教科版高中物理必修第一册 第四章 牛顿运动定律 5 牛顿第三定律 课件(共52张PPT)

(共52张PPT)
5．牛顿第三定律
　　　　
第四章　牛顿运动定律
1．知道力的作用是相互的，理解作用力与反作用力的概念。
2．知道牛顿第三定律的内容，能用它解决简单的问题。
3．能区分平衡力和作用力与反作用力。
素养目标
知识点一　作用力与反作用力
自主学习
情境导入　成语“以卵击石”是指拿蛋去碰石头。比喻不自量力，自取灭亡。以卵击石时，出现卵碎石全的现象，说明卵受到石头给的力，请思考卵对石头有力吗？
提示：有
教材梳理　(阅读教材P122—P123完成下列填空)
1．定义：两个物体之间力的作用是______的，这两个物体间相互作用的一对力叫作作用力和反作用力，我们可以把其中的任意一个力叫作________，则另一个力就叫作这个力的__________。
2．特点：作用力和反作用力分别作用在__________的物体上，它们总是性质______的两个力，且______存在，______变化，______消失。
相互
作用力
反作用力
两个不同
相同
同时
同时
同时
课堂探究
师生互动　根据情境导入中的“以卵击石”情境，回答下面问题。
任务1.是蛋对石头先有力，还是石头先对蛋有力？
提示：二者是同时存在的。
任务2.蛋还未与石头相碰时，石头对蛋有力吗？
提示：没有力的作用。
任务3.它们相撞属于哪种性质的力？
提示：属于弹力。
任务4.如果蛋对石头的力减小，石头对蛋的力会怎样变化？由此要得出怎样的结论？
提示：减小，作用力与反作用力是同时存在，同时消失，同时变化的。
下列说法正确的是
A．一对作用力与反作用力的性质可以不同
B．一对作用力与反作用力的合力为零
C．物体间不可能只有作用力，而没有反作用力
D．先有作用力，然后才有反作用力
例1
√
一对作用力和反作用力性质相同，作用在不同的物体上，两力不能合成，故A、B错误；作用力和反作用力是同时产生的，故C正确，D错误。
放在水平桌面上的物体受到桌面对它的支持力，关于支持力的反作用力，下列说法正确的是
A．反作用力是物体受到的重力，作用在地球上
B．反作用力是物体对桌面的压力，作用在桌面上
C．反作用力是物体对地球的引力，作用在物体上
D．支持力没有反作用力
例2
√
根据力的作用的相互性，物体受到桌面对它的支持力，则反作用力是物体对桌面的压力，作用在桌面上，故B正确，A、C、D错误。
作用力和反作用力的三个性质
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知识点二　牛顿第三定律
自主学习
情境导入　在“以卵击石”的例子中“卵碎石全”，石头对蛋的力大，而蛋对石头的力小吗？
提示：石头对蛋的力与蛋对石头的力大小相等。
教材梳理　(阅读教材P123—P125完成下列填空)
1．实验探究：如图所示，两个弹簧测力计A和B连接在一起，用手拉A，结果发现两个弹簧测力计的示数是______的。改变拉力，弹簧测力计的示数也随着改变，但两个弹簧测力计的示数总是______，这说明作用力和反作用力大小______，方向______。
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______，方向______，作用在______________。用公式表示为__________。
相等
相等
相等
相反
相等
相反
同一条直线上
F＝－F′
课堂探究
师生互动　根据“卵碎石全”情境回答以下问题。
任务1.石头对蛋的力和蛋对石头的力具有怎样的关系呢？
提示：大小相等，方向相反，作用在同一条直线上。
任务2.为什么会“卵碎石全”呢？
提示：石头对蛋的力大于蛋的最大承受力，所以蛋才碎了。
角度1　对牛顿第三定律的理解
(2024·湖南省湘西期末)用桨划船使船在水中加速前行，关于受力大小情况的分析下列说法中正确的是
A．桨推水的力大于水推桨的力
B．船头推水的力大于水推船头的力
C．人给船前行的力大于水对船的阻力
D．人对船的力大于船对人的力
例3
√
桨推水的力与水推桨的力是一对作用力和反作用力，大小相等，选项A错误；船头推水的力与水推船头的力是一对作用力和反作用力，大小相等，选项B错误；船在水中加速前行，则人给船前行的力大于水对船的阻力，选项C正确；人对船的力与船对人的力是一对作用力和反作用力，大小相等，选项D错误。
角度2　一对作用力和反作用力与一对平衡力的比较
如图所示，水平力F把一个物体紧压在竖直的墙壁上，静止不动，下列说法正确的是
A．水平力F跟墙壁对物体的支持力是一对作用力和反作用力
B．水平力F与物体对墙壁的压力是一对作用力和反作用力
C．物体受到的重力跟墙壁对物体的静摩擦力是一对平衡力
D．物体对墙壁的压力与墙壁对物体的支持力是一对平衡力
例4
√
水平力F跟墙壁对物体的支持力作用在同一物体上，大小相等，方向相反，作用在同一条直线上，是一对平衡力，A错误；水平力F作用在物体上，而物体对墙壁的压力作用在墙壁上，这两个力不是平衡力，两力性质不同，故也不是作用力和反作用力，B错误；物体在竖直方向上受竖直向下的重力和墙壁对物体竖直向上的静摩擦力，因物体处于静止状态，故这两个力是一对平衡力，C正确；物体对墙壁的压力与墙壁对物体的支持力是一对作用力和反作用力，D错误。
1．作用力和反作用力的四个特征
2．一对作用力和反作用力与一对平衡力的比较
等大 大小总是相等
反向 方向总是相反
共线 总是作用在同一条直线上
同性质 性质总是相同
项目 一对作用力和反作用力 一对平衡力
不同点 作用对象 两个力分别作用在相互作用的两个物体上 两个力作用在同一个物体上
力的性质 两个力的性质一定相同 两个力的性质不一定相同
项目 一对作用力和反作用力 一对平衡力
不同点 作用效果 两个力分别作用在两个独立物体上，各自独立产生作用效果 两个力共同作用的效果使物体处于平衡状态
依赖关系 两个力一定同时产生，同时变化，同时消失，不可能单独存在 不存在依赖关系，撤除一个力时，另一个力依然存在，只是受力不再平衡
共同点 大小相等，方向相反，作用在同一条直线上
针对练1．第24届“冬季奥林匹克运动会”于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，如图所示，运动员在赛道上滑行时，关于滑雪板与赛道之间的相互作用力，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
√
滑雪板对赛道的作用力与赛道对滑雪板的作用力是一对作用力和反作用力，二者大小相等，方向相反，故C正确，A、B、D错误。
针对练2．(多选)(2024·北京朝阳区期末)如图所示，电灯吊在天花板上，下列关于力的说法中正确的是
A．灯对悬线的拉力与灯受到的重力是一对平衡力
B．灯对悬线的拉力与悬线对灯的拉力是一对作用力与反作用力
C．灯受到的重力与悬线对灯的拉力是一对平衡力
D．灯受到的重力与悬线对天花板的拉力是一对作用力与反作用力
√
√
灯对悬线的拉力与灯受到的重力作用在不同的物体上，不是一对平衡力，故选项A错误；灯对悬线的拉力与悬线对灯的拉力是一对作用力与反作用力，故选项B正确；灯受到的重力与悬线对灯的拉力是一对平衡力，故选项C正确；灯受到的重力与悬线对天花板的拉力不是同性质的力，不是一对作用力与反作用力，故选项D错误。
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知识点三　牛顿第三定律的应用
牛顿第三定律是转换研究对象的桥梁。牛顿第三定律在受力分析、处理连接体问题中都有广泛的应用。当某个力不方便直接分析或求解时，可利用牛顿第三定律转换研究对象，通过分析求解其反作用力快捷地解决问题。
如图为马戏团中猴子爬杆的装置，已知底座连同竖直杆总质量为 20 kg，猴子质量为5 kg，现让猴子沿杆以1 m/s2的加速度从杆底加速向上爬，设猴子与杆之间的作用力为恒力，则底座对水平面的压力为多大？(g取10 m/s2)
答案：255 N
例1
设猴子质量为m，杆及底座总质量为M，猴子向上加速爬时受到沿杆向上的力大小为F，对猴子由牛顿第二定律得F－mg＝ma，解得F＝55 N，根据牛顿第三定律可知，猴子对杆向下的力大小为F′＝F＝55 N，所以水平面对底座的支持力大小为N＝F′＋Mg＝255 N，由牛顿第三定律可知，底座对水平面的压力大小为N′＝N＝255 N。
针对练1．(2024·湖南省岳阳市期中)如图所示，质量为70 kg的工人站在地面上匀速拉升20 kg的材料，忽略绳子的质量及与定滑轮的摩擦，则工人对地面的压力大小为(g取10 m/s2)
A．300 N
B．500 N
C．700 N
D．900 N
√
因材料匀速上升，故绳子的拉力T＝mg＝200 N，人受重力、支持力和拉力处于平衡状态，有Mg＝N＋T，解得N＝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，故B正确。
针对练2．(2024·河南省许昌期末)一箱子放在水平地面上，箱内有一固定的竖直杆，在杆上套着一个质量为m的环，箱与杆的质量为M，如图所示，已知环沿杆向下匀加速下滑时，环与杆之间的滑动摩擦力为f，则此时箱子对地面的压力大小为
A．Mg B．Mg＋f
C．mg＋Mg D．Mg－f
√
环沿杆加速下滑时，受到的滑动摩擦力方向向上，故杆受到的滑动摩擦力方向向下，对箱子与杆整体，由平衡条件可得，箱子受到地面的支持力大小为N＝Mg＋f，由牛顿第三定律可知，箱子对地面的压力大小为Mg＋f，故B正确。
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随堂演练
1．(鲁科必修第一册P142T5)关于马拉车，若马拉车的力大小为F1，车拉马的力大小为F2，下列说法正确的是
A．马拉车不动，是因为F1小于F2
B．马拉车前进，是因为F1大于F2
C．无论车如何运动，F1总等于F2
D．只有当马拉车不动或马拉车匀速前进时，F1才等于F2
√
马拉车的力与车拉马的力是相互作用力，它们总是大小相等，方向相反，所以C正确，A、B、D错误。
2．(人教必修第一册P68问题改编)如图所示，甲、乙两人正在进行掰手腕比赛。下列说法正确的是
A．若甲赢了乙，则甲对乙的力大于乙对甲的力
B．若甲赢了乙，则甲对乙的力等于乙对甲的力
C．只有甲、乙相持不下时，甲对乙的力才等于乙对甲的力
D．甲、乙各自既是施力物体又是受力物体，所以无法判断谁的力大
√
由题意可知，甲对乙的力与乙对甲的力是一对作用力与反作用力，不论谁输谁赢，二者始终大小相等，方向相反，作用在两个不同物体上，B正确。
3．(人教必修第一册P70拓展学习改编)图甲为两个互相钩着的力传感器，同时连在计算机上，图乙为计算机屏幕上看到的两个钩子的受力情况，横坐标是时间，纵坐标是力的大小。则从图像上可获得的信息有
A．两钩子的作用力是一对平衡力
B．两钩子的作用力同时产生但不同时消失
C．任何时刻两钩子的作用力大小相等，方向相反
D．任何时刻两钩子的作用力大小相等，方向相同
√
两钩子的作用力分别作用在两个不同的物体上，是一对作用力与反作用力，A错误；从题图乙可以看出，作用力与反作用力的图线是上下对称的，任意时刻都相等且反向，说明同时产生，同时消失，B、D错误，C正确。
4．(人教必修第一册P71练习与应用3改编)如图所示，油桶放在汽车上，汽车停在水平地面上。下面关于油桶和汽车受力的描述正确的是
A．油桶受到的重力和汽车对油桶的支持力是一对作用力与反作用力
B．油桶对汽车的压力和汽车对油桶的支持力是一对平衡力
C．汽车对地面的压力和地面对汽车的支持力是一对平衡力
D．汽车受到的重力与汽车对地球的吸引力是一对作用力与反作用力
√
油桶受到的重力和汽车对油桶的支持力大小相等，方向相反，都作用在油桶上，是一对平衡力，A错误；油桶对汽车的压力和汽车对油桶的支持力大小相等，方向相反，作用在两个物体上，是一对作用力与反作用力，B错误；汽车对地面的压力和地面对汽车的支持力大小相等，方向相反，作用在两个物体上，是一对作用力与反作用力，C错误；汽车受到的重力与汽车对地球的吸引力大小相等，方向相反，作用在两个物体上，是一对作用力与反作用力，D正确。
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课 时 测 评
1．如图所示，将两弹簧测力计a、b连接在一起，当用力缓慢拉a弹簧测力计时，发现不管拉力F多大，a、b两弹簧测力计的示数总是相等，这个实验说明
A．这是两只完全相同的弹簧测力计
B．弹力的大小与弹簧的形变量成正比
C．作用力与反作用力大小相等，方向相反
D．力是改变物体运动状态的原因
√
实验中两弹簧测力计的拉力互为作用力与反作用力，它们一定大小相等，方向相反，C正确。
2．如图是火箭加速上升时的照片，此时喷出气体对火箭作用力的大小
A．等于火箭的重力
B．等于火箭对喷出气体的作用力
C．小于火箭对喷出气体的作用力
D．大于火箭对喷出气体的作用力
√
火箭加速上升，则合力方向向上，所以喷出气体对火箭的作用力大于火箭的重力，A错误；喷出气体对火箭的作用力与火箭对喷出气体的作用力是一对作用力与反作用力，大小相等，B正确，C、D错误。
3．(2024·福建省莆田市期中)如图所示，小明用水平力推停在水平地面上的汽车，但没有推动，下列关于小明没有推动汽车的解释中正确的是
A．小明的推力与汽车对小明的力相互抵消，所以汽车不动
B．汽车由于质量大，惯性很大，小明的水平力大小有限，不可能推动
C．小明的推力与地面对汽车的摩擦力平衡，所以汽车不动
D．小明的推力小于地面对汽车的摩擦力，所以汽车不动
√
小明的推力与汽车对小明的力是一对作用力与反作用力，不能相互抵消，故A错误；再小的力都可以使质量很大的物体产生加速度，汽车没被推动的原因是小明的推力小于地面给汽车的最大静摩擦力，如果汽车与地面间的摩擦很小，小明有可能推动，故B错误；汽车在水平推力的作用下保持静止状态，汽车水平方向上受到的推力和摩擦力是一对平衡力，大小相等，故C正确，D错误。
4．(2024·湖南常德第一中学月考)电动滑板车是滑板运动的新型产品，深受现代年轻人的喜爱。如图所示，人站立在电动滑板车上沿水平地面匀速行驶，不计空气阻力，下列说法正确的是
A．人对滑板车的压力就是人所受的重力
B．滑板车对人的支持力与人对滑板车的压力是一对作用力与反作用力
C．滑板车对人的支持力与人受到的重力是一对作用力与反作用力
D．某时刻人向上起跳时，滑板车对人的支持力大于人对滑板车的压力
√
人对滑板车的压力和人所受的重力二者的施力物体、力的性质和作用点都不同，不是同一个力，选项A错误；滑板车对人的支持力与人对滑板车的压力是一对作用力与反作用力，选项B正确；滑板车对人的支持力与人受到的重力是一对平衡力，选项C错误；滑板车对人的支持力与人对滑板车的压力是一对作用力与反作用力，任何状态下大小都是相等的，选项D错误。
5．(2024·浙江宁波效实中学期中)靠墙静蹲是一种流行的健身运动。如图为一女士借助瑞士球做靠墙静蹲运动，女士后背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．女士给瑞士球的弹力与墙面给瑞士球的弹力是一对作用力与反作用力
B．若瑞士球向下加速运动，女士给瑞士球的弹力小于瑞士球给女士的弹力
C．女士对地面的压力就是女士受到的重力
D．女士对地面的压力与地面对女士的支持力是一对相互作用力
√
女士给瑞士球的弹力与墙面给瑞士球的弹力都作用在瑞士球上，不是一对作用力与反作用力，选项A错误；若瑞士球向下加速运动，女士给瑞士球的弹力与瑞士球给女士的弹力是一对作用力和反作用力，等大反向，选项B错误；压力和重力是不同性质的力，不能说女士对地面的压力就是女士受到的重力，选项C错误；女士对地面的压力与地面对女士的支持力是一对相互作用力，选项D正确。
6．如图所示，物体A、B叠放在水平粗糙桌面上，用水平力F拉物体B，使A随B一起向右做匀加速直线运动，则与物体B发生作用与反作用的力有
A．三对 B．四对
C．五对 D．六对
√
对B进行受力分析可知，B受到重力、地面的支持力、A对B的压力、A对B向左的静摩擦力、地面对B向左的滑动摩擦力、水平拉力六个力的作用，故与物体B发生作用与反作用的力有六对，选项D正确。
7．吊在教室内的吊扇重力是G，静止时固定杆对它的拉力为F，扇叶水平转动后，杆对它的拉力为F′，则
A．F＝F′＝G
B．F＝G，F′＞F
C．F＝G，F′＜F
D．F′＝G，F′＞F
√
电风扇静止时受到的重力和固定杆对它的拉力是一对平衡力，即F＝G；扇叶水平转动起来后，推动空气向下流动，由牛顿第三定律可知，电扇受到空气的反作用力F″方向向上，则有F′＋F″＝G，故F>F′，综上可知，C正确。
8．如图所示，站在向左运行的汽车上的人与车保持相对静止，用手推车的力为F，脚对车向后的摩擦力为f。下列说法中正确的是
A．当车做匀速运动时，F＝f
B．当车做加速运动时，F>f
C．当车做减速运动时，FD．不管车做何种运动，总是F与f等大反向
√
人受车对其向右的弹力F′和向左的静摩擦力f′，根据牛顿第三定律，有F＝F′，f＝f′；当车做匀速运动时，人也是匀速前进，则F′＝f′，即F＝f，故A正确；当车做加速运动时，人也是加速前进，则f′>F′，即f>F，故B错误；当车做减速运动时，人也是减速前进，则f′9．(2024·黑龙江省绥化市期末)杂技是一种集技能、体能、娱乐性很强的表演活动。如图为杂技“顶竿”表演，一人A站在地上，肩上扛一质量为M的竖直竹竿，当竿上一质量为m的人B以加速度a加速下滑时，竿对人A的压力大小为(已知重力加速度为g)
A．(M＋m)g－ma B．(M＋m)g
C．(M＋m)g＋ma D．(M－m)g
√
以人B为研究对象，根据牛顿第二定律得mg－f＝ma，再以竹竿为研究对象，可知N＝Mg＋f′，又f＝f′，联立得N＝(M＋m)g－ma，根据牛顿第三定律可知，竿对人A的压力大小为(M＋m)g－ma。故A正确。
10．(12分)一条不可伸长的轻绳跨过质量可忽略不计的定滑轮，绳的一端系一质量m＝15 kg的重物，重物静止于地面上，有一质量m1＝10 kg的猴子，从绳子的另一端沿绳向上爬，如图所示。不计滑轮摩擦，在重物不离开地面的条件下，猴子向上爬的最大加速度是多少？(g取10 m/s2)
答案：5 m/s2
重物刚好要离开地面时，猴子有最大加速度，设为a。此时
对于重物有T＝mg
对于猴子有T′－m1g＝m1a
由牛顿第三定律知T＝T′
联立可得a＝ ＝5 m/s2。
11．(12分)如图所示，粗糙水平地面上放着一个截面为半圆的柱状物体A，物体A与竖直墙之间放一光滑半圆球B，整个装置处于平衡状态。已知A、B的质量分别为m和M，半圆球B与柱状物体A半径均为R，半圆球B的球心到水平地面的竖直距离为 R，重力加速度为g。求：
(1)物体A对地面的压力大小；
答案：(M＋m)g
把A、B看成一个系统，对其运用整体法，该系统在竖直方向上受到竖直向下的重力(M＋m)g和地面的支持力N的作用，二力平衡，所以N＝(M＋m)g，由牛顿第三定律得物体A对地面的压力大小为(M＋m)g。
(2)物体A对地面的摩擦力大小。
答案：Mg
在水平方向上，该系统肯定受到竖直墙水平向右的弹力的作用，那么一定也受到地面水平向左的摩擦力，并且摩擦力大小等于弹力大小；再选取半圆球B为研究对象，运用隔离法，受力分析如图所示。
根据力的分解和力的平衡条件可得N1＝ ，N2＝Mg tan θ
半圆球B的球心到水平地面的竖直距离为 R，所以θ＝45°
所以N2＝Mg
根据受力分析及牛顿第三定律可知，物体A对地面的摩擦力大小等于N2，所以物体A对地面的摩擦力大小为Mg，方向水平向右。
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