牛顿第三定律

1、第5节 牛顿第三定律理解领悟 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，牛顿的第一、第二、第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。基础级1 从实际现象看作用力与反作用力手拉弹簧，弹簧受到手的拉力，手也受到弹簧的拉力；人推桌子，会感到桌子也在推人；坐在一只船上的人用力推另一只船，另一只船也要推前一只船；地球上的物体受到地球的吸引，地球也在受着地面上

2、的物体的吸引。种种现象表明，物体间的作用是相互的，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，物体之间的相互作用力总是成对出现的。我们把其中的一个力叫做作用力，另一个力就叫做反作用力。2 实验探究作用力与反作用力的关系教材中把两个弹簧测力计连接在一起，将一个弹簧测力计固定，用手拉另一个弹簧测力计，可以看到两个弹簧测力计的读数同时变化，且始终相等，而它们之间的相互作用力的方向是相反的。有些同学认为，上述实验中两个弹簧测力计是相互接触的，相互接触的物体间的相互作用力大小相等、方向相反，但不接触的物体之间的相互作用是否也有同样的结论呢？我们可以再做这样的实验：在水中放两个相同

3、的软木塞，木塞上各放一个相同的小磁铁，当同名磁极相对时，相互排斥，两木塞向相反方向运动；当异名磁极相对时，相互吸引，做相向运动。可见，相互不接触的物体间的作用也是相互的。从两个木塞运动的对称性还可以定性地看出，两磁铁的相互作用力也是大小相等、方向相反的。3 用传感器探究作用力与反作用力的关系本节教材“做一做”栏目介绍了用传感器探究作用力与反作用力关系的实验，建议尽可能创造条件做一做。两个传感器同时连接在计算机上，计算机屏幕上可以记录下两个传感器相互作用力的大小和方向。实验表明，牛顿第三定律所阐明的作用力与反作用力的关系，不仅适用于静止物体之间，也适用于运动物体之间，即这种关系与物体的运动状态无

4、关，与参考系的选择也无关。4 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，作用在用一条直线上。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： 异体性 作用力与反作用力是两个物体间的相互作用，所以这一对力是作用在两个物体上，而不是作用在同一物体上，它们产生的作用效果永远不会抵消。 同时性 这一对力总是大小相等，方向相反，作用在一条直线上。有作用力，就有反作用力，它们总是成对出现的，同时产生、同时变化、同时消失。 同一性 作用力与反作用力必定是同一性质的力，即如果作用力是弹力，则反作用力也是弹力；如果作用力是摩擦力

5、，则反作用力也是摩擦力。推荐精选 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。作用力与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，牛顿第三定律有其普遍意义。5 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。然而，它们毕竟是有区别的： 作用对象 作用力与反作用力分别作用在两个物体上，而一对平衡力则是作用在同一物体上。 依赖关系 作用力与反作用力相互依赖，同时产生、同时变化、同时消失；而构成一对平衡力的两个力可以单独存在，当一个力消失时，另一个力可

6、以继续存在。 力的性质 作用力与反作用力一定是同种性质的力，而一对平衡力可以是两种不同性质的力。 作用效果 作用力与反作用力各有各的作用效果，不能相互抵消；而在不考虑物体的形变时，一对平衡力的作用效果可以相互抵消。6 牛顿第三定律在生产和生活中的应用教材列举了一些在生活和生产中应用牛顿第三定律的例子。例如：划船时桨向后推水，水就向前推桨；轮船的螺旋桨旋转时向后推水，水同时给螺旋桨一个反作用力；汽车发动机驱动车轮转动，由于轮胎与地面间的摩擦，车轮向后推地面，地面就给车轮一个向前的反作用力，这就是牵引力。其实，我们平时走路，由于鞋底与地面间的摩擦，脚向后推地面，地面就给脚一个反作用力，使人向前行进

7、。你还能举出这方面更多的例子吗？7 对“说一说”栏目问题的回答本节教材“说一说”栏目提出了下列问题：一个瘦弱的男子与一个大力士“掰腕子”，两手之间的作用力和反作用力一样大吗？若两者一样大，大力士怎么会赢呢？根据牛顿第三定律，作用力与反作用力大小相等，瘦弱的男子与大力士两手之间的相互作用力肯定是一样大的。大力士会赢的原因是，他对瘦弱男子的作用力超过了瘦弱男子所能承受的力。发展级8. 牛顿第三定律的适用范围牛顿运动定律是建立在绝对时空以及与此相适应的超距作用基础上的。所谓超距作用，是指分离个物体间不需要任何介质，也不需要时间来传递它们之间的相互作用。也就是说，相互作用以无穷大的速度传递。除了上述观

8、点以外，在牛顿的时代人们了解的相互作用，如万有引力、磁石之间的磁力以及相互接触物体之间的作用力，都是沿着相互作用的物体的连线方向，而且相互作用的物体的运动速度都在常速范围内。在这种情况下，牛顿才实验中发现了第三定律。但是随着人们对物体间的相互作用的认识的发展，19世纪发现了电与磁之间的联系，建立了电场、磁场的概念；除了静止电荷之间有沿着连线方向相互作用的库仑力外，发现运动电荷还要受到磁场力即洛伦兹力的作用；运动电荷又将激发磁场，因此两个运动电荷之间存在相互作用，而电磁作用是通过电磁场以有限的速度（光速c）来传递的。物理学的深入发展，暴露出牛顿第三定律并不是对一切相互作用都是适用的。如果说静止电

9、荷之间的库仑相互作用是沿着二电荷的连线方向，静电作用可当作以“无穷大速度”传递的超距作用，因而牛顿第三定律仍适用的话，那么，对于运动电荷之间的相互作用，牛顿第三定律就不适用了。实验证明，对于以电磁场为媒介传递的近距作用，总存在着时间的推迟。对于存在推迟效应的相互作用，牛顿第三定律显然是不适用的。实际上，只有对于沿着二物连线方向的作用（称为有心力），并可以不计这种作用传递时间（即可看作直接的超距作用）的场合中，牛顿第三定律才有效。推荐精选应用链接 本节课的应用主要涉及对牛顿第三定律的正确理解，运用牛顿第三定律对实际问题的解释，以及作用力与反作用力跟一对平衡力的辨析。基础级例1 一个物体静止地放在

10、水平桌面上，物体对桌面的压力等于物体的重力，这是因为（ ）A. 它们是一对平衡力 B. 它们是一对作用力和反作用力C. 它们既是平衡力又是相互作用力 D. 以上说法都不对提示 明确平衡力和相互作用力的意义。解析 物体对桌面的压力和桌面对物体的支持力是一对作用力和反作用力，压力大小等于支持力的大小。物体的重力和桌面对物体的支持力是一对平衡力，重力的大小等于支持力的大小。根据数学公理，等于第三个量的两个量相等，所以物体对桌面的压力等于物体的重力。正确选项为D。点悟 物体对桌面的压力作用在桌面上，物体的重力作用在物体上，不是作用在同一物体上的力谈不上平衡力。压力是弹力，与物体的重力性质不相同，不可能

11、是一对作用力和反作用力。例2 关于车拉马、马拉车 的问题，下列说法中正确的是（ ）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. 马拉车不论车动还是不动，马拉车的力的大小总是等于车拉马的力的大小D. 马拉车不动或车匀速前进时，才是马拉车的力与车拉马的力大小相等提示 根据牛顿第三定律作出判断。解析 马拉车和车拉马的力是一对作用力和反作用力，大小始终相等。正确选项为C。点悟 由牛顿第三定律可知，马拉车和车拉马的力是一对作用力和反作用力，大小始终相等，毋庸置疑。而车的运动状态的变化，是由车受到的合外力决定的。当马拉车的力较小时，拉力与车受到地面的

12、摩擦力大小相等，车保持静止；当马拉车的力大于车所受到的地面摩擦力时，车就开始起动并加速前进。例3 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?提示 应用牛顿第三定律进行判断，注意蛋壳与石头承受力大小的区别。(a)解析 鸡蛋与石头相撞击时，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，根据牛顿第三定律，这一对力的大小是相等的。至于为什么“蛋碎”而“石全”，那是因为蛋壳和石头的承受力不一样，蛋壳所能承受的力远小于石头所能承受的力，所以在大小相等的力的作用下，才产生蛋破而石头不碎的结果。点悟 蛋破与否不仅与其受力有关，还与其

13、承受能力有关，不能根据“蛋破而石不碎得出“鸡蛋受到石头的作用力大于鸡蛋对石头的作用力”的错误结论。对于生活中的一些物理现象，不能凭想当然主观臆断，必须运用相应的物理规律进行认真分析。图430例4 如图430所示，在台秤上放大半容器水，台秤示数为50N。另用挂在支架上的弹簧秤悬挂一边长为10cm的正方体金属块，当把金属块平稳地浸入水中深4cm而未触及容器底部时，弹簧秤的示数为多少？台秤的示数会不会发生变化？（已知金属块的密度为推荐精选3×103kg/m3，g取10m/s2。）提示 分析金属块的受力情况，并注意浮力的反作用力。解析 浸入水中的金属块所受重力 N=30N，浮力 &

14、#160; N=4N，故弹簧秤的示数为   FT=GF=30N4N=26N。台秤的示数由于金属块所受浮力的反作用力增加了F=F=4N。点悟 本题中的金属块未触及容器的底部，很容易遗漏浮力的反作用力，而误认为台秤的示数不会发生变化。要知道任何物体之间的作用力都是相互的，有作用力必有反作用力，浮力也不例外。发展级图431例5 置于水平面上的小车上，有一弯折成角度的细杆，如图431所示，其另一端固定了一个质量为m的小球。当小车以加速度a向左加速前进时，小球对细杆的作用力多大？方向如何？提示 小球对细杆的作用力很难直接求出，可先求出细杆对小球的作用力，再根据牛顿第三定律求

15、小球对细杆的作用力。FyFFxmg图432解析 以小球为研究对象，小球受重力mg和细杆对它的作用力F，将F沿水平方向和竖直方向分解，水平分力为Fx，竖直分力为Fy，如图432所示。由牛顿第二定律可知 Fymg=0, Fx=ma，故细杆对小球的作用力，。由牛顿第三定律可得，小球对细杆的作用力的大小为  F=，方向与竖直方向成角斜向右下方。点悟 本题给我们的一大启示是：当某个力难以直接求出时，可设法先求出它的反作用力，再根据牛顿第三定律求出这个力。另外，有的同学会错误地认为细杆对小球的作用力F一定是沿细杆方向的。产生这种错误的原因是没有区分细绳和细杆对小球作用力的特点。细绳的拉

16、力一定沿着细绳的收缩方向，而细杆的作用力就不一定沿着细杆方向（除非是“二力杆件”，即只有两端受力的杆件）。例如当小球的加速度为0时，细杆对小球的作用力就与重力平衡，大小为mg，方向竖直向上。图433BA例6 如图433所示，两个质量均为m的物块A、B叠放在一个直立着的、劲度系数为k的轻弹簧上面而静止。今用一竖直向下的力压物块A，弹簧又缩短了推荐精选l（仍在弹性限度内）而静止。若突然撤去此力，则在撤去此力的瞬间A对B的压力多大？提示 采用整体法和隔离法，应用牛顿运动定律求解。解析 对A、B整体，未用力压A时弹簧的压缩量为x，则根据二力平衡条件和胡克定律有 2mg=kx。设用力F向下压A时，对A、

17、B整体的静止状态有 F+2mg=k(x+l)。突然撤去F的瞬间，对A、B整体，因重力和弹力不变，其合力向上，加速度向上，有k(x+l)2mg=2ma；对物体A有  FNmg=ma。联立解得B对A的支持力 FN= mg+。根据牛顿第三定律，A对B的压力大小也为mg+，方向竖直向下。点悟 在求解连接体问题时，特别要注意运用牛顿第三定律来分析物体的受力情况。课本习题解读p.88问题与练习图434FGFN1. 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和木箱吸引地球的力，另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

18、对它的引力和压力。2. 如图434所示，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GFN=0，G=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于反作用力，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. 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，两者分离后均做匀速直线运动，但两者的速度不一定相同。如果巨石放在地面上，结果会不同。如果巨石与地面间的摩擦力足够大，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

19、来。图435FBAFABF阻BA4. 题中情景的草图如图435所示。(1) 因为A拉B匀速运动，即物体处于平衡状态，因此B车厢所受的合力为0，故 FAB=。而FAB与是一对相互作用力，根据牛顿第三定律，它们大小相等、方向相反。(2) 因为A拉B加速行驶，根据牛顿第二定律 FAB=ma，所以 FAB。而FAB与FBA是一对相互作用力，根据牛顿第三定律，它们大小相等、方向相反。由牛顿第二定律 FAB=ma，推荐精选 FAB=ma+=4.0×103×0.3N+2.0×103 N=3.2×103 N。由牛顿第三定律，FAB

20、与FBA是一对相互作用力，它们大小相等、方向相反，即 FAB=FBA=3.2×103 N。 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，而作用力与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。练习巩固（45）基础级1. 关于作用力与反作用力，下列说法中正确的是（ ）A. 物体相互作用时，先有作用力，后有反作用力B. 作用力与反作用力一定是同种性质的力C. 作用力和反作用力总是同时作用在相互作用的两个物体上D. 两物体相互作用时，作用力可能大于反作用力2汽车拉着拖车在水平公路上沿直线加速行驶，根据牛顿运动定律可知（ ）A. 汽车拉拖

21、车的力大于拖车拉汽车的力B. 汽车拉拖车的力等于拖车拉汽车的力C. 汽车拉拖车的力大于拖车受到的阻力D. 汽车拉拖车的力等于拖车受到的阻力3. 物体放在水平桌面上，则（ ）A. 桌面对物体 支持力与物体的重力大小相等，这两个礼物是一对平衡力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D. 物体度桌面的压力和桌面对物体的支持力是一对作用力与反作用力4. 下列说法中正确的是（ ）A. 起重机用钢索加速吊起货物时，钢索对货物的拉力大于货物对钢索的拉力B. 子弹能射入木块是因为子弹对木块的力大于子弹队木块的阻力C. 大人和小孩相撞时，大人对小孩的撞击力大于小孩对大人的撞击力D. 将图钉揿入木板，图钉对木板的力和木板对图钉的阻力大小是相等的5. 人走路时，人和地球之间的作用力和反作用力的对数共有（ ）A. 1对