4.5 牛顿第三定律+学案 Word版含答案

第5节牛顿第三定律
一、作用力和反作用力
1．力是物体对物体的作用，一个力一定存在着受力物体和施力物体。
2．力的作用总是相互的，物体间相互作用的这一对力称为作用力和反作用力。作用力和反作用力总是相互依存，同时存在的。
二、牛顿第三定律
1．实验探究
如图所示，把两个弹簧测力计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相等的。改变拉力，弹簧测力计的示数也都随之改变，但两个示数总相等，这说明作用力和反作用力大小相等，方向相反。
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′(负号表示方向相反)。
1．自主思考——判一判
(1)先有作用力，然后有反作用力。(×)
(2)作用力与反作用力的大小相等、方向相反、合力为零。(×)
(3)物体间的作用力与反作用力一定同时产生、同时消失。(√)
(4)只有两物体接触时，才会产生作用力与反作用力。(×)
(5)物体间的作用力和反作用力一定是同性质的力。(√)
2．合作探究——议一议
(1)力总是“成对”出现的吗？
提示：物体间的力的作用是相互的，所以力总是“成对”出现的。
(2)拔河比赛时，甲队胜了乙队，是不是甲对乙的拉力大于乙对甲的拉力呢？试分析甲队胜利的原因。
提示：不是。无论哪队胜，甲对乙的拉力大小都等于乙对甲的拉力大小。甲队胜是因为地面对甲的最大静摩擦力大于地面对乙的最大静摩擦力。
(3)一个物体受到几个力作用就一定存在几对反作用力吗？
提示：是；每一个力都是两个物体间的相互作用，所以物体受到几个力的作用就有几对反作用力。
对牛顿第三定律的理解
对作用力和反作用力的理解(3个特征、4种性质)
(1)3个特征
①等值：即大小总是相等的。
②反向：即方向总是相反的。
③共线：即二者总是在同一直线上。
(2)4种性质
①异体性：即作用力和反作用力是分别作用在彼此相互作用的两个物体上。
②同时性：即作用力和反作用力同时产生，同时变化，同时消失。
③相互性：即作用力和反作用力总是相互的、成对出现的。
④同性性：即二者性质总是相同的。
1．关于物体间的作用力和反作用力，下列说法正确的是(　　)
A．只有两物体质量相等时它们间的作用力和反作用力大小才相等
B．作用力和反作用力的作用效果可相互抵消
C．作用力和反作用力可以不同时产生
D．作用力和反作用力的方向一定相反
解析：选D　作用力与反作用力大小相等、方向相反、作用在两个物体上、同时产生、同时消失。由上述描述知D对。
2．(多选)在排球比赛中，运动员用手掌将排球奋力击出。关于排球与运动员手掌之间的作用力，下列说法正确的是(　　)
A．排球对运动员手掌的作用力大于运动员手掌对排球的作用力
B．排球对运动员手掌的作用力和运动员手掌对排球的作用力大小相等
C．排球对运动员手掌的作用力比运动员手掌对排球的作用力产生稍晚
D．排球对运动员手掌的作用力和运动员手掌对排球的作用力同时消失
解析：选BD　排球对运动员手掌的作用力与运动员手掌对排球的作用力是一对作用力和反作用力，大小相等，同时产生，同时消失，故B、D对。
3.关于马拉车的下列说法正确的是(　　)
A．马拉车不动，是因为马拉车的力小于车拉马的力
B．马拉车前进，是因为马拉车的力大于车拉马的力
C．不论车如何运动，马拉车的力大小总等于车拉马的力
D．只有当马拉车不动或马拉车匀速前进时，马拉车的力大小才等于车拉马的力
解析：选C　马拉车时，不论车如何运动，马拉车的力与车拉马的力都是一对相互作用力，二者总是大小相等的，故C对，A、B、D都错。
一对作用力与反作用力和一对平衡力的比较
作用力与反作用力
平衡力
共同点
大小相等，方向相反，作用在同一直线上
不同点
作用对象
作用在两个物体上
作用在同一个物体上
作用时间
同时产生，同时变化，同时消失，不可单独存在
不一定同时产生、变化或消失，可以单独存在，只是不再平衡
力的性质
一定是同性质的力
不一定是同性质的力
作用效果
因为一对作用力与反作用力作用在两个物体上，各自产生作用效果，故不能求合力
一对平衡力的作用效果是使物体处于平衡状态，合力为零
1．一根轻质弹簧竖直悬挂一小球，小球和弹簧的受力如图所示，下列说法正确的是(　　)
A．F1的施力者是弹簧
B．F2的反作用力是F3
C．F3的施力者是地球
D．F4的反作用力是F1
解析：选B　小球受到重力即F1和弹簧给的弹力F2，F1的施力者是地球，F3是小球对弹簧的拉力，F4是房顶对弹簧的拉力，F2的反作用力是F3，F3的施力物体是小球，F1是重力，其反作用力不是F4，故B正确。
2．(多选)如图所示，用细绳把小球悬挂起来，当小球静止时，下列说法中正确的是(　　)
A．小球对细绳的拉力和细绳对小球的拉力是一对作用力和反作用力
B．小球受到的重力和小球对细绳的拉力是一对作用力和反作用力
C．小球受到的重力和细绳对小球的拉力是一对平衡力
D．小球受到的重力和小球对细绳的拉力是一对平衡力
解析：选AC　对小球受力分析，受地球对其的重力，细绳对其向上的拉力，小球保持静止状态，加速度为零，合力为零，故重力和拉力是一对平衡力；细绳对小球的拉力的反作用力是小球对细绳的向下的拉力，这两个力是一对相互作用力，故A、C正确，B、D错误。
3.如图所示，人静止站在测力计上，下列说法中正确的是(　　)
A．人对测力计的压力和测力计对人的支持力是一对平衡力
B．人对测力计的压力和测力计对人的支持力是一对作用力与反作用力
C．人所受的重力和人对测力计的压力是一对平衡力
D．人所受的重力和人对测力计的压力是一对作用力与反作用力
解析：选B　人对测力计的压力和测力计对人的支持力是一对作用力与反作用力，故A错误，B正确。人所受的重力和人对测力计的压力，既不是一对平衡力，也不是作用力与反作用力，故C、D错误。
牛顿第三定律的应用
[典例]　如图所示，滑杆和底座静止在水平地面上，质量为M，一质量为m的猴子沿杆以0.4g的加速度加速下滑，则底座对地面的压力为(　　)
A．Mg＋0.4mgB．Mg＋0.6mg
C．(M＋m)gD．Mg
[思路点拨]　
(1)根据牛顿第三定律转换研究对象，把求解压力转换为求解支持力。
(2)把求解猴子对杆向下的摩擦力转换为求解杆对猴子向上的摩擦力。
[解析]　
以猴子为研究对象，分析猴子的受力如图甲所示：
竖直方向受重力mg和杆对猴子的摩擦力Ff，则有mg－Ff＝ma①
滑杆和底座受力如图乙所示，
受重力Mg、支持力FN，猴子对杆的摩擦力Ff′
三力平衡：FN＝Mg＋Ff′②
由牛顿第三定律得Ff′＝Ff③
由①②③解得FN＝Mg＋0.6mg
由牛顿第三定律得底座对地面的压力为
FN′＝FN＝Mg＋0.6mg，方向竖直向下。
故选B。
[答案]　B
求解某个力的大小和方向，一般情况下选取该力的受力物体进行分析，但有些情况不便于直接求解该力时，可先通过转换研究对象，求解其反作用力的大小和方向，进而应用牛顿第三定律求得该力的大小和方向。
1.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，通过定滑轮将20.0 kg的建筑材料以0.500 m/s2的加速度拉升，忽略绳子和定滑轮的质量及定滑轮的摩擦，则工人对地面的压力大小为(g取10 m/s2)(　　)
A．510 N　　　　　　　 B．490 N
C．890 N D．910 N
解析：选B　对建筑材料进行受力分析，根据牛顿第二定律有F－mg＝ma，得绳子的拉力大小F＝210 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＝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，选项
B正确。
2.如图所示，一个箱子放在水平地面上，箱内有一固定的竖直杆，在杆上套着一个环，箱和杆总质量是M，环的质量为m，已知环沿着杆加速下滑，环与杆间的摩擦力大小为Ff，则此时箱子对地面的压力为(　　)
A．Mg B．(M＋m)g
C．(M＋m)g－Ff D．Mg＋Ff
解析：选D　取箱子为研究对象，它受向下的重力Mg、环给它向下的摩擦力Ff和地面的支持力FN三个力的作用而平衡，FN＝Mg＋Ff，由牛顿第三定律知，箱子对地面的压力FN′＝FN＝Mg＋Ff，D正确。