牛顿第三定律高一上学期物理粤教版（2019）必修第一册

第四章牛顿运动定律

第四节牛顿第三定律如果我们拿鸡蛋去撞击石头，蛋壳会被击碎而石头无损。是不是石头作用于鸡蛋的力大于鸡蛋作用于石头上的力？在高速路上发生的小汽车与大货车相撞的交通事故中，常常看到小汽车损毁严重。是不是大货车撞小汽车的力大于小汽车撞大货车的力？学了本节内容，我们就可以回答这两个问题了。作用力与反作用力力是物体与物体之间的相互作用。只要有力，就一定存在受力物体和施力物体。仔细观察下面的实验，看一看对于力有没有新的认识。观察与思考1.手用力拍桌面，手给桌面施加了一个力，手有什么感觉？这一现象说明了什么?2.水平桌面上有一排均匀排列的圆形小木棍，在上面放一平木板。让开动的玩具电动小车从木板的左端向右端运动，如图1所示。小车向右运动时，木板的运动状态有怎样的变化？此现象说明了什么?3.两辆小车载有蹄形磁铁，让车上蹄形磁铁的同名磁极相对，用双手将两辆小车固定在距离较近的位置，如图2所示，双手同时撤去，观察两辆小车的运动情况，并思考此现象说明了什么。小车在一排圆形木棍上面的木板上行驶载有蹄形磁铁的两辆小车手拍桌面，手会感觉疼，说明手给桌面施力的同时，桌面也给手施加了力。玩具电动小车向右运动的同时，平木板向左运动。说明小车受到木板对它的摩擦力，木板也受到小车对它的摩擦力。小车和木板之间的这种相互作用力是同时发生的。由图2的实验可以看到，松手后，两辆小车同时向相反方向运动，说明两辆小车都受到了彼此的磁力作用。观察和实验都表明，无论是否接触，两个物体之间的作用力总是相互的，一个物体对另一物体有作用力时，同时也受到另一物体对它的作用力，它们总是成对出现的。我们把两个物体间的这种相互作用力称为作用力与反作用力。那么，作用力与反作用力之间有什么关系呢?探究作用力与反作用力的关系我们走路时，脚对地面有一个向后的作用力，地面给脚个向前的反作用力；用锤子钉钉子，如图所示，锤子给铁钉一个作用力，铁钉同时给锤子一个反作用力。用锤子钉钉子不难发现，两个相互平衡的力是作用在同一物体上的；而作用力与反作用力则是分别作用在两个不同的物体上。下面我们通过实验，探究作用力与反作用力的大小和方向的关系。实验与探究实验1：在水平桌面上把两个弹簧测力计甲、乙的挂钩钩在一起。改变实验条件，观察两个弹簧测力计上的示数。(1)固定弹簧测力计乙的一端，用手拉弹簧测力计甲，如图所示，观察两测力计指针移动情况及其示数变化情况。改变手拉弹簧测力计甲的力，重复上述实验。用弹簧测力计探究作用力与反作用力(2)弹簧测力计甲、乙都不固定，用手在水平桌面上相互对拉甲、乙，观察两测力计指针移动情况及其示数变化情况。用弹簧测力计探究作用力与反作用力实验2：把两个小磁针放在桌面上，磁针A位于圆心处，磁针B位于圆周上，如图所示。(1)分析磁针A和磁针B所受到磁力的方向。(2)让磁针B绕着磁针A在圆周上缓慢运动。在磁针B运动的过程中，观察两个磁针的指向，分析两个磁针所受磁力的方向。两磁针之间的相互作用力的方向实验3：用力传感器替代实验1中的弹簧测力计(如图1所示)。在计算机上建立F-t图像，记录两个传感器的力随时间变化的图线。在保持传感器静止的状态下对拉。(2)在传感器运动的状态下对拉。观察两条图线(如图2所示)，会有什么发现?图1用力传感器显示作用力与反作用力图2由计算机显示的两传感器钩子的受力情况在实验1中，无论是单独拉弹簧测力计甲还是相互对拉弹簧测力计甲和乙，都能观察到二者的指针同时移动，甲的指针向左移动，乙的指针向右移动，稳定后两者指针指示的示数都相同。这说明甲、乙弹簧测力计间的作用力与反作用力的大小相等。在实验2中，磁针A和磁针B所受磁力在同一直线上且方向相反。这说明它们之间的作用力与反作用力的方向相反，作用在同一直线上。在实验3中，两条图线关于t轴对称，如图2所示，不管是静止状态还是运动状态，两个力传感器之间的作用力总是大小相等、方向相反。牛顿第三定律的表述大量的观察和实验表明，两个物体之间的作用力F和反作用力F’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。即F=

-F’无论接触与否，也无论是运动还是静止，两物体间的作用力和反作用力都遵循牛顿第三定律，作用力与反作用力分别作用在两个不同的物体上，它们同时产生、同时消失，是同种性质的力。牛顿第三定律不仅揭示了两个物体之间相互作用的规律，而且为解决力学问题时转换研究对象提供了理论基础。它拓宽了牛顿第二定律的应用范围，是牛顿力学中不可分割的重要组成部分。例如，求一本书对桌面的压力的大小，往往以书为研究对象，根据二力平衡求出桌面对书的支持力的大小(如图1所示)，再根据牛顿第三定律确定书对桌面的压力的大小(如图2所示)。因为书对桌面的压力与桌面对书的支持力是一对作用力和反作用力。图1书的受力情况图2书对桌面的压力与桌面对书的支持力讨论与交流有人认为，在拔河比赛中，既然双方的作用力与反作用力的大小相等，应该不可能分出胜负，实际上却总有一方获胜。这是否违背了牛顿第三定律？如果让比赛的一方坐在船上，另一方站在岸上进行比赛，结果又会如何？那么，取胜的决定因素是什么？取胜决定因素是双方以外的物体对他们施加的外力，外力大的一方胜。作用力与反作用力与一对平衡力的区别作用力与反作用力一对平衡力相同点大小相等、方向相反、作用在同一条直线上不同点

作用对象两