第四章 5
基础达标
一、选择题(在每小题给出的四个选项中，第1～4题只有一项符合题目要求，第5～6题有多项符合题目要求)
1．如图所示，质量为60 kg的人站在水平地面上，用定滑轮装置将质量为m＝40 kg的重物送入井中．当重物以2 m/s2的加速度加速下落时，忽略绳子和定滑轮的质量及定滑轮的摩擦，则人对地面的压力大小为(g取10 m/s2)( )
A．200 N B．280 N
C．320 N D．920 N
【答案】B
【解析】根据牛顿第二定律有mg－F＝ma，得绳子的拉力F＝320 N，然后再对人进行受力分析，由物体的平衡知识得m0g＝F＋FN，得FN＝280 N，根据牛顿第三定律可知人对地面的压力大小为280 N．选项B正确．
2．(2019·浙江校级期中)如图所示是磁悬浮地球仪，地球仪依靠它与底座之间的磁力悬浮在底座的正上方保持静止，已知地球仪的质量为m，底座的质量为M，则底座对水平地面的作用力大小为( )
A．0 B．mg
C．Mg D．(m＋M)g
【答案】D
【解析】整个地球仪受到重力与地面对地球仪向上的作用力，根据平衡条件，得地面对地球仪向上作用力为F＝(m＋M)g.由牛顿第三定律，知底座对水平地面的作用力大小为F′＝F＝(m＋M)g，故D正确，A、B、C错误．
3．物体静止在斜面上，如图所示，下列说法正确的是( )
A．物体对斜面的压力和斜面对物体的支持力是一对平衡力
B．物体对斜面的摩擦力和斜面对物体的摩擦力是一对作用力和反作用力
C．物体所受重力和斜面对物体的作用力是一对作用力和反作用力
D．物体所受重力可以分解为沿斜面向下的力和对斜面的压力
【答案】B
【解析】作用力与反作用力作用在不同的物体上，平衡力作用在同一物体上，故A、C两项错误，B项正确．物体的分力和合力应是针对同一物体，效果相同，故D错误．
4．关于作用力与反作用力，下列说法中正确的有( )
A．物体相互作用时，先有作用力，后有反作用力
B．作用力与反作用力大小相等，方向相反，作用在同一直线上，故这两个力的合力为零
C．作用力与反作用力可以是不同性质的力，例如，作用力是弹力，其反作用力可能是摩擦力
D．作用力和反作用力总是同时分别作用在相互作用的两个物体上
【答案】D
【解析】物体相互作用时，作用力与反作用力同时产生，A选项错，D选项对．因为作用力与反作用力不作用在同一物体上，谈不上合力为零，B错．作用力与反作用力是同性质的力，故C选项错．正确选项为D．
5．(2019·信丰校级期中)下列说法中正确的是( )
A．用手压弹簧，手先给弹簧一个作用力，弹簧被压缩后再反过来给手一个作用力
B．运动员将垒球抛出后，垒球的运动状态仍在变化，垒球仍为受力物体，但施力物体不是运动员
C．施力物体对受力物体施加了力，施力物体本身可能不受力的作用
D．某物体作为一个施力物体，也一定是受力物体
【答案】BD
【解析】施力物体与受力物体间的相互作用是同时发生的，不存在先后，故A错误．垒球抛出后受重力，施力物体为地球，故B正确．施力物体本身同时也是受力物体，故C错误，D正确．
6．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，下列说法中正确的是( )
A．作用力F跟墙壁对物体的压力是一对作用力与反作用力
B．作用力F与物体对墙壁的压力是一对平衡力
C．物体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作用力与反作用力
【答案】CD
【解析】力F和墙壁对物体的压力都作用在物体上，且大小相等，方向相反，作用在一条直线上，是一对平衡力，而不是一对作用力和反作用力，选项A错误．力F作用在物体上，物体对墙壁的压力作用在墙壁上，它们不能构成一对平衡力，由于二者不是两个物体间的相互作用力，也不是一对作用力和反作用力，选项B错误．竖直方向上物体受向下的重力和墙壁对物体向上的静摩擦力，因物体处于平衡状态，故这两个力是一对平衡力，选项C正确．物体对墙壁的压力和墙壁对物体的支持力，是物体和墙壁间产生的一对相互作用力，因此是一对作用力和反作用力，选项D正确．
二、非选择题
7．用传感器探究作用力和反作用力的关系实验，实验时把两只力传感器同时连在计算机上，其中一只系在墙上，另一只握在手中．横坐标轴上下两条曲线分别表示两只传感器的受力大小，运动中两物体间的作用力和反作用力的关系如图所示，这表明牛顿第三定律所阐明的作用力与反作用力总是________的关系，不仅适用于________的物体之间，也适用于________的物体之间，即这种关系与物体的______无关，与______的选择也无关．
【答案】大小相等、方向相反 静止 运动 运动状态 参考系
【解析】由图可知，当通过传感器用力拉物体时，尽管物体的运动状态可能变化，力的大小也可能随时间变化，但在任何时刻，作用力和反作用力总保持大小相等、方向相反．这表明，牛顿第三定律所阐明的作用力与反作用力的关系不仅适用于静止物体之间，也适用于运动物体之间，即这种关系与物体的运动状态无关，与参考系的选择也无关．
8．如图所示，在台秤上放上盛有水的杯子，台秤示数为G′＝50 N，另用挂在支架上的弹簧测力计悬挂边长为a＝10 cm的正方体金属块，金属块的密度ρ＝3×103 kg/m3，当把弹簧测力计下的金属块平稳地浸入水深h＝4 cm时(水未溢出)，弹簧测力计和台秤的示数分别为多少？(ρ水＝103 kg/m3，g取10 m/s2)
【答案】26 N 54 N
【解析】金属块的重力为
G金＝ρga3＝3×103×10×0.13 N＝30 N
金属块所受水的浮力为
F浮＝ρ水ga2h＝103×10×0.12×0.04 N＝4 N
弹簧测力计的示数为
FT＝G金－F浮＝26 N
根据牛顿第三定律得金属块对水的作用力大小为F浮′＝F浮＝4 N，故台秤的示数为FN＝G′＋F浮＝54 N.
能力提升
9．(2019·哈尔滨校级四模)如图所示，a为水平输送带，b为倾斜输送带．当行李箱随输送带一起匀速运动时，下列判断中正确的是( )
A．a上的行李箱受到重力、支持力和摩擦力作用
B．b上的行李箱受到重力、支持力和摩擦力作用
C．a上的行李箱受到的支持力与重力是一对作用力与反作用力
D．b上的行李箱受到的支持力与重力是一对平衡力
【答案】B
【解析】a传送带上的物体如果受摩擦力，不可能处于平衡状态，所以受重力和支持力，故A错误．b传送带上的物体受重力、支持力、摩擦力，故B正确．a上的行李箱受到的支持力与重力是一对平衡力，故C错误．b上的行李箱受到的支持力与重力不是一对平衡力，故D错误．
10．(多选)将一物块分成相等的A、B两部分靠在一起，下端放置在地面上，上端用绳子拴在天花板上，绳子处于竖直伸直状态，整个装置静止，则( )
A．绳子上拉力可能为零
B．地面受的压力可能为零
C．地面与物体间可能存在摩擦力
D．A、B之间可能存在摩擦力
【答案】AD
【解析】经分析，绳子上拉力可能为零，地面受的压力不可能为零，选项A对，而B错；由于绳子处于竖直
伸直状态，绳子中拉力只可能竖直向上，所以地面与物体B间不可能存在摩擦力，而A、B之间可能存在摩擦力，选项C错，而D对．
11．如图所示，一根不可伸缩的轻绳跨过轻质的定滑轮，一端挂一吊椅，另一端被坐在吊椅上的运动员拉住．设运动员的质量为65 kg，吊椅的质量为15 kg，不计定滑轮与绳子间的摩擦，重力加速度g取10 m/s2.当运动员与吊椅一起以加速度a＝1 m/s2上升时，试求：
(1)运动员竖直向下拉绳的力；
(2)运动员对吊椅的压力大小．
【答案】(1)440 N (2)275 N
【解析】(1)设运动员竖直向下拉绳的力为FT，则由牛顿第三定律可知，绳子对运动员竖直向上的拉力大小为FT，绳对吊椅竖直向上的拉力大小也为FT，选取运动员和吊椅整体为研究对象，则有
2FT－(M＋m)g＝(M＋m)a
所以FT＝
＝ N＝440 N.
(2)设吊椅对运动员的支持力为F，以运动员为研究对象，由牛顿第二定律得FT＋F－Mg＝Ma
所以F＝M(g＋a)－FT＝65×11 N－440 N＝275 N
据牛顿第三定律知，运动员对吊椅的压力大小为275 N.
12．如图所示 ，质量为M的木板放在倾角为θ的固定光滑斜面上，一个质量为m的人站在木板上，若人相对于木板静止，求：木板的加速度为多大？人对木板的摩擦力为多大？
【答案】gsin θ 0
【解析】选木板和人为一整体，受力分析如图甲所示，取沿斜面向下为正方向，由牛顿第二定律得
(M＋m)gsin θ＝(M＋m)a
解得a＝gsin θ
选人为研究对象，设木板对人的摩擦力为Ff，方向沿斜面向下，受力分析如图乙所示．由牛顿第二定律得
mgsin θ＋Ff＝ma
又a＝gsin θ，可得Ff＝0.
由牛顿第三定律知，人对木板的摩擦力也为0.
甲 乙
第四章 5
1．(多选)(2019·永州名校期末)用计算机辅助实验系统(DIS)做验证牛顿第三定律的实验，如图所示是把两个测力探头的挂钩钩在一起，向相反方向拉动，观察显示器屏幕上出现的结果．观察分析两个力传感器的相互作用力随时间变化的曲线，以下结论正确的是( )
A．作用力与反作用力同时存在，同时消失
B．作用力与反作用力的关系与物体运动状态无关
C．作用力与反作用力大小相等、方向相反
D．作用力与反作用力的合力为零
【答案】ABC
【解析】由图可知，作用力与反作用力同时产生、同时消失，总是大小相等，故A正确；作用力与反作用力是两个物体间的相互作用力，与运动的状态无关，故B正确；由图可知，两个力的大小相等，方向相反，所以作用力与反作用力大小相等、方向相反，故C正确；作用力与反作用力是两个物体间的相互作用力，作用在不同的物体上，所以不能合成，故D错误．
2．如图所示，马拉车在水平路面上前进，下列说法正确的是( )
A．马对车的拉力大于车对马的拉力
B．马对车的拉力小于车对马的拉力
C．马对车的拉力等于车对马的拉力
D．只有当马车匀速前进时，马对车的拉力才等于车对马的拉力
【答案】C
【解析】马拉车的力和车拉马的力是作用力和反作用力，这两个力的大小总是相等的，与两物体的运动状态没有关系．
3．利用牛顿第三定律，有人设计了一种交通工具，在平板车上装了一个电风扇，风扇运转时吹出的风全部打到竖直固定在小车中间的风帆上，靠风帆受力而向前运动，如图所示．对于这种设计，下列分析中正确的是( )
A．根据牛顿第二定律，这种设计能使小车运行
B．根据牛顿第三定律，这种设计能使小车运行
C．这种设计不能使小车运行，因为它违反了牛顿第二定律
D．这种设计不能使小车运行，因为它违反了牛顿第三定律
【答案】D
【解析】风扇吹出的风吹到风帆上时，根据牛顿第三定律，风会给风扇一个反作用力，因此对于整个装置而言，作用力和反作用力是内力，小车不会运动，故选D．
4．如图所示，质量为M的物体放在水平地面上，物体上固定一竖直轻杆，在杆上套一质量为m的圆环，环在杆上恰能匀速下滑，则此时物体对地面的压力为多大？
【答案】(M＋m)g
【解析】对小环受力分析可知，环在匀速下滑过程中受到向上的摩擦力Ff＝mg；由牛顿第三定律可知，环给杆一个反作用力，大小也为mg，方向向下，因此物体对地面的压力等于(M＋m)g.
课件32张PPT。5 牛顿第三定律同学们，前一节我们学习了牛顿第二定律，首先请大家回顾一下有关知识，然后回答下面的几个问题：
1．如图所示给出了轮胎与地面间的动摩擦因数分别为μ1和μ2时，紧急刹车时的刹车痕迹(即刹车距离s)与刹车前车速v的关系曲线，则μ1和μ2的大小关系为( )
A．μ1<μ2
B．μ1＝μ2
C．μ1>μ2 D．条件不足，不能比较
【答案】C
【解析】过纵轴上一点作横轴的平行线(即取相同的初速度)，从平行线与曲线的交点可看出，动摩擦因数为μ1的刹车距离s1小于动摩擦因数为μ2的刹车距离s2，又v2＝2μ1gs1＝2μ2gs2，因此μ1＞μ2，选项C正确．
2．下列四组力学单位中，都是国际单位制中的基本单位的是( )
A．N、kg、m B．N、m、s
C．kg、m、s D．kg、N、m
【答案】C一、作用力与反作用力
1．定义
两个物体之间的作用是________的，物体之间相互作用的这一对力叫做作用力和反作用力，我们可以把其中的任意一 个力叫做作用力，则另一个力就叫___________．
2．施力物体与受力物体
__________的两个物体互为施力物体和受力物体．相互反作用力相互作用3．几对常见的作用力和反作用力地球弹簧水平桌面二、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______．方向________，作用在______________上．
2．表达式
(作用力)F＝－F′(反作用力)，式中的“－”号表示方向________．相等相反同一条直线相反在珠海航展中，我国展出了一款改进的新型B－611短程弹道导弹，导弹长6米，直径为0.4米，发射重量为1 200千克，最小射程为80千米，最大射程为150千米．主要用于野战防空和阵地防空，能够有效打击低空、超低空来袭的敌武装直升机、攻击机、无人飞行器和巡航导弹等目标．请思考：这么重的导弹如何实现远距离飞行呢？
【答案】导弹内燃料燃烧产生的气体与导弹相互作用向后喷出，导弹就获得了向前飞行的动力．三、物体的受力分析
1．概念
把研究对象在指定的物理环境中受到的________力都分析出来，并画出物体所受的力的________，这个过程就是受力分析．
2．受力分析的用途
一个物体的运动状态是否改变，可以用加速度描述，加速度的大小是由物体所受各个力的________决定的．求物体的加速度时，必须先对物体进行__________．所有示意图合力受力分析1．力的作用是相互的
(1)引力的作用是相互的：熟透的苹果因受重力作用而落向地面，施力物体是地球，同时地球也受到了苹果对它的引力，对这个力而言，受力物体是地球．作用力和反作用力(2)弹力的作用是相互的：放在水平桌面上的书本，由于桌面发生形变，给书本一个向上的支持力FN，同时由于书本发生形变，对桌面产生一个向下的压力F′N；用绳悬挂重物，绳对重物有向上的拉力，重物对绳也有向下的拉力．
(3)摩擦力的作用是相互的：放在粗糙斜面上的物体沿斜面向下滑动的过程中，受到斜面给它的沿斜面向上的摩擦力，同时物体也给斜面一个沿斜面向下的摩擦力作用．2．作用力和反作用力
物体间相互作用的一对力，一个力称为作用力，另一个力则称为该力的反作用力．
(1)只要有力发生，就一定有受力物体和施力物体．
(2)物体间力的作用是相互的，说明力是成对出现的．
(3)作用力与反作用力是相对的，其中一个力是作用力，另一个力就是反作用力． 例1 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．二对
C．三对 D．四对
解析：人走路时受到三个力的作用，即重力、地面的支持力和地面对人的摩擦力，力的作用总是相互的，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．选项C正确．
答案：C1．(多选)马拉车运动时，设马对车的作用力为F，车对马的作用力为T.关于F和T的说法正确的是( )
A．F和T是一对作用力与反作用力
B．当马与车做加速运动时，F＞T
C．当马与车做减速运动时，F＜T
D．无论做什么运动，F和T的大小总是相等的
【答案】AD
【解析】马与车间的相互作用力是一对作用力和反作用力，这两个力大小一定相等，故A、D正确，B、C错误，车做加速运动的原因是马拉车的力大于车所受的阻力．理解牛顿第三定律的关键是理解作用力与反作用力的关系，它们的关系可以归纳为五性：
1．反向性：作用力与反作用力大小相等，方向相反，作用在一条直线上，这反映了力的矢量特征，也说明了力的作用是相互的．
2．同时性：作用力和反作用力总是同时产生、同时变化、同时消失，无先后之分．对牛顿第三定律的理解3．同性质：作用力和反作用力一定是相同性质的力．例如，作用力是弹力，反作用力也一定是弹力，作用力是摩擦力，反作用力也一定是摩擦力．
4．异体性：作用力和反作用力分别作用在两个不同的物体上，在两个物体上都产生各自的作用效果，这两个作用效果是绝对不可抵消的．
5．无关性：只要两个物体发生相互作用，作用力和反作用力就存在上述关系，与物体的质量大小、形状和运动状态无关． 例2 下列说法中正确的是( )
A．甲物体受乙物体的作用，则乙物体一定同时受到甲物体的作用
B．甲物体对乙物体的作用一定是作用力，而乙物体对甲物体的作用一定是反作用力
C．若把甲、乙两物体看成质点，则甲、乙两物体间的作用力和反作用力一定在甲、乙两物体的连线上
D．若甲物体对乙物体的作用力竖直向上，则乙物体对甲物体的作用力也一定竖直向上
解析：根据牛顿第三定律知，作用力和反作用力是两个物体相互作用而产生的，如果把其中一个叫做作用力，另一个就是反作用力，作用力与反作用力的命名是任意的，作用力与反作用力在同一直线上，方向相反，根据以上叙述可判定A、C正确，B、D错误．
答案：AC2．(2017·宿城名校检测)如图为足球队员埃雷尔森在足球比赛中顶球瞬间场景，此时( )
A．头对球的作用力大于球对头的作用力
B．头对球的作用力与球对头的作用力大小相等
C．头对球的作用力与球的重力是一对平衡力
D．头对球的作用力与球对头的作用力是一对平衡力
【答案】B
【解析】头对球的作用力与球对头的作用力是相互作用力，根据牛顿第三定律，它们大小相等、方向相反、作用在同一条直线上，故A、D错误，B正确；头对球的作用力大小不是固定的，但球的重力大小是固定的，故头对球的作用力与球的重力不是一对平衡力，故C错误．1．受力分析的常用方法
(1)整体法和隔离法：隔离法——把某个物体(或物体的一部分)与周围物体分隔出来，单独分析它的受力情况的方法；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．
(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．物体的受力分析(3)利用牛顿第三定律分析：当某一力不易直接分析时，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．
2．受力分析的一般步骤
(1)明确研究对象
在进行受力分析时，研究对象可以是某一个物体，也可以是保持相对静止的若干个物体．在解决比较复杂的问题时，灵活地选取研究对象可以使问题简捷地得到解决．(2)隔离物体分析
将研究对象从周围环境中隔离出来，进而分析周围有哪些物体对它施加了力的作用．
(3)按顺序分析受力并画出力的示意图
受力分析的一般顺序是：重力、弹力、摩擦力、其他外力．每分析一个力都要马上在物体上标记出来，针对于接触面需分析弹力及摩擦力，必要时需使用前面介绍的“假设法”，边分析边将力一一画在受力示意图上，准确标出各力的方向．
(3)检查画出的每一个力能否找出它的施力物体，检查分析结果能否使研究对象处于题目所给运动状态，否则，必然发生了漏力、多力或错力现象． 例3 (2017·集宁名校期末)如图所示，P和Q叠放在一起，静止在水平桌面上，在以下各对力中属于作用力和反作用力的是( )
A．P对Q的压力和Q对P的支持力
B．P所受重力和P对Q的压力
C．Q对桌面的压力和桌面对Q的支持力
D．P所受重力和Q对P的支持力解析：P对Q的压力和Q对P的支持力是作用力和反作用力，故A正确；P所受的重力和P对Q的压力相等，但不是作用力和反作用力，故B错误；Q对桌面的压力和桌面对Q的支持力是作用力和反作用力，故C正确；P受到的力有：重力、Q对P的支持力，处于静止状态，所以P所受的重力和Q对P的支持力是平衡力，故D错误．
答案：AC 3．用轻质细线把两个质量未知的小球悬挂起来，如图所示．今对小球a持续施加一个向左偏下30°的恒力，并对小球b持续施加一个向右偏上30°的同样大的恒力，最后达到平衡，表示平衡状态的图可能是( )
【答案】A
【解析】解法一：整体法．以a、b两小球及它们间的连线为研究对象，因施加的恒力合力为零，重力竖直向下，故平衡时连接a与悬点的细线必须竖直，且其拉力等于两球重力之和，所以正确选项为A.解法二：隔离法．图以b为研究对象，小球b受Gb、F和FT三个力的作用如图乙所示，F和FT的合力F1＝Gb且竖直向上．以a为研究对象，小球a受图甲所示的Ga、F′、FT′和与悬点相连的悬线拉力F3(方向未知)四个力的作用，根据牛顿第三定律知FT′＝FT，根据力的合成和F′和FT′的合力F2＝F1，且方向竖直向下，因此根据平衡条件和平衡时连接a与悬点的细绳拉力F3知，F2和Ga的合力竖直向下，F3必定竖直向上，同样得正确选项为A.
