5 牛顿第三定律
[学习目标] 1.知道力的作用是相互的，知道作用力和反作用力的概念．(重点)2.理解牛顿第三定律的含义，并能用它解释生活中的现象．(重点)3.知道作用力、反作用力与平衡力的区别．(难点)4.会正确进行受力分析．(难点)
一、牛顿第三定律
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互称作用力和反作用力．
3．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．
4．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)
二、物体的受力分析
1．受力分析的物理意义：一个物体如何运动，它的加速度的大小是由物体所受各个力的合力决定的．因此，要了解物体的运动，就必须对它的受力情况进行分析．
2．力学中三种常见作用力
(1)重力：任何物体都受重力，方向竖直向下．
(2)弹力：两个相互接触的物体相互挤压，就会产生弹力，其方向与接触面垂直．
(3)摩擦力：当接触面粗糙且发生相对运动或具有相对运动趋势时，接触面处就会产生滑动摩擦力或静摩擦力，其方向与接触面相切．
1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)物体间可能只有作用力，而没有反作用力． (×)
(2)物体间先有作用力，然后才有反作用力． (×)
(3)物体间的作用力可能与反作用力垂直． (×)
(4)作用力与反作用力的合力为零． (×)
(5)受力分析时，只分析物体受到的力． (√)
2．关于作用力与反作用力的说法中，正确的是( )
A．作用力与反作用力的性质不一定相同
B．作用力与反作用力的大小相等、方向相反，它们的作用效果可以抵消
C．书静止在水平桌面上，书受到的重力和桌面对书的支持力是一对作用力与反作用力
D．大人和小孩掰手腕，虽然小孩输了，但是小孩给大人的力等于大人给小孩的力
D [作用力和反作用力同性质，同大小，作用在不同物体上，因此效果不能抵消．故A、B、C错，D对．]
3．下列说法正确的是( )
A．起重机用钢索加速吊起货物时，钢索对货物的力大于货物对钢索的力
B．子弹能射入木块是因为子弹对木块的力大于木块对子弹的阻力
C．大人与小孩相撞时，大人对小孩的撞击力大于小孩对大人的撞击力
D．将图钉按入木板，图钉对木板的力和木板对图钉的力大小是相等的
D [钢索对货物的力与货物对钢索的力是一对作用力与反作用力，总是大小相等，选项A错误；子弹对木块的力与木块对子弹的力是一对作用力与反作用力，选项B错误；大人对小孩的撞击力与小孩对大人的撞击力是一对作用力与反作用力，总是大小相等，选项C错误；图钉对木板的力和木板对图钉的力是一对作用力与反作用力，大小相等，选项D正确．]
对牛顿第三定律的理解
1．牛顿第三定律表达式：F＝－F′，式中的“－”号表示作用力与反作用力方向相反．
2．作用力与反作用力的“四同”“三异”
作用力与反作用力关系
四同
等大
大小总是相等
共线
作用在一条直线上
同时
同时产生、同时变化、同时消失
同性质
同一性质的力
三异
异向
方向相反
异体
作用在不同的物体上
异效
效果不能相互抵消，不能认为合力为零
3.作用力、反作用力与平衡力的比较
内容
作用力和反作用力
平衡力
不同点
作用
对象
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，另一个依然可存在
叠加
性
两力作用效果不可叠加，不可求合力
两力作用效果可相互抵消，可叠加，可求合力，且合力为零
力的
性质
一定是同种性质的力
可以是同种性质的力，也可以是不同种性质的力
相同点
大小相等、方向相反、作用在一条直线上
【例1】 (多选)将一木箱置于粗糙的水平地面上，现用一水平绳拉着木箱匀速前进，则( )
A．木箱所受到的拉力和水平地面对木箱的摩擦力是一对作用力与反作用力
B．木箱对水平地面的压力和水平地面对木箱的支持力是一对作用力与反作用力
C．木箱所受的重力和水平地面对木箱的支持力是一对平衡力
D．木箱对水平地面的压力和水平地面对木箱的支持力是一对平衡力
BC [木箱匀速前进，木箱所受到的拉力和水平地面对木箱的摩擦力是一对平衡力；木箱所受的重力和水平地面对木箱的支持力是一对平衡力．木箱对水平地面的压力和水平地面对木箱的支持力是一对作用力与反作用力．所以选项B、C正确，A、D错误．]
区分作用力、反作用力和平衡力的方法
区分作用力、反作用力和平衡力，最简单的方法是看涉及的物体的个数．
(1)作用力与反作用力只涉及两个相互作用的物体，是甲物体对乙物体，乙物体对甲物体的关系．
(2)平衡的一对力涉及三个物体，即两个施力物体同时作用在一个受力物体上．
1．如图所示，质量为m的物体静止在倾角为θ的斜面上，为了说明它对斜面的摩擦力大小等于mgsin θ，应涉及下列哪些知识( )
①力的合成与分解；②物体的平衡条件；③牛顿第三定律；④牛顿第一定律．
A．①② B．①③ C．②③④ D．①②③
D [物体受竖直向下的重力mg，平行于斜面向上的摩擦力Ff和垂直于斜面向上的支持力FN，将重力沿斜面和垂直斜面正交分解，则在沿斜面方向和垂直于斜面方向上分别满足二力平衡，则Ff＝mgsin θ，根据牛顿第三定律可知，它对斜面的摩擦力大小等于mgsin θ，选项D正确．]
物体的受力分析
1.受力分析的一般顺序
一般先分析重力；再分析弹力，环绕物体一周，找出跟研究对象接触的物体，并逐个分析这些物体对研究对象是否有弹力作用；然后分析摩擦力，对凡有弹力作用处逐一进行分析；最后是其他力．
2．受力分析常用的方法
(1)整体法与隔离法
整体法
隔离法
概念
将加速度相同的几个物体作为一个整体来分析的方法
将研究对象与周围物体分隔开分析的方法
选用原则
研究系统外的物体对系统整体的作用力或系统整体的加速度
研究系统内物体之间的相互作用力
注意问题
受力分析时不要再考虑系统内物体间的相互作用力
一般隔离受力较少的物体
(2)假设法：在受力分析时，若不能确定某力是否存在，可先对其作出存在或不存在的情况假设，然后再就该力存在与否对物体运动状态影响的不同来判断该力是否存在．
3．受力分析的步骤
【例2】 (多选)如图所示，放在水平地面上的物体M上叠放着物体m，m与M之间有一处于压缩状态的弹簧，整个装置处于静止状态，则下列关于m和M的受力情况分析正确的是( )
A．m给M向左的摩擦力 B．M给m向左的摩擦力
C．地面对M的摩擦力向右 D．地面对M无摩擦力作用
思路点拨：①整个装置处于静止状态，说明m和M所受的合力均为零．
②处于压缩状态的弹簧对m有向左的弹力．
AD [对m受力分析，m受到重力、支持力、水平向左的弹力和M对m向右的摩擦力，根据作用力与反作用力的关系，则m对M的摩擦力向左，A正确，B错误；对整体受力分析，在竖直方向上受到重力和支持力平衡，若地面对M有摩擦力，则整体不能平衡，故地面对M无摩擦力作用，C错误，D正确．故选A、D.]
上例中，若将压缩状态的弹簧改为伸长状态的弹簧，则m和M的受摩擦力情况如何？
[提示] m给M向右的摩擦力，M给m向左的摩擦力，地面对M无摩擦力作用．
判断力是否存在的三种方法
(1)根据各种性质的力产生的条件进行判断．
(2)依据作用力和反作用力的关系：因为研究对象所受的每个力都有施力物体或反作用力，找不到施力物体或没有反作用力的力是不存在的．
(3)依据物体所处的运动状态：对有些力是否存在，或力的方向难以确定时，可依据物体所处的运动状态，运用物体的平衡条件或牛顿运动定律来判断．
2．下列“画阴影”的物体受力分析正确的是( )
B [图A中球静止在光滑平面上，合力为零，球不受斜向右上方的支持力，A错误；图B中小球静止在斜面上，要使其合力为零，球只受重力和绳的拉力，B正确；图C中物体沿粗糙斜面向上冲，摩擦力的方向沿斜面向下，C错误；图D中两物体一起匀速向右，所受合外力为零，上面的物体，不受水平摩擦力作用，D错误．]
课堂小结
知识脉络
1.力是物体之间的相互作用，若把其中一个力称为作用力，则另一个力称为反作用力．
2．两个物体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．作用力和反作用力一定作用在相互作用的两个物体上，且力的性质相同．
4．作用力和反作用力同时产生，同时变化，同时消失．
5．受力分析一般要按照一定顺序分析，避免多力和漏力问题.
1．红军在长征时，遇到的环境十分恶劣．在过草地时，有的地方看上去是草，而下面可能就是淤泥，人一不小心就会陷入淤泥中，这是因为( )
A．人给地面的压力大于地面给人的支持力
B．地面给人的支持力大于人给地面的压力
C．地面给人的支持力小于人受的重力
D．地面给人的支持力等于人受的重力
C [人对地面的压力与地面对人的支持力是作用力和反作用力，大小相等，方向相反，选项A、B错误．人陷入淤泥中，是因为人受重力和支持力，重力大于支持力，产生向下的加速度，选项C正确，D错误．]
2．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
B [图象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，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守牛顿第三定律，D错误．]
3．一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
B [F1是小球的重力，其施力物体是地球，选项A错误．F2是弹簧对小球的拉力，F3是小球对弹簧的拉力，两力是一对作用力与反作用力，选项B正确．F3是小球对弹簧的拉力，所以F3的施力物体是小球，选项C错误．F4与F1没有直接关系，不是一对作用力与反作用力，选项D错误．]
课件46张PPT。第四章 牛顿运动定律5 牛顿第三定律相互作用受力施力相反相等改变相等相等同一条直线相等相反垂直合力受力重力竖直向下弹力相切滑动摩擦力静摩擦力×
×
×
×
√对牛顿第三定律的理解物体的受力分析点击右图进入…Thank you for watching !课时分层作业(十七)
(时间：40分钟 分值：100分)
[合格基础练]
一、选择题(本题共6小题，每小题6分，共36分)
1．如图所示，将吹足气的气球由静止释放 ，气球内气体向后喷出，气球会向前运动，这是因为气球受到( )
A．重力 B．手的推力
C．空气的浮力 D．喷出气体对气球的作用力
D [气球内气体向后喷出时，气球对气体有向后的作用力，气体对气球有向前的反作用力使气球向前运动，D项正确．]
2．如图所示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
B [火箭加速上升，则合力方向向上，所以喷出气体对火箭作用力大于火箭重力，选项A错误；喷出气体对火箭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，选项B正确，C、D错误．]
3．如图所示，质量为m的AB杆靠在平台的拐角上处于静止状态，拐角处光滑，则地面对杆A端施加的作用力为( )
A．支持力和摩擦力
B．支持力
C．摩擦力
D．无法确定受几个力作用
A [AB杆靠在平台的拐角上处于静止状态，拐角处光滑，则地面对杆A端施加的作用力为支持力和摩擦力，故A正确．]
4．如图所示，人走路时，人和地球间的作用力和反作用力的对数有( )
A．一对 B．两对
C．三对 D．四对
C [人走路时受到三个力的作用，即重力、地面对人的支持力和地面对人的摩擦力．因为力的作用总是相互的，是成对出现的，所以这三个力的反作用力分别是人对地球的吸引力、人对地面的压力和人对地面的摩擦力，所以人走路时与地球间有三对作用力和反作用力，故C选项正确，A、B、D错误．]
5．如图所示，物体A静止在水平地面上，下列说法正确的是( )
A．物体对地面的压力和重力是一对平衡力
B．物体对地面的压力和地面对物体的支持力是一对平衡力
C．物体受到的重力和地面对物体的支持力是一对平衡力
D．物体受到的重力和地面对物体的支持力是一对作用力和反作用力
C [物体对地面的压力和物体受到的重力大小相等，但是分别作用在地面和物体上，故不是平衡力，选项A错误．物体对地面的压力和地面对物体的支持力是一对相互作用力，是作用力和反作用力的关系，选项B错误．物体受到的重力和地面对物体的支持力是一对平衡力，选项C正确，D错误．]
6．(多选)A、B、C三个物体如图所示放置，所有接触面均不光滑．有一个水平力F作用在物体C上，使A、B、C一起向右做匀速直线运动，则( )
A．B对A的摩擦力方向水平向左
B．B对A的摩擦力方向水平向右
C．C对A的摩擦力方向水平向左
D．C对A的摩擦力方向水平向右
AD [对A、B、C整体而言，地面对B、C的摩擦力方向皆向左．隔离B，由B匀速运动的受力条件可知，A对B的摩擦力方向向右，则由牛顿第三定律可知B对A的摩擦力方向向左；由A受力平衡可判断C对A的摩擦力方向向右．]
二、非选择题(14分)
7．某研究性学习小组利用如图所示的装置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有盛水的烧杯，圆盘测力计的示数为F2；再把铁球浸没在水中(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.
甲 乙
(1)请你分析弹簧测力计示数的变化，即有F3________(选填“>”“＝”或“<”)F1.
(2)铁球对水的作用力大小为________，水对铁球的作用力大小为________，若两者相等，就说明了作用力与反作用力大小相等．
[解析] (1)图乙中铁球受到浮力的作用，浮力向上，则弹力减小，故F3(2)对烧杯中的水分析可知，由于烧杯中的水受到铁球的反作用力，则示数增加，由弹簧测力计的示数变化可知，铁球对水的作用力大小为F1－F3；
对铁球分析可知，铁球受到的浮力为F1－F3；
水对铁球的作用力大小为F4－F2，若F1－F3＝F4－F2，则可以证明作用力与反作用力大小相等．
[答案] (1)< (2)F1－F3 F4－F2
[等级过关练]
一、选择题(本题共4小题，每小题6分，共24分)
1．(多选)关于反作用力在日常生活和生产中的应用，下列说法中正确的是( )
A．在平静的水面上，静止着一只小船，船上有一人，人从静止开始从小船的一端走向另一端时，船向相反方向运动
B．汽车行驶时，通过排气筒向后排出尾气，从而获得向前的反作用力即动力
C．如图所示，是农田灌溉用的自动喷水器，当水从弯管的喷嘴喷射出来时，弯管会自动转向
D．软体动物乌贼在水中经过体侧的孔将水吸入鳃腔，然后用力把水挤出体外，乌贼就会向相反方向游去
ACD [人从小船的一端走向另一端时，要受到船给人的摩擦力，方向与人行走的方向相同，根据牛顿第三定律知，人对小船也有一个摩擦力，其方向与人行走的方向相反，因此船将在这个摩擦力的作用下改变运动状态，向人行走的相反方向运动，所以选项A正确．汽车行驶时，通过排气筒向后排出尾气，虽然尾气对排气筒有反作用力，但毕竟很小，并不是汽车动力的来源，因此选项B错误．农业灌溉用的自动喷水器，当水从弯管的喷嘴喷射出来时，弯管在水的反作用力的推动下会自动旋转，大大增加了喷水的面积，选项C正确．乌贼通过身体侧面的孔把水吸入鳃腔，然后用力把水经过小孔压出体外，根据牛顿第三定律可知，乌贼就获得到了方向相反的反作用力，从而向排水的相反方向游去，选项D正确．]
2．物体静放于水平桌面上，如图所示，则( )
A．桌面对物体的支持力大小等于物体的重力，这两个力是一对平衡力
B．物体所受的重力和桌面对它的支持力是一对作用力与反作用力
C．物体对桌面的压力就是物体的重力，这两个力是同一种性质的力
D．物体对桌面的压力和桌面对物体的支持力是一对平衡力
A [物体和桌面的受力情况如图所示．因物体处于平衡状态，且FN与G作用于同一物体，因此FN和G是一对平衡力，故A项对．因作用力和反作用力应分别作用在两个物体上，故B项错．因压力是弹力，而弹力与重力是性质不同的两种力，故C项错．支持力和压力是物体与桌面相互作用(挤压)而产生的，因此FN与F′N是一对作用力和反作用力，故D项错．]
3．质量均为m的a、b两木块叠放在水平面上，如图所示，a受到斜向上与水平面成θ角的力F1的作用，b受到斜向下与水平面成θ角、与F1等大的力F2的作用，两力在同一竖直平面内，此时两木块保持静止，则下列说法错误的是( )
A．a一定受到四个力的作用
B．水平面对b的支持力等于2mg
C．a、b之间一定存在静摩擦力
D．b与水平面之间一定存在静摩擦力
D [以a为研究对象，对其受分析可知，a受重力、b的支持力、拉力F1，因拉力F1斜向右上，a有相对于b向右运动的趋势，所以a还受b的摩擦力作用，选项A、C均正确；以a、b为整体进行受力分析可知，拉力F1、F2在竖直方向的分力、水平方向的分力均等大反向，故水平面对b的支持力为2mg，b与水平面之间无摩擦力产生，选项B正确，D错误．]
4．(多选)一人乘电梯上楼，在竖直上升过程中加速度a随时间t变化的图线如图所示，以竖直向上为a的正方向，则人对地板的压力( )
A．t＝2 s时最大 B．t＝2 s时最小
C．t＝8.5 s时最大 D．t＝8.5 s时最小
AD [人乘电梯上楼，设地板对人的支持力为FN，取人为研究对象，在t＝2 s时向上的加速度最大为a1＝2 m/s2，t＝8.5 s时向下的加速度大小最大为a2＝3 m/s2，根据牛
顿第二定律知，当t＝2 s时FNmax＝mg＋ma1，当t＝8.5 s时FNmin＝mg－ma2.由牛顿第三定律可知，人对地板的压力FN与地板对人的支持是一对作用力与反作用力，其大小相等，方向相反，故本题正确选项为A、D.]
二、非选择题(本题共2小题，共26分)
5.(12分)如图所示，一个质量为m＝2 kg的均匀小球，放在倾角θ＝37°的光滑斜面上．若球被与斜面垂直的光滑挡板挡住，处于平衡状态．求小球对挡板和斜面的压力．(g取10 m/s2，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8)
[解析] 对小球进行受力分析，挡板和斜面对小球有支持力FN1＝mgsin θ＝12 N
FN2＝mgcos θ＝16 N
根据牛顿第三定律可知挡板和斜面对小球的支持力与小球对挡板和斜面的压力大小相等、方向相反，则
F′N1＝FN1＝12 N，方向垂直于挡板向下，
F′N2＝FN2＝16 N，方向垂直于斜面向下．
[答案] 12 N，垂直于挡板向下 16 N，垂直于斜面向下
6.(14分)如图所示，圆环的质量为M，经过环心的竖直钢丝AB上套有一个质量为m的小球，今让小球沿钢丝AB(质量不计)以初速度v0竖直向上运动，要使圆环对地面无压力，则小球的加速度和小球能达到的最大高度是多少？(设小球不会到达A点)
[解析] 由牛顿第三定律知圆环对地面无压力，则地面对圆环无支持力，取小球为研究对象，受重力mg和钢丝对小球竖直向下的摩擦力Ff.
由牛顿第二定律得：mg＋Ff＝ma，由牛顿第三定律可知小球对钢丝竖直向上的摩擦力Ff′＝Ff.对圆环受力分析可知，圆环受重力Mg和竖直向上的摩擦力Ff′作用，则：Mg＝Ff′，由以上各式解得：a＝g.小球沿钢丝做匀减速运动，由运动公式可得上升的最大高度x＝＝.
[答案] g
