高中物理《牛顿第三定律》学案4

1115.5 牛顿第三定律自主探究喷气式飞机能在真空中飞行吗？喷气式飞机是可以在真空中飞行的。原来，喷气式飞机的起飞与行进并不是依赖于空气对它的升力，而是在其尾部不断的向外喷出气体。喷气时，飞机要给气体一个向后的力的作用，而气体也会给飞机一个等大的、向前的力的作用，使飞机不断前进。一匹马拉着一辆满载货物的大车，不小心陷在了泥中，怎么也拉不上来。是不是因为马拉车的力小于车对马的拉力呢？ 马拉车的力与车拉马的力是一对作用力与反作用力，二者一定是大小相等方向相反的。马不能拉动车的原因是因为马拉车的力小于泥对车的最大阻力。教材详解1、物体间力的作用是相互的力的定义告诉我们，力是物体间的相互作用。作用在物体上的力都是来自其他的物体。任一给定的力，只是两个物体之间相互作用的一方面。每当一个物体对另一个物体施加作用力时，第二个物体也对第一个物体施加作用力，两个力相互以对方作为自己存在的前提。所以单个孤立的力是不存在的。如果把两个物体间的相互作用的两个力中的一个力叫做“作用力”，则另一个力就叫做“反作用力”。我们可以将这两个力中的任何一个力看成是“作用力”，而将另一个力看成是“反作用力”。这里所谓的作用和反作用并非指原因与效果，而仅指同时的相互作用。例如，人用力向上提重物时，就感觉到重物在向相反的方向拉人，重物越重，人感觉到这个拉力越大；足球运动员踢足球时，对足球施加力的作用，使足球飞了出去，同时，人的脚也会感觉到疼痛。2、牛顿第三定律内容：两个物体间的作用力与反作用力总是大小相等，方向相反，作用在一条直线上。牛顿第三定律和第一、第二定律一样，是从无数的事实中总结出来的客观规律，并且也已经在人类的实践中获得了验证。牛顿第三定律阐明了相互作用物体之间的作用力和反作用力之间的关系。因而，利用牛顿第三定律，可以从一个物体的受力分析过渡到另一个物体的受力分析。为我们提供了一个对物体进行受力分析的新途径。牛顿第三定律揭示了物体间力的作用是相互的。所以，物体运动状态的改变是不孤立的，而是相互关联的。它使我们不仅能利用牛顿第二定律个别的研究各个物体的运动，而且能把所涉及到的一切物体关联起来，使我们可以利用牛顿第二定律解决物体系统的问题，从而拓展了牛顿第二定律的应用领域。3、作用力和反作用力的关系研究两个物体间的相互作用时，区别哪个力是作用力、哪个是反作用力，是没有实际意义的，作用力和反作用力可以任意选取。作用力和反作用力是同时存在、同时消失、同时变化的。世界上没有一个物体只受到其他物体的作用而不对其他物体发生作用；也没有一个物体只对其他作用而不同时受到其他物体对它的作用。一旦它不对其他物体作用，也一定同时不受其他物体的作用；一旦它不受其他物体作用，同时就不对其他物体作用。作用力和反作用力是作用在两个不同的物体上，各自产生其作用效果。因为作用力和反作用力不是作用在同一个物体上的两个力，所以是不能进行合成运算的，它们永远不会抵消，永远不会达到“平衡”。作用力和反作用力是同一性质的力。如果作用力是万有引力，反作用力也必定是万有引力；同样，作用力是弹力，反作用力必定是弹力。4、作用力与反作用力和平衡力的区别比较项目作用力与反作用力平衡力受力物体作用在不同的物体上作用在同一物体上力的性质一定是同种性质的力可以是不同性质的力作用时间一定是同时产生、同时变化、同时消失的可以不同时产生、同时变化、同时消失作用效果作用效果不能抵消作用效果可以抵消合作学习例题1：拔河的游戏是大家熟悉的。两人直接手拉手地比赛，他们彼此之间施与的力是一对作用力和反作用力，按照牛顿第三定律，必然大小相等，方向相反。然而平常更多的情况是通过一根绳子来拔河的。与人体相比绳子的质量往往可以忽略，从而按照上文的分析，绳子两端所受的力也总应大小相等，方向相反。且慢！说到这里也许有不同的意见。请听甲：“像下图1中那个瘦弱的男子和那个粗壮的大力士拔河，绳子两端受到的力能一样大吗？”乙：“大力士再强壮，比不过一堵墙。若像下图2中那样，把绳子的一端固定在墙上，让那个瘦人去拉另一端，绳子两端的张力不是也一样大吗？”甲：“那是因为墙是死的，它给出的反作用力是被动的。而大力士在主动地用力气，他可以使出比瘦人大得多的力。绳子在墙上那端的张力只是瘦子一个人的力，两人拔河时绳子中点的张力等于两人用力之和。”乙：“可是你看，在两种情况下系在绳子中间弹簧秤的读数却是一样的呀！”分析一下，甲乙二人的观点，谁是谁非？解析：拔河过程中，胜负的关键在于脚下的摩擦力。如果两人脚下地面的摩擦系数一样，大力士可能得到的最大静摩擦力f2比瘦子的f1大（图2-26a）。尽管两人拉绳子两端的力f总是大小相等，方向相反，当f2ff1时，大力士就能把瘦子拉过去。若让大力士站在光滑的冰上，而瘦子站在粗糙的土地上，大力士有再大的力气也赢不了。所以，某甲错了，某乙是对的。例题2：如图所示，在水平桌面上放一砝码，此物受到桌子一个垂直向上的支撑力N.这种支撑力本质上也是弹性力，因为它是在桌面与砝码接触后发生的形变引起的，尽管这种形变平时小得难以察觉。如果要问：N的反作用力是什么？我们常听到这样一种说法：砝码用自身的重力压桌面，桌面的反作用力支撑住砝码。这就是说，N是砝码重力的反作用力。反过来说，砝码的重力就是N的反作用力了。这种分析对吗？解析：在牛顿第三定律中所说的作用力和反作用力， 是一对物体1、2间的相互作用力。若作用力是1给2的，反作用力必是2给1的，它们作用在不同物体上。此外，作用力和反作用力应属同种力，譬如说，都是重力，或者都是弹性力。从这种观点看，N是桌面给砝码的作用力，它作用在砝码上，砝码的重力也作用在砝码上，两者作用在同一物体上，且属于不同种的力，砝码的重力不可能是N的反作用力。应该说，砝码与桌面接触后也发生微小弹性形变，施加给桌面一个压力N，N和N才是一对作用力和反作用力。师生互动1、下列的各对力中，是相互作用力的是 A悬绳对电灯的拉力和电灯的重力 B电灯拉悬绳的力和悬绳拉电灯的力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答案：B2在拨河比赛中，下列各因素对获胜有利的是 A对绳的拉力大于对方 B对地面的最大静摩擦力大于对方C手对绳的握力大于对方 D质量大于对方答案：B3关于两个物体间作用力与反作用力的下列说法中，正确的是 A有作用力才有反作用力，因此先有作用力后产生反作用力B只有两个物体处于平衡状态中，作用力与反作用才大小相等C作用力与反作用力只存在于相互接触的两个物体之间D作用力与反作用力的性质一定相同答案：D4重物A用一根轻弹簧悬于天花板下，画出重物和弹簧的受力图如图1所示关于这四个力的以下说法正确的是 AF1的反作用力是F4 BF2的反作用力是F3CF1的施力者是弹簧 DF3的施力者是物体A答案：C、D5粗糙的水平地面上有一只木箱，现用一水平力拉木箱匀速前进，则 A拉力与地面对木箱的摩擦力是一对作用力与反作用力B木箱对地面的压力与地面对木箱的支持力是一对平衡力C木箱对地面的压力与地面对木箱的支持力是一对作用力与反作用力D木箱对地面的压力与木箱受到的重力是一对平衡力答案：C6关于作用力和反作用力，下列说法中错误的是 A我们可以把物体间相互作用的任何一个力叫做作用力，另一个力叫做反作用力B若作用力是摩擦力，则反作用力也一定是摩擦力C作用力与反作用力一定是同时产生、同时消失的D作用力与反作用力大小相等，方向相反，作用在一条直线上，因此它们可能成为一对平衡力答案：D7关于反作用力在日常生活和生产技术中应用的例子，下列说法中错误的是 A运动员在跳高时总是要用力蹬地面，他才能向上弹起B大炮发射炮弹时，炮身会向后倒退C农田灌溉用的自动喷水器，当水从弯管的喷嘴里喷射出来时，弯管会自动旋转D软体动物乌贼在水中经过体侧的孔将水吸入鳃腔，然后用力把水挤出体外，乌贼就会向相反方向游去答案：B8如图2所示，A、B两物体在水平力F的作用下共同以加速度a向右移动，则在A、B两物体间的作用力A1对 B2对 C3对 D4对答案：B9甲、乙两队举行拔河比赛，甲队获胜，如果甲队对绳的拉力为F甲，地面对甲队的摩擦力为f甲；乙队对绳的拉力为F乙，地面对乙队的摩擦力为f乙，绳的质量不计，则有F甲_F乙，f甲_f乙（选填“”、“=”或“”。答案：=，10一对作用力和反作用力必定是作用在_物体上，而一对平衡力必定是作用在_物体上的。答案：两个不同，同一11用绳悬挂一重物，当重物处于平衡状态时，重物所受重力的平衡力是_，重力的反作用力是_。答案：绳对重物的拉力，重物对地球的吸引力课后习题解答mgNN1、木箱与地球间的作用力与反作用力有两对：物体受到的重力与物体对地球的引力；物体受到的支持力与物体对地面的压力。其中木箱受的力为竖直向下的重力和竖直向上的支持力；地球受木箱对它的竖直向上的引力和竖直向下的压力。2、对物体受力分析如图所示，物体受到竖直向上的支持力N，竖直向下的重力mg，选择竖直向上为正方向，因为物体静止在台秤上，由牛顿第二定律得 Nmg=0所以，物体受到的竖直向上的支持力与物体受到的重力等大反向。又因为物体受到的支持力与物体对台秤的压力是一对作用力与反作用力，二者等大反向所以，物体对台秤的压力与物体受到的重力等大同向。3、在遥远的太空中，如果推石头一下，由牛顿第三定律，人和石头分别会受到等大反向的作用力，而这个力就是二者受到的合外力，所以二者会以不同的速度互相远离。如果巨石静止在地面上，人不会推动巨石，原因是在地面上石块还受到摩擦力的作用。4、（1）A拉B匀速行驶时，由牛顿第二定律知，FAB与F阻等大反向，而FAB与FBA是一对作用力与反作用力，根据牛顿第三定律，二者等大反向，与物体的运动状态无关。（2）当A拉B加速行驶时，由牛顿第二定律知，FAB要大于F阻且二者反向。FAB与FBA是一对作用力与反作用力，根据牛顿第三定律，二者等大反向，与物体的运动状态无关。对B分析，由牛顿第二定律可得 FAB-F阻=ma 代入数据可得FAB3.2103N由牛顿第三定律得FAB与FBA是一对作用力与反作用力，根据牛顿第三定律，二者仍然等大反向，与物体的运动状态无关。5、比较项目作用力与反作用力平衡力受力物体作用在不同的物体上作用在同一物体上力的性质一定是同种性质的力可以是不同性质的力作用时间一定是同时产生、同时变化、同时消失的可以不同时产生、同时变化、同时消失作用效果作用效果不能抵消作用效果可以抵消比较平衡力与作反力的特点可知，作用力与反作用力虽然大小相等，方向相反，但是其作用效果不能抵消，它们不是互相平衡的。111