高一物理人教版必修1学案第三章3-牛顿第三定律

3．牛顿第三定律结合生活经验和初中物理所学的知识，我们已经得到了这样一种结论：力是相互的。用手拍桌子，手会感到疼痛；穿着溜冰鞋推墙，自己会被弹开；用手拉弹簧，弹簧会发生形变，手也会感受到拉力。不仅如此，利用力的相互性还可以解释小到掰手腕、拔河，大到火箭升空等众多现象。那么，这两个相互作用力的大小之间、方向之间具体有什么关系呢？利用这些原理怎样让我们在拔河比赛中取得更好的成绩呢？带着这些问题我们来共同学习牛顿第三定律。教师在讲授本节内容时，建议从以下几个方面进行教学：1．牛顿第三定律与生活结合比较紧密，因此在引入和应用环节应该多结合生活实际，从生活中来，到生活中去。2．探究作用力与反作用力关系时，应结合实验，让学生自己从实验中得到结论。3．相互作用力和平衡力的区分是本节的重点和难点。两者的区分最重要的是作用对象是否在同一个物体上。4．物体的受力分析是本节的重点。受力分析时应提醒学生明确分析对象、严格按照步骤进行，不要直接凭感觉判断。【课程标准】1.理解牛顿第三定律。2．能用牛顿第三定律解释生产生活中的有关现象、解决有关问题。【素养目标】一、作用力和反作用力1．定义：物体间相互作用的一对力，互为作用力和反作用力。跳水运动员用力踩跳板后，是什么力将运动员弹向空中？提示：跳板对运动员的反作用力。2．力的作用总是相互的，并且相互依赖，同时存在。关于作用力和反作用力，下列说法中正确的有③④。①物体间可能只有作用力，没有反作用力。②物体间先有作用力，然后才有反作用力。③作用力和反作用力总是相互依存共同存在的。④相互作用的一对力中，称哪一个力是作用力是任意的。二、牛顿第三定律歇后语：鸡蛋砸石头——不自量力。石头对鸡蛋的作用力大于鸡蛋对石头的作用力吗？提示：石头对鸡蛋的作用力等于鸡蛋对石头的作用力。1．内容：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。2．表达式：F＝－F′(负号表示方向相反)。三、物体受力的初步分析1．受力分析的顺序：重力→弹力→摩擦力。2．一对平衡力与一对相互作用力。一对平衡力一对相互作用力对象作用在同一物体上作用在两个物体上种类不一定(选填“一定”或“不一定”)是同一种类的力一定(选填“一定”或“不一定”)是同一种类的力某同学学习牛顿第三定律后，总结出以下结论：①作用力和反作用力的合力为零。②一个人在用力打拳，可见一个力可以只有施力物体没有受力物体。③作用力与反作用力一定是同性质的力。④两个相互接触的物体，均受弹力的作用。⑤对物体受力分析时，若不受弹力，则一定不受摩擦力。你的判断：正确的结论有③⑤。1．“掰腕子”是比较腕力大小的一种常见比赛。在一次“掰腕子”比赛中，甲轻松地胜了乙。思考：甲之所以获胜是否是因为甲对乙的作用力大于乙对甲的作用力？提示：不是。根据牛顿第三定律可知，这两个力大小相等，甲之所以胜了乙，那是因为甲手腕能承受的力大于乙手腕能承受的力。2.如图所示，滑雪运动员正沿斜坡高速下滑。思考：有人说运动员受到了下滑力的作用，你认为这种说法对吗？提示：不对。运动员沿斜坡下滑时受到重力、支持力和沿斜坡向上的摩擦力的作用。运动员下滑是重力的一个作用效果，并不单独存在下滑力。一、牛顿第三定律的理解(物理观念——相互作用观念)在“用力传感器探究作用力和反作用力的关系”实验中，某同学通过计算机得到如图所示的曲线。该曲线可以得到怎样的结论？提示：作用力和反作用力大小相等、方向相反。1．实验探究：作用力和反作用力的关系：(1)探究过程：如图，把两个弹簧测力计A、B连接在一起。①当用手拉弹簧测力计A时，可以看出，两个弹簧测力计的示数是相等的；改变手拉弹簧测力计A的力，弹簧测力计B的示数也随着改变，但两个示数总相等。②将弹簧测力计A在竖直面内转动，弹簧测力计B也会随之转动，且两弹簧测力计保持在同一条直线上。(2)实验结论：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。2．作用力和反作用力的四同三异：作用力与反作用力比较四同等大大小总是相等共线作用在一条直线上同时同时产生、同时变化、同时消失同性质同一性质的力三异异向方向相反异体作用在不同的物体上异效效果不能相互抵消,不能认为合力为零无论运动或静止，作用力与反作用力的关系普遍成立，与两物体的运动状态等其他条件无关。【典例】(多选)如图所示，我国有一种传统的民族体育项目叫作“押加”，实际上相当于两个人拔河，如果甲、乙两人在“押加”比赛中，甲获胜，则下列说法中正确的是()A．甲对乙的拉力大于乙对甲的拉力，所以甲获胜B．当甲把乙匀速拉过去时，甲对乙的拉力大小等于乙对甲的拉力大小C．当甲把乙加速拉过去时，甲对乙的拉力大于乙对甲的拉力D．甲对乙的拉力大小始终等于乙对甲的拉力大小，只是地面对甲的摩擦力大于地面对乙的摩擦力，所以甲获胜【解题探究】(1)甲对乙的拉力和乙对甲的拉力有什么关系？提示：是一对相互作用力，大小相等，方向相反。(2)单独对甲受力分析，将受到哪几个力？提示：重力、支持力、乙对甲的拉力、摩擦力。【解析】选B、D。根据牛顿第三定律，不论物体处于何种状态，物体间的作用力与反作用力总是大小相等、方向相反，故A、C项错误，B项正确；物体的运动状态是由其自身的受力情况决定的，只有当物体所受的合外力不为零时，物体的运动状态才会改变，甲获胜的原因是甲受到的地面的摩擦力大于绳子对甲的拉力；乙后退的原因是绳子对乙的拉力大于乙受到的地面的摩擦力，故D项正确。1．下列关于作用力和反作用力的叙述正确的是()A．只有相互接触的物体间才有作用力和反作用力B．作用力和反作用力一定同时产生、同时消失C．作用力和反作用力可能是不同性质的力D．只有物体处于静止状态时，作用力和反作用力才会大小相等【解析】选B。不接触的物体之间也可以有相互作用力，如磁力、重力等，故A项错误；作用力与反作用力是同时产生的，没有先后之分，同时产生，同时变化，故B项正确；作用力与反作用力产生的原因相同，即性质相同，故C项错误；作用力与反作用力总是大小相等、方向相反，故D项错误。2.如图所示，将吹足气的气球由静止释放，气球内气体向后喷出，气球会向前运动，这是因为气球受到()A．重力B．手的推力C．空气的浮力D．喷出气体对气球的作用力【解析】选D。气球内气体向后喷出时，气球对气体有向后的作用力，气体对气球有向前的反作用力使气球向前运动，故D项正确。3．下面关于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，喷出的气体反过来对火箭产生一个反作用力，从而让火箭获得了向上的推力B．火箭尾部喷出的气体对空气产生一个作用力，空气的反作用力使火箭获得飞行的动力C．火箭飞出大气层后，由于没有了空气，火箭虽然向后喷气，但也无法获得前进的动力D．卫星进入运行轨道之后，与地球之间就不存在作用力与反作用力了【解析】选A。火箭升空时，其尾部向下喷气，火箭箭体与被喷出的气体是一对相互作用的物体。火箭向下喷气时，喷出的气体同时对火箭产生向上的反作用力，即为火箭上升的推动力，故A项正确；此动力并不是由周围的空气对火箭的反作用力提供的，因而与是否飞出大气层、是否存在空气无关，故B、C项错误；火箭运载卫星进入轨道之后，卫星与地球之间依然存在相互吸引力，即地球吸引卫星，卫星吸引地球，这仍是一对作用力与反作用力，故D项错误。【补偿训练】《水浒传》第七回“花和尚倒拔垂杨柳”中有这样一个情节：“众泼皮嫌一株绿杨树上的乌鸦叫。鲁智深相了一相，走到树前，把直裰脱了，用右手向下，把身倒缴着，却把左手拔住上截，把腰只一趁，将那株绿杨树带根拔起。”对这段话中描述的力学知识，理解正确的是()A．鲁智深对绿杨树施加了力，而绿杨树对鲁智深没有力的作用B．鲁智深对绿杨树施加的力大于绿杨树对鲁智深施加的力C．鲁智深对绿杨树施加的力等于绿杨树对鲁智深施加的力D．条件不足，不能判断出鲁智深对绿杨树的力与绿杨树对鲁智深的力之间的关系【解析】选C。鲁智深对绿杨树施加的力与绿杨树对鲁智深施加的力是作用力与反作用力，大小始终相等，故选项C正确，选项A、B、D错误。二、相互作用力与平衡力的比较(科学思维——科学推理)一吊灯通过导线固定在屋顶上，该吊灯共受到几个力？这两个力是相互作用力吗？它们的反作用力分别是什么？提示：受到重力和导线的拉力。不是相互作用力，是一对平衡力。重力的反作用力为灯对地球的吸引力，导线对灯的拉力的反作用力为灯对导线的拉力。作用力和反作用力与平衡力的不同点和相同点内容作用力和反作用力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、作用在一条直线上作用力和反作用力的关系与受力情况、运动状态、参考系等均无关。【典例】(多选)如图所示，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()A．作用力F跟墙壁对物体的支持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支持力是一对作用力与反作用力【解析】选C、D。作用力F跟墙壁对物体的支持力作用在同一物体上，大小相等、方向相反，在一条直线上，是一对平衡力，故A项错误；作用力F作用在物体上而物体对墙壁的压力作用在墙壁上，这两个力不能成为平衡力，也不是作用力和反作用力，故B项错误；物体在竖直方向上，受竖直向下的重力和墙壁对物体竖直向上的静摩擦力，因物体处于静止，故这两个力是一对平衡力，故C项正确；物体对墙壁的压力与墙壁对物体的支持力，是两个物体之间的相互作用力，是一对作用力和反作用力，故D项正确。区别相互作用力和平衡力的方法相互作用力与平衡力有很多不同点，其中区别一对相互作用力和平衡力最简单的方法是看作用点的位置。(1)一对平衡力的作用点一定作用在同一个物体上。(2)作用力、反作用力的作用点一定分别作用在两个物体上，但只作用在两个物体上的力也不能说是作用力、反作用力，还必须是因为相互作用而产生。1．如图所示，用球拍打击飞过来的网球时，若球击球拍的力为F1，球拍击球的力为F2，则()A.先产生F1后产生F2B．F1和F2是一对平衡力C．F1与F2两力的性质不同D．F1和F2大小相等，方向相反【解析】选D。球击球拍的力为F1，球拍击球的力为F2，两个力是作用力和反作用力关系，根据牛顿第三定律，两个力大小相等，方向相反，作用在同一直线上，力的性质相同。故A、B、C错误，D正确。2．2020年环法自行车赛在当地时间9月20日晚时落下帷幕，在选手骑自行车的过程中，存在着多对作用力和反作用力。下列说法正确的是A.车先对地面产生压力，然后地面才对车产生支持力B．车对地面的压力和地面对车的支持力是一对平衡力C．人骑车加速前进，人对车的作用力的大小等于车对人的作用力的大小D．车转弯减速过程中，车对地面的摩擦力大于地面对车的摩擦力【解析】选C。作用力与反作用力同时产生，同时变化，同时消失，故A项错误；车对地面的压力和地面对车的支持力作用在不同的物体上，作用效果不能抵消，不能合成，所以不是一对平衡力，故B项错误；人骑车加速前进，根据牛顿第三定律，可知人对车的作用力与车对人的作用力是作用力与反作用力，大小相等，方向相反，故C项正确；车转弯减速过程中，车对地面的摩擦力与地面对车的摩擦力始终大小相等，故D项错误。【拔高题组】1．(多选)甲、乙两队进行拔河比赛，若甲队胜，不计绳的质量，则下列说法中正确的是()A．甲队拉绳子的力大于乙队拉绳子的力B．甲队与地面间的最大静摩擦力大于乙队与地面间的最大静摩擦力C．甲、乙两队拉绳子的力总是大小相等、方向相反的D．甲、乙两队在相持阶段与地面间的静摩擦力总是大小相等、方向相反的【解析】选B、C、D。甲拉乙的力与乙拉甲的力是一对作用力与反作用力，大小相等，故A项错误，C项正确；对甲、乙两队及绳子为一整体进行研究，水平方向的外力就是地面分别对甲、乙两队的摩擦力。整体从静止到运动起来产生了加速度，故受外力不平衡，由此可判断甲队所受摩擦力大于乙队所受摩擦力，故B项正确；甲、乙两队在相持阶段，甲、乙两队以及绳子处于平衡状态，受到的合外力等于0，所以甲、乙两队与地面之间的静摩擦力总是大小相等、方向相反，故D项正确。2．(多选)在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等于运动员受到的重力【解析】选A、B。跳高运动员从地上起跳还未离开地的瞬间，运动员受到地球的重力和地面的支持力的作用，由于运动员向上加速运动，因此这两个力不平衡，地面对运动员的支持力大于他的重力使运动员上升，故B项正确；运动员对地面的压力与地面对运动员的支持力是一对相互作用力，它们大小相等，方向相反，故C项错误；又因为地面对运动员的支持力大于他的重力，所以运动员对地面的压力大于运动员受到的重力，故A项正确，D项错误。三、物体受力分析(科学思维——科学推理)受力分析的基本步骤注意：受力分析只分析研究对象受到的力，而不要画出它施加于其他物体的力。【典例】如图所示，两个等大、反向的水平力F分别作用在物体A和B上，A、B两物体均处于静止状态。若各接触面与水平地面平行，则A、B两物体各受几个力(假设水平地面光滑)()A．3个，4个 B．4个，4个C．4个，5个 D．4个，6个【解析】选C。对物体A受力分析：竖直方向上受两个力：重力和支持力；水平方向受两个力：水平力F和B对A的摩擦力，即物体A共受4个力的作用；对物体B受力分析：竖直方向上受3个力的作用：重力、地面的支持力、A对B的压力；水平方向受两个力作用：水平力F和A对B向右的摩擦力，即物体B共受5个力的作用，故C项正确。判断力是否存在的方法(1)依据力的产生条件：根据各种性质的力产生的条件进行判断，如弹力产生的条件是相互接触且发生弹性形变；摩擦力产生的条件是相互接触、有弹力且有相对运动或相对运动趋势。(2)依据作用力和反作用力的关系：利用作用力和反作用力的关系来检验力是否存在，因为研究对象所受的每个力都有施力物体或反作用力，找不到施力物体或没有反作用力的力是不存在的。(3)依据物体所处的运动状态：力的作用效果与物体的运动状态之间有着相互制约的关系。对有些力是否存在，或力的方向难以确定时，可依据物体所处的运动状态，运用物体的平衡条件或牛顿运动定律来判断。(多选)(2021·杭州高一检测)以下各图中的物体均处于静止状态，以下说法中正确的是()A.图甲中A可能受2个力作用B．图乙中A可能受4个力作用C．图丙中A可能受2个力作用D．图丁中A可能受3个力作用【解析】选A、C。图甲中的斜面一定受到重力和弹簧的弹力作用，斜面与天花板可能有作用力，也可能没有作用力，故A可能受2个力作用，故A正确；图乙中的小球一定受到重力和绳的拉力，小球与斜面一定没有作用力，故小球只受两个力作用，故B错误；图丙中的木块一定受到重力和竖直向上的拉力，木块与地面可能有作用力，也可能没有作用力，故C正确；图丁中的木块A一定受到重力和B的支持力，一定没有摩擦力，故A只受2个力作用，D错误。【补偿训练】(多选)穿在同一木芯上的两个磁环以异名磁极相对，静止在台秤上，忽略木芯的重力，则下列判断正确的是()A．在两磁环的接触面上有：下磁环受到的压力大于上磁环的重力B．在两磁环的接触面上有：下磁环受到的压力大于磁环受到的支持力C．由于磁环间存在相互作用的吸引力，故台秤的示数小于两个磁环的重力之和D．即使磁环间存在相互作用的吸引力，台秤的示数仍等于两个磁环的重力之和【解析】选A、D。对上磁环分析可知，上磁环受重力、支持力及向下的磁力，所以支持力等于重力与磁力之和，故支持力大于重力；由牛顿第三定律知，上磁环对下磁环的压力大于重力，故A项正确；因上下磁环间的力为作用力与反作用力，故两力大小相等，故B项错误；对整体受力分析，整体受重力、支持力而处于平衡；因磁力为内力，故不予考虑；故台秤的示数等于两个磁环的重力之和，故C项错误，D项正确。【拓展例题】考查内容：弹簧类物体的受力分析【典例】如图所示，水平传送带上放一物体，当传送带向右以速度v匀速传动时，物体在轻弹簧水平拉力的作用下处于静止状态，此时弹簧的伸长量为Δx；当传送带向右的速度变为2v时，物体处于静止状态时弹簧的伸长量为Δx′。则关于弹簧前、后的伸长量，下列说法中正确的是()A．弹簧伸长量将减小，即Δx′＜ΔxB．弹簧伸长量将增加，即Δx′＞ΔxC．弹簧伸长量不变，即Δx′＝ΔxD．无法比较Δx和Δx′的大小【解析】选C。两种情况下m相对于传送带均向左匀速运动，m均受传送带向右的滑动摩擦力，其大小均为Ff＝μmg，根据二力平衡的条件F1＝F2＝Ff＝μmg，即kΔx＝kΔx′，故Δx′＝Δx，故选项C正确。登天的梯子——火箭的原理2020年11月24日4时30分，嫦娥五号探测器在中国文昌航天发射场成功发射，顺利进入预定轨道，开启了自己的“月球挖土”之旅。嫦娥五号是承担“采样返回”火箭的工作就是运用了最简单的“作用力和反作用力”原理。火箭燃料燃烧，产生了高温高压的气体。这些气体从尾喷管高速喷出，同时也给火箭一个向前的反作用力，在反作用力的作用下，箭体就会向前飞去。火箭飞行所能到达的最大速度与燃料喷出的速度有关。燃料喷出的速度越大，火箭所能达到的最大速度也就越大。那么，了解了火箭的原理之后请思考：火箭离开大气层后箭体还能加速吗？提示：可以。火箭向下喷气时，喷出的气体同时对火箭产生向上的反作用力，即为火箭上升的推动力。此动力并不是由周围的空气对火箭的反作用力提供的，因而与是否飞出大气层、是否存在空气无关。1．(水平1)猴子吊在空中静止，下列说法正确的是()A.猴子受的拉力施力物体是猴子B．猴子受的重力施力物体是树枝C．猴子处于静止状态受两个力D．树枝对猴子的拉力与猴子对树枝的拉力是一对平衡力【解析】选C。猴子受的拉力施力物体是树枝，故选项A错误；猴子受的重力施力物体是地球，故选项B错误；猴子处于静止状态受重力和树枝的拉力两个力，故选项C正确；树枝对猴子的拉力与猴子对树枝的拉力是一对作用力和反作用力，故选项D错误。2．(水平1)2020年7月23日，长征五号重型运载火箭搭载着中国首颗火星探测器“天问一号A．火箭飞出大气层后，虽然向后喷气，但也无法获得前进的动力B．加速上升过程中地球对火箭的作用力大于火箭对地球的作用力C．喷出的燃气对火箭的作用力与火箭的重力是一对作用力与反作用力D．火箭对喷出燃气的作用力与喷出燃气对