高中物理-牛顿第三定律学案

高中物理-牛顿第三定律学案

学习目标：1.理解力的作用是相互的，知道作用力和反作用力的概念.2.理解作用力和反作用力的关系特点，并能依此解决简单问题.3.能区分开作用力、反作用力与平衡力．

知识点一作用力和反作用力

1．定义

两个物体之间的作用总是相互的，物体间相互作用的这一对力叫作作用力和反作用力，我们可以把其中任何一个力叫作作用力，另一个力叫作反作用力．

2．施力物体与受力物体

相互作用的两个物体互为施力物体和受力物体．

3．几对常见的作用力和反作用力

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

(作用力)F＝－F′(反作用力)，式中的“－”表示方向相反．

知识点三物体受力的初步分析

1．概念

把研究对象在指定的物理环境中受到的所有力都分析出来，并画出物体所受的力的示意图，这个过程就是受力分析．

2．受力分析的用途

一个物体的运动状态是否改变，可以用加速度描述，加速度的大小是由物体所受各个力的合力决定的．求物体的加速度时，必须先对物体进行受力分析．

1．作用力与反作用力可以作用在同一物体上．( )

2．作用力与反作用力的作用效果不能抵消．( )

3．整体法和隔离法是指选取研究对象的方法．( )

4．人走在松软的土地上下陷时，人对地面的压力大于地面对人的支持力．( )

5．牛顿第三定律中的“总是”说明对于任何物体，在任何情况下牛顿第三定律都是成立的．( )

[答案] 1.× 2.√ 3.√ 4.× 5.√

人走路时，人和地球间的作用力和反作用力共有几对？分别是哪几对？

[答案]3对．

地球对人的吸引力与人对地球的吸引力．

地面对人的支持力与人对地面的压力．

地面对人的摩擦力与人对地面的摩擦力．

要点一对作用力和反作用力的理解

1．作用力与反作用力的关系

作用力与反作用力的关系可总结为“四同、三异、三无关”．

2．作用力与反作用力和一对平衡力的比较

【典例1】(多选)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，说法正确的是( ) A．大人拉小孩的力一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大小一定相等

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，在可能出现的短暂相持过程中，两人的拉力一样大

[思路点拨] 大人和小孩间的拉力是一对作用力和反作用力，而大人能将小孩拉动的关键在于地面对两者的最大静摩擦力不同．如图所示，分别画出两者在水平方向上的受力情况．显然，只有当F f甲′>F f乙′时，小孩才会被大人拉过来，如果让大人穿上溜冰鞋站在水泥地上，两人再比力气时，小孩就可以轻而易举地把大人拉过来．

[解析] 作用力与反作用力总是大小相等的．大人与小孩手拉手比力气时，无论是在相持阶段还是在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，所以说法B、C正确．

[答案]BC

(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适定律，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.

1．(多选)2018年3月30日，我国在西昌卫星发射中心用“长征三号乙”运载火箭以“一箭双星”方式成功发射两颗北斗导航卫星，下面关于卫星与火箭升空的情形叙述正确的是( )

A．火箭尾部向下喷气，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，与地球之间仍然存在一对作用力与反作用力

[解析] 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，B、C错误，A正确；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，这就是一对作用力与反作用力，故D正确．

[答案]AD

2．下列关于一对作用力和反作用力的说法中正确的是( )

A．只有当相互作用的两物体都处于静止时，它们之间的作用力和反作用力大小才相等B．摩擦力的反作用力亦可能是弹力

C．一对作用力和反作用力可以相互平衡

D．一对作用力与反作用力对物体产生的作用效果可以不同

[解析] 由牛顿第三定律可知，任何情况下作用力与反作用力大小相等，方向相反，故A 错误；作用力与反作用力的性质相同，摩擦力的反作用力也是摩擦力，故B错误；作用力和反作用力作用在不同的物体上，作用效果不能抵消，不能合成，可以不同，故C错误，D正确．[答案] D

要点二牛顿第三定律

对牛顿第三定律的理解

(1)普遍性

牛顿第三定律中的“总是”是强调对于任何物体，无论在何时、何地、何种情况、何种条件下，两个力等大、反向、共线的关系都成立，与物体的质量、形状、运动状态及参考系的选取等因素均无关．

(2)同时性

作用力与反作用力总是同时产生、同时变化、同时消失，没有先后之分，也没有主次之别，具有成对出现、形影相随的特点．

(3)等值性

作用力与反作用力总是大小相等．平衡状态和非平衡状态下的相互作用力都是一对等大的力．“以卵击石”时，“卵”与“石”之间的相互作用力大小相等．

(4)共线性

物体之间的作用力与反作用力永远在一条直线上，但方向相反．

(5)异体性

作用力与反作用力分别作用在两个物体上，施力物体同时也是受力物体．

(6)同性质

作用力与反作用力一定是同性质的一对力．

(7)实验性

牛顿第三定律是一个实验定律，源于实验，也可以用实验来验证．

【典例2】(多选)用计算机辅助实验系统做验证牛顿第三定律的实验，点击实验菜单中“力的相互作用”．如图甲所示，把两个探头的挂钩钩在一起，向相反方向拉动，观察显示器屏幕上出现的结果如图乙所示．观察分析两个相互作用力随时间变化的曲线，可以得到以下实验结论：

A．作用力与反作用力时刻相同

B．作用力与反作用力作用在同一物体上

C．作用力与反作用力大小相等

D．作用力与反作用力方向相反

[思路点拨] 作用力与反作用力总是等大、反向、共线，且作用于不同的物体上．

[解析] 由图乙可知，作用力和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始终相等，即同时增大，同时减小，变化完全一样，由于图像中的正、负表示方向，所以作用力和反作用力方向相反．作用力与反作用力作用在不同物体上，A、B错误，C、D正确．[答案]CD

深入理解牛顿第三定律中的“总是”这两个字，强调对于任何物体，在任何条件下，作用力与反作用力的关系始终成立，与物体大小和形状无关，与物体的运动状态无关，与物体是否受其他力无关，与所选取的参考系无关.物体间的相互作用力总是同时产生、同时变化、同时消失，且为同种性质的力.

3.(多选)如图所示，P和Q叠放在一起，静止在水平桌面上，在以下各对力中属于作用力和反作用力的是( )

A．P所受重力和Q对P的支持力

B．P对Q的压力和Q对P的支持力

C．P所受重力和P对Q的压力

D．Q对桌面的压力和桌面对Q的支持力

[解析] P所受重力和Q对P的支持力是一对平衡力；P对Q的压力和Q对P的支持力是一对作用力和反作用力；P所受重力和P对Q的压力两力虽等大同向，但性质、作用物体等均不相同；Q对桌面的压力和桌面对Q的支持力是一对作用力与反作用力，故B、D正确，A、C 错误．

[答案]BD

4．(多选)把两个弹簧测力计A和B如图所示连接在一起，用手拉A.结果发现两个弹簧测力计的示数是相等的．改变拉力，弹簧测力计的示数也都随之改变，但两个示数总相等．分析两个弹簧测力计的相互作用之间的关系，以下结论中正确的是( )

A．作用力与反作用力大小相等，方向相反

B．作用力与反作用力的性质不同

C．作用力与反作用力作用在不同物体上

D．作用力与反作用力同时产生，同时消失

[解析] 根据实验现象可知，两个物体之间的相互作用力，大小相等，方向相反，作用在不同物体上，性质相同，同时产生，同时消失，故可判定B错误，A、C、D正确．[答案]ACD

要点三物体受力的初步分析

受力分析的步骤

【典例3】(多选)A、B、C三个物体如图所示放置，所有接触面均不光滑．有一个水平力F作用在物体C上，使A、B、C一起向右做匀速直线运动，则( )

A．B对A的摩擦力方向水平向左

B．B对A的摩擦力方向水平向右

C．C对A的摩擦力方向水平向左

D．C对A的摩擦力方向水平向右

[思路点拨] 以A、B、C整体为研究对象，因向右做匀速直线运动，可确定地面对B、C 的摩擦力的方向．再按先隔离B，再隔离A，最后隔离C的顺序确定三者间摩擦力的方向．[解析] 对A、B、C整体而言，地面对B、C的摩擦力方向皆向左．隔离B，由B匀速运动的受力条件可知，A对B的摩擦力方向向右，则由牛顿第三定律可知B对A的摩擦力方向向

左；由A受力平衡可判断C对A的摩擦力方向向右．

[答案]AD

受力分析要注意的几个问题

(1)防止“添力”．应注意区分内力和外力，区分性质力和效果力，区分施力和受力．

(2)防止“漏力”．严格按照重力、弹力、摩擦力、其他力的步骤进行受力分析是防止“漏力”的有效办法．

(3)受力分析还要密切注意物体的运动状态，运用平衡条件等判定未知力的有无及方向．

5.如图所示，物体放在水平桌面上，受到一个水平向右的拉力F作用，却仍然保持静止，则下列说法中正确的是( )

A．物体受三个力作用，其中有一对平衡力

B．物体受三个力作用，其中有一对作用力和反作用力

C．物体受四个力作用，其中有两对作用力和反作用力

D．物体受四个力作用，其中有两对平衡力

[解析] 物体受重力、桌面的支持力、水平向右的拉力F和水平向左的摩擦力F f四个力的作用，A、B错误；由于作用力与反作用力是分别作用在两个不同物体上的，所以物体所受的四个力中不可能有作用力与反作用力，因此C错误；物体水平方向上受向右的拉力和向左的

摩擦力，其合力为零，为一对平衡力，竖直方向受重力和支持力，也为一对平衡力，所以D 正确．

[答案] D

6．(多选)如图所示，竖直放置的轻弹簧一端固定在地面上，另一端与斜面体P连接，P 与斜放其上的固定挡板MN接触且处于静止状态，则斜面体P此刻受到的外力个数可能有( )

A．2个 B．3个 C．4个 D．5个

[解析] 当弹簧的弹力等于斜面体P的重力时，P受重力、弹簧的弹力，A正确；当弹簧的弹力大于重力时，挡板给P垂直于斜面指向P的弹力，挡板还必须同时给P一个静摩擦力才能使P处于平衡状态，此时，P受重力、弹簧的弹力、挡板对P的弹力和摩擦力的作用，共4个力，C正确．

[答案]AC

课堂归纳小结

[知识体系]

[关键点击]

1．作用力与反作用力等大、反向、共线，作用在两个物体上，平衡力等大、反向，作用在一个物体上．

2．作用力与反作用力总是同时产生、同时变化、同时消失，且为同种性质的力．

3．受力分析应注意先选好研究对象，分析其他物体对研究对象的力.

课后作业(十二)

[要点对点练]

要点一：作用力和反作用力

1．关于在日常生活和生产中应用反作用力的例子，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，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．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

[解析] 运动员在跳高时总是要用力蹬地面，当对地面的力大于重力时，根据牛顿第三定律，地面对他的力也大于重力，此时他才能向上弹起，故A正确；大炮发射炮弹时，炮身会向后倒退，这是需要防止的，而不是应用，故B错误；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，由于水的反作用力，弯管会自动旋转，故C正确；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，由于水的反作用力，乌贼就会向相反方向游去，故

D正确．

[答案] B

2.如图所示，用质量不计的轻绳L1和L2将M、N两重物悬挂起来，则下列说法正确的是

( )

A．L1对M的拉力和L2对M的拉力是一对平衡力

B．L2对M的拉力和L2对N的拉力是一对作用力与反作用力

C．L1对M的拉力和M对L1的拉力是一对平衡力

D．L2对N的拉力和N对L2的拉力是一对作用力和反作用力

[解析] 对M受力分析，它受到重力、L1的拉力、L2的拉力作用，因此，L1对M的拉力和L

对M的拉力并不是一对平衡力，A错误；作用力和反作用力作用在相互作用的两个物体之间，2

而B选项中有三个物体，为M、N、L2，B错误；平衡力必须作用在同一个物体上，L1对M的拉

力和M对L1的拉力分别作用在M和L1上，显然不是平衡力，C错误；D项中的一对力是作用力

和反作用力，D正确．

[答案] D

3．下列说法正确的是( )

A．走路时，只有地对脚的作用力大于脚蹬地的力时，人才能往前走

B．走路时，地对脚的作用力与脚蹬地的力总是大小相等，方向相反

C．物体A静止在物体B上，A的质量是B的质量的10倍，则A对B的作用力大于B对A

的作用力

D．以卵击石，石头没有损伤而鸡蛋破了，是因为鸡蛋对石头的作用力小于石头对鸡蛋的

作用力

[解析] 地对脚的作用力与脚蹬地的力是作用力和反作用力，由牛顿第三定律知，这两个

力总是大小相等、方向相反，A错误，B正确；物体A对B的作用力总是等于B对A的作用力，与A、B两物体的质量无关，C错误；以卵击石，鸡蛋对石头的作用力等于石头对鸡蛋的作用力，但鸡蛋的承受能力较小，所以鸡蛋会破，D错误．

[答案] B

要点二：牛顿第三定律

4．如图所示，用弹簧测力计悬挂一个重G＝10 N的金属块，使金属块部分浸在台秤上的水杯中(水不会溢出)．若弹簧测力计的示数变为F T′＝6 N，则台秤的示数( )

A．保持不变

B．增加10 N

C．增加6 N

D．增加4 N

[解析] 金属块浸入水中后，水对金属块产生浮力F，由弹簧测力计的示数知，浮力的大小为F＝G－F T′＝(10－6) N＝4 N．根据牛顿第三定律，金属块对水也施加一个反作用力F′，其大小F′＝F＝4 N，所以，台秤的示数增加4 N.

[答案] D

5.如图所示，击球员用棒球棍回击飞过来的棒球时，棒球棍击球的力( )

A．比球撞击棒球棍的力更早产生

B．与球撞击棒球棍的力同时产生

C．大于球撞击棒球棍的力

D．小于球撞击棒球棍的力

[解析] 棒球棍击球的力与球撞击棒球棍的力是作用力与反作用力，大小相等，方向相反，它们同时产生，同时变化，同时消失，B正确．

[答案] B

6．根据牛顿第三定律，下面说法正确的是( )

A．跳高运动员起跳时，地对人的竖直支持力大于人对地的压力

B．钢丝绳吊起货物加速上升时，钢丝绳给货物的力大于货物给钢丝绳的力

C．篮球场上一个小个子运动员撞在大个子运动员身上，小个子运动员跌倒了，而大个子运动员只歪了一下，是因为大个子运动员对小个子运动员的作用力大

D．子弹在枪膛中加速时，枪膛对子弹的作用力等于子弹对枪膛的作用力

[解析] 地面对人的支持力和人对地面的压力是相互作用力，大小相等，A错误；钢丝绳对货物的力与货物对钢丝绳的力是相互作用力，大小相等，B错误；大个子运动员对小个子运动员和小个子运动员对大个子运动员的力也属于相互作用力，大小也是相等的，C错误；枪膛对子弹的作用力和子弹对枪膛的作用力是一对相互作用力，大小相等，D正确．[答案] D

要点三：物体受力的初步分析

7．人站在自动扶梯的水平踏板上，随扶梯斜向上匀速运动，

如图所示．以下说法正确的是( )

A．人受到重力和支持力的作用

B．人受到重力、支持力和摩擦力的作用

C．人受到的合外力不为零

D．人受到的合外力方向与速度方向相同

[解析] 人做匀速运动，所受合外力为零，人所受重力和支持力均在竖直方向，故水平方向不应该受力，即人不受摩擦力的作用，故A正确，B、C、D错误．

[答案] A

8．如图所示，物块a、b质量分别为2m、m，水平地面和竖直墙面均光滑，在水平推力F 作用下，两物块均处于静止状态，则( )

A．物块b受四个力作用

B．物块b受到的摩擦力大小等于2mg

C．物块b对地面的压力大小等于mg

D．物块a受到物块b的作用力水平向右

[解析] 物块b受到重力、a对它的弹力和静摩擦力、地面的支持力、推力F，共受五个力作用，故A错误；以a为研究对象，由平衡条件知，b对a的摩擦力大小等于a的重力，为

2mg，由牛顿第三定律知a对b的摩擦力大小也等于2mg，故B正确；以整体为研究对象，可知地面对b的支持力等于3mg，则物块b对地面的压力大小等于3mg，故C错误；物块a受到物块b两个力作用，即水平向右的压力和竖直向上的静摩擦力，它们的合力斜向右上方，则物块a受到物块b的作用力斜向右上方，故D错误．

[答案] B

9．(多选)如图所示，质量均为m的两木块a与b叠放在水平面上，a、b分别受到两个水平拉力的作用，两个力的大小均为F，两木块保持静止状态，则( )

A．a、b之间一定存在静摩擦力

B．b与地面之间一定存在静摩擦力

C．b与地面之间一定不存在静摩擦力

D．地面对b的支持力一定大于2mg

[解析] 由于两木块保持静止，对a进行受力分析可知a、b之间一定存在静摩擦力，对a、b整体进行受力分析可知b与地面之间一定不存在摩擦力，且地面对b的支持力等于2mg，故选项A、C正确．

[答案]AC

[综合提升练]

10．小巧美观的冰箱贴利用磁性贴在冰箱的竖直表面上．静止不动时，冰箱贴( )

A．受到的磁力大小小于受到的弹力大小

B．与冰箱间有四对作用力与反作用力

C．受到的磁力和弹力是一对作用力与反作用力

D．受到冰箱的作用力的合力一定竖直向上

[解析] 冰箱贴静止不动，受力平衡，它受到的磁力和受到的弹力是一对平衡力，大小相等，故A、C错误；冰箱贴与冰箱间的作用力有摩擦力、磁力和弹力，则与冰箱间有三对作用力与反作用力，故B错误；冰箱贴除受到向下的重力外，还受到冰箱的作用力，与重力等大、反向，则冰箱贴受到冰箱的作用力的合力一定竖直向上，故D正确．

[答案] D

11．(多选)如图所示，在恒力F作用下，a、b两物体一起沿粗糙竖直墙面匀速向上运动，则关于它们受力情况的说法正确的是( )

A．a一定受到4个力

B．a可能受到3个力

C．a与墙壁之间一定有弹力和摩擦力

D．a与b之间一定有摩擦力

[解析] 将a、b看成整体，其受力图如图甲所示，说明a与墙壁之间没有弹力和摩擦力作用，对物体b进行受力分析，如图乙所示，b受到3个力作用，所以a受到4个力作用，所以选项A、D正确．

[答案]AD

12.物体静放于水平桌面上，如图所示，则( )

A．桌面对物体的支持力与物体的重力大小相等，这两个力是一对平衡力

B．物体所受的重力和桌面对它的支持力是一对作用力与反作用力

C．物体对桌面的压力就是物体的重力，这两个力是同一种性质的力

D．物体对桌面的压力和桌面对物体的支持力是一对平衡力

[解析] 物体和桌面的受力情况如图所示．因物体处于平衡状态，且F N与G作用于同一物体，因此F N和G是一对平衡力，故A正确；因作用力和反作用力应分别作用在两个物体上，故B错误；因压力是弹力，而弹力与重力是性质不同的两种力，故C错误；支持力和压力是物体与桌面相互作用(挤压)而产生的，因此F N与F压是一对作用力和反作用力，故D错误．

[答案] A

13．L形木板P(上表面光滑)放在固定斜面上，质量为M，轻质弹簧一端固定在木板上，

另一端与置于木板上表面质量为m的滑块Q相连，如图所示．若P、Q一起沿斜面匀速下滑，不计空气阻力．则木板P的受力个数为( )

A．3 B．4 C．5 D．6

[解析] 由于P、Q一起匀速下滑，取P、Q整体为研究对象，则沿斜面方向整体受力平衡，从而可知斜面对P有沿斜面向上的摩擦力．而P、Q间接触面光滑，则Q必受弹簧向上的弹力，所以隔离P可知P受重力、斜面对它的摩擦力、斜面对它的弹力、弹簧对它的弹力、Q对它的压力，共5个力的作用．故选项C正确．

[答案] C

14．在机场和港口，常用传送带运送旅客的行李、货物．如图所示，图甲为水平传送带，图乙为倾斜传送带，当一个行李箱随传送带一起做匀速直线运动时，下列判断正确的是( )

A．甲、乙两图中的行李箱都受到两个力作用

B．甲、乙两图中的行李箱都受到三个力作用

C．甲图中的行李箱受到三个力作用，乙图中的行李箱受到四个力作用

D．甲图中的行李箱受到两个力作用，乙图中的行李箱受到三个力作用

[解析] 以行李箱为研究对象，它受到重力作用，两种情况中，行李箱都只与传送带有联系，由于行李箱对传送带有压力作用，传送带对行李箱产生弹力，其方向垂直传送带向上．在题图甲中，行李箱随传送带一起做匀速直线运动，两者没有相对运动或相对运动趋势，传送带对行李箱不产生摩擦力，如图1所示，题图甲中的行李箱仅受两个力作用．在题图乙中，行李箱虽然同样随传送带一起做匀速直线运动，但它时刻都有沿传送带下滑的趋势，只是由于传送