牛顿第三定律

牛顿第三定律 学习目标 1 认识力的作用是相互的 2 能找出某个力对应的反作用力 3 掌握牛顿第三定律的内容 知道作用力和反作用力的关系不受物体运动状态和参考 系等的影响 4 会运用牛顿第三定律解释生活中的有关问题 重点难点 1 会运用牛顿第三定律解决受力分析中的相互作用力问题 知识链接 1 作用力和反作用力 两个物体之间的作用总是 物体之间 的这一对力叫做作用力和 反作用力 它们总是 同时 我们可以把其中任何一个力叫做 另一个力叫做 2 牛顿第三定律 两个物体之间的 和 总是 作用在 直线上 问题探究 你对作用力和反作用力是怎样认识的 作用力和反作用力与一对平衡力的区别是什么 1 对牛顿第三定律的理解 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 用公式表示 即 F F 负号表示方向相反 对牛顿第三定律应从以下几点加以理解 1 同时性 作用力与反作用力总是成对出现 同时产生 同时变化 同时消失 所 谓作用力和反作用力是人为的名称 究竟哪个力是作用力 哪个力是反作用力 可任意选 择 没有主次之分 当确定了相互作用的物体中其一为研究对象时 它受到的力即为作用力 而另一个力为反作用力 2 同一性 作用力和反作用力是同一性质的力 即作用力是万有引力 反作用力也 是万有引力 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 3 异体性 作用力和反作用力分别作用在两个不同的物体上 各自对自己的受力物 体产生作用效果 所以它们产生的作用效果不会抵消 即作用力与反作用力永远不能相互 抵消 永远也达不到所谓平衡 4 普遍性 物体间的相互作用力可以是接触力 也可以是非接触力 作用力和反作 用力的关系适用于静止物体之间 也适用于运动物体之间 与物体的运动状态无关 与参 考系的选择也无关 在经典力学讨论的范围内 牛顿第三定律有其普遍意义 2 作用力与反作用力跟一对平衡力的区别 作用力与反作用力跟一对平衡力均是大小相等 方向相反 作用在同一条直线上的力 然而 它们又具有以下更重要的区别 如下表 类别 不同点 作用力与反作用力平衡力 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 作用时间同时产生 同时变化 同时消失不一定同时产生或同时消失 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 故不能作为使物体 平衡的条件 一对平衡力的作用效果是使 物体处于平衡状态 合力为 零 特别提醒 区别作用力 反作用力与平衡力的方法是 看两个力是作用在一个物体上 还是分别作用在相互作用的两个物体上 但是作用在两个物体上不能说就是作用力反作用 力 还必须是因互相作用而产生 典型例题 应用点一 对作用力和反作用力关系的认识 例 1 如图 4 5 1 所示 一个大人甲跟一个小孩乙站在水平地面上手拉手比力气 结果大人把小孩拉过来了 对这个过程中作用于双方的力的关系 正确的说法是 图 4 5 1 A 大人拉小孩的力一定比小孩拉大人的力大 B 大人与小孩间的拉力是一对作用力和反作用力 C 大人拉小孩的力与小孩拉大人的力一定相等 D 只有在大人把小孩拉动的过程中 大人的力才比小孩的力大 在可能出现的短暂相 持过程中 两人的拉力一样大 解析 大人拉小孩的力与小孩拉大人的力是作用力和反作用力的关系 而作用力与反 作用力总是大小相等的 即拉手比力时 无论是在相持阶段还是小孩被大人拉过来的过程 中 大人拉小孩的力与小孩拉大人的力的大小总是相等的 所以 B C 正确 点评 既然大人拉小孩与小孩拉大人的力一样大 大人为什么能把小孩拉过来呢 关 键在于地面对两者的最大静摩擦力不同 如图 4 5 1 所示分别画出两者在水平方向上的 受力情况 显然 只有当 F甲 F乙 时 小孩才会被大人拉过来 如果让大人穿上溜冰鞋 站在水泥地面上 再比力气时 小孩就可以轻而易举地把大人拉过来 一个物体的运动状态 是否改变及怎样改变是由物体所受的合力决定 并非由物体所受的某一个力决定 应用点二 作用力与反作用力和平衡力 例 2 如图 4 5 2 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 图 4 5 2 A 作用力 F 跟墙壁对物体的弹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弹力是一对作用力与反作用力 试解 做后再看答案 效果更好 解析 作用力 F 跟墙壁对物体的弹力是作用在同一物体上 大小相等 方向相反 在 一条直线上 是一对平衡力 因此 A 错误 作用力 F 作用在物体上 而物体对墙壁的弹力 作用在墙壁上 这两个力不能成为平衡力 且由于不是两个物体间的相互作用力 因此也 不是作用力和反作用力 故 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 所以这两个力是一对平 衡力 故 C 正确 物体对墙壁的压力与墙壁对物体的弹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 故 D 正确 故选 CD 点评 一对作用力和反作用力与一对平衡力最直观的区别就是作用点的区别 二力平衡 时 此两力作用点一定是同一物体 作用力和反作用力的作用点一定是分别在两个物体上 但作用点分别在两个物体上且大小相等 方向相反的一对力不一定就是作用力与反作用力 还要看它们是否是因相互作用而产生的 应用点三 牛顿第二定律与牛顿第三定律的综合应用 例 3 一只小猫跳起来抓住悬挂在天花板上的竖直木杆 如图 4 5 3 所示 在这一 瞬间悬绳断了 设木杆足够长 由于小猫继续上爬 所以小猫离地面高度不变 则木杆下 降的加速度大小为 方向为 设小猫质量为 m 木杆的质量为 M 图 4 5 3 解析 先对猫进行分析 由于猫相对地面高度不变 即猫处于平衡状态 而猫受重力 G1 mg 和木杆对猫向上的摩擦力 F 的作用 如图 4 5 4 所示 故 G1与 F 二力平衡 即 图 4 5 4 F G1 mg 再对木杆进行受力分析 木杆受重力 G2 Mg 作用 由于木杆对猫有向上的摩擦力 F 由牛顿第三定律可知 猫对杆有向下的摩擦力 F 且 F F 由牛顿第二定律 杆的加速度为 a M GF 2 由 式可得 a g M mM 即杆下降的加速度为g 方向竖直向下 M mM 答案 g 竖直向下 M mM 点评 两物体相互作用时 要讨论其运动状态 往往需要分析受力情况 然后综合应 用牛顿第二定律和牛顿第三定律求解 课堂练习 1 关于两个物体间的作用力与反作用力 下列说法正确的是 A 有作用力才有反作用力 因此先有作用力后产生反作用力 B 只有两个物体在平衡状态中 作用力与反作用力才大小相等 C 作用力与反作用力只存在于相互接触的两个物体之间 D 作用力与反作用力的性质一定相同 2 两个小球 A 和 B 中间用弹簧连接 并用细绳悬于天花板上 如图 4 5 5 所示 下面四对力中 图 4 5 5 1 属于平衡力的是 2 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 3 如图 4 5 6 所示 一个箱子放在水平地面上 箱内有一固定的竖直杆 在杆上套 着一个环 箱和杆的质量是 M 环的质量为 m 已知环沿着杆以加速度 a 加速下滑 则此时 箱对地面的压力为 图 4 5 6 A MgB M m gC M m g maD Mg ma 学后反思 课后练习 1 对于牛顿第三定律的理解 下列说法中正确的是 A 当作用力产生后 再产生反作用力 当作用力消失后 反作用力才慢慢消失 B 弹力和摩擦力都有反作用力 而重力无反作用力 C 甲物体对乙物体的作用力是弹力 乙物体对甲物体的反作用力可以是摩擦力 D 作用力和反作用力 这两个力在任何情况下都不会平衡 2 物体静止放于水平桌面上 则 A 桌面对物体的支持力的大小等于物体的重力 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 3 2006 年吉林一模 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 4 几位同学在学习牛顿第三定律时 对马拉车发表了下列看法 其中正确的是 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于车拉马的力 C 马拉车不动时 是因为马拉车的力跟车拉马的力互相平衡 D 马拉车无论是不动还是向前运动 马拉车的力的大小始终等于车拉马的力的大小 5 吊在大厅天花板上的电扇所受重力为 G 静止时固定杆对它的拉力为 F 扇叶水平 转动起来后 杆对它的拉力为 F 则 A F G F FB F G F FC F G F FD F G F F 6 两人分别用 10 N 的力拉弹簧的两端 则弹簧秤的示数是 A 0B 10 NC 20 ND 5 N 7 大人拉小孩过程中 下列说法中正确的是 A 当小孩被大人拉走时 大人的拉力大于小孩的拉力 B 当小孩赖着不走时 大人的拉力小于小孩的拉力 C 不管什么情况下 大人的拉力总是大于小孩的拉力 因为大人的力气总比小孩大 D 不管什么情况下 大人的拉力与小孩的拉力大小相等 8 如图 4 5 7 所示 质量 M 60 kg 的人通过光滑的定滑轮用绳拉着 m 20 kg 的物体 当物体以加速度 a 5 m s2上升时 人对地面的压力为多少 g 取 10 m s2 图 4 5 7 9 如图 4 5 8 所示 圆环的质量为 M 经过环心的竖直钢丝 AB 上套有一个质量为 m 的小球 今让小球沿钢丝 AB 以初速度 v0竖直向上运动 要使圆环对地面无压力 则小 球的加速度和小球能达到的最大高度是多少 设小球不会到达 A 点 图 4 5 8 10 蛙泳时 双脚向后蹬水 水受到向后的作用力 则人体受到向前的反作用力 这就 是人体获得的推进力 但是 在自由泳时 下肢是上下打水 为什么却获得向前的推进力 呢 0405 牛顿第三定律 导学案答案 知识链接 1 相互的 相互作用 互相依存 存在的 作用力 反作用力 2 作用力 反作用力 大小相等 方向相反 同一条 典型例题 课堂练习 1 D 2 1 D 2 C 3 C 课后练习 1 D 2 A 3 AB 4 D 5 C 6 B 7 D 8 解析 对物体 m 进行受力分析如图所示 F 为绳子对物体的拉力 由牛顿第二定律 得 F mg ma 则 F m a g 20 5 10 N 300 N 对人 由于人受竖直向下的重力 Mg 地面竖直向上的支持力 FN 绳子竖直向上的拉 力 F 因为人静止 则 Mg FN F 则 FN Mg F 300 N 由牛顿第三定律知 人对地面的压力为 FN FN 300 N 答案 300 N 9 解析 取小球为研究对象 受重力 mg 和钢丝对小球竖直向下的摩擦力 Ff由牛顿第 二定律得 mg Ff ma 由牛顿第三定律可知小球对钢丝竖直向上的摩擦力 Ff Ff 对圆环受力分析可知 受重力 Mg 和竖直向上的摩擦力 Ff 作用 则 Mg Ff 由 式解得 a g m mM 小球沿钢丝