物理人教版高中必修一（2019年新编）3-3 牛顿第三定律（教案）

第3节牛顿第三定律目标导航目标导航课程标准课标解读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．理解牛顿第三定律，并能应用该定律解决相关问题。3．会对物体进行初步的受力分析，掌握分析物体受力的一般方法。1、知道力的作用是相互的，了解作用力和反作用力的概念。2、能把一个力的反作用力和这个力的平衡力区分开。3、通过实验探究，了解两个物体间作用力与反作用力大小和方向的关系。4、会对物体进行初步的受力分析，并解释物理现象或者解决实际问题。5、能正确表述牛顿第三定律，并应用牛顿第三定律分析和解决实际问题。知识精讲知识精讲知识点01作用力和反作用力一、作用力与反作用力1.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.2.力的作用是相互的，物体间相互作用的这一对力称为作用力和反作用力.3.作用力与反作用力总是互相依存、同时存在的.把它们中的一个力叫做作用力，另一个力叫做反作用力.【即学即练1】靠墙静蹲是一种流行的健身运动，动作要点是双脚分开与肩同宽，双手放于大腿上，背部紧贴墙面缓慢下蹲至大腿与地面平行，然后保持住处于静蹲状态，除了靠墙的静蹲，背靠瑞士球的静蹲也是经常看到的，如图所示为一女士借助瑞士球做靠墙静蹲运动，女士后背部保持挺直且倚靠在瑞士球上，瑞士球则倚靠在竖直墙面上，此时女士和瑞士球都处于静止状态。下列说法正确的是（）A．瑞士球总共受到3个力作用B．女士的脚不受地面的摩擦力作用C．女士对瑞士球的弹力是由女士的形变产生的D．女士对瑞士球的弹力与墙壁对瑞士球的弹力是一对相互作用力【答案】C【解析】：A．瑞士球受重力、墙壁对其的弹力和摩擦力、女士对其的弹力和摩擦力，共5个力作用，故A错误；B．女士在水平方向上受力平衡，由于瑞士球对女士有水平向左的弹力，所以地面对女士一定有水平向右的摩擦力，故B错误；C．女士对瑞士球的弹力是由女士的形变产生的，故C正确；D．女士对瑞士球的弹力与墙壁对瑞士球的弹力是一对平衡力，故D错误。故选C。知识点02牛顿第三定律1.实验探究：如图所示，把两个弹簧测力计A和B连接在一起，B的一端固定，用手拉A，结果发现两个弹簧测力计的示数是相等的.改变拉力，弹簧测力计的示数也随着改变，但两个弹簧测力计的示数总是相等，这说明作用力和反作用力大小相等，方向相反.2.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.3.对牛顿第三定律的理解（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）.作用力与反作用力的理解=1\*GB3①三个性质=2\*GB3②四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作用在同一条直线上同性质作用力和反作用力的性质总是相同的=3\*GB3③正确理解牛顿第三定律中“总是”的含义“总是”是强调对于任何物体，在任何情况下，作用力与反作用力的关系都成立.对此，我们可以从以下几个方面理解.=1\*ROMANI.不管物体的大小、形状如何，例如，大物体与大物体之间，大物体与小物体之间，任何形状的物体之间，其作用力与反作用力总是大小相等、方向相反的.=2\*ROMANII.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，静止与运动的物体之间，其作用力与反作用力总是大小相等、方向相反的.=3\*ROMANIII.作用力与反作用力的产生和消失总是同时的.两者中若有一个产生或消失，则另一个必然同时产生或消失.【即学即练2】《荀子·议兵》中写道：“经桀作尧，譬之若以卵投石，以指绕沸．”，其中“以卵击石”意思为拿鸡蛋去碰石头．比喻不估计自己的力量，自取灭亡．从物理学的角度看鸡蛋与石头相碰，下列说法中正确的是()A．石头对鸡蛋的力大于鸡蛋对石头的力B．石头对鸡蛋的力小于鸡蛋对石头的力C．石头对鸡蛋的力与鸡蛋对石头的力大小相等D．石头对鸡蛋的力与鸡蛋对石头的力方向相同【答案】C.【解析】：鸡蛋碰石头，鸡蛋被碰破，而石头却完好无损，不是因为鸡蛋受到的力大，而是因为鸡蛋的硬度小，它们受到的力是相互作用力，根据牛顿第三定律，相互作用的两个力，大小相等，方向相反，故A、B、D错误，C正确．【即学即练3】小明在竖直放置的白板中写字的过程中（）A．笔对白板的作用力大于白板对比的作用力B．笔对白板的作用力小于白板对比的作用力C．笔受到的摩擦力方向与笔运动方向相反D．笔受力一定不平衡【答案】C.【解析】：AB．笔对白板的作用力和白板对比的作用力属于作用力和反作用力，始终等大反向，故AB错误；C．滑动摩擦力与物体相对运动方向相反，故C正确；D．笔运动状态不确定，如果笔匀速运动，则受力平衡，故D错误。故选C。知识点03物体受力的初步分析1.整体法与隔离法整体法隔离法概念将加速度相同的几个物体作为一个整体来分析的方法将研究对象与周围物体分隔开来分析的方法选用原则研究系统外的物体对系统整体的作用力研究系统内物体之间的相互作用力2.受力分析的一般步骤3.受力分析的两个技巧(1)除了根据力的性质和特点进行判断，假设法是判断弹力、摩擦力有无及方向的常用方法.(2)善于转换研究对象，尤其是弹力、摩擦力的方向不易判定的情形，可以分析与其接触物体的受力，再应用牛顿第三定律判定.(3)受力物体与周围物体的每个接触处最多有两个接触力——弹力、摩擦力【即学即练4】.如图所示，人沿水平方向拉牛(可视为质点)，但没有拉动.其中说法正确的是()A.绳拉牛的力小于牛拉绳的力B.绳拉牛的力与牛拉绳的力是一对平衡力C.绳拉牛的力与地面对牛的摩擦力是一对平衡力D.绳拉牛的力与地面对牛的摩擦力是作用力与反作用力【答案】C【解析】绳拉牛的力和牛拉绳的力是作用力与反作用力，大小相等、方向相反，故A、B、D错误；由于没有拉动牛，可知绳拉牛的力与地面对牛的摩擦力是一对平衡力，故C正确.能力拓展能力拓展考法01区分相互作用力与平衡力根据作用力和反作用力的特点，以及与平衡力的区别就可以准确加以区分。1.比较内容比较一对作用力和反作用力一对平衡力不同点作用对象作用在两个相互作用的物体上作用在同一物体上依赖关系相互依存，不可单独存在，同时产生，同时变化，同时消失无依赖关系，撤除一个，另一个依然可存在叠加性两力作用效果不可叠加，不可求合力两力作用效果可相互抵消，可叠加，可求合力，且合力为零力的性质一定是同种性质的力可以是同种性质的力，也可以是不同种性质的力相同点大小相等、方向相反、作用在同一条直线上2.规律总结：1.作用力与反作用力和一对平衡力的共同点是等大、反向、共线.2.区分作用力与反作用力和一对平衡力的要点(1)看研究对象：作用力与反作用力作用在不同物体上，而一对平衡力作用在同一物体上.(2)看依存关系：作用力与反作用力同生同灭，相互依存，而一对平衡力则彼此没有依存关系.【典例1】磁性黑板擦吸附在竖直的黑板平面上静止不动时，黑板擦受到的磁力()A．小于它受到的弹力B．大于它受到的弹力C．与它受到的弹力是一对作用力与反作用力D．与它受到的弹力是一对平衡力【答案】D.【解析】：黑板擦由于受到黑板的磁力而使彼此发生了弹性形变，产生了弹力；由二力平衡可知，磁力应等于黑板对黑板擦的弹力，故磁力与弹力为平衡力，A、B错误，D正确；作用力与反作用力是同种性质的力，黑板擦对黑板的弹力与黑板对黑板擦的弹力才是作用力与反作用力，故C错误．考法02受力分析1．受力分析的四个方法方法解读假设法在未知某力是否存在时，先对其做出存在的假设，然后根据该力存在对物体运动状态的影响来判断该力是否存在整体法将加速度相同的几个相互关联的物体作为一个整体进行受力分析的方法隔离法将所研究的对象从周围的物体中分离出来，单独进行受力分析的方法动力学分析法对加速运动的物体进行受力分析时，应用牛顿运动定律进行分析求解的方法2．受力分析的四个步骤【典例2】(多选)如图所示，两个相似的斜面体A、B在竖直向上的力F的作用下静止靠在竖直粗糙墙壁上．关于斜面体A和B的受力情况，下列说法正确的是()A．A一定受到四个力B．B可能受到四个力C．B与墙壁之间一定有弹力和摩擦力D．A与B之间一定有摩擦力【答案】AD.【解析】：对A、B整体受力分析，如图甲所示，受到向下的重力和向上的推力F，由平衡条件可知B与墙壁之间不可能有弹力，因此也不可能有摩擦力，故C错；对B受力分析如图乙所示，其受到重力、A对B的弹力及摩擦力而处于平衡状态，故B只能受到三个力，B错；对A受力分析，如图丙所示，受到重力、推力、B对A的弹力和摩擦力，共四个力，A、D对．分层提分分层提分题组A基础过关练1.关于牛顿第三定律，下面说法中正确的是()A．两物体间先有作用力，后有反作用力B．作用力与反作用力可以是不同性质的力C．作用力与反作用力同时产生，同时消失D．作用力与反作用力的合力等于零【答案】C【解析】作用力和反作用力具有同时性，同时产生，同时变化，同时消失，故A错误，C正确；作用力和反作用力必须是同一种性质的力，故B错误；作用力与反作用力大小相等，方向相反，作用在同一条直线上，作用在两个物体上，故其效果不能相互抵消，也不能进行力的合成，故D错误．2.第24届冬季奥林匹克运动会将在2022年由北京市和张家口市联合举办．越野滑雪是比赛项目之一，如图为中国运动员在训练中的照片，运动员在赛道上滑行时，下列说法正确的是()A．滑雪板对赛道的作用力大于赛道对滑雪板的作用力B．滑雪板对赛道的作用力小于赛道对滑雪板的作用力C．滑雪板对赛道的作用力与赛道对滑雪板的作用力大小相等D．滑雪板对赛道的作用力与赛道对滑雪板的作用力方向相同【答案】C.【解析】：滑雪板对赛道的作用力与赛道对滑雪板的作用力是一对作用力与反作用力，二者大小相等，方向相反，故C正确，A、B、D错误．3.两同学在冰面上拔河，分界线处于绳子中点正下方，若绳子质量不计，冰面阻力可以忽略，则拔河取胜的关键因素是（）A．同学的拔河姿势 B．同学的质量大小 C．同学的收绳速度 D．同学对绳子的拉力大小【答案】B【解析】：同一根绳子上的拉力大相等，所以绳子对甲和乙的拉力大小相等，拔河取胜的关键因素是同学的质量，相同作用力时，质量较大则加速度较小，能赢得“拔河”比赛的胜利，故B正确，ACD错误。故选B。4.矢量发动机是喷口可向不同方向偏转以产生不同方向推力的一种发动机.当“歼－20”隐形战斗机以速度v斜向上飞行时，其矢量发动机的喷口如图所示.已知飞机受到重力G、发动机推力F1、与速度方向垂直的升力F2和与速度方向相反的空气阻力Ff.下列受力分析示意图可能正确的是()答案A解析由题意可知，战斗机所受重力竖直向下，F2方向与速度方向垂直，Ff方向与速度方向相反，故选项A正确.5.如图所示，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答案C解析灯泡受的重力与灯泡对绳的拉力既不是平衡力也不是相互作用力，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.6..(多选)如图，在斜面上木块A与B的接触面是水平的，绳子呈水平状态，两木块均保持静止.则木块A和木块B受力个数可能为()A.2个和4个B.3个和4个C.4个和4个D.4个和5个答案ACD解析B至少受到重力、A对B的压力、斜面的支持力三个力，A对B可能有摩擦力，可能无摩擦力，斜面对物体B可能有静摩擦力，也有可能没有静摩擦力，B静止，则这两个摩擦力至少有一个，因此B受到4个力或5个力；而A除受到支持力与重力外，还可能受到拉力及B对A的摩擦力，因此A可能受到2个力或4个力.当B对A没有摩擦力时，A、B受力个数分别为2个和4个；当B对A有摩擦力时，斜面对物体B可能有静摩擦力，也可能没有静摩擦力，A、B受力个数可能为4个和4个或4个和5个.故选A、C、D.题组B能力提升练1．“三英战吕布”的故事家喻户晓，在迎战的初期，张飞单挑吕布，某个瞬间，张飞的丈八蛇矛与吕布的方天画戟相碰，从物理学中受力的角度来分析，下列说法正确的是（）A．丈八蛇矛对方天画戟的力要大于方天画戟对丈八蛇矛的力B．丈八蛇矛受到的重力方向竖直向下C．丈八蛇矛对方天画戟的力的施力物体是张飞D．吕布对方天画戟的力与丈八蛇矛对方天画戟的力是一对平衡力【答案】B【解析】：A．丈八蛇矛对方天画戟的力与方天画戟对丈八蛇矛的力是一对相互作用力，故两者大小相等，故A错误；B．重力方向始终竖直向下，故B正确；C．丈八蛇矛对方天画戟的力的施力物体是丈八蛇矛，故C错误；D．因为方天画戟还受到重力作用，故吕布对方天画戟的力与丈八蛇矛对方天画戟的力不是一对平衡力，故D错误。故选B。2．2010年2月24日《江西日报》报刊登了一则图片新闻：2月20日15时30分，在瑞金市桦林北路一工地鱼塘内，一名女子下半身世已深陷淤泥之中，接到报警后的瑞金消防大队官兵立即出动消防车火速赶往事故现场。一到现场，救援官兵立即展开救援行动，一名战士身穿轻型防化服，戴上腰带，绑好绳子，只见他脚踏木板，摸索着一点点地向被困女子靠近。经过10分钟的救援，成功救出遇险女子。关于女子身陷泥潭和消防战士踏板救援的说法正确的是（）A．女子身陷泥潭时，人对淤泥地面的压力大小等于淤泥地面对她的支持力B．女子身陷泥潭时，人对淤泥地面的压力大小小于淤泥地面对她的支持力C．消防战士踏板救援时，人对木板的压力大小等于木板对他的支持力D．消防战士踏板救援时，人对木板的压力小于大于木板对他的支持力答案AC解析AB．女子身陷泥潭时，人对淤泥地面的压力与淤泥地面对她的支持力是一对相互作用力，大小总是相等，方向相反，A正确，B错误；CD．消防战士踏板救援时，人对木板的压力与木板对他的支持力是一对相互作用力，大小总是相等，方向相反，C正确，D错误。故选AC。3.(2019-2020学年·赣州期末)在做验证牛顿第三定律DIS实验时，把两个力传感器的挂钩钩在一起，向相反的方向拉动，两个力传感器的相互作用力随时间变化的曲线如图所示，观察分析图线可得到的实验结论是()A．作用力与反作用力的性质可以不同B．作用力与反作用力作用在同一物体上C．作用力与反作用力大小同时变化D．作用力与反作用力作用在一条直线上【答案】CD.【解析】：作用力与反作用力的性质必定是相同的，故A错误；作用力与反作用力作用在两个物体上，故B错误；作用力与反作用力大小同时变化，大小时刻相等，故C正确；作用力与反作用力作用在同一条直线上，故D正确．4.(牛顿第三定律之转换研究对象)如图所示，质量为m的木块在质量为M的长木板上以加速度a水平向右加速滑行，长木板与地面间的动摩擦因数为μ1，木块与长木板间的动摩擦因数为μ2，重力加速度为g，若长木板仍处于静止状态，则长木板对地面摩擦力的大小和方向一定为()A.μ1(m＋M)g，向左B.μ2mg，向右C.μ2mg＋ma，向右D.μ1mg＋μ2Mg，向左答案B解析对木块分析可知，长木板对它水平向左的摩擦力大小为Ff1＝μ2mg，由牛顿第三定律可知，木块对长木板的摩擦力向右，大小也为Ff1；由于长木板仍处于静止状态，对长木板受力分析可知，地面对它的静摩擦力方向向左，大小为Ff2＝Ff1＝μ2mg，由牛顿第三定律可知，长木板对地面的摩擦力大小为μ2mg，方向向右，故B正确.5.如图所示，小明撑杆使船离岸，则下列说法正确的是()A．小明与船之间存在摩擦力B．杆的弯曲是由于受到杆对小明的力C．杆对岸的力大于岸对杆的力D．小明对杆的力和岸对杆的力是一对相互作用力【答案】A.【解析】：船离开河岸，必定在水平方向受到有关力的作用，该作用力是小明对船的摩擦力，故A正确；依据弹力产生的原理，撑杆给人的力是因为撑杆发生了弹性形变，根据牛顿第三定律，杆发生弹性形变是由于杆受到小明对杆的作用力，故B错误；杆对岸的力与岸对杆的力是一对作用力与反作用力，根据牛顿第三定律，一对相互作用的力大小总是相等的，故C错误；小明对杆的力和岸对杆的力都作用在杆上，不是一对相互作用力，故D错误．6.2019年1月3日10时26分，我国“嫦娥四号”探测器成功着陆在月球背面南极附近的预选着陆区，人类探测器首次登陆月球背面．在着陆过程最后阶段，“嫦娥四号”先悬停在距月面100m高处，再缓慢下降到着陆点上方4m处，最终关闭发动机以自由落体方式完美着陆在月面，关于该探测器从距月面上方100m高处缓慢下降到着陆点上方4m处的过程中，下列说法正确的是()A．探测器受到喷射气体的反冲力与自身重力是一对相互作用力B．探测器受到喷射气体的反冲力与自身重力是一对平衡力C．探测器对喷射气体的力与喷射气体对探测器的反冲力合力为零D．探测器对喷射气体的力与喷射气体对探测器的反冲力大小相等【答案】D【解析】探测器受到喷射气体的反冲力的受力物体是探测器，探测器自身重力的受力物体也是探测器，不是一对相互作用力，故A错误；探测器缓慢下降的过程中没有说明运动的状态，所以探测器受到喷射气体的反冲力与自身重力不一定是一对平衡力，故B错误；探测器对喷射气体的力与喷射气体对探测器的反冲力是一对作用力与反作用力，不能合成，故C错误；探测器对喷射气体的力与喷射气体对探测器的反冲力是一对作用力与反作用力，大小相等，故D正确．7.在探究作用力和反作用力的关系实验中，把A、B两个轻质弹簧测力计连接在一起，B的一端固定，用手拉测力计A，如图(a)所示．可以看到两个测力计的指针同时移动．稳定后，测力计A受到B的拉力F′，测力计B受到测力计A的拉力F.(1)B弹簧秤放大如图(b)所示，读数F为________N；(2)F和F′的关系为________；(3)手对弹簧秤A的拉力大小为________N.【答案】(1)4.00(2)等值反向或相互作用力(3)4.00【解析】(1)根据弹簧测力计的读数的方法可知，弹簧测力计的读数为4.00N；(2)测力计A受到B的拉力F′，测力计B受到测力计A的拉力F，可知F和F′的关系为相互作用力；(3)根据一对平衡力的特点可知，手对弹簧秤A的拉力大小与A受到B的拉力F′大小相等，所以也是4.00N.题组C培优拔尖练1.物理课本放在水平桌面上，文具盒放在物理课本上，则()A．物理课本受到的重力和桌面对物理课本的支持力是一对平衡力B．物理课本对桌面的压力和桌面对物理课本的支持力是一对相互作用力C．物理课本对文具盒的支持力和文具盒对物理课本的压力是一对平衡力D．桌面对物理课本的支持力和文具盒对物理课本的压力是一对相互作用力【答案】B.【解析】：文具盒放在物理课本上，物理课本受到的重力和桌面对物理课本的支持力大小不相等，不是一对平衡力，故A错误；物理课本对桌面的压力和桌面对物理课本的支持力大小相等，方向相反，作用在两个物体上，是一对相互作用力，故B正确；物理课本对文具盒的支持力和文具盒对物理课本的压力，作用在两个不同的物体上，不是一对平衡力，故C错误；桌面对物理课本的支持力和文具盒对物理课本的压力大小不相等，而且都作用在同一个物体上，不是一对相互作用力，故D错误．2.如图所示，大人和小孩分别拿着一条连着力传感器的绳子，两传感器相互钩住，并与计算机相连，在计算机上就会显示两个拉力随时间变化的图象．设大人这边的传感器受到的拉力为作用力，小孩这边的传感器受到的力为反作用力．则当大人站着不动，小孩使劲拉绳，在计算机看到的图象是()A．先有作用力，后有反作用力B．作用力总是大于反作用力C．作用力总是小于反作用力D．作用力与反作用力总是同时产生、同时变化、同时消失【答案】D.【解析】：作用力和反作用力两个力的大小总是相等的，方向是始终相反的，它们的变化的情况也是一样的，两力同时产生，同时变化，并且同时消失，故A、B、C错误，D正确．3.使A、B、C一起匀速运动，各接触面间的摩擦力的情况是()A．A对C有向左的摩擦力B．C对B有向左的摩擦力C．物体C受到三个摩擦力的作用D．物体C对地有向右的摩擦力【答案】A.【解析】：对A受力分析，受拉力F、重力、支持力和向右的静摩擦力，物体匀速运动，受力平衡，故f＝F，故A对C有向左的静摩擦力，A正确；对B受力分析，由于匀速运动，合力为零，故受重力和支持力，不受摩擦力，故B错误；对C受力分析，受重力、A对C压力、B对C压力，地面对C支持力，A对C向左的静摩擦力和地面对C向右的滑动摩擦力，即物体C受到两个摩擦力的作用，故C错误；对整体受力分析，受拉力F、重力、支持力和向右的滑动摩擦力，所以地面对C有向右的滑动摩擦力，那么物体C对地有向左的摩擦力，故D错误．4.2016年8月16日1时40分，我国在酒泉卫星发射中心用“长征二号丁”运载火箭，成功将“墨子号”卫星发射升空并送入预定轨道。关于这次卫星与火箭上天的情形叙述正确的是()A．火箭尾部向外喷气，喷