3.3牛顿第三定律 （导学案）— -2023-2024学年高一上学期物理人教版（2019）必修第一册

3.1牛顿三定律的理解
【学习目标】1.理解牛顿三定律的内容，了解伽利略的理想实验
2.熟练掌握牛顿运动定律的应用步骤，能利用牛顿定律解决实际问题
【重难点】牛顿三定律的理解与应用
【导入环节】请写出牛顿三定律的内容：
（1）牛顿第一定律：一切物体总保持 状态或静止状态，除非作用在它上面的 迫使它改变这种状态。
（2）牛顿第二定律：物体 的大小跟它受到的 成正比，跟它的质量成 ，加速度的方向跟作用力的方向 。
（3）牛顿第三定律：两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等，方向 ，作用在 。
【思考环节】
一、牛顿第一定律 惯性
1.月球表面重力加速度约为地球表面的1/6，同一物体在月球表面下落更慢。该物体在月球表面和地球表面的重力和惯性大小相同吗？
2.伽利略的理想实验揭示了力 维持运动的原因。
例1.关于牛顿第一定律,下列说法正确的是(　　)
A.不受力作用的物体是不存在的,故牛顿第一定律的建立毫无意义
B.牛顿第一定律是从实验现象归纳总结出来的
C.牛顿第一定律表明,物体在任何状态下都具有惯性
D.牛顿第一定律表明,外力的作用会改变物体的惯性
例2.如图所示为伽利略设计的斜面实验。伽利略理想实验是将可靠的事实和理论思维结合起来,能更深刻地反映自然规律。下面给出了伽利略斜面实验的四个事件:
①减小斜面BC的倾角(图中BC'),小球将通过较长的路程,仍能到达原来的高度。
②由静止释放小球,小球沿斜面AB滚下,滚上另一斜面BC,如果有摩擦力,小球不能到达与原来等高的C;若减小斜面的粗糙程度,小球到达另一斜面上的最高位置越来越接近C。
③如果没有摩擦,小球将上升到原来的高度。
④继续减小BC的倾角,最终使它水平,小球将沿水平面以恒定速度一直运动下去。
对事件性质的判断及排序,正确的是(　　)
A.事实②→推论①→事实③→推论④
B.事实②→推论③→事实①→推论④
C.事实②→推论①→推论③→推论④
D.事实②→推论③→推论①→推论④
二、牛顿第二定律　力学单位制
1.请辨析基本量、基本单位、导出量、导出单位的区别与联系。
2.国际单位制中除发光强度外的另外六个分别是什么？
例3.求物体（质量为m）加速度：(动摩擦因数均为μ)
(1)沿粗糙水平面滑行的物体 (2)沿光滑斜面滑行的物体
(3)沿粗糙斜面下滑的物体 (4)沿粗糙斜面上滑的物体　
(5)受斜向上沿粗糙水平面运动的物体　
三、牛顿第三定律
1.猴子被静止吊在树枝上，我们分析猴子所受的力。猴子受到重力G，还受到树枝对它的拉力F。树枝同时会受到猴子对它的拉力F’,试分析哪两个力是平衡力？哪两个是作用力与反作用力？
例4. 新华社西昌3月10日电“芯级箭体直径9.5米级、近地轨道运载能力50吨至140吨、奔月转移轨道运载能力15吨至50吨、奔火(火星)转移轨道运载能力12吨至44吨……”这是我国重型运载火箭长征九号研制中的一系列指标，已取得阶段性成果，预计将于2030年前后实现首飞。火箭点火升空，燃料连续燃烧的燃气以很大的速度从火箭喷口喷出，火箭获得推力。下列观点正确的是(　　)
A. 喷出的燃气对周围空气的挤压力就是火箭获得的推力
B.因为喷出的燃气挤压空气，所以空气对燃气的反作用力就是火箭获得的推力
C.燃气被喷出瞬间，火箭对燃气的作用力就是火箭获得的推力
D.燃气被喷出瞬间，燃气对火箭的反作用力就是火箭获得的推力
例5.一个箱子放在水平地面上，箱内有一固定的竖直杆，在杆上套着一个环，箱与杆的质量为M，环的质量为m，如图所示。已知环沿杆匀加速下滑时，环与杆间的摩擦力大小为Ff，重力加速度为g，则此时箱子对地面的压力大小为(　　)
A.Mg＋Ff B.Mg－Ff
C.Mg＋mg D.Mg－mg
【议环节】例2、例3、例5
【展环节】例2、例5
【评环节】1.惯性的性质、伽利略的理想实验
2.牛顿第三定律的综合应用
【检环节】
1.如图所示，滑板运动员沿水平地面向前滑行，在横杆前相对于滑板竖直向上起跳，人与滑板分离，分别从横杆的上、下通过，忽略人和滑板在运动中受到的阻力，则运动员(　　)
A.起跳时脚对滑板的作用力斜向后
B.在空中水平方向先加速后减速
C.越过杆后落在滑板的后方
D.越过杆后仍落在滑板上起跳的位置
2.我国新一代载人飞船返回实验舱已于2020年5月8日顺利返回地面,返回舱质量约为5.4×103 kg。某一次进行返回地面的测试时,返回舱在某处弹射出三朵主伞构成伞群,通过伞群减速,安全返回地面,可将这一运动视为竖直方向的匀减速直线运动,加速度大小为1.0 m/s2,三根主伞的伞绳a、b、c均与竖直方向成θ角,已知sin θ=0.44,cos θ=0.90,g取10 m/s2,则返回舱在下落过程中主伞伞绳a上的拉力大小约为(　　)
A.2.80×103 N　　
B.1.72×104 N
C.2.20×104 N　　
D.6.84×104 N
3. 一质点做匀速直线运动。现对其施加一恒力，且原来作用在质点上的力不发生改变，则(　　 )
A．质点速度的方向总是与该恒力的方向相同
B．质点速度的方向不可能总是与该恒力的方向垂直
C．质点加速度的方向总是与该恒力的方向相同
D．质点单位时间内速率的变化量总是不变
4.如图所示，用轻质弹簧将篮球拴在升降机底板上，此时弹簧竖直，篮球恰好与光滑的侧壁和光滑的倾斜天花板接触，在篮球与侧壁之间装有压力传感器，当升降机沿竖直方向运动时，压力传感器的示数逐渐增大，某同学对此现象给出了下列分析与判断，其中可能正确的是(　　)
A.升降机正在匀加速上升
B.升降机正在匀减速上升
C.升降机正在加速下降，且加速度越来越大
D.升降机正在减速下降，且加速度越来越大
5.倾角为θ＝30°的光滑斜面上，质量m＝3kg的物块在恒力F的作用下，从斜面底端匀加速上滑，经3s后，撤去力F，又经过3s，物块恰好滑回斜面底端，已知重力加速度g＝10m/s2，求：
（1）力F的大小和前3s内物块的位移大小；
（2）物块滑回底端时的速度大小。
3.1牛顿三定律的理解参考答案
例1.C　
解析：虽然不受力作用的物体是不存在的,但牛顿第一定律给出了物体不受力时的运动规律,是整个牛顿力学的基础,是有意义的,故A错误;牛顿第一定律是牛顿在伽利略等前人实验的基础上,根据逻辑推理得出的,是以实验为基础,但又不是完全通过实验得出的,故B错误;惯性与运动状态无关,即不论是运动的还是静止的物体都具有惯性,故C正确;惯性仅由物体的质量决定,与外力无关,故D错误。
例2.D　
解析：先是事实情景:由静止释放小球,小球沿斜面AB滚下,滚上另一斜面BC,高度几乎与原来相同;根据以上事实推出:如果没有摩擦,小球将上升到原来的高度,根据这个推论,再进一步推出:减小斜面BC的倾角(图中BC'),小球将通过较长的路程,仍能到达原来的高度,最后得出继续减小BC的倾角,最终使它水平,小球将沿水平面以恒定速度一直运动下去,即力不是维持物体运动的原因;则对事件性质的判断及排序正确的是:事实②→推论③→推论①→推论④。故选D。
例4. 答案　D
解析:喷出的燃气对周围空气的挤压力，作用在空气上，不是火箭获得的推力，故A错误； 空气对燃气的反作用力，作用在燃气上，不是火箭获得的推力，故B错误； 燃气被喷出瞬间，燃气对火箭的反作用力作用在火箭上，是火箭获得的推力，故C错误，D正确。
例5.答案　A
解析　环在竖直方向上受重力及箱子内的杆给它的竖直向上的摩擦力Ff，受力情况如图甲所示。根据牛顿第三定律，环应给杆一个竖直向下的摩擦力Ff′，故箱子竖直方向上受重力Mg、地面对它的支持力FN及环给它的摩擦力Ff′，受力情况如图乙所示，由于箱子处于平衡状态，可得FN＝Ff′＋Mg＝Ff＋Mg。根据牛顿第三定律，箱子对地面的压力大小等于地面对箱子的支持力大小，即FN′＝Mg＋Ff，故选项A正确。
【检环节】
1.答案　D
解析　由于运动员相对于滑板竖直向上起跳，与滑板在水平方向无力的作用，故二者水平方向速度始终相同，越过杆后仍落在滑板上起跳的位置，选项D正确。
2.答案　C
3.解析：选BC　质点原来做匀速直线运动，说明所受合外力为0，当对其施加一恒力后，恒力的方向与原来运动的速度方向关系不确定，则质点可能做直线运动，也可能做曲线运动，但加速度的方向一定与该恒力的方向相同，选项B、C正确。
4.答案　C
解析　由题意知，升降机静止时，篮球处于平衡状态，只受重力和弹簧弹力，有FT＝mg；在竖直方向运动时，侧壁的弹力增大，受力分析如图所示，有FNsin θ＝F，FNcos θ＋mg－FT＝ma，解得a＝，加速度方向向下，大小在增大，可能的运动情况是加速下降或减速上升，故只有C正确。
5.【答案】（1）20N；7.5m；（2）10m/s
【详解】
（1）前3s，设加速度大小为a1
由牛顿第二定律
F－mgsinθ＝ma1
位移为
x＝a1t2
3s末，速度为
v1＝a1t
后3s，设加速度大小为a2，由牛顿运动定律
mgsinθ＝ma2
位移为
－x＝v1t－a2t2
解得
F＝mgsinθ＝20N
x＝7.5m
（2）设物块滑回底端时的速度大小为v2，整个过程由动能定理
Fx＝mv－0
解得
v2＝10m/s