大小相等方向相反。

（2）因为A拉B加速行驶，根据牛顿第二定律：

所以FAB＞F阻。

　　而FAB与FBA是一对相互作用力，根据牛顿第三定律，它们总是大小相等方向相反。

由牛顿第二定律：

FAB-F阻=ma

FAB=ma+F阻＝4.0×103×0.3N+2.0×103N=3.2×103N

由牛顿第三定律：

FAB与FBA是一对相互作用力，它们总是大小相等方向相反。

即

FAB=FBA=3.2×103N

5．（人教K）小强说：

“我记得在初中学过，如果两个力的大小相等、方向相反，这两个力就会互相干衡，看不到作用的效果了。

既然作用力和反作用力也是大小相等、方向相反的，它们也应该互相平衡呀!

”

应该怎样解答小强的疑问?

（人教J）5．小强没有注意到，相互平衡的两个力是作用在同一物体上的，而作用力和反作用力是分别作用在发生相互作用的两个物体上的，它们不可能是相互平衡的力。

（沪科K）家庭作业与活动

1．（沪科K）把牛顿第三定律中的作用力与反作用力，跟初中物理中的一对平衡力作一比较，两者有什么相同和不同的地方?

（沪科J）两者相同之处是大小相等，方向相反，作用在同一直线上。

两者不同之处如左下表所示。

作用力与反作用力

平衡力

性质相同

性质不一定相同

分别作用在两个不同的物体上

作用在同一个物体上

同时存、同时消失

不一定同时存在、同时消失

相关物体可以处于任何运动状态