第4节 牛顿第三运动定律
课时作业
1.下列说法正确的是( )
A.物体间不可能只有作用力,而没有反作用力
B.一对作用力与反作用力的合力为零
C.一对作用力与反作用力的性质可以不同
D.先有作用力,然后才有反作用力
【答案】 A
【解析】 作用力和反作用力总是成对出现的,则物体间不可能只有作用力,而没有反作用力,A正确;一对作用力与反作用力因作用在两个物体上,则不能求合力,B错误;一对作用力与反作用力的性质一定相同,C错误;作用力和反作用力总是同时产生,同时消失的,D错误。
2.击球员用球棒回击飞过来的棒球时,球棒击棒球的力( )
A.比球撞击球棒的力更早产生
B.与球撞击球棒的力同时产生
C.大于球撞击球棒的力
D.小于球撞击球棒的力
【答案】 B
【解析】 球棒击球的力与球撞击球棒的力是作用力与反作用力,大小相等,方向相反,它们同时产生,同时变化,同时消失,故A、C、D错误,B正确。
3.如图,铁质的棋盘竖直放置,每个棋子都是一个小磁铁,能吸在棋盘上,不计棋子之间的相互作用力,则每个棋子和棋盘之间相互作用力数为( )
A.2对 B.3对
C.4对 D.5对
【答案】 B
【解析】 棋子受到重力G、棋盘面的吸引力F、弹力N和静摩擦力f,共四个力作用,除了重力,其余3个力的施力物体都是棋盘,所以每个棋子和棋盘之间共有3对相互作用力,故B正确,A、C、D错误。
4.如图所示,甲、乙两人在冰面上“拔河”。两人中间位置处有一分界线,约定先使对方过分界线者为赢。若绳子质量不计,冰面可看成光滑,则下列说法正确的是( )
A.甲对绳的拉力与绳对甲的拉力是一对平衡力
B.甲对绳的拉力与乙对绳的拉力是作用力与反作用力
C.若甲的质量比乙大,则甲能赢得“拔河”比赛的胜利
D.若乙对绳的速度比甲快,则乙能赢得“拔河”比赛的胜利
【答案】 C
【解析】 甲对绳的拉力与绳对甲的拉力是作用力与反作用力,故选项A错误;甲对绳的拉力与乙对绳的拉力作用在同一物体上,不是作用力与反作用力,故选项B错误;设绳子的张力为F,则甲、乙两人受到绳子的拉力大小相等,均为F,若m甲>m乙,则由a=得,a甲
5.(双选)如图所示,某人站在台秤上静止不动,下列说法正确的是( )
A.人对台秤的压力就是人所受的重力
B.人对台秤的压力和台秤对人的支持力是一对作用力与反作用力
C.人所受的重力与台秤对人的支持力是一对平衡力
D.人对台秤的压力和地面对台秤的支持力是一对平衡力
【答案】 BC
【解析】 人对台秤的压力与人所受的重力的施力物体和受力物体都不一样,故A错误;根据牛顿第三定律可知,人对台秤的压力和台秤对人的支持力是一对作用力与反作用力,故B正确;人静止不动,则人所受的重力与台秤对人的支持力是一对平衡力,故C正确;地面对台秤的支持力大小等于人对台秤压力加上台秤自身所受重力,故D错误。
6.关于网球运动中蕴含的力学知识,若忽略空气阻力,下列说法正确的是( )
A.球在空中飞行时,受重力和推力的作用
B.球撞击球拍时,球拍对球的力的大小等于球对球拍的力的大小
C.球撞击球拍时,球拍对球的作用力与球所受到的重力是一对平衡力
D.球撞击球拍时,球拍受到球的作用力等于球所受到的重力
【答案】 B
【解析】 球在空中飞行时,只受重力作用,不受推力,故A错误;球撞击球拍时,由牛顿第三定律可知,球拍对球的力的大小等于球对球拍的力的大小,故B正确;球拍对球的作用力与球所受到的重力方向不在同一直线上,不是一对平衡力,且两者大小未知,故C、D错误。
7.如图所示是利用计算机记录的卫星发射时火箭和卫星之间的作用力和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
【答案】 B
【解析】 题图中的两条图线对应的纵坐标大小相等、符号相反,故A错误,B正确;作用力与反作用力作用在两个相互作用的物体上,故C错误;在任何情况下,两物体之间的作用力和反作用力都遵循牛顿第三定律,故D错误。
8.(双选)如图所示为某高山滑雪运动员在倾斜赛道上沿直线下滑时的情景,以下说法正确的是( )
A.赛道对滑雪板的摩擦力方向沿赛道斜向下
B.赛道对滑雪板的摩擦力方向沿赛道斜向上
C.滑雪板受到的摩擦力与赛道受到的摩擦力是一对平衡力
D.滑雪板受到的摩擦力与赛道受到的摩擦力是一对相互作用力
【答案】 BD
【解析】 滑雪运动员在倾斜赛道上沿直线下滑时,赛道对滑雪板的摩擦力方向与滑雪板相对赛道的运动方向相反,为沿赛道斜向上,故A错误,B正确;赛道在给滑雪板施加滑动摩擦力的同时,滑雪板也给赛道施加了滑动摩擦力,二者是一对相互作用力,故C错误,D正确。
9.人在沼泽地行走时容易下陷,下陷时( )
A.人对沼泽地地面的压力大于沼泽地地面对人的支持力
B.人对沼泽地地面的压力等于沼泽地地面对人的支持力
C.人对沼泽地地面的压力小于沼泽地地面对人的支持力
D.以上说法都不正确
【答案】 B
【解析】 人对沼泽地地面的压力和沼泽地地面对人的支持力是一对相互作用力,大小总是相等,故选B。
10.引体向上是一项健身运动。该运动的规范动作是:两手正握单杠,由身体悬垂开始,上拉时,下颚须超过单杠面;下放时,两臂放直,不能曲臂。如图这样上拉下放,重复动作。关于做引体向上动作时人的受力,下列判断正确的是( )
A.在加速上拉过程中,单杠对人的作用力大于人对单杠的作用力
B.在加速下放过程中,单杠对人的作用力与人对单杠的作用力大小相等
C.悬垂静止时,单杠对人的作用力与人对单杠的作用力是一对平衡力
D.在加速下放过程中,某瞬间人可能不受力的作用
【答案】 B
【解析】 无论是加速上拉过程,还是加速下放过程,还是悬垂静止中,单杠对人的作用力总等于人对单杠的作用力,是一对相互作用力,与人的运动状态无关,A、C错误,B正确;在加速下放过程中,人可能只受到一个重力的作用,也可能受重力和单杠施加的作用力,不可能不受力的作用,故D错误。
11.某研究性学习小组探究作用力与反作用力的大小关系。如图甲所示,在铁架台上用弹簧测力计挂住一个实心铁球,弹簧测力计的示数为F1,在圆盘测力计的托盘上放盛有水的烧杯,圆盘测力计的示数为F2;再把小球浸没在水中(水未溢出),如图乙所示,弹簧测力计的示数为F3,圆盘测力计的示数为F4。则铁球对水的作用力大小为 ,若 ,就说明了作用力与反作用力大小相等。作用力与反作用力大小相等,两者的合力是否为零 (选填“是”或“否”)。
【答案】 F4-F2 F1-F3=F4-F2 否
【解析】 由铁球的平衡条件可知,水对铁球的作用力大小为F1-F3,由烧杯与水整体的平衡条件可知,铁球对水的作用力大小为F4-F2,若F1-F3=F4-F2,则可以证明作用力与反作用力大小相等。作用力与反作用力不是共点力不可合成。
12.如图所示为杂技“顶竿”表演,一个人站在地上,肩上扛一质量为M的竖直竹竿,竿上一质量为m的人以加速度a加速下滑,求竿对“底人”的压力大小。(重力加速度为g,空气阻力不计)
【答案】 (M+m)g-ma
【解析】 对竿上的人由牛顿第二定律得mg-f=ma,
由牛顿第三定律得人对竿的摩擦力大小等于竿对人的摩擦力大小,即f=f′。
对竿由平衡条件得Mg+f′=N,
解得N=(M+m)g-ma,
由牛顿第三定律得竿对“底人”的压力大小N′=N=(M+m)g-ma。(共43张PPT)
第4节 牛顿第三运动定律
学习目标 课标解读
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.理解牛顿第三定律的含义,并能用它解释生活中的现象。 3.会区分一对平衡力与一对相互作用力。 1.通过作用力、反作用力概念的建立,体会物理观念的形成。
2.通过实例正确地区分平衡力与相互作用力,体会物理科学思维素养要求。
3.通过应用牛顿第三运动定律对生活中现象的解释体会物理核心素养中的科学态度与责任。
探究·必备知识
「探究新知」
一、作用力与反作用力
1.定义
物理学中,把物体间的一对 称为作用力和反作用力。可以把其中的任意一个力称为 ,另一个力则称为反作用力。
2.特点
力的作用总是 的。 的作用力和反作用力既可以存在于相互接触的物体之间,也可以存在于不接触的物体之间。
相互作用力
作用力
相互
相互
二、牛顿第三运动定律及其意义
1.内容
两个物体之间的作用力与反作用力大小 ,方向 ,作用在
。
2.表达式
F= ,其中F、F′分别表示 和 ,负号表示两个力
。
3.意义
揭示了物体之间 的规律,使人们不仅可研究单个物体的运动,还可把存在相互作用的各个物体的运动联系起来进行研究。
相等
相反
同一条
直线上
-F′
作用力
反作用力
方向相反
相互作用
「新知检测」
1.思考判断
(1)相互作用的一对力中,称哪一个力为作用力是任意的。 ( )
(2)作用力和反作用力的受力物体是同一物体。( )
(3)只有静止的两个物体作用时,作用力和反作用力才大小相等。( )
(4)作用在两个物体上,大小相等、方向相反,且在一条直线上的两个力一定是作用力和反作用力。( )
(5)先有作用力后有反作用力。( )
(6)作用力与反作用力一定是同一种类的力。( )
√
×
×
×
×
√
2.思维探究
(1)桌面上充气的气球,松手释放气体,会发生什么现象
【答案】 (1)气球释放气体的同时,气体对气球产生一个反作用力,气球将运动起来。
(2)甲、乙两队在进行拔河比赛,如果甲队获得了最后的胜利,那么我们就说甲队拉绳的力大于乙队拉绳的力,这种说法对吗
【答案】 (2)这种说法不对。甲队拉绳的力和绳拉甲队的力相等,乙队拉绳的力和绳拉乙队的力相等,而绳拉甲、乙的力也相等,所以甲队和乙队拉绳的力是相等的。
突破·关键能力
要点一 正确理解牛顿第三定律
「情境探究」
穿旱冰鞋的两人静止在水平面上,甲用力猛推乙,两人会朝相反的方向运动,这是为什么 这一过程中甲滑行得远,是否认为乙对甲的力大于甲对乙的力
【答案】 力的作用是相互的,乙对甲的力与甲对乙的力大小相等,方向相反。
「要点归纳」
作用力与反作用力的特征与性质
特征 等值:大小总是相等的
反向:方向总是相反的
共线:二者总是在同一条直线上
性质 异体性:F与F′作用在两个物体上,产生效果不能抵消
同时性:F与F′同时产生、同时变化、同时消失
相互性:F与F′总是成对出现的
同质性:F与F′性质相同
普遍性:适用于任何物体,与运动状态无关
[例1] (双选)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,则下列说法正确的是( )
A.甲对绳的拉力大于乙对绳的拉力,所以甲获胜
B.当甲把乙匀速拉过去时,甲对绳的拉力等于乙对绳的拉力
C.当甲把乙加速拉过去时,甲对绳的拉力大于乙对绳的拉力
D.甲对绳的拉力始终等于乙对绳的拉力,只是地面对甲的摩擦力大于地面对乙的摩擦力,所以甲获胜
BD
【解析】 不管哪个获胜,甲对绳的拉力和绳对甲的拉力是一对作用力与反作用力,大小相等;同理,乙对绳的拉力和绳对乙的拉力是一对作用力与反作用力,大小相等;而同一段绳的拉力是相等的,可知甲对绳的拉力始终等于乙对绳的拉力,只是当地面对甲的摩擦力大于地面对乙的摩擦力时,甲才能获胜,故A、C错误,B、D正确。
正确理解牛顿第三定律中“总是”的含义
(1)不管物体的大小、形状如何,例如,大物体与大物体之间,大物体与小物体之间,任何形状的物体之间,其相互作用力总是大小相等、方向相反的。
(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、静止与运动的物体之间,其相互作用力总是大小相等、方向相反的。
(3)作用力与反作用力的产生和消失总是同时的。两者中若有一个力产生或消失,则另一个力必然同时产生或消失。
·学习笔记·
[针对训练1] (双选)如图所示,甲、乙在一次掰手腕的比赛中,甲获得了胜利。若甲对乙的力记为F1,乙对甲的力记为F2,则下列说法正确的是( )
A.F1和F2大小相等
B.F1的大小大于F2的大小
C.F1先于F2产生
D.F1和F2同时产生
AD
【解析】 力的作用是相互的,甲对乙施力的同时,甲也受到乙对他的反作用力,即F1和F2同时产生,一对相互作用力的大小相等、方向相反,即F1和F2大小相等。
要点二 作用力与反作用力和一对平衡力的比较
「情境探究」
如图所示,放于水平面上的木块,受到重力G和支持力N的作用,木块对水平面的压力为F压。
探究:(1)重力G和支持力N的大小、方向存在什么关系 它们分别作用在什么物体上 是同一种类的力吗 属于一对什么力
【答案】 (1)G和N大小相等、方向相反,作用在同一物体上,是不同种类的力,且为一对平衡力。
(2)木块受到的支持力N和木块对水平面的压力F压的大小、方向存在什么关系 它们分别作用在什么物体上 是同一种类的力吗 属于一对什么力
【答案】 (2)N和F压大小相等、方向相反,N作用在木块上,F压作用在水平面上,是同一种类的力,且为一对相互作用力。
「要点归纳」
相互作用力与平衡力的比较
项目 作用力和反作用力 二力平衡
不 同 点 受力物体 作用在两个相互作用的物体上 作用在同一物体上
依赖关系 相互依存,不可单独存在,同时产生,同时变化,同时消失 无依赖关系,撤除一个,另一个可依然存在,只是不再平衡
叠加性 两力作用效果不可叠加 两力作用效果可相互抵消,可叠加
力的性质 一定是同性质的力 可以是同性质的力,也可以是不同性质的力
相同点 大小方向 大小相等、方向相反、作用在同一条直线上
[例2] 图甲为某中学田径运动会开幕式时采用无人机拍摄的照片,图乙为正在高空进行拍摄的无人机。若图乙中无人机在空中处于悬停状态进行拍摄,在无风无雨的理想情况下,下列说法正确的是( )
A.无人机所受重力和空气对无人机向上的推力为一对平衡力
B.无人机所受重力和无人机对空气向下的推力为一对平衡力
C.无人机所受重力和空气对无人机向上的推力为一对作用力与反作用力
D.无人机对空气向下的推力小于空气对无人机向上的推力
A
【解析】 无人机所受重力和空气对无人机向上的推力作用在同一物体上,大小相等,方向相反,故无人机所受重力和空气对无人机向上的推力为一对平衡力,不是一对作用力与反作用力,故A正确,C错误;无人机所受重力的受力物体是无人机,无人机对空气向下的推力的受力物体是空气,受力物体不同,不是一对平衡力,故B错误;根据牛顿第三定律可知无人机对空气向下的推力等于空气对无人机向上的推力,故D错误。
辨别作用力、反作用力与平衡力的方法
·规律方法·
[针对训练2] 一只鸟落在了树枝上休息,树枝被压弯,鸟处于静止状态。下列说法正确的是( )
A.鸟对树枝的弹力是由树枝发生形变产生的
B.鸟对树枝的压力与树枝对鸟的支持力是一对作用力与反作用力
C.鸟对树枝的压力与树枝对鸟的支持力是一对平衡力
D.树枝发生了弯曲,是因为鸟对树枝的压力大于树枝对鸟的支持力
B
【解析】 鸟对树枝的弹力是由鸟发生形变产生的,故A错误;鸟对树枝的压力与树枝对鸟的支持力,是一对作用力与反作用力,两者大小总是相等的,故B正确,C、D错误。
提升·核心素养
「模型·方法·结论·拓展」
牛顿第三定律的普适性
1.定律中的“总是”二字说明对于任何物体,在任何条件下,牛顿第三定律都是成立的。
2.作用力与反作用力的关系与物体所处运动状态无关,与物体被作用的效果也无关。
3.适用于物体间的各种力。
[示例] 如图所示,将A、B两个弹簧测力计连在一起,弹簧测力计B的一端固定在墙上,用手向右拉弹簧测力计A,读出两弹簧测力计的示数。若弹簧测力计A对弹簧测力计B的拉力大小记为F,弹簧测力计B对弹簧测力计A的拉力大小记为F′,忽略弹簧质量,关于上述实验,下列说法正确的是( )
A.若快速拉动A,则可能出现A的示数稍大于B
B.A对B的拉力与B对A的拉力为一对平衡力
C.若将B与墙分开,用手拉B左端,则A、B的示数不相等
D.在误差允许的范围内,F与F′大小始终相等
D
【解析】 根据牛顿第三定律可知,弹簧测力计A对弹簧测力计B的拉力F与弹簧测力计B对弹簧测力计A的拉力F′大小始终相等,与物体的运动状态及受力无关,A、C错误,D正确;弹簧测力计A对弹簧测力计B的拉力与弹簧测力计B对弹簧测力计A的拉力作用在不同物体上,为一对作用力和反作用力,B错误。
「科学·技术·社会·环境」
火箭升空
火箭升空靠燃料燃烧产生的高温高压燃气从尾部喷出,火箭
对喷出的燃气有一个作用力,反过来喷出的气体给火箭一个
反作用力从而推动火箭前进。原始的火箭是用引火物附在弓箭头上,然后射到敌人身上引起焚烧的一种箭矢。现代的火箭是以热气流高速向后喷出,利用产生的反作用力向前运动的推进装置,如图所示。它自身携带燃烧剂与氧化剂,不依赖空气中的氧助燃,既可在大气中,又可在大气外层飞行。现代火箭可作为快速远距离运输工具,可以用来发射卫星和投送武器。
[示例] 火箭是世界上先进的运载工具,它是利用喷射燃烧的气体获得动力的。不计空气阻力,在火箭竖直加速升空时,下列叙述正确的是( )
A.喷出的气体对火箭的推力与火箭对喷出气体的推力是一对作用力和反作用力
B.喷出的气体对火箭的推力与火箭所受重力是一对作用力和反作用力
C.喷出的气体对火箭的推力大于火箭对喷出气体的推力
D.喷出的气体对火箭的推力等于火箭所受重力
A
【解析】 火箭尾部喷出气体,火箭对气体产生推力,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上的推力,两力大小相等,是一对作用力和反作用力,故A正确,C错误;喷出的气体对火箭的推力与火箭所受重力不是作用力和反作用力,故B错误;火箭加速上升,喷出的气体对火箭的推力与火箭自身所受重力不相等,故D错误。
检测·学习效果
1.游泳时手和脚向后划水的力与水向前推手和脚的力,它们大小相等,方向相反,在一条直线上,因此( )
A.它们是一对平衡力
B.它们是一对作用力和反作用力
C.它们作用效果互相抵消
D.以上说法都是错的
B
【解析】 游泳时手和脚向后划水的力与水向前推手和脚的力,它们是一对作用力和反作用力,作用在不同的对象上,所以它们作用效果不可以互相抵消。
2.汽车拉着拖车在平直的公路上运动,下列说法正确的是( )
A.汽车能拉着拖车向前是因为汽车对拖车的拉力大于拖车对汽车的拉力
B.汽车先对拖车施加拉力,然后才产生拖车对汽车的拉力
C.匀速前进时,汽车对拖车的拉力等于拖车受到的阻力;加速前进时,地面对汽车向前的作用力(牵引力)大于拖车对它的拉力
D.匀速前进时,汽车对拖车的拉力等于拖车向后拉汽车的力;加速前进时,汽车向前拉拖车的力大于拖车向后拉汽车的力
C
【解析】 汽车对拖车的拉力等于拖车对汽车的拉力,是一对作用力与反作用力,与汽车的运动状态无关,故A、D错误;汽车对拖车施加拉力与拖车对汽车的拉力,同时产生,故B错误;匀速前进时,汽车对拖车的拉力等于拖车受到的阻力;加速前进时,地面对汽车向前的作用力(牵引力)大于拖车对它的拉力,故C正确。
3.跳水一直是我国的优势项目,如图所示,一运动员站在3 m跳板上,图中F1表示运动员对跳板的弹力,F2表示跳板对运动员的弹力,G为运动员的重力,则( )
A.先有F1后有F2
B.因运动员离开跳板前不是静止或者做匀速运动,所以F2可能大于F1
C.F1和F2大小相等、方向相反,是一对平衡力
D.运动员静止站立在跳板上,F2与G是一对平衡力
D
【解析】 F1和F2作用在不同物体上,是一对相互作用力,大小相等、方向相反、同时产生同时消失,故A、B、C错误;运动员静止站立在跳板上,F2与G是一对平衡力,故D正确。
4.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 kg的工人站在地面上,通过定滑轮将20 kg的建筑材料以0.5 m/s2的加速度拉升,忽略绳子和定滑轮的质量及绳子与定滑轮间的摩擦,则绳子的拉力大小为 N,
工人对地面的压力大小为 N。(g取 10 m/s2)若建筑工人此时松开绳子,建筑材料是否做自由落体运动 。(选填“是”或“否”)
210
490
否
【解析】 对建筑材料进行受力分析,有T-mg=ma,得绳子的拉力大小T=m(g+a)=20×(10+0.5) N=210 N,然后再对工人进行受力分析,设地面对工人的支持力为N,由平衡条件得Mg=T+N,得N=Mg-T=70×10 N-210 N=490 N,根据牛顿第三定律可知,工人对地面的压力大小为490 N。建筑材料此时正向上运动,松开绳子,由于惯性建筑材料将继续向上运动,不会立即做自由落体运动。
5.电动平衡车,又叫体感车、思维车等。市场上主要有独轮和双轮两类。
【答案】 (1)不发生变化
【解析】 (1)根据牛顿第三定律可知人对平衡车的压力大小等于平衡车对人的支持力。因人在竖直方向处于平衡状态,即平衡车对人的支持力与人所受的重力大小相等、方向相反,则人对平衡车的压力不因为平衡车在水平面上的加速运动而变化。
(1)如图所示的电动平衡车突然在水平面上做加速直线运动,人对平衡车的压力大小是否发生变化
(2)人站在电动平衡车上与平衡车一起做匀速直线运动,人和平衡车的总质量为75 kg,求电动平衡车对地面的压力大小。(g取 9.8 N/kg)
【答案】 (2)735 N
【解析】 (2)在竖直方向上,人和平衡车所受的重力和支持力是一对平衡力,则人和平衡车所受支持力大小为N=Mg=75 kg×9.8 N/kg=735 N,
根据牛顿第三定律,电动平衡车对地面的压力大小为735 N。
感谢观看第4节 牛顿第三运动定律
学习目标 课标解读
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.理解牛顿第三定律的含义,并能用它解释生活中的现象。 3.会区分一对平衡力与一对相互作用力。 1.通过作用力、反作用力概念的建立,体会物理观念的形成。 2.通过实例正确地区分平衡力与相互作用力,体会物理科学思维素养要求。 3.通过应用牛顿第三运动定律对生活中现象的解释体会物理核心素养中的科学态度与责任。
探究新知
一、作用力与反作用力
1.定义
物理学中,把物体间的一对相互作用力称为作用力和反作用力。可以把其中的任意一个力称为作用力,另一个力则称为反作用力。
2.特点
力的作用总是相互的。相互的作用力和反作用力既可以存在于相互接触的物体之间,也可以存在于不接触的物体之间。
二、牛顿第三运动定律及其意义
1.内容
两个物体之间的作用力与反作用力大小相等,方向相反,作用在同一条直线上。
2.表达式
F=-F′,其中F、F′分别表示作用力和反作用力,负号表示两个力方向相反。
3.意义
揭示了物体之间相互作用的规律,使人们不仅可研究单个物体的运动,还可把存在相互作用的各个物体的运动联系起来进行研究。
新知检测
1.思考判断
(1)相互作用的一对力中,称哪一个力为作用力是任意的。 ( √ )
(2)作用力和反作用力的受力物体是同一物体。( × )
(3)只有静止的两个物体作用时,作用力和反作用力才大小相等。( × )
(4)作用在两个物体上,大小相等、方向相反,且在一条直线上的两个力一定是作用力和反作用力。( × )
(5)先有作用力后有反作用力。( × )
(6)作用力与反作用力一定是同一种类的力。( √ )
2.思维探究
(1)桌面上充气的气球,松手释放气体,会发生什么现象
(2)甲、乙两队在进行拔河比赛,如果甲队获得了最后的胜利,那么我们就说甲队拉绳的力大于乙队拉绳的力,这种说法对吗
【答案】 (1)气球释放气体的同时,气体对气球产生一个反作用力,气球将运动起来。
(2)这种说法不对。甲队拉绳的力和绳拉甲队的力相等,乙队拉绳的力和绳拉乙队的力相等,而绳拉甲、乙的力也相等,所以甲队和乙队拉绳的力是相等的。
要点一 正确理解牛顿第三定律
情境探究
穿旱冰鞋的两人静止在水平面上,甲用力猛推乙,两人会朝相反的方向运动,这是为什么 这一过程中甲滑行得远,是否认为乙对甲的力大于甲对乙的力
【答案】 力的作用是相互的,乙对甲的力与甲对乙的力大小相等,方向相反。
要点归纳
作用力与反作用力的特征与性质
特征 等值:大小总是相等的
反向:方向总是相反的
共线:二者总是在同一条直线上
性质 异体性:F与F′作用在两个物体上,产生效果不能抵消
同时性:F与F′同时产生、同时变化、同时消失
相互性:F与F′总是成对出现的
同质性:F与F′性质相同
普遍性:适用于任何物体,与运动状态无关
[例1] (双选)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,则下列说法正确的是( )
A.甲对绳的拉力大于乙对绳的拉力,所以甲获胜
B.当甲把乙匀速拉过去时,甲对绳的拉力等于乙对绳的拉力
C.当甲把乙加速拉过去时,甲对绳的拉力大于乙对绳的拉力
D.甲对绳的拉力始终等于乙对绳的拉力,只是地面对甲的摩擦力大于地面对乙的摩擦力,所以甲获胜
【答案】 BD
【解析】 不管哪个获胜,甲对绳的拉力和绳对甲的拉力是一对作用力与反作用力,大小相等;同理,乙对绳的拉力和绳对乙的拉力是一对作用力与反作用力,大小相等;而同一段绳的拉力是相等的,可知甲对绳的拉力始终等于乙对绳的拉力,只是当地面对甲的摩擦力大于地面对乙的摩擦力时,甲才能获胜,故A、C错误,B、D正确。
正确理解牛顿第三定律中“总是”的含义
(1)不管物体的大小、形状如何,例如,大物体与大物体之间,大物体与小物体之间,任何形状的物体之间,其相互作用力总是大小相等、方向相反的。
(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、静止与运动的物体之间,其相互作用力总是大小相等、方向相反的。
(3)作用力与反作用力的产生和消失总是同时的。两者中若有一个力产生或消失,则另一个力必然同时产生或消失。
[针对训练1] (双选)如图所示,甲、乙在一次掰手腕的比赛中,甲获得了胜利。若甲对乙的力记为F1,乙对甲的力记为F2,则下列说法正确的是( )
A.F1和F2大小相等
B.F1的大小大于F2的大小
C.F1先于F2产生
D.F1和F2同时产生
【答案】 AD
【解析】 力的作用是相互的,甲对乙施力的同时,甲也受到乙对他的反作用力,即F1和F2同时产生,一对相互作用力的大小相等、方向相反,即F1和F2大小相等。
要点二 作用力与反作用力和一对平衡力的比较
情境探究
如图所示,放于水平面上的木块,受到重力G和支持力N的作用,木块对水平面的压力
为F压。
探究:(1)重力G和支持力N的大小、方向存在什么关系 它们分别作用在什么物体上 是同一种类的力吗 属于一对什么力
(2)木块受到的支持力N和木块对水平面的压力F压的大小、方向存在什么关系 它们分别作用在什么物体上 是同一种类的力吗 属于一对什么力
【答案】 (1)G和N大小相等、方向相反,作用在同一物体上,是不同种类的力,且为一对平衡力。
(2)N和F压大小相等、方向相反,N作用在木块上,F压作用在水平面上,是同一种类的力,且为一对相互作用力。
要点归纳
相互作用力与平衡力的比较
项目 作用力和反作用力 二力平衡
不 同 点 受力 物体 作用在两个相互作用的物体上 作用在同一物体上
依赖 关系 相互依存,不可单独存在,同时产生,同时变化,同时消失 无依赖关系,撤除一个,另一个可依然存在,只是不再平衡
叠加性 两力作用效果不可叠加 两力作用效果可相互抵消,可叠加
力的 性质 一定是同性质的力 可以是同性质的力,也可以是不同性质的力
相同 点 大小 方向 大小相等、方向相反、作用在同一条直线上
[例2] 图甲为某中学田径运动会开幕式时采用无人机拍摄的照片,图乙为正在高空进行拍摄的无人机。若图乙中无人机在空中处于悬停状态进行拍摄,在无风无雨的理想情况下,下列说法正确的是( )
A.无人机所受重力和空气对无人机向上的推力为一对平衡力
B.无人机所受重力和无人机对空气向下的推力为一对平衡力
C.无人机所受重力和空气对无人机向上的推力为一对作用力与反作用力
D.无人机对空气向下的推力小于空气对无人机向上的推力
【答案】 A
【解析】 无人机所受重力和空气对无人机向上的推力作用在同一物体上,大小相等,方向相反,故无人机所受重力和空气对无人机向上的推力为一对平衡力,不是一对作用力与反作用力,故A正确,C错误;无人机所受重力的受力物体是无人机,无人机对空气向下的推力的受力物体是空气,受力物体不同,不是一对平衡力,故B错误;根据牛顿第三定律可知无人机对空气向下的推力等于空气对无人机向上的推力,故D错误。
辨别作用力、反作用力与平衡力的方法
[针对训练2] 一只鸟落在了树枝上休息,树枝被压弯,鸟处于静止状态。下列说法正确的是( )
A.鸟对树枝的弹力是由树枝发生形变产生的
B.鸟对树枝的压力与树枝对鸟的支持力是一对作用力与反作用力
C.鸟对树枝的压力与树枝对鸟的支持力是一对平衡力
D.树枝发生了弯曲,是因为鸟对树枝的压力大于树枝对鸟的支持力
【答案】 B
【解析】 鸟对树枝的弹力是由鸟发生形变产生的,故A错误;鸟对树枝的压力与树枝对鸟的支持力,是一对作用力与反作用力,两者大小总是相等的,故B正确,C、D错误。
模型·方法·结论·拓展
牛顿第三定律的普适性
1.定律中的“总是”二字说明对于任何物体,在任何条件下,牛顿第三定律都是成立的。
2.作用力与反作用力的关系与物体所处运动状态无关,与物体被作用的效果也无关。
3.适用于物体间的各种力。
[示例] 如图所示,将A、B两个弹簧测力计连在一起,弹簧测力计B的一端固定在墙上,用手向右拉弹簧测力计A,读出两弹簧测力计的示数。若弹簧测力计A对弹簧测力计B的拉力大小记为F,弹簧测力计B对弹簧测力计A的拉力大小记为F′,忽略弹簧质量,关于上述实验,下列说法正确的是( )
A.若快速拉动A,则可能出现A的示数稍大于B
B.A对B的拉力与B对A的拉力为一对平衡力
C.若将B与墙分开,用手拉B左端,则A、B的示数不相等
D.在误差允许的范围内,F与F′大小始终相等
【答案】 D
【解析】 根据牛顿第三定律可知,弹簧测力计A对弹簧测力计B的拉力F与弹簧测力计B对弹簧测力计A的拉力F′大小始终相等,与物体的运动状态及受力无关,A、C错误,D正确;弹簧测力计A对弹簧测力计B的拉力与弹簧测力计B对弹簧测力计A的拉力作用在不同物体上,为一对作用力和反作用力,B错误。
科学·技术·社会·环境
火箭升空
火箭升空靠燃料燃烧产生的高温高压燃气从尾部喷出,火箭对喷出的燃气有一个作用力,反过来喷出的气体给火箭一个反作用力从而推动火箭前进。原始的火箭是用引火物附在弓箭头上,然后射到敌人身上引起焚烧的一种箭矢。现代的火箭是以热气流高速向后喷出,利用产生的反作用力向前运动的推进装置,如图所示。它自身携带燃烧剂与氧化剂,不依赖空气中的氧助燃,既可在大气中,又可在大气外层飞行。现代火箭可作为快速远距离运输工具,可以用来发射卫星和投送武器。
[示例] 火箭是世界上先进的运载工具,它是利用喷射燃烧的气体获得动力的。不计空气阻力,在火箭竖直加速升空时,下列叙述正确的是( )
A.喷出的气体对火箭的推力与火箭对喷出气体的推力是一对作用力和反作用力
B.喷出的气体对火箭的推力与火箭所受重力是一对作用力和反作用力
C.喷出的气体对火箭的推力大于火箭对喷出气体的推力
D.喷出的气体对火箭的推力等于火箭所受重力
【答案】 A
【解析】 火箭尾部喷出气体,火箭对气体产生推力,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上的推力,两力大小相等,是一对作用力和反作用力,故A正确,C错误;喷出的气体对火箭的推力与火箭所受重力不是作用力和反作用力,故B错误;火箭加速上升,喷出的气体对火箭的推力与火箭自身所受重力不相等,故D错误。
1.游泳时手和脚向后划水的力与水向前推手和脚的力,它们大小相等,方向相反,在一条直线上,因此( )
A.它们是一对平衡力
B.它们是一对作用力和反作用力
C.它们作用效果互相抵消
D.以上说法都是错的
【答案】 B
【解析】 游泳时手和脚向后划水的力与水向前推手和脚的力,它们是一对作用力和反作用力,作用在不同的对象上,所以它们作用效果不可以互相抵消。
2.汽车拉着拖车在平直的公路上运动,下列说法正确的是( )
A.汽车能拉着拖车向前是因为汽车对拖车的拉力大于拖车对汽车的拉力
B.汽车先对拖车施加拉力,然后才产生拖车对汽车的拉力
C.匀速前进时,汽车对拖车的拉力等于拖车受到的阻力;加速前进时,地面对汽车向前的作用力(牵引力)大于拖车对它的拉力
D.匀速前进时,汽车对拖车的拉力等于拖车向后拉汽车的力;加速前进时,汽车向前拉拖车的力大于拖车向后拉汽车的力
【答案】 C
【解析】 汽车对拖车的拉力等于拖车对汽车的拉力,是一对作用力与反作用力,与汽车的运动状态无关,故A、D错误;汽车对拖车施加拉力与拖车对汽车的拉力,同时产生,故B错误;匀速前进时,汽车对拖车的拉力等于拖车受到的阻力;加速前进时,地面对汽车向前的作用力(牵引力)大于拖车对它的拉力,故C正确。
3.跳水一直是我国的优势项目,如图所示,一运动员站在3 m跳板上,图中F1表示运动员对跳板的弹力,F2表示跳板对运动员的弹力,G为运动员的重力,则( )
A.先有F1后有F2
B.因运动员离开跳板前不是静止或者做匀速运动,所以F2可能大于F1
C.F1和F2大小相等、方向相反,是一对平衡力
D.运动员静止站立在跳板上,F2与G是一对平衡力
【答案】 D
【解析】 F1和F2作用在不同物体上,是一对相互作用力,大小相等、方向相反、同时产生同时消失,故A、B、C错误;运动员静止站立在跳板上,F2与G是一对平衡力,故D正确。
4.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 kg的工人站在地面上,通过定滑轮将20 kg的建筑材料以0.5 m/s2的加速度拉升,忽略绳子和定滑轮的质量及绳子与定滑轮间的摩擦,则绳子的拉力大小为 N,工人对地面的压力大小为 N。(g取 10 m/s2)若建筑工人此时松开绳子,建筑材料是否做自由落体运动 。(选填“是”或“否”)
【答案】 210 490 否
【解析】 对建筑材料进行受力分析,有T-mg=ma,得绳子的拉力大小T=m(g+a)=
20×(10+0.5) N=210 N,然后再对工人进行受力分析,设地面对工人的支持力为N,由平衡条件得Mg=T+N,得N=Mg-T=70×10 N-210 N=490 N,根据牛顿第三定律可知,工人对地面的压力大小为490 N。建筑材料此时正向上运动,松开绳子,由于惯性建筑材料将继续向上运动,不会立即做自由落体运动。
5.电动平衡车,又叫体感车、思维车等。市场上主要有独轮和双轮两类。
(1)如图所示的电动平衡车突然在水平面上做加速直线运动,人对平衡车的压力大小是否发生变化
(2)人站在电动平衡车上与平衡车一起做匀速直线运动,人和平衡车的总质量为75 kg,求电动平衡车对地面的压力大小。(g取 9.8 N/kg)
【答案】 (1)不发生变化 (2)735 N
【解析】 (1)根据牛顿第三定律可知人对平衡车的压力大小等于平衡车对人的支持力。因人在竖直方向处于平衡状态,即平衡车对人的支持力与人所受的重力大小相等、方向相反,则人对平衡车的压力不因为平衡车在水平面上的加速运动而变化。
(2)在竖直方向上,人和平衡车所受的重力和支持力是一对平衡力,则人和平衡车所受支持力大小为N=Mg=75 kg×9.8 N/kg=735 N,
根据牛顿第三定律,电动平衡车对地面的压力大小为735 N。
课时作业
1.下列说法正确的是( )
A.物体间不可能只有作用力,而没有反作用力
B.一对作用力与反作用力的合力为零
C.一对作用力与反作用力的性质可以不同
D.先有作用力,然后才有反作用力
【答案】 A
【解析】 作用力和反作用力总是成对出现的,则物体间不可能只有作用力,而没有反作用力,A正确;一对作用力与反作用力因作用在两个物体上,则不能求合力,B错误;一对作用力与反作用力的性质一定相同,C错误;作用力和反作用力总是同时产生,同时消失的,D错误。
2.击球员用球棒回击飞过来的棒球时,球棒击棒球的力( )
A.比球撞击球棒的力更早产生
B.与球撞击球棒的力同时产生
C.大于球撞击球棒的力
D.小于球撞击球棒的力
【答案】 B
【解析】 球棒击球的力与球撞击球棒的力是作用力与反作用力,大小相等,方向相反,它们同时产生,同时变化,同时消失,故A、C、D错误,B正确。
3.如图,铁质的棋盘竖直放置,每个棋子都是一个小磁铁,能吸在棋盘上,不计棋子之间的相互作用力,则每个棋子和棋盘之间相互作用力数为( )
A.2对 B.3对
C.4对 D.5对
【答案】 B
【解析】 棋子受到重力G、棋盘面的吸引力F、弹力N和静摩擦力f,共四个力作用,除了重力,其余3个力的施力物体都是棋盘,所以每个棋子和棋盘之间共有3对相互作用力,故B正确,A、C、D错误。
4.如图所示,甲、乙两人在冰面上“拔河”。两人中间位置处有一分界线,约定先使对方过分界线者为赢。若绳子质量不计,冰面可看成光滑,则下列说法正确的是( )
A.甲对绳的拉力与绳对甲的拉力是一对平衡力
B.甲对绳的拉力与乙对绳的拉力是作用力与反作用力
C.若甲的质量比乙大,则甲能赢得“拔河”比赛的胜利
D.若乙对绳的速度比甲快,则乙能赢得“拔河”比赛的胜利
【答案】 C
【解析】 甲对绳的拉力与绳对甲的拉力是作用力与反作用力,故选项A错误;甲对绳的拉力与乙对绳的拉力作用在同一物体上,不是作用力与反作用力,故选项B错误;设绳子的张力为F,则甲、乙两人受到绳子的拉力大小相等,均为F,若m甲>m乙,则由a=得,a甲5.(双选)如图所示,某人站在台秤上静止不动,下列说法正确的是( )
A.人对台秤的压力就是人所受的重力
B.人对台秤的压力和台秤对人的支持力是一对作用力与反作用力
C.人所受的重力与台秤对人的支持力是一对平衡力
D.人对台秤的压力和地面对台秤的支持力是一对平衡力
【答案】 BC
【解析】 人对台秤的压力与人所受的重力的施力物体和受力物体都不一样,故A错误;根据牛顿第三定律可知,人对台秤的压力和台秤对人的支持力是一对作用力与反作用力,故B正确;人静止不动,则人所受的重力与台秤对人的支持力是一对平衡力,故C正确;地面对台秤的支持力大小等于人对台秤压力加上台秤自身所受重力,故D错误。
6.关于网球运动中蕴含的力学知识,若忽略空气阻力,下列说法正确的是( )
A.球在空中飞行时,受重力和推力的作用
B.球撞击球拍时,球拍对球的力的大小等于球对球拍的力的大小
C.球撞击球拍时,球拍对球的作用力与球所受到的重力是一对平衡力
D.球撞击球拍时,球拍受到球的作用力等于球所受到的重力
【答案】 B
【解析】 球在空中飞行时,只受重力作用,不受推力,故A错误;球撞击球拍时,由牛顿第三定律可知,球拍对球的力的大小等于球对球拍的力的大小,故B正确;球拍对球的作用力与球所受到的重力方向不在同一直线上,不是一对平衡力,且两者大小未知,故C、D错误。
7.如图所示是利用计算机记录的卫星发射时火箭和卫星之间的作用力和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
【答案】 B
【解析】 题图中的两条图线对应的纵坐标大小相等、符号相反,故A错误,B正确;作用力与反作用力作用在两个相互作用的物体上,故C错误;在任何情况下,两物体之间的作用力和反作用力都遵循牛顿第三定律,故D错误。
8.(双选)如图所示为某高山滑雪运动员在倾斜赛道上沿直线下滑时的情景,以下说法正确的是( )
A.赛道对滑雪板的摩擦力方向沿赛道斜向下
B.赛道对滑雪板的摩擦力方向沿赛道斜向上
C.滑雪板受到的摩擦力与赛道受到的摩擦力是一对平衡力
D.滑雪板受到的摩擦力与赛道受到的摩擦力是一对相互作用力
【答案】 BD
【解析】 滑雪运动员在倾斜赛道上沿直线下滑时,赛道对滑雪板的摩擦力方向与滑雪板相对赛道的运动方向相反,为沿赛道斜向上,故A错误,B正确;赛道在给滑雪板施加滑动摩擦力的同时,滑雪板也给赛道施加了滑动摩擦力,二者是一对相互作用力,故C错误,D正确。
9.人在沼泽地行走时容易下陷,下陷时( )
A.人对沼泽地地面的压力大于沼泽地地面对人的支持力
B.人对沼泽地地面的压力等于沼泽地地面对人的支持力
C.人对沼泽地地面的压力小于沼泽地地面对人的支持力
D.以上说法都不正确
【答案】 B
【解析】 人对沼泽地地面的压力和沼泽地地面对人的支持力是一对相互作用力,大小总是相等,故选B。
10.引体向上是一项健身运动。该运动的规范动作是:两手正握单杠,由身体悬垂开始,上拉时,下颚须超过单杠面;下放时,两臂放直,不能曲臂。如图这样上拉下放,重复动作。关于做引体向上动作时人的受力,下列判断正确的是( )
A.在加速上拉过程中,单杠对人的作用力大于人对单杠的作用力
B.在加速下放过程中,单杠对人的作用力与人对单杠的作用力大小相等
C.悬垂静止时,单杠对人的作用力与人对单杠的作用力是一对平衡力
D.在加速下放过程中,某瞬间人可能不受力的作用
【答案】 B
【解析】 无论是加速上拉过程,还是加速下放过程,还是悬垂静止中,单杠对人的作用力总等于人对单杠的作用力,是一对相互作用力,与人的运动状态无关,A、C错误,B正确;在加速下放过程中,人可能只受到一个重力的作用,也可能受重力和单杠施加的作用力,不可能不受力的作用,故D错误。
11.某研究性学习小组探究作用力与反作用力的大小关系。如图甲所示,在铁架台上用弹簧测力计挂住一个实心铁球,弹簧测力计的示数为F1,在圆盘测力计的托盘上放盛有水的烧杯,圆盘测力计的示数为F2;再把小球浸没在水中(水未溢出),如图乙所示,弹簧测力计的示数为F3,圆盘测力计的示数为F4。则铁球对水的作用力大小为 ,若 ,就说明了作用力与反作用力大小相等。作用力与反作用力大小相等,两者的合力是否为零 (选填“是”或“否”)。
【答案】 F4-F2 F1-F3=F4-F2 否
【解析】 由铁球的平衡条件可知,水对铁球的作用力大小为F1-F3,由烧杯与水整体的平衡条件可知,铁球对水的作用力大小为F4-F2,若F1-F3=F4-F2,则可以证明作用力与反作用力大小相等。作用力与反作用力不是共点力不可合成。
12.如图所示为杂技“顶竿”表演,一个人站在地上,肩上扛一质量为M的竖直竹竿,竿上一质量为m的人以加速度a加速下滑,求竿对“底人”的压力大小。(重力加速度为g,空气阻力不计)
【答案】 (M+m)g-ma
【解析】 对竿上的人由牛顿第二定律得mg-f=ma,
由牛顿第三定律得人对竿的摩擦力大小等于竿对人的摩擦力大小,即f=f′。
对竿由平衡条件得Mg+f′=N,
解得N=(M+m)g-ma,
由牛顿第三定律得竿对“底人”的压力大小N′=N=(M+m)g-ma。
