3.3 牛顿第三定律
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学习目标
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课程标准 学习目标
1.知道力的作用是相互的,理解作用力和反作用力的概念。 2.理解牛顿第三定律,并能应用该定律解决相关问题。 3.会对物体进行初步的受力分析,掌握分析物体受力的一般方法。 1、知道力的作用是相互的,了解作用力和反作用力的概念。 2、能把一个力的反作用力和这个力的平衡力区分开。 3、通过实验探究,了解两个物体间作用力与反作用力大小和方向的关系。 4、会对物体进行初步的受力分析,并解释物理现象或者解决实际问题。 5、能正确表述牛顿第三定律,并应用牛顿第三定律分析和解决实际问题。
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预习导学
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课前研读课本,梳理基础知识:
一、作用力与反作用力
1.力是 的作用,只要谈到力,就一定存在着 和
2.力的作用是 ,物体间相互作用的这一对力称为 和
3.作用力与反作用力总是 、 的.把它们中的一个力叫做作用力,另一个力叫做反作用力.
二、牛顿第三定律
1.通过实验探究作用力和反作用力的关系
(1)两个人都穿着溜冰鞋,一个人用力推另一个人,两个人将同时向相反的方向运动,说明两人之间的力是相互的,而且两个力同时产生、方向相反。
(2)如图所示,用手拉弹簧测力计A,可以看到两个弹簧测力计的示数是相等的。改变手拉弹簧测力计的拉力,可以看到两个弹簧测力计的指针同时移动,弹簧测力计的示数也随着改变,但两个示数总是相等的。
实验说明∶①作用力和反作用力大小总是 的。②作用力与反作用力的方向 ,在同一条直线上。
2.内容
两个物体之间的作用力和反作用力总是
3.表达式
F=-F',负号表示F'与F的方向相反.
(二)即时练习:
【小试牛刀1】靠墙静蹲是一种流行的健身运动,动作要点是双脚分开与肩同宽,双手放于大腿上,背部紧贴墙面缓慢下蹲至大腿与地面平行,然后保持住处于静蹲状态,除了靠墙的静蹲,背靠瑞士球的静蹲也是经常看到的,如图所示为一女士借助瑞士球做靠墙静蹲运动,女士后背部保持挺直且倚靠在瑞士球上,瑞士球则倚靠在竖直墙面上,此时女士和瑞士球都处于静止状态。下列说法正确的是( )
A.瑞士球总共受到3个力作用
B.女士的脚不受地面的摩擦力作用
C.女士对瑞士球的弹力是由女士的形变产生的
D.女士对瑞士球的弹力与墙壁对瑞士球的弹力是一对相互作用力
【小试牛刀2】《荀子·议兵》中写道:“经桀作尧,譬之若以卵投石,以指绕沸.”,其中“以卵击石”意思为拿鸡蛋去碰石头.比喻不估计自己的力量,自取灭亡.从物理学的角度看鸡蛋与石头相碰,下列说法中正确的是( )
A.石头对鸡蛋的力大于鸡蛋对石头的力 B.石头对鸡蛋的力小于鸡蛋对石头的力
C.石头对鸡蛋的力与鸡蛋对石头的力大小相等 D.石头对鸡蛋的力与鸡蛋对石头的力方向相同
【小试牛刀3】小明在竖直放置的白板中写字的过程中( )
A.笔对白板的作用力大于白板对比的作用力
B.笔对白板的作用力小于白板对比的作用力
C.笔受到的摩擦力方向与笔运动方向相反
D.笔受力一定不平衡
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探究提升
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【问题探究1】作用力和反作用力
(1)两个物体之间的作用总是相互的.当一个物体对另一个物体施加了力,后一个物体一定同时对前一个物体也施加了力.物体间相互作用的这一对力,通常叫作作用力和反作用力。
(2)作用力和反作用力分别作用在不同的物体上,施力物体同时也是受力物体,受力物体同时也是施力物体。
温馨提示:①力的作用是相互的,力总是成对出现。
②一对相互作用力,哪个是作用力,哪个是反作用力,是相对而言的。如运动员给足球一个弹力作用的同时,足球也给运动员一个弹力作用,若把运动员给足球的弹力视为作用力,则足球给运动员的弹力就是反作用力;反之,若把足球给运动员的弹力视为作用力,则运动员给足球的弹力就是反作用力.
【典型例题1】“嫦娥一号”的成功发射,一方面表明中国航天事业已走在了世界的前列,另一方面“嫦娥一号”的发射也带动了高科技的发展,目前计算机的科技含量已相当高,且应用于各个领域的各个方面。如图是利用计算机记录“嫦娥一号”发射时,火箭和地面的作用力与反作用力的变化图线,根据图线可以得出的结论是( )
A.作用力大时,反作用力小
B.作用力和反作用力的方向总是相反的
C.作用力和反作用力是作用在同一个物体上的
D.牛顿第三定律在物体处于非平衡状态时不再适用
【典型例题2】在2015年世界蹦床锦标赛中,中国队共获得8枚金牌.如图所示,当蹦床运动员接触床面向下运动时( )
A.蹦床对运动员的弹力大于运动员对蹦床的压力
B.蹦床对运动员的弹力与运动员对蹦床的压力大小相等
C.蹦床对运动员的弹力小于运动员对蹦床的压力
D.蹦床对运动员的弹力与运动员对蹦床的压力是一对平衡力
【对点训练1】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.作用力与反作用力的性质一定相同
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.若相互作用的两个物体处于加速运动状态,则作用力与反作用力才大小不相等
【对点训练2】如图所示。A、B木块叠放在水平地面上,A在水平恒力F拉动下恰匀速运动,B却静止。A、B之间存在_________对作用反作用力。其中B施于A的支持力其反作用力是_________,这两个力的性质分别是_________与_________。其中与接触面平行的一对力其性质是_________,B施于A的滑动摩擦力,A施于静止的B是_________摩擦力,地施于B的是_________摩擦力。
【问题探究2】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相等,方向相反,作用在同一条直线上。
2.表达式
F=-F',负号表示F'与F的方向相反.
3.对牛顿第三定律的理解
(1)作用力与反作用力分别作用在彼此相互作用的两个不同的物体上,各自产生效果,不会相互抵消,施力物体和受力物体对两个力来说是互换的,两个力大小相等,方向相反.
(2)同时性∶作用力与反作用力同时产生、同时变化、同时消失.作用力消失,反作用力立即消失,没有作用力就没有反作用力.
(3)作用力与反作用力具有相同的性质。如作用力为摩擦力,则反作用力一定也是摩擦力;作用力为弹力,则反作用力一定也是弹力。
(4)定律中的"总是"是强调对于任何物体,在任何条件下,作用力与反作用力的关系均成立,与物体大小、形状、是否受其他力、物体的运动状态等均无关。
4.相互作用力与平衡力的比较
一对相互作用力 一对平衡力
相同点 等大、反向、在同一直线上
不同点 作用在两个物体上 作用在同一物体上
性质相同 性质不一定相同
具有同时性 不一定具有同时性
不能求合力(效果不能抵消) 能求合力(效果能抵消)
【典型例题3】如图所示,我国有一种传统的民族体育项目叫作“押加”,实际上相当于两个人拔河,如果甲、乙两人在“押加”比赛中,甲获胜,则下列说法中正确的是( )
A.绳对乙的拉力大于绳对甲的拉力,所以甲获胜
B.当甲把乙匀速拉过去时,绳对乙的拉力大小等于绳对甲的拉力大小
C.当甲把乙加速拉过去时,绳对乙的拉力大小大于绳对甲的拉力大小
D.绳对乙的拉力大小始终等于绳对甲的拉力大小,只是地面对甲的摩擦力大于甲对地面的摩擦力,所以甲获胜
【典型例题4】2010年2月24日《江西日报》报刊登了一则图片新闻:2月20日15时30分,在瑞金市桦林北路一工地鱼塘内,一名女子下半身世已深陷淤泥之中,接到报警后的瑞金消防大队官兵立即出动消防车火速赶往事故现场。一到现场,救援官兵立即展开救援行动,一名战士身穿轻型防化服,戴上腰带,绑好绳子,只见他脚踏木板,摸索着一点点地向被困女子靠近。经过10分钟的救援,成功救出遇险女子。关于女子身陷泥潭和消防战士踏板救援的说法正确的是( )
A.女子身陷泥潭时,人对淤泥地面的压力大小等于淤泥地面对她的支持力
B.女子身陷泥潭时,人对淤泥地面的压力大小小于淤泥地面对她的支持力
C.消防战士踏板救援时,人对木板的压力大小等于木板对他的支持力
D.消防战士踏板救援时,人对木板的压力小于大于木板对他的支持力
【对点训练3】如图所示,一只金丝猴在树林中玩耍时,单手握住树枝悬挂在空中静止,下列说法正确的是( )
A.金丝猴对树枝的拉力就是金丝猴的重力
B.金丝猴对树枝的拉力是由于树枝的形变引起的
C.金丝猴对树枝的拉力与金丝猴受到的重力是一对平衡力
D.金丝猴对树枝的拉力与树枝对金丝猴的拉力是一对作用力与反作用力
【对点训练4】第24届冬季奥林匹克运动会将在2022年由北京市和张家口市联合举办.越野滑雪是比赛项目之一,如图为中国运动员在训练中的照片,运动员在赛道上滑行时,下列说法正确的是( )
A.滑雪板对赛道的作用力大于赛道对滑雪板的作用力
B.滑雪板对赛道的作用力小于赛道对滑雪板的作用力
C.滑雪板对赛道的作用力与赛道对滑雪板的作用力大小相等
D.滑雪板对赛道的作用力与赛道对滑雪板的作用力方向相同
【问题探究3】物体的受力分析
(1)受力分析的一般步骤
①明确研究对象:研究对象可以是质点、结点、单个物体,也可以是多个物体组成的系统.
②隔离物体分析:将研究对象从周围的物体中隔离出来,进而分析周围物体有哪些对它施加了力的作用.
③画受力示意图:边分析边在研究对象上逐一画出所受各力的示意图,准确标出力的方向及各力的符号
(2)受力分析的一般顺序
①重力∶作用点为物体的重心,方向竖直向下.
②弹力∶围绕研究对象观察,看有几个接触点或接触面,再看是否有挤压或拉伸形变,判断有几个弹力以及各弹力的方向,另外,题目中给出的拉力、推力等也属于弹力。
③摩擦力∶有弹力的接触点或接触面,若接触面粗糙,且研究对象与接触面有相对运动或相对运动趋势,一定有摩擦力,再根据摩擦力的产生条件判断摩擦力的方向,
④画完力的示意图后还需结合物体的运动状态,看是否漏力或者多力.每个力都对应一个施力物体,不能找到施力物体的力是不存在的,分力和合力避免重复分析.
(3)常用方法
①整体法和隔离法.对于由多个物体组成的系统,要将整体法和隔离法结合起来使用.
②假设法
【典型例题5】如图所示,两个相似的斜面体A、B在竖直向上的恒力F的作用下,沿竖直粗糙墙壁一起匀速向下运动。关于斜面体A和B的受力情况,下列说法正确的是( )
A.A一定受到四个力
B.B可能受到四个力
C.B与墙壁之间一定有弹力和摩擦力
D.B对A的静摩擦力沿接触面斜向上
【典型例题6】如图所示,在光滑斜面上有一垂直于斜面的固定挡板OM,A、B两物体叠放在斜面和挡板之间,B与挡板接触,A离挡板有小段距离,A、B静止不动,则A物体受力个数为( )
A.3 B.4 C.5 D.6
【对点训练5】如图所示,一台加湿器置于水平地面上,当加湿器水平向左喷出水汽时仍保持静止不动,下列判断正确的是( )
A.加湿器受到5个力作用
B.加湿器受到6个力作用
C.与加湿器有关的相互作用力有2对
D.与加湿器有关的相互作用力有4对
【对点训练6】如图所示,高考倒计时数字贴通过磁性贴在金属板上,时刻提醒着同学们高考在即,关于吸在金属板上的某个数字贴受力情况,下列说法正确的是( )
A.数字贴受到三个力的作用
B.数字贴磁性越强越不容易取下,故磁性越强的数字贴受的摩擦力越大
C.金属板对数字贴的磁力和金属板对数字贴的弹力是一对平衡力
D.数字贴对金属板的磁力与金属板对数字贴的弹力是一对相互作用力
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体系构建
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①三个性质 受力分析的一般步骤
②四个特征
等值 作用力和反作用力大小总是相等的
反向 作用力和反作用力方向总是相反的
共线 作用力和反作用力总是作用在同一条直线上
同性质 作用力和反作用力的性质总是相同的
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记忆清单
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1.牛顿第三定律理解:
牛顿第三定律说明作用力与反作用力等大、反向、共线,分别作用在两个物体上因此可以用牛锁第三定律将难以求解的力,通过转换研究对象,先求出此力的反作用力,即可知所求的力.例如,求放在水平桌面上的物体对桌面的压力,可以通过物体的受力情况求出桌面对物体的支持力,再用牛顿第三定律求得物体对桌面的压力。
2.受力分析注意事项:
①受力分析时要明确力的作用点,若物体能视为质点,则各力作用于同一点;若物体不能视为质点,则各力不一定作用于同一点。
②受力分析时的注意事项(1)作研究对象的受力示意图时,通常只画出根据性质命名的力,不把按效果分解的力或合成的力画进去. (2)防止"添力"∶找出各力的施力物体,若没有施力物体,则该力一定不存在。
③受力分析时一定要结合物体的运动状态,要特别注意物体的临界状态。静摩擦力的大小及方向的判断经常要借助物体的运动状态和物体受到的其他力来确定。例如,被水平力F按在竖直墙上处于静止状态的物体,其受到的静摩擦力与物体的重力二力平衡,即二者大小相等,方向相反,作用在同一条直线上。
④研究对象确定后,还需关注与之相联系的其他物体,有时题目中会出现一些模型化的提示语言,如"轻绳""轻杆"表示绳和杆本身的重力可以忽略不计,"小球""小物块"表示球和物块的大小可以忽略不计,"光滑的接触面"表示不会有摩擦力,"物体套在杆上"表示杆施加给物体的力在与杆垂直的平面内可能是任意一个方向.
3.物体受力分析小口诀
认准对象找重力,遇到物体多隔离;绕物一周找弹力,合力分力不重复;判断有无摩擦力,正确画出三要素;不画施力画受力,
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强化训练
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1.如图所示,压路机静止在水平路面上,路面对压路机的支持力为,压路机对路面的压力为,关于、,下列说法正确的是( )
A.大于 B.小于
C.与是一对平衡力 D.和一定是同一种类的力
2.如图,小波同学平伸上肢向右匀速推动沙发,小波对沙发的推力方向水平。已知沙发的重量小于小波同学的重量。下列说法正确的是( )
A.沙发被推动,说明小波对沙发的推力大于沙发对小波的弹力
B.沙发所受重力的反作用力是地面对沙发的支持力
C.小波同学受到的摩擦力大于沙发受到的摩擦力
D.小波受到的摩擦力与沙发受到的摩擦力方向相反
3.如图所示,人抓住牵牛绳沿水平方向拉牛,但没有拉动。其中说法正确的是( )
A.绳拉牛的力小于牛拉绳的力 B.绳拉牛的力小于地面对牛的摩擦力
C.绳拉牛的力与牛拉绳的力是一对平衡力 D.绳拉牛的力与地面对牛的摩擦力是一对平衡力
4.(多选)如图所示是跳水运动员在训练中的一张照片起跳时运动员用力下压跳板,然后再向上跳起。在运动员起跳过程中,下列说法正确的是( )
A.运动员能跳起来是因为板对人的弹力大于人对板的压力
B.运动员能跳起来是因为板对人的弹力大于人的重力
C.在运动员离开板之前,板对人的弹力始终等于人的重力
D.在运动员离开板之前,板对人的弹力始终等于人对板的压力
5.如图所示,我国有一种传统的民族体育项目叫作“押加”,实际上相当于两个人拔河,如果甲、乙两人在“押加”比赛中,甲获胜,则下列说法中正确的是( )
A.绳对乙的拉力大于绳对甲的拉力,所以甲获胜
B.当甲把乙匀速拉过去时,绳对乙的拉力大小等于绳对甲的拉力大小
C.当甲把乙加速拉过去时,绳对乙的拉力大小大于绳对甲的拉力大小
D.绳对乙的拉力大小始终等于绳对甲的拉力大小,只是地面对甲的摩擦力大于甲对地面的摩擦力,所以甲获胜
6.每年农历五月初五,是中国民间的传统节日-端午节。每逢端午节,最具节日特色的是赛龙舟了。2011年5月23日,赛龙舟经国务院批准列入第三批国家级非物质文化遗产名录。当船正在加速向右运动时( )
A.队员只受到重力、支持力的作用
B.水对船的作用力水平向左
C.水对桨的作用力大于桨对水的作用力
D.水对桨的作用力与桨对水的作用力大小一定相等
7.“竹蜻蜓”是一种中国传统的民间儿童玩具,流传甚广。如图所示,“竹蜻蜓”由竹柄和“翅膀”两部分组成。玩的时候,双手一搓竹柄,然后双手松开,“竹蜻蜓”就会旋转着飞上天空,过一会儿落下来。松手后,关于“竹蜻蜓”和空气间的相互作用力,下列说法中正确的是( )
A.“竹蜻蜓”对空气的作用力大于空气对“竹蜻蜓”的作用力
B.“竹蜻蜓”对空气的作用力小于空气对“竹蜻蜓”的作用力
C.“竹蜻蜓”对空气的作用力等于空气对“竹蜻蜓”的作用力
D.“竹蜻蜓”对空气的作用力与空气对“竹蜻蜓”的作用力是一对平衡力
8.如图所示,小华用干毛笔在字帖上临摹行楷笔画中长横的书写:起笔时一顿,然后向右行笔,收笔时略向右按,再向左回带。关于行笔过程中,下列说法正确的是( )
A.笔对字帖的压力一定大于毛笔的重力
B.笔对字帖的压力是由于笔发生了形变
C.字帖始终受到向右的静摩擦力
D.字帖对笔的支持力与笔对字帖的压力是一对平衡力
9.如图所示,A、B、C三个石块叠在一起处于静止状态,下列说法正确的是( )
A.石块B所受合力不为零
B.石块B受到石块A的重力和压力的作用
C.石块B受到的重力和石块C对石块B的支持力是一对平衡力
D.石块B对石块C的压力和石块C对石块B的支持力是一对相互作用力
10.如图所示,吊在天花板上的电扇所受重力为G,静止时固定杆对它的拉力为F,扇叶水平转动后,固定杆对它的拉力为F',则( )
A.F=G、F=F'
B.F=G、FC.电扇静止时,固定杆对它的作用力等于它对固定杆的作用力
D.扇叶水平转动后,固定杆对它的作用力小于它对固定杆的作用力
11.“扳手腕”是中学生课余非常喜爱的一项游戏。如图,甲、乙两同学正在进行“扳手腕”游戏,下列关于他们的手之间的力,说法正确的是( )
A.甲扳赢了乙,是因为甲手对乙手的作用力大于乙手对甲手的作用力
B.只有当甲、乙僵持不分胜负时,甲手对乙手的作用力才等于乙手对甲手的作用力
C.甲、乙比赛对抗时,无法比较甲手对乙手的作用力和乙手对甲手的作用力的大小关系
D.无论谁胜谁负,甲手对乙手的作用力大小等于乙手对甲手的作用力大小
12.如图所示,一匹马拉着车前行,关于马拉车的力和车拉马的力的大小关系,下列说法中正确的是( )
A.马拉车的力总是大于车拉马的力
B.马拉车的力总是等于车拉马的力
C.加速运动时,马拉车的力大于车拉马的力
D.减速运动时,马拉车的力小于车拉马的力
13.如图所示,截面为等腰三角形的木块A上放铁块B,木块A的斜边在竖直粗糙墙壁上,现对A施加竖直向上的力F,使得A、B一起向上匀速运动,运动过程中A、B一直保持相对静止。则木块A的受力个数为( )
A.3 B.4 C.5 D.6
14. (多选)有一个木块放在水平地面上,如图所示,用弹簧测力计拉着细绳水平牵引木块,弹簧测力计有示数但木块没有移动,以下判断正确的是( )
A.涉及木块的作用力和反作用力一共有3对
B.涉及木块的作用力和反作用力一共有4对
C.木块一共受到2对平衡力的作用
D.木块一共受到3对平衡力的作用
15.如图所示,质量均匀分布的钢管,一端支在光滑的水平地面上,另一端被竖直绳悬挂着。以下说法正确的是( )
A.钢管受到地面的支持力的方向为垂直钢管斜向上
B.钢管对地面的压力与地面对钢管的支持力是一对作用力和反作用力
C.钢管对地面的压力就是钢管的重力
D.钢管受到绳的拉力和钢管的重力是一对作用力和反作用力
16.如图所示,竖直放置的轻弹簧的一端固定在地面上,另一端与斜面体P连接,P与斜放的固定挡板MN接触且处于静止状态,弹簧处于竖直方向,则斜面体P此刻受到外力的个数可能为( )
A.2个或3个 B.2个或4个
C.2个 或5个 D.3个或4个
17.(多选)木箱重G1,人重G2,人站在木箱里用力F向上推木箱,如图所示,则有( )
A.人对木箱底的压力大小为G2+F
B.人对木箱底的压力大小为G2
C.木箱对地面的压力大小为G2+G1-F
D.木箱对地面的压力大小为G1+G2
18.如图所示,在竖直向上的恒力F作用下,a、b两物体紧挨竖直墙面处于静止状态,则关于它们的受力情况,下列说法正确的是( )
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之间不一定有摩擦力
19.如图在水平力F的作用下,重为G的物体沿竖直墙壁匀速下滑,物体与墙之间的动摩擦因数为μ,则物体所受摩擦力大小为( )
A. B. C. D.
20.物理课本放在水平桌面上,文具盒放在物理课本上,则( )
A.物理课本受到的重力和桌面对物理课本的支持力是一对平衡力
B.物理课本对桌面的压力和桌面对物理课本的支持力是一对相互作用力
C.物理课本对文具盒的支持力和文具盒对物理课本的压力是一对平衡力
D.桌面对物理课本的支持力和文具盒对物理课本的压力是一对相互作用力
21.2016年8月16日1时40分,我国在酒泉卫星发射中心用“长征二号丁”运载火箭,成功将“墨子号”卫星发射升空并送入预定轨道。关于这次卫星与火箭上天的情形叙述正确的是( )
A.火箭尾部向外喷气,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前的推力
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.卫星进入预定轨道之后,与地球之间不存在相互作用
22.如图所示是厨房用来悬挂厨具的小吸盘,其原理是排开吸盘与墙壁之间的空气,依靠大气压紧紧地将吸盘压在厨房的竖直墙壁上,可用来悬挂比较轻的厨具,安装拆卸都很方便,以下说法正确的是( )
A.吸盘只受到重力、墙壁的弹力和摩擦力作用
B.大气压变大,吸盘受到的摩擦力也变大
C.吸盘与墙壁之间只有一对作用力与反作用力
D.空气对吸盘的压力与墙壁对吸盘的支持力是一对平衡力
23.(多选)如图所示,两个小球A和B中间用弹簧连接,并用细绳悬挂于天花板上,系统处于静止状态,下列说法正确的是( )
A.绳对A的拉力和弹簧对A的拉力属于平衡力
B.弹簧对A的拉力和弹簧对B的拉力属于作用力和反作用力
C.弹簧对B的拉力和B对弹簧的拉力属于作用力和反作用力
D.B的重力和弹簧对B的拉力属于平衡力
24.如图所示,质量为的物块和质量为的木板叠放在水平地面上,现给物块一个初速度使它在木板上向右滑行,假设物块始终在木板上。木板与地面间动摩擦因数为,物块与木板间动摩擦因数为,已知木板始终处于静止状态,那么下列说法正确的是( )
A.物块受到的摩擦力大小为
B.物块对木板的摩擦力方向水平向左
C.木板对地面的摩擦力方向水平向右
D.地面对木板的摩擦力大小一定是