高中物理鲁科版新教材必修第一册学案 第5章 第4节　牛顿第三运动定律Word版含解析

第4节　牛顿第三运动定律
1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)力是物体对物体的作用，施力物体同时也是受力物体． (√)
(2)作用力和反作用力的受力物体是同一物体． (×)
(3)一个人在用力打拳，可见一个力可以只有施力物体没有受力物体． (×)
(4)作用力与反作用力一定是同性质的力． (√)
2．如图所示，一个大人甲跟一个小孩乙站在水平地面上手拉手比力气，结果大人把小孩拉过来了．对这个过程中作用于双方的力的关系，正确的说法是(　　)
甲　　　乙
A．大人拉小孩的力一定比小孩拉大人的力大
B．大人与小孩间的拉力是一对作用力与反作用力
C．大人拉小孩的力与小孩拉大人的力的合力一定为零
D．只有在大人把小孩拉动的过程中，大人的力才比小孩的力大，有可能出现的短暂相持过程中，两人的拉力一样大
B　[大人拉小孩的力与小孩拉大人的力构成一对相互作用力，它们之间的关系满足牛顿第三定律，所以二者永远大小相等，方向相反，两力作用在不同的人身体上，不能求合力，小孩被拉动是因为他受的拉力大于他所受摩擦力．故选项B正确．]
3．对于牛顿第三定律的理解，下列说法中正确的是(　　)
A．当作用力产生后，再产生反作用力；当作用力消失后，反作用力才慢慢消失
B．弹力和摩擦力都有反作用力，而重力无反作用力
C．甲物体对乙物体的作用力是弹力，乙物体对甲物体的反作用力可以是摩擦力
D．作用力和反作用力在任何情况下都不会平衡
D　[根据牛顿第三定律知，两个物体之间的相互作用力大小相等、方向相反、性质相同、同时产生、同时消失，故可判定A、B、C错误，D正确．]
作用力与反作用力
如图所示是一种传统的民族体育项目“押加”，实际上相当于两个人拔河．如果绳质量不计，且保持水平，甲、乙两人在“押加”比赛中甲获胜．
探究：(1)甲对绳的拉力，乙对绳的拉力对应的反作用力分别是什么？
(2)甲获胜，是不是甲拉乙的力大于乙拉甲的力？大小与运动状态有关吗？
提示：(1)甲对绳的拉力其反作用力是绳对甲的拉力，乙对绳的拉力其反作用力是绳对乙的拉力．
(2)不是．甲拉乙的力与乙拉甲的力始终相等，与运动状态无关．
1．作用力与反作用力
2．作用力、反作用力与平衡力之间最直观的不同就是受力物体不同．
作用力和反作用力 平衡力
相同点 大小相等、方向相反、作用在同一直线上
不同点 受力物体 作用在不同物体上 作用在同一物体上
性质 相同 不一定相同
依存关系 同时产生、同时变化、同时消失，相互依存，不可单独存在 无依存关系，撤销其中一个，另一个仍可存在，只是不再平衡
叠加性 不可叠加求合力，两力作用效果不会抵消 可以叠加求合力，合力为零，两力作用效果相互抵消
【例1】　(多选)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跟墙壁对物体的支持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
思路点拨：先对物体受力分析，找出相互平衡的力，然后找出每个力的施力物体，对施力物体的作用力是反作用力．
CD　[作用力F跟墙壁对物体的支持力作用在同一物体上，大小相等、方向相反，在一条直线上，是一对平衡力，A错；作用力F作用在物体上而物体对墙壁的压力作用在墙壁上，这两个力不能成为平衡力，也不是作用力和反作用力，B错；物体在竖直方向上，受竖直向下的重力和墙壁对物体竖直向上的静摩擦力，因物体处于静止，故这两个力是一对平衡力，C对；物体对墙壁的压力与墙壁对物体的支持力，是两个物体之间的相互作用力，是一对作用力和反作用力，D对．]
辨别作用力、反作用力与平衡力的方法
[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，一对平衡力的性质不一定相同
C．作用力和反作用力同时产生、同时变化、同时消失，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的
B　[作用力与反作用力是分别作用在两个不同物体上的，作用效果不能抵消，选项A错误；作用力与反作用力具有同时性、同性质的特点，而一对平衡力不一定具有这些特点，选项B正确，C、D错误．]
牛顿第三定律
用计算机辅助实验系统探究作用力与反作用力的关系，点击实验菜单中“力的相互作用”，把两个探头的挂钩钩在一起，向相反方向拉动，如图甲所示，观察显示器屏幕上出现的结果如图乙所示．
甲　　　　　　　　　　乙
探究：(1)乙图中的正、负表示什么？
(2)仔细观察分析乙图，还可以得出什么结论？
提示：(1)图像中的正、负表示方向，所以作用力和反作用力方向相反．
(2)由图乙可知，作用力与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，变化情况完全一样．
1．牛顿第三定律的公式表达：F＝－F′.负号表示两者方向相反，等号表示两者大小相等．
2．牛顿第三定律的物理意义：揭示了物体之间相互作用的规律，反映了作用力和反作用力的大小、方向特点，揭示了相互作用的物体间的联系．
3．应用牛顿第三定律应注意的问题
(1)定律中的“总是”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)牛顿第三定律说明了作用力和反作用力中，若一个产生或消失，则另一个必然同时产生或消失，否则就违背了“相互关系”．
【例2】　质量为M的人站在地面上，用轻绳通过光滑定滑轮将质量为m的重物从高处放下，如图所示，若重物以加速度a下降(a＜g)，则人对地面的压力为(　　)
A．(M＋m)g－ma
B．M(g－a)－ma
C．(M－m)g＋ma
D．Mg－ma
思路点拨：①“轻绳、光滑定滑轮”说明绳对重物的拉力和对人的拉力大小相等．
②求人对地面的压力可用转换对象法先求地面对人的支持力．
C　[以重物为研究对象，受力分析如图甲所示．
甲　　　　　乙
由牛顿第二定律得mg－F＝ma，
所以绳子上的拉力F＝mg－ma.
以人为研究对象，受力分析如图乙所示．
由平衡条件得F＋N＝Mg
所以N＝Mg－F＝Mg＋ma－mg
由牛顿第三定律知，人对地面的压力等于地面对人的支持力，所以N′＝N＝(M－m)g＋ma.]
牛顿第三定律的适用范围
牛顿第三定律不仅适用于固体间的相互作用，也同样适用于气体和液体间的相互作用，而且与作用力的性质、作用方式(接触或不接触)、物体的质量大小、运动状态及参考系的选择均无关．
【一题多变】　若将上题的加速度a反向即重物以a加速上升(a＜g)且M＞2m，求人对地面的压力大小？
[解析]　以重物为研究对象，受力分析如图甲所示．
甲
由牛顿第二定律得：
F－mg＝ma
所以绳子上的拉力
F＝mg＋ma
以人为研究对象，受力分析如图乙所示
乙
由平衡条件知：F＋N＝Mg
所以N＝Mg－F＝Mg－mg－ma
由牛顿第三定律知，人对地面的压力等于地面对人的支持力
所以N′＝N＝Mg－mg－ma.
[跟进训练]
2.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＋0.4mg B．Mg＋0.6mg
C．(M＋m)g D．Mg
B　[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＝ma ①
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′＝Ff ③
由①②③解得FN＝Mg＋0.6mg
由牛顿第三定律得底座对地面的压力大小为
FN′＝FN＝Mg＋0.6mg，方向竖直向下．故选B.]
1．物理观念：牛顿第三定律、作用力与反作用力、平衡力．
2．科学思维：区分作用力与反作用力和一对平衡力相关问题的求解．
3．科学方法：实验探究法、平衡法.
1．(多选)下面是生活、生产中常见的事例，应用牛顿第三定律的是(　　)
A．小船靠划桨前进
B．帆船利用风力来航行
C．螺旋桨飞机通过螺旋桨旋转飞行
D．喷气式飞机向后喷出燃气推动飞机前进
ACD　[当坐在船上的人划桨时，桨对水有向后的作用力，同时水对桨有一个反作用力向前，使得小船向前行，A正确．同理C、D正确，B错误．]
2．我国跳水运动在世界上处于领先地位．如图所示为运动员跳水前的起跳动作．下列说法正确的是(　　)
A．运动员蹬板的作用力大小大于板对她们的支持力大小
B．运动员蹬板的作用力大小小于板对她们的支持力大小
C．运动员所受的支持力和重力相平衡
D．运动员所受的合外力一定向上
D　[运动员蹬板的作用力与板对她们的支持力是作用力和反作用力，大小相等、方向相反，A、B错误；运动员起跳过程，是由静止获得速度的过程，因而有竖直向上的加速度，合外力竖直向上，运动员所受的支持力大于重力，C错，D对．]
3．下列各对力中，是相互作用力的是(　　)
A．悬绳对电灯的拉力和电灯的重力
B．电灯拉悬绳的力与悬绳拉电灯的力
C．悬绳拉天花板的力和电灯拉悬绳的力
D．悬绳拉天花板的力和电灯的重力
B　[作用力与反作用力是两个物体之间的相互作用力，选项A、C、D都不是作用力与反作用力．]
4．(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F′.关于F和F′的说法正确的是(　　)
A．F和F′是一对作用力和反作用力
B．当马与车做加速运动时，F>F′
C．当马与车做减速运动时，FD．无论马与车做什么运动，F和F′的大小总是相等的
AD　[马与车之间的两个力作用在两个物体上，是一对相互作用力，这两个力大小一定相等，故A、D项正确；车做加速(减速)运动的原因是马拉车的力大于(小于)车所受的阻力，故B、C项错误．]
5．(思维拓展)如图所示为英国人阿特伍德设计的装置，不考虑绳与滑轮的质量，不计轴承、绳与滑轮间的摩擦．初始时两人均站在水平地面上，当位于左侧的甲用力向上攀爬时，位于右侧的乙始终用力抓住绳子，最终至少一人能到达滑轮．
问题：质量对二者谁先到达顶端有何影响．
[解析]　由于滑轮光滑，甲拉绳子的力等于绳子拉乙的力，若甲、乙的质量相同，甲用力向上攀爬时，甲拉绳子的力等于绳子拉乙的力，甲、乙具有相同的加速度和速度，所以甲、乙应同时到达滑轮；若甲的质量大，则由甲拉绳子的力等于乙受到的绳子拉力，得甲攀爬时乙的加速度大于甲，所以乙会先到达滑轮，故质量大的后到达顶端．
[答案]　见解析