2024-2025学年新教材高中物理第5章牛顿运动定律第4节牛顿第三运动定律学案鲁科版必修第一册

PAGE9-第4节牛顿第三运动定律学习目标：1.[物理观念](1)知道力的作用是相互的，知道作用力与反作用力的概念．(2)理解牛顿第三定律的准确含义，能用其解决简洁问题．2.[科学思维](1)会用牛顿第三定律解决有关问题．(2)会区分平衡力与作用力和反作用力．3.[科学探究]会通过试验探究作用力与反作用力的特点，验证牛顿第三定律，能用学过的物理术语等沟通探究过程和结果．4.[科学看法与责任]能用牛顿第三定律正确说明日常生活中看似冲突的现象，乐于将牛顿运动定律应用到日常生活实际中．一、作用力与反作用力1．定义：物体间的一对相互作用力，称为作用力和反作用力．可以把其中的随意一个力称为作用力，则另一个力就称为反作用力．2．特点：力的作用总是相互的．相互的作用力和反作用力既可以存在于相互接触的物体之间，也可以存在于不接触的物体之间．说明：力的作用总是相互的，这个“总”字表示没有例外状况．二、牛顿第三定律1．内容：两个物体之间的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．2．表达式：F＝－F′，其中F、F′分别表示作用力和反作用力．负号表示两个力方向相反．说明：这里负号表示作用力F与反作用力F′在同一条直线上，方向相反．1．思索推断(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)力是物体对物体的作用，施力物体同时也是受力物体． (√)(2)作用力和反作用力的受力物体是同一物体． (×)(3)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． (×)(4)作用力与反作用力肯定是同性质的力． (√)2．如图所示，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()甲乙A．大人拉小孩的力肯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与反作用力C．大人拉小孩的力与小孩拉大人的力的合力肯定为零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，有可能出现的短暂相持过程中，两人的拉力一样大B[大人拉小孩的力与小孩拉大人的力构成一对相互作用力，它们之间的关系满意牛顿第三定律，所以二者恒久大小相等，方向相反，两力作用在不同的人身体上，不能求合力，小孩被拉动是因为他受的拉力大于他所受摩擦力．故选项B正确．]3．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；当作用力消逝后，反作用力才渐渐消逝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．作用力和反作用力在任何状况下都不会平衡D[依据牛顿第三定律知，两个物体之间的相互作用力大小相等、方向相反、性质相同、同时产生、同时消逝，故可判定A、B、C错误，D正确．]作用力与反作用力如图所示是一种传统的民族体育项目“押加”，事实上相当于两个人拔河．假如绳质量不计，且保持水平，甲、乙两人在“押加”竞赛中甲获胜．探究：(1)甲对绳的拉力，乙对绳的拉力对应的反作用力分别是什么？(2)甲获胜，是不是甲拉乙的力大于乙拉甲的力？大小与运动状态有关吗？提示：(1)甲对绳的拉力其反作用力是绳对甲的拉力，乙对绳的拉力其反作用力是绳对乙的拉力．(2)不是．甲拉乙的力与乙拉甲的力始终相等，与运动状态无关．1．作用力与反作用力eq\a\al(作用力与,反作用力,的同与异)eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(四同\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(同大：两力大小相同,同线：作用在同始终线上,同性：力的性质相同,同时：同时产生、改变与消逝)),三异\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(异向：两力方向相反,异体\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(作用在不同物体上,不能合成，不会平衡)),异效：作用效果不同))))2．作用力、反作用力与平衡力之间最直观的不同就是受力物体不同．作用力和反作用力平衡力相同点大小相等、方向相反、作用在同始终线上不同点受力物体作用在不同物体上作用在同一物体上性质相同不肯定相同依存关系同时产生、同时改变、同时消逝，相互依存，不行单独存在无依存关系，撤销其中一个，另一个仍可存在，只是不再平衡叠加性不行叠加求合力，两力作用效果不会抵消可以叠加求合力，合力为零，两力作用效果相互抵消【例1】(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思路点拨：先对物体受力分析，找出相互平衡的力，然后找出每个力的施力物体，对施力物体的作用力是反作用力．CD[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，A错；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，B错；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，C对；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，D对．]辨别作用力、反作用力与平衡力的方法[跟进训练]1．下列关于作用力、反作用力和一对平衡力的相识，正确的是()A．一对平衡力的合力为零，作用效果相互抵消，一对作用力与反作用力的合力也为零，作用效果也相互抵消B．作用力和反作用力同时产生、同时改变、同时消逝，且性质相同，一对平衡力的性质不肯定相同C．作用力和反作用力同时产生、同时改变、同时消逝，一对平衡力也是如此D．先有作用力，接着才有反作用力，一对平衡力却是同时作用在同一个物体上的B[作用力与反作用力是分别作用在两个不同物体上的，作用效果不能抵消，选项A错误；作用力与反作用力具有同时性、同性质的特点，而一对平衡力不肯定具有这些特点，选项B正确，C、D错误．]牛顿第三定律用计算机协助试验系统探究作用力与反作用力的关系，点击试验菜单中“力的相互作用”，把两个探头的挂钩钩在一起，向相反方向拉动，如图甲所示，视察显示器屏幕上出现的结果如图乙所示．甲乙探究：(1)乙图中的正、负表示什么？(2)细致视察分析乙图，还可以得出什么结论？提示：(1)图像中的正、负表示方向，所以作用力和反作用力方向相反．(2)由图乙可知，作用力与反作用力的图线关于t轴对称，说明作用力和反作用力的大小时刻相等，即同时增大，同时减小，改变状况完全一样．1．牛顿第三定律的公式表达：F＝－F′.负号表示两者方向相反，等号表示两者大小相等．2．牛顿第三定律的物理意义：揭示了物体之间相互作用的规律，反映了作用力和反作用力的大小、方向特点，揭示了相互作用的物体间的联系．3．应用牛顿第三定律应留意的问题(1)定律中的“总是”说明对于任何物体，在任何条件下牛顿第三定律都是成立的．(2)牛顿第三定律说明白作用力和反作用力中，若一个产生或消逝，则另一个必定同时产生或消逝，否则就违反了“相互关系”．【例2】质量为M的人站在地面上，用轻绳通过光滑定滑轮将质量为m的重物从高处放下，如图所示，若重物以加速度a下降(a＜g)，则人对地面的压力为()A．(M＋m)g－maB．M(g－a)－maC．(M－m)g＋maD．Mg－ma思路点拨：①“轻绳、光滑定滑轮”说明绳对重物的拉力和对人的拉力大小相等．②求人对地面的压力可用转换对象法先求地面对人的支持力．C[以重物为探讨对象，受力分析如图甲所示．甲乙由牛顿其次定律得mg－F＝ma，所以绳子上的拉力F＝mg－ma.以人为探讨对象，受力分析如图乙所示．由平衡条件得F＋N＝Mg所以N＝Mg－F＝Mg＋ma－mg由牛顿第三定律知，人对地面的压力等于地面对人的支持力，所以N′＝N＝(M－m)g＋ma.]牛顿第三定律的适用范围牛顿第三定律不仅适用于固体间的相互作用，也同样适用于气体和液体间的相互作用，而且与作用力的性质、作用方式(接触或不接触)、物体的质量大小、运动状态及参考系的选择均无关．【一题多变】若将上题的加速度a反向即重物以a加速上升(a＜g)且M＞2m，求人对地面的压力大小？[解析]以重物为探讨对象，受力分析如图甲所示．甲由牛顿其次定律得：F－mg＝ma所以绳子上的拉力F＝mg＋ma以人为探讨对象，受力分析如图乙所示乙由平衡条件知：F＋N＝Mg所以N＝Mg－F＝Mg－mg－ma由牛顿第三定律知，人对地面的压力等于地面对人的支持力所以N′＝N＝Mg－mg－ma.[跟进训练]2.如图所示，滑杆和底座静止在水平地面上，质量为M，一质量为m的猴子沿杆以0.4g的加速度加速下滑，则底座对地面的压力为()A．Mg＋0.4mg B．Mg＋0.6mgC．(M＋m)g D．MgB[以猴子为探讨对象，分析猴子的受力如图甲所示：竖直方向受重力mg和杆对猴子的摩擦力Ff，则有mg－Ff＝ma ①滑杆和底座受力如图乙所示，受重力Mg、支持力FN，猴子对杆的摩擦力Ff′三力平衡：FN＝Mg＋Ff′ ②由牛顿第三定律得Ff′＝Ff ③由①②③解得FN＝Mg＋0.6mg由牛顿第三定律得底座对地面的压力大小为FN′＝FN＝Mg＋0.6mg，方向竖直向下．故选B.]1．物理观念：牛顿第三定律、作用力与反作用力、平衡力．2．科学思维：区分作用力与反作用力和一对平衡力相关问题的求解．3．科学方法：试验探究法、平衡法.1．(多选)下面是生活、生产中常见的事例，应用牛顿第三定律的是()A．小船靠划桨前进B．帆船利用风力来航行C．螺旋桨飞机通过螺旋桨旋转飞行D．喷气式飞机向后喷出燃气推动飞机前进ACD[当坐在船上的人划桨时，桨对水有向后的作用力，同时水对桨有一个反作用力向前，使得小船向前行，A正确．同理C、D正确，B错误．]2．我国跳水运动在世界上处于领先地位．如图所示为运动员跳水前的起跳动作．下列说法正确的是()A．运动员蹬板的作用力大小大于板对她们的支持力大小B．运动员蹬板的作用力大小小于板对她们的支持力大小C．运动员所受的支持力和重力相平衡D．运动员所受的合外力肯定向上D[运动员蹬板的作用力与板对她们的支持力是作用力和反作用力，大小相等、方向相反，A、B错误；运动员起跳过程，是由静止获得速度的过程，因而有竖直向上的加速度，合外力竖直向上，运动员所受的支持力大于重力，C错，D对．]3．下列各对力中，是相互作用力的是()A．悬绳对电灯的拉力和电灯的重力B．电灯拉悬绳的力与悬绳拉电灯的力C．悬绳拉天花板的力和电灯拉悬绳的力D．悬绳拉天花板的力和电灯的重力B[作用力与反作用力是两个物体之间的相互作用力，选项A、C、D都不是作用力与反作用力．]4．(多选)马拉车运动时，设马对车的作用力为F，车对马的作用力为F′.关于F和F′的说法正确的是()A．F和F′是一对作用力和反作用力B．当马与车做加速运动时，F>F′C．当马与车做减速运动时，F<F′D．无论马与车做什么运动，F和F′的大小总是相等的AD[马与车之间的两个力作用在两个物体上，是一对相互作用力，这两个力大小肯定相等，故A、D项正确；车做加速(减速)运动的缘由是马拉车的力大于(小于)车所受的阻力，故B、C项错误．]5．(思维拓展)如图所示为英国人阿特伍德设计的装置，不考虑绳与滑轮