第三章 相互作用——力
3 牛顿第三定律
基础过关练
题组一 对牛顿第三定律的理解
1.(经典)某同学用传感器探究作用力与反作用力的关系。实验时他把两个力传感器同时连接在计算机上,其中一个固定在墙上,另一个握在手中,如图甲所示。图乙是他记录的两个物体间作用力和反作用力的变化图线,可以得出的结论是 ( )
A.作用力和反作用力的方向总是相反的
B.作用力和反作用力有时相等,有时不相等
C.作用力变化和反作用力的变化有一定的时间差
D.图中的两个力的合力是零
2.关于作用力和反作用力,下列说法中正确的是 ( )
A.作用力和它的反作用力可以相互抵消
B.作用力和反作用力可能不是同种性质的力
C.地球对人的作用力和人对地球的作用力大小相等、方向相反且作用在同一直线上
D.汽车牵引拖车前进,当车加速时,汽车对拖车的作用力大于拖车对汽车的作用力
3.如图所示的情形中,不涉及牛顿第三定律的是 ( )
题组二 一对相互作用力与一对平衡力的比较
4.(多选)如图所示,调皮的小猴子用尾巴悬挂在树枝上,则 ( )
A.小猴子所受重力与小猴子对树枝的拉力是一对平衡力
B.静止时,小猴子所受重力与树枝对小猴子的拉力是一对平衡力
C.前后摆动时,小猴子所受重力与树枝对小猴子的拉力是一对平衡力
D.前后摆动时,小猴子对树枝的拉力与树枝对小猴子的拉力大小相等
5.如图所示,助跑器多用于短跑赛场上,在起跑时用力一蹬,帮助运动员进行加速的同时减少跑步带来的肌肉拉伤概率。下列说法正确的是 ( )
A.脚对助跑器施加一个向前的力
B.助跑器给脚一个向前的力
C.脚对助跑器施加的力和助跑器给脚的力是一对平衡力
D.脚对助跑器施加的力小于助跑器给脚的力
6.(多选)如图所示,小巧美观的冰箱贴利用磁性可以贴在冰箱的竖直侧壁上,是一种很别致的装饰。当冰箱贴静止不动时,下列说法正确的是 ( )
A.冰箱贴对冰箱的摩擦力方向竖直向上
B.冰箱贴受到的重力与冰箱对它的摩擦力是一对平衡力
C.冰箱贴受到的磁力与冰箱对它的弹力是一对相互作用力
D.若冰箱侧壁光滑,无论冰箱贴磁性多强,它都不能够静止贴在冰箱上
7.如图所示,物体放在水平地面上,受到一个水平向右的拉力F作用,物体始终保持静止,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
题组三 物体的受力分析
8.如图所示,甲、乙两人分别乘坐两种电动扶梯,此时两电梯均匀速向上运转,则 ( )
A.甲受到三个力的作用
B.甲对扶梯有摩擦力的作用
C.乙受到四个力的作用
D.乙对扶梯的作用力方向竖直向下
9.如图所示,A、B两物体均处于静止状态,关于B物体的受力情况,下列说法正确的是 ( )
A.B物体一定受到四个力
B.B物体可能不受地面的支持力作用
C.B物体可能不受地面的静摩擦力作用
D.B物体可能受三个力作用,也可能受四个力作用
10.(多选)如图所示,木板B放在水平地面上,木块A放在B的上面,A的右端通过轻质弹簧测力计固定在竖直的墙壁上,A、B质量都为m,且各接触面间的动摩擦因数相同,用大小为F的力向左拉动B,使它以速度v匀速运动,弹簧测力计稳定后的示数为T,重力加速度为g。下列说法正确的是 ( )
A.A对B的摩擦力大小为T,方向向右
B.A、B接触面间的动摩擦因数为
C.B受到地面的摩擦力大小为F
D.B与地面间的动摩擦因数为
11.如图所示,人重500 N,木块重500 N,人与木块、木块与地面间的动摩擦因数均为0.1,现在人用水平力拉绳,使他与木块一起向右匀速运动,则下列说法正确的是 ( )
A.人拉绳的力的大小为100 N,方向向右
B.人的脚给木块的摩擦力的大小为50 N,方向水平向右
C.木块给人的摩擦力大小为100 N,方向水平向右
D.人的脚给木块的摩擦力和地面对木块的摩擦力的合力为100 N
12.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,重力加速度大小为g,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
答案与分层梯度式解析
基础过关练
1.A 2.C 3.B 4.BD 5.B 6.BD
7.D 8.D 9.A 10.AB 11.B 12.B
1.A 图中的两个力传感器之间的作用力和反作用力,作用在两个物体上,不能求合力,D错误;根据图线可以得出的结论是作用力与反作用力总是大小相等、方向相反,且同时变化,A正确,B、C错误。
2.C 作用力和反作用力是同种性质的力,作用在不同物体上,不可以相互抵消,A、B错误;作用力与反作用力总是大小相等、方向相反,作用在同一直线上,故C正确,D错误。
3.B 气垫船通过旋转空气螺旋桨给空气一个向后的作用力,反过来空气给气垫船一个向前的反作用力,属于牛顿第三定律的应用;战斗机飞行过程中抛弃副油箱,减小质量,不涉及牛顿第三定律;玩具火箭发射、喷水龙头自动旋转使喷水均匀,都利用了反冲,属于牛顿第三定律的应用,故选B。
4.BD 小猴子所受重力与小猴子对树枝的拉力受力物体不同,既不是一对平衡力,也不是一对相互作用力,A错误;静止时,小猴子所受重力与树枝对小猴子的拉力作用在同一物体上,大小相等、方向相反,作用在一条直线上,是一对平衡力,B正确;前后摆动时,小猴子处于非平衡状态,小猴子所受重力与树枝对小猴子的拉力不是一对平衡力,C错误;不管小猴子静止还是前后摆动,小猴子对树枝的拉力与树枝对小猴子的拉力都是一对相互作用力,总是大小相等,D正确。
5.B 运动员起跑时,向后蹬助跑器,脚对助跑器施加一个向后的力,助跑器给脚一个向前的力,脚对助跑器施加的力和助跑器给脚的力是一对相互作用力,两力大小相等,方向相反,B正确,A、C、D错误。
6.BD 冰箱贴有向下滑动的趋势,因此冰箱对冰箱贴的摩擦力方向竖直向上,根据牛顿第三定律可知,冰箱贴对冰箱的摩擦力方向竖直向下,A错误;冰箱贴与冰箱保持相对静止,冰箱贴受到的竖直向上的静摩擦力与竖直向下的重力,大小相等、方向相反,作用在同一直线上,是一对平衡力,B正确;冰箱贴受到的磁力与冰箱对它的弹力是不同性质的力,而且这两个力作用在同一物体上,不是一对相互作用力,C错误;如果冰箱侧壁是光滑的,无论冰箱贴的磁性有多强,冰箱贴和冰箱之间没有摩擦力,竖直方向只受重力,所以冰箱贴不能够静止贴在冰箱上,D正确。
7.D 物体受重力、地面的支持力、水平向右的拉力F和水平向左的摩擦力Ff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,两个力的合力为零,两个力为一对平衡力,竖直方向受重力和支持力,这两个力也为一对平衡力,所以D正确。
8.D 甲做匀速直线运动,受力平衡,受到重力和扶梯的支持力,不受摩擦力,故甲对扶梯没有摩擦力作用,A、B错误;乙做匀速直线运动,受力平衡,受重力、扶梯的支持力和摩擦力三个力的作用,扶梯对乙的作用力(即支持力和摩擦力的合力)与乙的重力是一对平衡力,等大反向,则扶梯对乙的作用力方向竖直向上,由牛顿第三定律可知,乙对扶梯的作用力方向竖直向下,C错误,D正确。
9.A 先对物体A受力分析,一定受到重力和绳的拉力作用;再对物体B受力分析,B一定受到重力和绳的拉力作用,绳的拉力使B有向左运动的趋势,可知B一定受到地面的静摩擦力,进而确定地面对物体B一定有向上的支持力,即B物体一定受到四个力作用,故选A。
方法技巧 如何防止“添力”或“漏力”
(1)防止“添力”。应注意区分内力和外力,区分性质力和效果力,区分施力物体和受力物体。
(2)防止“漏力”。按照重力、弹力、摩擦力、其他力的顺序进行受力分析是防止“漏力”的有效办法。
10.AB 对木块A分析,A静止,水平方向上B对A的摩擦力与弹簧测力计对A的拉力二力平衡,则fBA=T,方向向左;根据牛顿第三定律可知A对B的摩擦力fAB=fBA=T,方向向右,A正确;根据滑动摩擦力公式可得fBA=μ1FN1=μ1mg,则A、B接触面间的动摩擦因数μ1=,B正确;对木板B分析,B做匀速直线运动,水平方向受力平衡,有F=fAB+f地B,可得B受到地面的摩擦力f地B=F-fAB,C错误;根据滑动摩擦力公式可得f地B=μ2FN2=μ2·2mg,则B与地面间的动摩擦因数μ2=,D错误。
11.B 先运用整体法,选取人和木块组成的系统为研究对象(解题技法),设绳中弹力大小为FT,地面对木块的摩擦力f=μN=μ(G人+G木块)=0.1×(500+500) N=100 N,2FT=f,可得FT=50 N,故人拉绳的力为50 N,方向向左,A错误。再运用隔离法,选取人为研究对象(解题技法),水平方向上,人共受到两个力的作用,绳子水平向右的拉力和木块对人的脚的摩擦力,二力平衡,则摩擦力与拉力等大反向,即f'=FT=50 N,方向水平向左,根据牛顿第三定律可知,人的脚给木块的摩擦力大小为f″=50 N,方向水平向右,B正确,C错误。对木块受力分析,在水平方向上受到三个力的作用,人的脚给木块向右的摩擦力f″、绳对其向右的拉力以及地面对其向左的摩擦力f,则人的脚给木块的摩擦力和地面对木块的摩擦力的合力为f-f″=50 N,方向水平向左,D错误。
12.B 物块b受到重力、a的弹力和静摩擦力、地面的支持力、推力F,共五个力作用,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a、b整体为研究对象,则知地面对b的支持力大小等于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,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。(共9张PPT)
1.定义: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。
2.三个性质
(1)异体性:作用力和反作用力分别作用在相互作用的两个不同的物体上。
(2)同时性:作用力和反作用力同时产生、同时变化、同时消失。
(3)相互性:作用力和反作用力总是相互的,成对出现。
3 牛顿第三定律
必备知识 清单破
知识点 1 作用力和反作用力
3.四个特征
(1)等值:作用力和反作用力的大小总是相等的。
(2)反向:作用力和反作用力的方向总是相反的。
(3)共线:作用力和反作用力总是作用在同一条直线上。
(4)同性质:作用力和反作用力的性质总是相同的。
知识点 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'。
3.适用范围:牛顿第三定律是个普适定律,它的成立不受任何条件限制,作用力与反作用力的
关系与物体的运动状态、参考系的选取等均无关。
1.受力分析:把指定的研究对象在特定的物理环境中所受到的所有外力找出来,并画出受力分
析图,就是受力分析。
2.受力分析的两条思路:一是根据物体运动状态的变化来分析和判断其受力情况(下一章学
习);二是根据各种力的特点,从相互作用的角度来分析物体的受力。
3.受力分析的一般步骤
(1)明确研究对象;
(2)按照重力、弹力、摩擦力、其他力的顺序分析物体受力;
(3)画出受力示意图,并检查画的是否正确。
知识点 3 物体受力的初步分析
知识辨析
1.两个物体只有在相互接触时才存在作用力和反作用力吗
不是。不相互接触的物体间也可以存在作用力和反作用力,如地球和月球之间存在吸引力。
2.一对作用力和反作用力可以是不同性质的力吗
不可以。一对作用力和反作用力一定是同种性质的力,且大小相等,方向相反,作用在
同一条直线上。
3.拔河比赛时,甲队胜了乙队,是不是甲队对绳子的拉力大于乙队对绳子的拉力呢 试分析甲
队胜利的原因。
不是。无论哪队获胜,甲队对绳子的拉力大小都等于乙队对绳子的拉力大小。甲队获
胜是因为地面对甲队的最大静摩擦力大于地面对乙队的最大静摩擦力。
提示
提示
提示
1.受力分析的一般步骤
(1)明确研究对象:即确定受力分析物体,研究对象可以是某个物体、物体的一部分,也可以是
几个物体组成的整体。
(2)隔离物体分析:将研究对象从周围物体中隔离出来,分析周围有哪些物体对它施加了力的
作用。按照重力、弹力、摩擦力、其他力的顺序,逐个确定物体受到哪些力的作用。
(3)画出受力示意图:依据物体受到的各个力的方向,画出受力示意图。为了便于观察,物体所
受的各个力集中画在同一个作用点上。
(4)检查受力分析是否有误:检查画出的每一个力是否有施力物体,检查分析结果能否使研究
对象处于题目所给的状态,防止“添力”“漏力”。
关键能力 定点破
定点 受力分析的步骤和常用方法
2.受力分析的常用方法
(1)整体法与隔离法
①整体法:将几个物体作为一个整体从周围环境中隔离出来分析其受力的方法。选用的原则
是:研究系统外的物体对系统整体的作用力或研究整体的加速度。
②隔离法:将选定的研究对象从周围物体中隔离出来,单独分析它的受力情况的方法。选用
原则是:研究系统内物体之间的相互作用力。
(2)假设法:在对物体进行受力分析时,若不能确定某个力的有无或方向,可先假设该力存在或
不存在,然后看引起的结果是否符合给定的运动状态或形变效果。
(3)利用牛顿第三定律分析:当某个力不易直接分析时,可以转换研究对象,分析该力的反作用
力,根据其反作用力的大小和方向来确定该力的大小和方向。
3.受力分析时应注意的几个问题
(1)只分析研究对象受到的力,不分析研究对象对其他物体施加的力;不要把作用在其他物体
上的力,错误地认为“通过力的传递而作用在研究对象上”。
(2)对于分析出的物体受到的每一个力,都必须明确其来源,即每一个力都应找出其施力物体,
不能无中生有。
(3)受力应与物体的运动状态对应,物体所处的状态不同,其受力情况一般也不相同。例如放
在水平车厢上的物体,车匀速运动时,车和物体间不存在摩擦力;车加速运动时,物体受到的摩
擦力向前;车减速运动时,物体受到的摩擦力向后。
(4)区分内力与外力。对几个物体组成的整体进行受力分析时,这几个物体间的作用力为内
力,不能在受力图中出现;当把某一物体单独隔离出来分析时,原来的内力可能变成外力,要画
在受力分析图中。
典例 建筑工人用如图所示的定滑轮装置运送建筑材料。质量为70.0 kg的工人站在地面上,通
过定滑轮【1】将20.0 kg的建筑材料以2 m/s的速度匀速拉升【2】,忽略绳子的质量及定滑轮的摩擦,
则工人对地面的压力大小【3】为(重力加速度g取10 m/s2) ( )
A.200 N B.500 N C.700 N D.900 N
信息提取 【1】定滑轮改变力的方向,不改变力的大小。
【2】建筑材料受到的绳子拉力与其重力平衡。
【3】工人对地面的压力大小无法直接求解,可先求出地面对工人的支持力大小。
思路点拨 求解某个未知力,一般情况下优先选取该力的受力物体进行分析,但以受力物体为
研究对象不便于直接求解该力时,可先转换研究对象,求解该力的反作用力的大小和方向【4】,
然后应用牛顿第三定律求得该力的大小和方向。
解析 对建筑材料进行受力分析,根据二力平衡的条件有F=mg(由【2】得到),得绳子的拉力
大小F=200 N;然后对工人进行受力分析,由平衡条件得Mg=F+FN,得地面对工人的支持力FN=
500 N,根据牛顿第三定律可知,工人对地面的压力大小为500 N(由【3】、【4】得到),选项B
正确。
答案 B
