物理鲁科必修1：6.3《牛顿第三定律》

欢迎进入物理课堂 第3节牛顿第三定律 目标导航1 知道物体间的作用是相互的 2 理解牛顿第三定律的确切含义 会解决简单的问题 重点 3 会区分平衡力跟作用力和反作用力 难点 一 作用力与反作用力力的作用总是相互的 物体间的这一对 叫做作用力和反作用力 其中任意一个力叫做 则另一个力就叫做 相互作用力 作用力 反作用力 二 牛顿第三定律1 内容 两个物体之间的作用力和反作用力总是大小 方向 作用在 2 表达式 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 相等 相反 一条直线上 F 想一想 以卵击石 鸡蛋 粉身碎骨 而石头却 安然无恙 鸡蛋与石头之间的相互作用力等大吗 而图中鸡蛋把石头砸碎 漫画中描述的与事实相符吗 提示 鸡蛋与石头间的作用力和反作用力大小相等 但鸡蛋能承受的外力小 石头能承受的外力大 显然 以卵击石 的结果是鸡蛋破 漫画中所描述的与事实不符 学案导引1 物体间是先产生作用力后产生反作用力吗 2 作用力和反作用力是作用在同一物体上吗 1 物体间力的作用是相互的 1 重力的作用是相互的 物体所受重力是由于地球的吸引而产生的 施力者是地球 受力者是物体 同时 地球也受到了物体对它的作用力 施力者是物体 受力者是地球 2 弹力的作用是相互的 放在水平桌面上的木块 由于桌面发生形变 因此桌面施加给木板一向上的支持力N 同时由于木块的形变 它会施加给桌面一个向下的压力N 3 摩擦力的作用是相互的 放在粗糙木板上的木块相对于木板向右运动时 受到木板给它向左的摩擦力f 同时 由于运动的相对性 木板相对于木块向左运动 从而受到木块给它向右的摩擦力f 2 作用力和反作用力两个物体之间的任何性质的作用力总是相互的 物体间的这一对相互作用力 叫做作用力和反作用力 把其中任意一个力叫做作用力 则另一个力就叫做反作用力 特别提醒 1 作用力和反作用力分别作用在两个物体上 其作用效果分别体现在各自的受力物体上 所以作用力和反作用力产生的效果不能抵消 2 牛顿第三定律是个普遍定律 它的成立不受条件限制 作用力与反作用力的关系与物体运动状态无关 与参考系的选取无关 一个大人跟一个小孩站在水平地面上手拉手比力气 结果大人把小孩拉过来了 在这个过程中作用于双方的力的关系 正确的说法是 大人拉小孩的力一定比小孩拉大人的力大 大人与小孩间的拉力是一对作用力和反作用力 大人拉小孩的力与小孩拉大人的力一定相等 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 在可能出现的短暂相持过程中 两人的拉力一样大A B C D 审题指导 解决此题抓住两点 1 作用力与反作用力总是等大 反向 作用在两个不同物体上 2 作用力与反作用力的关系与物体的运动状态无关 精讲精析 大人拉小孩的力与小孩拉大人的力是作用力和反作用力的关系 而作用力与反作用力总是大小相等的 即拉手比力时 无论是在相持阶段还是小孩被大人拉过来的过程中 大人拉小孩的力与小孩拉大人的力的大小总是相等的 所以 正确 所以B项正确 答案 B 借题发挥 作用力与反作用力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 而且是同一性质的力 解此类问题要从作用力与反作用力的性质上理解 变式训练1 嫦娥二号 探月卫星在西昌卫星发射中心成功发射 如图是利用计算机记录的卫星发射时 火箭和卫星的作用力和所受到的反作用力变化图线 根据图线可以得出的结论是 学案导引1 相互作用的一对力大小相等 方向相反能使物体平衡吗 2 作用力与反作用力和平衡力有哪些相同点与不同点 1 比较 2 规律方法辨别作用力 反作用力与平衡力的方法 特别提醒 作用力与反作用力是 异体 共线 反向 等大 同性 同存 平衡力是 同体 共线 反向 等大 一物体静止在固定的斜面上 以下说法正确的是 A 斜面对物体的作用力与物体的重力是一对平衡力B 物体的重力在垂直斜面方向上的分量与斜面对它的支持力是一对作用力和反作用力C 物体对斜面的压力和斜面对物体的支持力是一对作用力和反作用力D 使物体压紧斜面的力与斜面对物体的支持力是一对平衡力 审题指导 区别平衡力和相互作用力的关键是分析受力物体 施力物体 精讲精析 对物体受力分析如图所示 N f都是斜面给物体的力 其合力与G是平衡力 故A对 N与重力的垂直分量是平衡的 而重力的垂直分量是使物体压紧斜面的力 故B错 D对 N的施力物体是斜面 故N与物体对斜面的压力是一对作用力与反作用力 C对 答案 ACD 变式训练2 如图所示 在天花板上用竖直悬绳吊一电风扇 电风扇静止时受几个力的作用 这些力的反作用力是哪些力 这些力的平衡力是哪些力 如果电风扇在匀速转动呢 解析 对静止的电风扇受力分析如图所示 电风扇受两个力 重力G 悬绳拉力F 根据牛顿第三定律可知 重力的施力物体是地球 那么重力G的反作用力就是电风扇对地球的吸引力 拉力F的施力物体是悬绳 反作用力是电风扇对悬绳的拉力 电风扇受到的重力G和悬绳的拉力F是一对平衡力 对匀速转动的电风扇受力分析如图所示 电风扇受到三个力的作用 重力G 悬绳的拉力F1和空气向上的作用力F2 根据牛顿第三定律可知 重力的施力物体是地球 那么重力G的反作用力是电风扇对地球的吸引力 悬绳拉力F1的反作用力是风扇对悬绳的拉力 空气向上的作用力F2的施力物体是空气 所以F2的反作用力是电风扇对空气向下的作用力 答案 见解析 学案导引牛顿三定律的区别与联系 特别提醒 1 牛顿第一 第二定律是对单个物体 质点 而言的 只解决了一个物体运动规律的问题 2 对于自然界中普遍相互联系 相互影响 相互作用的物体系统 只有牛顿的三条运动定律相结合才能较全面地反映机械运动的规律 三个定律是一个有机的整体 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多少 精讲精析 设猴子受到杆的摩擦力为f 则有mg f ma 对滑杆和底座 受重力Mg 支持力N 猴子对杆的摩擦力f 三力平衡 N Mg f 由牛顿第三定律得 f f解得N Mg 0 6mg由牛顿第三定律得底座对地面的压力为N N Mg 0 6mg 答案 Mg 0 6mg 借题发挥 牛顿第三定律经常与牛顿第二定律结合起来处理一些综合性问题 受力分析时 常借助牛顿第三定律 将物体受力分析进行转换 这是高考考查的重点之一 具体应用时还要注意区分一对平衡力与作用力和反作用力 以免出现错误 变式训练3 如图所示 设滑轮对绳子的作用力大小为F1 绳子对滑轮的作用力大小为F2 人受到绳向上的拉力为F 不计滑轮与绳子间摩擦 则有 A F1 F2B F1 F2C F1 F2D F1 F解析 选B F1和F2为作用力与反作用力 故A C错误 B正确 F2 2F 故D错误 牛顿运动定律的综合应用 经典案例 建筑工人用如图所示的定滑轮装置运送建筑材料 质量为70 0kg的工人站在地面上 通过定滑轮将20 0kg的建筑材料以0 500m s2的加速度拉升 忽略绳子和定滑轮的质量及绳子与定滑轮间的摩擦 则工人对地面的压力大小为 g取10m s2 A 510NB 490NC 890ND 910N 思路分析 忽略绳子和定滑轮的质量及绳子上定滑轮间的摩擦 则绳子左右两段的张力大小相等 用隔离法分别研究建筑材料和工人的受力 即可得出正确结果 解题样板 对建筑材料进行受力分析 根据牛顿第二定律有F mg ma 得绳子的拉力大小F 210N 然后再对人进行受力分析 由平衡的知识得Mg F N 得N 490N 根据牛顿第三定律可知 工人对地面的压力为490N 答案 B 由家用吊扇对悬挂点的拉力作用知转动时吊扇对悬挂点的拉力与它不转动相比 A 变大B 变小C 不变D 无法确定 精讲精析 吊扇不转动时 吊扇受重力与拉力作用而处于平衡状态 根据力的平衡条件可知 吊扇对悬挂点的拉力在数值上等于吊扇的重力 当吊扇转动时 推动空气向下流动 根据牛顿第三定律 空气对吊扇有向上的作用力 则吊扇对悬挂点的拉力就小于所受重力 故选项B正确 答案 B 在北京残奥会开幕式上 运动员手拉绳索向上攀登 最终点燃了主火炬 体现了残疾运动员坚韧不拔的意志和自强不息的精神 为了探究上升过程中运动员与绳索和吊椅间的作用 可将过程简化 一根不可伸缩的轻绳跨过轻质的定滑轮 一端挂一吊椅 另一端被坐在吊椅上的运动员拉住 如图所示 设运动员的质量为65kg 吊椅的质量为15kg 不计定滑轮与绳子间的摩擦 重力加速度取g 10m s2 当运动员与吊椅一起以加速度a 1m s2上升时 试求 1 运动员竖直向下拉绳的力 2 运动员对吊椅的压力 精讲精析 1 设运动员受到绳向上的拉力为F 由于跨过定滑轮的两段绳子拉力相等 吊椅受到绳的拉力也是F 对运动员和吊椅整体进行受力分析如图所示 则有2F m人 m椅 g m人 m椅 a解得F 440N由牛顿第三定律知 运动员竖直向下拉绳的力F 440N 2 设吊椅对运动员的支持力为N 对运动员进行受力分析如图所示 则有F N m人g m人a解得N 275N由牛顿第三定律知 运动员对吊椅的压力也为275N 答案 见精讲精析 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全