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第三章 相互作用——力
第3节 牛顿第三定律
力的作用是相互的,相互作用的力其大小有什么关系?
大人跟小孩掰手腕,很容易就把小孩的手压在桌面上。
那么,他们施加给对方的力,大小相等吗?
平时我们说磁铁能吸引铁钉,而不说铁钉能吸引磁铁,是不是因为磁铁吸引铁钉的力大于铁钉吸引磁铁的力呢?
那么,这两者之间有什么关系?这就是我们今天要学习的内容——牛顿第三定律。
1.知道力的作用是相互的,知道作用力和反作用力的特点。
2.理解牛顿第三定律的含义,并能用它解释生活中的现象。
3.能对物体进行简单的受力分析。
01 作用力与反作用力
1.力:力是物体对物体的相互作用。
用手拉弹簧,弹簧受到手的拉力F,同时弹簧发生形变,手也就受到弹簧的拉力F’
用力推桌子,会感到桌子也在推我们。
人造卫星受到地球的吸引(重
力),地球也受到它们的吸引。
观察和实验的结果表明:两个物体之间的作用总是相互的,且力总是成对出现。
2.作用力和反作用力: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做作用力和反作用力。
(1)“相互”的意思是说力总是“成对”出现,有作用力必有反作用力;
(2)相互作用的一对力,可任选其中一个力称为作用力,则另一个力就是反作用力;
(3)作用力与反作用力总是作用在不同的物体上,各自产生的效果不能相互抵消;
(4)作用力与反作用力总是共存的。
桌子对书的支持力
FN1
FN2
书对桌子的压力
弹力的作用是相互的
摩擦力的作用是相互的
Ff2
Ff1
FN1
FN2
FN1
FN2
Ff2
FN1
FN2
Ff1
02 牛顿第三定律
作用力与反作用力有何关系?
作用力与反作用力的大小有何关系?
实验:用弹簧测力计探究作用力与反作用力的关系
实验 两弹簧秤读数是否相同?
A弹簧不动,用B弹簧拉A
B弹簧不动,用A弹簧拉B
A、B对拉,同时两弹簧匀速运动
A、B对拉,同时两弹簧加速运动
作用力和反作用力总是大小相等。(等大)
相同
相同
相同
相同
A
B
同时产生
同时消失
同时改变
作用力和反作用力总是同时产生、同时消失、同时变化(同时)
结论:
1.作用力和反作用力方向相反,作用在一条直线上。
2.作用力和反作用力总是大小相等。
3.作用力和反作用力总是同时产生、同时消失、同时变化。
作用力与反作用力的特点:
等大、反向、共线、异物、同时、同性
1.作用力和反作用力的关系
三同
三异
三无关
①大小相同;②性质相同;③变化情况相同
①方向不同;②受力物体不同;③产生效果不同
①与物体类型无关;②与物体的运动状态无关;③与物体是否和其他物体存在相互作用无关
2.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,方向相反,作用在同一条直线上。
3.说明:
①定义中的“总是”是强调对于任何物体,在任何情况下均成立。
②作用力与反作用力是同值、同性、同变化,异物、反向、又共线。
表达式:FAB=﹣FBA
4.牛顿第三定律的适用范围
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。对此,可以从以下几个方面理解:
①不管物体大小形状如何,例如大物体与大物体之间,或大物体与小物体之间,还是任何形状的物体之间,其相互作用力总是大小相等。
②不管物体的运动状态如何。例如静止的物体之间、运动的物体之间或静止物体与运动物体之间的相互作用力总是大小相等的。
③作用力与反作用力的产生和消失是同时的。
思考讨论:大人跟小孩掰手腕,他们施加给对方的力,大小相等吗?
两手间的作用力与反作用力是大小相等的,大人会赢的原因是大人手腕能承受的力大于小孩能承受的力,所以“掰手腕”比的是手腕能承受的力的大小。
5.牛顿第三定律的应用
人在划船时,桨向后推水,水就向前推桨,将船向前推进。
划龙舟
思考讨论:在生活和生产中哪些现象应用了牛顿第三定律?
汽车的发动机驱动车轮转动,由于轮胎和地面之间的摩擦,车轮向后推地面,地面给车轮一个向前的反作用力,使汽车前进 。
车轮受到的力
地面受到的力
汽车受驱动力的示意图
6.一对作用力与反作用力和一对平衡力的对比
一对作用力与反作用力 一对平衡力
相同点
作用对象
两力性质
变化情况
能否叠加
与运动状态是否有关
等大、反向、共线
两个物体
同一个物体
一定相同
不一定相同
同时产生、消失和变化
变化不一定具有同时性
不能
能
物体处于平衡状态时受力平衡
无关
例题:如图所示,小灯泡被绳子吊在天花板上静止,找出该情境中物体
所受的作用力与反作用力以及平衡力?
灯对绳子的拉力
地球对灯的引力
绳子对灯的拉力
灯对地球的引力
灯受到的重力
绳子对灯的拉力
在这个情境中,涉及木块的作用力和反作用力共有几对?
重力G
木块对地球的引力
木块对斜面的压力
弹力FN
木块对斜面的静摩擦力
静摩擦力Ff
03 物体受力的初步分析
1.受力分析的一般步骤
选择研究对象
隔离研究对象
按序分析各力
复查各力的施力物体
选择你要分析受力情况的物体
将研究对象与周围环境划清界限,便于分析弹力、摩擦力等接触力
按照重力、弹力、摩擦力、其他力的顺序,逐个审查确认,确认存在的力画出其示意图
每个力的施力物体是谁?受力情况是否与运动情况吻合?不能多画也不能少画一个力
2. 注意事项
(1)受力分析只分析研究对象受到的力,而不要画出它施加于其他物体的力。
(2)受力分析只分析真实存在的力:在力的合成中,合力是假象的力,不是真实存在的;在力的分解中,分力是假象的力,也不是真实存在的。只找出性质力,不要效果力,比如没有什么动力和阻力
(3)受力分析不承认“隔山打牛”,比如给物块一个垂直斜面的外力F,这个力的受力物体就是物块,斜面并不受到这个力F的作用。
F
受力分析的两大绝招:
(1)结合运动情况反向论证
(2)利用好相互作用力关系
3.受力分析的常用方法
整体法:就是把几个物体视为一个整体(系统),受力分析时,只分析这一整体之外的物体对该整体的作用力,不考虑整体内部各物体之间的相互作用力
隔离法:就是把研究对象从相关的物体系中隔离出来,只分析研究对象以外的物体对它的作用力,不考虑研究对象对其他物体的作用力
隔离法和整体法常常交叉运用,从而优化解题思路和方法,使解题简捷明快。
(1)整体法的适用条件
取做整体的几个物体需要具有相同的加速度:通常题目中有“相对静止”、“一起”、“相同速度”等字眼,处于平衡状态的几个物体加速度都是0,则一定可以视为整体。
(2)整体法的局限性
只能分析求解系统外力,不能分析求解系统内力
内力:整体(系统)内几个物体之间的相互作用力
外力:整体(系统)外的物体对整体内几个物体的作用力
(3)使用方法:通常先整体,后隔离
1.如图所示,大人跟小孩掰手腕,很容易把小孩的手压到桌面上,若大人对小孩手的作用力记为F1,小孩对大人手的作用力记为F2,则( )
A.F1=F2
B.F1>F2
C.F1与F2是一对平衡力
D.F1先于F2产生
A
2.唐代《耒耜经》记载了曲辕犁相对直辕犁的优势之一是起土省力,设牛用大小相等的拉力F通过耕索分别拉两种犁,F与竖直方向的夹角分别为α和β,α<β,如图所示,忽略耕索质量,耕地过程中,下列说法正确的是( )
A.耕索对曲辕犁拉力的水平分力比对直辕犁的大
B.耕索对曲辕犁拉力的竖直分力比对直辕犁的大
C.曲辕犁匀速前进时,耕索对犁的拉力小于犁对耕索的拉力
D.直辕犁加速前进时,耕索对犁的拉力大于犁对耕索的拉力a
B
3.粗糙的长方体木块A、B叠在一起,放在水平桌面上,B木块受到一个水平方向的牵引力,但仍保持静止。请你分别画出A、B木块的受力分析图。
GB
FNB
F′NB
F
GA
FNA
FfB
牛顿第三定律
作用力和反作用力
牛顿第三定律
物体受力的初步分析
受力分析顺序