粤教版（2019）高中物理 必修第一册 第4章 第4节　牛顿第三定律学案

第四节　牛顿第三定律
学习目标：1.[物理观念]知道作用力与反作用力的概念，理解牛顿第三定律的内容，并能解释相关物理现象．　2.[科学思维]掌握牛顿第三定律的内涵，能区分一对作用力与反作用力和一对平衡力，能解决相关问题，提高解题能力．　3.[科学探究]通过对作用力与反作用力特点的探究，学会与他人合作交流，得出实验结论，提高实验能力．　4.[科学态度与责任]在解释物理现象中发扬实事求是的精神，激发学习物理科学的兴趣与热情．
阅读本书教材，回答第115页“讨论与交流”并梳理必要知识点．
教材P115“讨论与交流”提示：
1．书受重力、支持力，这两个力是一对平衡力；书对桌面的压力与桌面对书的支持力是一对作用力与反作用力．一对平衡力作用在同一物体上性质可以不同，效果抵消；一对作用力与反作用力作用在两个物体上、性质相同，效果不能抵消．
2．不违背牛顿第三定律．站在岸上的取胜．取胜决定因素是双方以外的物体对他们施加的外力，外力大的一方胜．
一、探究作用力与反作用力的关系
1．作用力与反作用力：一个物体对另一个物体有作用力时，同时也受到另一物体对它的反作用力，它们总是成对出现的．我们把两个物体间的这种相互作用力称为作用力与反作用力．
2．实验与探究
把两个弹簧测力计A和B连结在一起，用手拉A，发现两个弹簧测力计的示数相同．改变拉力，弹簧测力计的示数都随着变化，但两者的示数总是相同．这说明作用力和反作用力大小相等，方向相反．
说明：作用力与反作用力总是作用在不同的物体上．
二、牛顿第三定律
1．内容：两个物体之间的作用力F和反作用力F′总是大小相等、方向相反，作用在同一条直线上．
2．作用力和反作用力特点：分别作用在两个不同的物体上，它们同时产生、同时消失，是同种性质的力．
3．公式表达：F＝－F′.
说明：这里负号表示这两个力的方向相反．
1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)力的作用是相互的，有一个力，必有一个反作用力． (√)
(2)作用力与反作用力总是同时产生、同时消失的． (√)
(3)作用力和反作用力大小相等、方向相反，在同一条直线上，因此它们的合力为零． (×)
(4)摩擦力的反作用力一定是摩擦力． (√)
2.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表示人对跳板的弹力，F2表示跳板对人的弹力，则(　　)
A．F1和F2是一对平衡力
B．F1和F2是一对作用力和反作用力
C．先有力F1，后有力F2
D．F1和F2方向相反，大小不相等
B　[F1是人对跳板的弹力，受力物体是跳板．F2是跳板对人的弹力，受力物体是人，故F1、F2不是平衡力，A错误；F1、F2性质都是弹力，是一对作用力和反作用力，B正确；F1、F2同时产生，C错误；F1、F2不论是运动员站立，还是起跳时，大小总相等，故D错误．]
3．(多选)用计算机辅助实验系统做验证牛顿第三定律的实验，点击实验菜单中“力的相互作用”．如图甲所示，把两个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如图乙所示．观察分析两个相互作用力随时间变化的曲线，可以得到以下实验结论，正确的是(　　)
A．作用力与反作用力时刻相同
B．作用力与反作用力作用在同一物体上
C．作用力与反作用力大小相等
D．作用力与反作用力方向相反
CD　[由图乙可知，作用力和反作用力的图线关于t轴对称，说明作用力和反作用力的大小时刻相等，即同时增大，同时减小，变化完全一样，由于图像中的正、负表示方向，所以作用力和反作用力方向相反．作用力与反作用力作用在不同物体上．A、B错误，C、D正确．]
作用力与反作用力和一对平衡力的比较
机器人的研发和使用给人们生活带来极大的便利，如图是一个重为G的扫地机器人在水平地板上行驶．
请探究：
(1)地板对机器人的支持力，与机器人受到的重力是一对作用力与反作用力，这种观点正确吗？
(2)对机器人进行受力分析，并找出作用力与反作用力，和一对平衡力？
提示：(1)不正确．
(2)机器人受重力和支持力的作用，它们是一对平衡力；支持力与机器人对地面压力是作用力与反作用力；重力与机器人对地球的引力是一对作用力与反作用力．
作用力与反作用力 一对平衡力
相同点 大小相等、方向相反、作用在同一条直线上
不同点 作用
对象 两个力分别作用在两个物体上 两个力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 不一定同时产生或消失
力的
种类 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
【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
[思路点拨]　①明确每个力的受力物体和施力物体．
②平衡力一定作用于同一物体，而作用力与反作用力一定作用在两个物体上．
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
(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．
[跟进训练]
1．下列关于作用力、反作用力和一对平衡力的认识，正确的是(　　)
A．一对平衡力的合力为零，作用效果相互抵消，一对作用力与反作用力的合力也为零，作用效果也相互抵消
B．作用力和反作用力同时产生、同时变化、同时消失，且性质相同，平衡力的性质却不一定相同
C．作用力和反作用力同时产生、同时变化、同时消失，且一对平衡力也是如此
D．先有作用力，接着才有反作用力，一对平衡力却是同时作用在同一个物体上
B　[作用力与反作用力作用在两个不同的物体上，作用效果不能抵消，A错误；作用力与反作用力具有同时性、性质相同的特点，平衡力不一定具备这些特点，B正确，C、D错误．]
牛顿第三定律的理解
如图所示，有两个穿着溜冰鞋的人站在冰面上，当其中一个人A从背后使劲推另一个人B时．
甲　　　　　乙
请探究：
(1)从乙图看B向前运动了，为什么A会向后运动？
(2)如果mA提示：(1)根据牛顿第三定律知，A会受到向后的反作用力，因而A会向后运动．
(2)由F＝ma知，当F相等时，m越大，a越小，故A同学的加速度会更大些．
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”：
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
【例2】　(多选)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，则下列说法中正确的是(　　)
A．甲对乙的拉力大于乙对甲的拉力，所以甲获胜
B．当甲把乙匀速拉过去时，甲对乙的拉力大小等于乙对甲的拉力大小
C．当甲把乙加速拉过去时，甲对乙的拉力大于乙对甲的拉力
D．甲对乙的拉力大小始终等于乙对甲的拉力大小，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
[思路点拨]　甲对乙的拉力与乙对甲的拉力是一对作用力与反作用力，大小总相等．摩擦力大的一方获胜．
BD　[物体的运动状态是由其自身的受力情况决定的，只有当物体所受的合外力不为零时，物体的运动状态才会改变，不论物体处于何种状态，物体间的作用力与反作用力总是大小相等、方向相反，由于它们作用在不同的物体上，所以其效果可以不同．甲获胜的原因是甲受到的地面的摩擦力大于绳子对甲的拉力；乙后退的原因是绳子对乙的拉力大于乙受到的地面的摩擦力；但是，根据牛顿第三定律，甲对乙的拉力大小始终等于乙对甲的拉力大小．B、D正确．]
有关牛顿第三定律的两点提醒
(1)作用力与反作用力在产生上没有先后关系，也没有因果关系．不能说先有作用力，后有反作用力；也不能说因为有了作用力，才有反作用力．
(2)作用力与反作用力虽然等大、反向，但由于它们分别对相互作用的两个物体起作用，这两个力不能求合力，不能相互抵消．
把上题变为下图情境：
身高和质量完全相同的两人穿同样的鞋在同一水平面上通过一轻杆进行顶牛比赛，企图迫使对方后退．设甲、乙两人对杆的推力分别是F1、F2，甲、乙两人身体因前倾而偏离竖直方向的夹角分别为α1、α2，倾角α越大，此刻人手和杆的端点位置就越低，如图所示，若甲获胜，则(　　)
A．F1＝F2，α1>α2 B．F1>F2，α1＝α2
C．F1＝F2，α1<α2 D．F1>F2，α1>α2
A　[由于杆是轻杆，把杆当作甲或乙的一部分，由牛顿第三定律，F1＝F2，故B、D错误；甲获胜是由于甲所受地面的最大静摩擦力大于乙的，故甲端杆的端点位置较低，由受力分析和几何关系可知，α1>α2，故A正确．]
[跟进训练]
2.如图所示，马拖着一根质量为m的树干在粗糙的水平地面上做匀加速直线运动，加速度大小为a，已知马对树干的拉力大小为F1，树干对马的拉力大小为F2，则有(　　)
A．F1>F2　 B．F1＝F2
C．F1B　[F1与F2是一对作用力和反作用力，大小相等，选项B正确；树干除受马的拉力外，水平方向还受地面的摩擦力，树干所受合外力不等于F1，所以选项D错误．]
1．物理观念：作用力与反作用力、牛顿第三定律．
2．科学思维：一对作用力与反作用力和一对平衡力的区别、牛顿第三定律的理解与应用．
3．科学方法：实验法、比较法．
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，选项D正确．]
2.如图所示，人站立在体重计上，下列说法正确的是(　　)
A．人对体重计的压力和体重计对人的支持力是一对平衡力
B．人对体重计的压力和体重计对人的支持力是一对作用力和反作用力
C．人所受的重力和人对体重计的压力是一对平衡力
D．人所受的重力和人对体重计的压力是一对作用力和反作用力
B　[人对体重计的压力和体重计对人的支持力是一对作用力和反作用力，A错，B对；人所受的重力和人对体重计的压力大小相等，方向相同，既不是作用力与反作用力，也不是一对平衡力，C、D错．]
3．关于作用力与反作用力，下列说法中正确的是 (　　)
A．物体相互作用时，先有作用力而后才有反作用力
B．作用力与反作用力大小相等、方向相反，作用在一条直线上，因此它们的合力为零
C．弹力的反作用力一定是弹力
D．马能将车拉动，是因为马拉车的力大于车拉马的力
C　[A错：物体相互作用时，作用力与反作用力同时产生、同时变化、同时消失；B错：作用力与反作用力大小相等，方向相反，但是作用在两个物体上，不能进行力的合成；C对：作用力与反作用力的性质相同，弹力的反作用力一定是弹力；D错：车被马拉动，是因为马拉车的力大于车所受的阻力，而马拉车的力与车拉马的力是作用力与反作用力，大小相等，方向相反．]
4．用锤头敲玻璃，玻璃被打碎，而锤头未碎．对于这一现象，下列说法正确的是(　　)
A．锤头对玻璃的作用力大于玻璃对锤头的作用力，所以玻璃才碎裂
B．玻璃对锤头的作用力大于锤头对玻璃的作用力，只是由于锤头比玻璃能够承受更大的力才没有碎裂
C．锤头和玻璃之间的作用力是等大的，只是由于锤头比玻璃能够承受更大的力才没有碎裂
D．因为不清楚锤头和玻璃的其他受力情况，所以无法判断它们之间的相互作用力的大小
C　[锤头对玻璃的作用力与玻璃对锤头的作用力是一对作用力与反作用力，总是大小相等，方向相反，作用在不同物体上，因为物体的承受能力不同，所以产生的作用效果不同，故C正确，A、B、D均错误．]
5.春天两个小孩拿着质量不计的气球在公园里玩耍．
问题：
(1)哪个力是用来平衡绳子的拉力的？
(2)绳子对气球的拉力是哪个物体对哪个物体的作用力？
分析：(1)因气球重力不计，所以气球受到的浮力与拉力平衡．
(2)绳子拉气球是绳子对气球的作用力．绳子是施力物体，气球是受力物体．
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