高中物理新教材同步必修第一册 第3章 3 牛顿第三定律

3 牛顿第三定律 [学习目标] 1.理解作用力和反作用力的概念，知道一对作用力与反作用力与一对平衡力的 区别.2.理解牛顿第三定律，并会用其解决简单问题.3.能对一些简单的问题进行受力分析． 一、作用力和反作用力 1．力是物体对物体的作用．只要谈到力，就一定存在着受力物体和施力物体． 2．两个物体之间的作用总是相互的，物体间相互作用的这一对力，通常叫作作用力和反作 用力． 3．作用力和反作用力总是互相依赖、同时存在的．我们可以把其中任何一个力叫作作用力， 另一个力叫作反作用力． 二、牛顿第三定律 1．实验探究：如图1 所示，把A、B 两个弹簧测力计连接在一起，B 的一端固定，用手拉测 力计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随着改 变，但两个弹簧测力计的示数总是相等的，方向相反． 图1 2．牛顿第三定律：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． 三、“一对相互平衡的力”和“一对作用力和反作用力”的区别 1．一对相互平衡的力作用在一个物体上，一对作用力和反作用力作用在两个物体上．(均选 填“一个”或“两个”) 2．一对作用力和反作用力一定是同一种类的力，而一对相互平衡的力不一定是同一种类的 力．(均选填“一定”或“不一定”) 判断下列说法的正误． (1)物体间可能只有作用力，而没有反作用力．( × ) (2)两个物体只有接触才存在作用力和反作用力．( × ) (3)物体间先有作用力，然后才有反作用力．( × ) (4)物体间的作用力和反作用力等大、反向，可以抵消．( × ) (5)物块静止放在水平桌面上，物块所受重力和桌面对物块的支持力是一对相互平衡的力．( √ ) (6)物体对桌面的压力与桌面对物体的支持力是一对相互平衡的力．( × ) 一、对牛顿第三定律的理解 导学探究 1．鸡蛋去碰石头，鸡蛋会“粉身碎骨”，而石头却“安然无恙”，是不是就可以认为鸡蛋 对石头的力小，而石头对鸡蛋的力大呢？ 答案 不是．鸡蛋去碰石头，鸡蛋会“粉身碎骨”，是因为鸡蛋比较脆弱，在作用力大小相 同的情况下，鸡蛋更容易破． 2.如图2，一个物体在粗糙地面上以初速度v0向右做匀减速运动，请找出物体受到的支持力 与摩擦力的反作用力，一对作用力和反作用力作用在几个物体上？这两对作用力和反作用力 各是什么性质的力？ 图2 答案 物体受到的支持力的反作用力是物体对地面的压力，地面对物体的摩擦力的反作用力 是物体对地面的摩擦力，一对作用力与反作用力作用在两个物体上，支持力与压力是弹力； 后一对则都是摩擦力． 知识深化 作用力和反作用力的四个特征 等值 作用力和反作用力大小总是相等的 反向 作用力和反作用力方向总是相反的 共线 作用力和反作用力总是作用在同一条直线上 同性质 作用力和反作用力总是同一种类的力(即同一性质的力) (2019·沈阳市高一教学质量检测)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，先产生作用力，然后才产生反作用力 B．作用力和反作用力的合力为零 C．作用力和反作用力总是同时产生，同时消失，分别作用在两个物体上 D．放在水平桌面上的书，所受重力和桌面对书的支持力为一对作用力与反作用力 答案 C 解析 由牛顿第三定律可知，作用力和反作用力大小相等，方向相反，作用在同一条直线上， 作用在两个物体上，力的性质相同，它们同时产生，同时变化，同时消失，故A 错误，C 正 确；作用力和反作用力大小相等，方向相反，在同一条直线上，但作用在不同的物体上，故 不能合成，故B 错误；放在水平桌面上的书所受重力和桌面对书的支持力为一对平衡力， 故D 错误． 如图3 所示，一匹马拉着车前行，关于马拉车的力和车拉马的力的大小关系，下列 说法中正确的是( ) 图3 A．马拉车的力总是大于车拉马的力 B．马拉车的力总是等于车拉马的力 C．加速运动时，马拉车的力大于车拉马的力 D．减速运动时，马拉车的力小于车拉马的力 答案 B 解析 马向前拉车的力和车向后拉马的力是一对作用力和反作用力，它们总是大小相等、方 向相反、作用在同一条直线上，与运动状态无关．加速运动或者减速运动时，马向前拉车的 力都等于车向后拉马的力，故A、C、D 错误，B 正确． 正确理解牛顿第三定律中“总是”的含义 “总是”是强调对于任何物体，在任何情况下，作用力和反作用力的关系都成立． (1)不管物体的大小、形状如何，任意两物体间作用力和反作用力总是大小相等、方向相反． (2)不管物体的运动状态如何，例如，静止的物体之间，运动的物体之间，静止与运动的物 体之间，其作用力和反作用力总是大小相等、方向相反． (3)作用力和反作用力的产生和消失总是同时的． 二、一对作用力和反作用力与一对平衡力的比较 导学探究 如图4 所示，木块静止在水平面上． 图4 (1)在图4 画出木块受到的重力G 和支持力FN的示意图． 重力G 和支持力FN属于一对什么力？作用在几个物体上？是同一性质的力吗？ (2)在图5 中，画出水平面对木块的支持力FN和木块对水平面的压力FN′. 图5 支持力FN和压力FN′属于一对什么力？分别作用在什么物体上？是同一性质的力吗？ 答案 (1)如图所示． 重力和支持力属于一对平衡力；作用在一个物体上；一个是重力，一个是弹力，不是同一性 质的力． (2)如图所示． 支持力FN和压力FN′属于一对作用力和反作用力；支持力FN作用在木块上，压力FN′作用在 水平面上；两者都是弹力，是同一性质的力． 知识深化 一对作用力和反作用力与一对平衡力的比较 内容 比较 一对作用力 和反作用力 一对平衡力 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、作用在同一条直线上 (2019·镇原二中高一期末)如图6 所示，物体静止于水平桌面上，则( ) 图6 A．桌面对物体的支持力的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 答案 A 解析 物体的重力是作用在物体上的力，支持力也是作用在这个物体上的力，这两个力大小 相等、方向相反，且作用在同一直线上，所以这两个力是一对平衡力，故A 正确，B 错误； 压力不是重力，它们的施力物体、受力物体、作用点都不相同，故C 错误；物体对桌面的 压力与桌面对物体的支持力为作用力与反作用力，不是平衡力，故D 错误． 针对训练 如图7 所示，人沿水平方向拉牛(可视为质点)，但没有拉动．下列说法正确的是( ) 图7 A．绳拉牛的力小于牛拉绳的力 B．绳拉牛的力与牛拉绳的力是一对平衡力 C．绳拉牛的力与地面对牛的摩擦力是一对平衡力 D．绳拉牛的力与地面对牛的摩擦力是作用力与反作用力 答案 C 解析 绳拉牛的力和牛拉绳的力是作用力与反作用力，大小相等、方向相反，故A、B 错误； 绳拉牛的力与地面对牛的摩擦力是一对平衡力，故C 正确，D 错误． 三、物体受力的初步分析 1．首先明确研究对象，即分析哪个物体所受的力． 2．通常按重力、弹力、摩擦力的顺序来分析： (1)重力：任何物体都受重力，其方向竖直向下． (2)弹力：两个相互接触的物体相互挤压时就会产生弹力，其方向与接触面垂直． (3)摩擦力：当两个粗糙且相互挤压的接触面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，其方向与接触面平行． 3．检查是否多分析力或漏分析力． (1)每一个力都能找到施力物体和受力物体． (2)当不确定某个力是否存在时，可用假设法来判断，假设有或没有这个力，物体能否保持 现在的状态． 画出图8 中物体A 所受力的示意图，并写出力的名称和施力物体：(1)物体A 静止， 接触面光滑；(2)A 沿固定粗糙斜面上滑；(3)A 沿粗糙水平面滑行；(4)接触面光滑，A 静止． 图8 答案 见解析 解析 (1)物体A 受重力G、推力F、地面的支持力FN、墙壁对A 向左的弹力FN′，施力物体 分别是地球、推A 的物体、地面、墙壁；(2)物体A 受竖直向下的重力G、垂直于斜面向上 的支持力FN、沿斜面向下的滑动摩擦力Ff，施力物体分别是地球、斜面、斜面；(3)物体A 受重力G、支持力FN、滑动摩擦力Ff，施力物体分别是地球、水平面、水平面；(4)物体A 受重力G、拉力FT、弹力FN，施力物体分别是地球、绳子、墙壁． 提示 在分析受力时，只需画出研究对象受到的力，它对其他物体的力不能画出． 1．(作用力和反作用力)对于作用力和反作用力的理解，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 答案 D 解析 作用力和反作用力总是同时产生、同时变化、同时消失的，它们之间没有先后顺序， A 错误；任何力都有反作用力，B 错误；作用力和反作用力一定是同种性质的力，C 错误； 由于作用力和反作用力分别作用在两个不同的物体上，因而它们在任何情况下都不会平衡， D 正确． 2．(作用力与反作用力)(2019·太原市高一上期末)火箭是世界上最先进的运载工具之一，它 是利用喷射燃烧的气体获得动力的．若不计空气阻力，在火箭竖直加速升空时，下列叙述正 确的是( ) A．喷出的气体对火箭的推力与火箭对喷出气体的推力是一对作用力和反作用力 B．喷出的气体对火箭的推力与火箭的重力是一对作用力与反作用力 C．喷出的气体对火箭的推力大于火箭对喷出气体的推力 D．喷出的气体对火箭的推力与火箭对喷出气体的推力都作用在火箭上 答案 A 解析 由牛顿第三定律可知，喷出的气体对火箭的推力与火箭对喷出气体的推力是一对作用 力和反作用力，所以喷出的气体对火箭的推力与火箭对喷出气体的推力大小相等，方向相反， 作用在不同物体上，故A 正确，B、C、D 错误． 3.(一对平衡力与作用力和反作用力的比较)电动滑板车是继传统滑板之后的又一滑板运动的 新型产品形式，深受年轻人的喜爱．如图9 所示，电动滑板车置于水平地面上，下列说法正 确的是( ) 图9 A．人站在滑板车上保持静止时，人所受的重力和地面对滑板车的支持力是一对平衡力 B．人站在滑板车上保持静止时，滑板车对人的支持力与滑板车对地的压力是一对作用力和 反作用力 C．人向上起跳时，滑板车对人的支持力等于人对滑板车的压力 D．人向上起跳时，人所受的支持力大于人对滑板车的压力 答案 C 解析 人站在滑板车上保持静止时，人所受的重力与滑板车对人的支持力是一对平衡力，滑 板车对人的支持力与人对滑板车的压力是一对作用力和反作用力，A、B 错误；滑板车对人 的支持力与人对滑板车的压力是一对作用力和反作用力，大小相等，方向相反，C 正确，D 错误． 4．(物体的受力分析)分别画出图10 中小球的受力示意图．(图甲中小球用细绳悬挂着静止在 光滑的斜面上，乙中小球用细绳拉着静止在桌角上，丙中小球固定在杆上) 图10 答案 如图所示 考点一 作用力和反作用力 1．(多选)关于作用力和反作用力，下列说法正确的是( ) A．作用力是摩擦力，反作用力可能是弹力 B．作用力是弹力，反作用力可能是摩擦力 C．作用力是摩擦力，反作用力一定是摩擦力 D．作用力是弹力，反作用力一定是弹力 答案 CD 解析 作用力和反作用力的性质相同，摩擦力的反作用力一定是摩擦力，弹力的反作用力一 定是弹力，故C、D 正确，A、B 错误． 2.一根轻质弹簧在天花板上竖直悬挂一小球，弹簧和小球的受力情况如图1 所示，下列说法 正确的是( ) 图1 A．F1的施力物体是弹簧 B．F2的反作用力是F3 C．F3的施力物体是地球 D．F4的反作用力是F1 答案 B 解析 根据题意，F1的施力物体是地球，故选项A 错误；F2的反作用力是F3，故选项B 正 确；F3的施力物体是小球，故选项C 错误；F4的反作用力是弹簧对天花板的拉力，故选项 D 错误． 考点二 牛顿第三定律 3．甲、乙两队拔河比赛，甲队获胜，这是因为( ) A．甲队对乙队的作用力大于乙队对甲队的作用力 B．绳子对甲队的拉力小于地面对甲队向后的作用力 C．地面对乙队向后的作用力大于绳子对乙队的拉力 D．地面对甲队的作用力大于甲队对地面的反作用力 答案 B 解析 甲队对乙队的作用力等于乙队对甲队的作用力，这是相互作用力，故A 错误；甲队 获胜，绳子对甲队的拉力小于地面对甲队向后的作用力，故B 正确；甲队获胜，所以地面 对乙队向后的作用力小于绳子对乙队的拉力，故C 错误；地面对甲队的作用力等于甲队对 地面的反作用力，故D 错误． 4．下列情景中，关于力的大小关系，说法正确的是( ) A．跳高运动员起跳时，地面对运动员的支持力大于运动员对地面的压力 B．钢丝绳吊起货物加速上升时，钢丝绳对货物的拉力大于货物对钢丝绳的拉力 C．鸡蛋撞击石头，鸡蛋破碎，石头对鸡蛋的作用力大于鸡蛋对石头的作用力 D．车轮受到地面的支持力大小始终等于地面受到车的压力大小，与汽车的运动状态无关 答案 D 解析 运动员对地面的压力和地面对运动员的支持力是作用力与反作用力，二者大小相等， A 错误；钢丝绳对货物的拉力与货物对钢丝绳的拉力为作用力与反作用力，不管货物处于哪 种状态，二者大小都相等，B 错误；鸡蛋对石头的力和石头对鸡蛋的力是作用力与反作用力， 二者大小相等，C 错误；汽车受到的地面的支持力和地面受到的车的压力是一对作用力和反 作用力，它们大小相等，方向相反，与运动状态无关，D 正确． 5．(多选)(2019·长春外国语学校高一第一学期期末)如图2 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( ) 图2 A．作用力大时，反作用力小 B．作用力和反作用力的大小总是相等的 C．作用力和反作用力的方向总是相反的 D．作用力和反作用力是作用在同一个物体上的 答案 BC 6．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关 系 答案 C 解析 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和反作用力，总是大小相等， 方向相反，作用在不同物体上，因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． 考点三 一对平衡力与一对作用力和反作用力的比较 7.如图3 所示，人站立在体重计上，下列说法正确的是( ) 图3 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 答案 B 8.(多选)如图4 所示，用水平力F 把一个物体紧压在竖直墙壁上，使其保持静止，下列说法 中正确的是( ) 图4 A．水平力F 与墙壁对物体的弹力是一对作用力与反作用力 B．物体的重力与墙壁对物体的静摩擦力是一对平衡力 C．水平力F 与物体对墙壁的压力是一对作用力与反作用力 D．物体对墙壁的压力与墙壁对物体的弹力是一对作用力与反作用力 答案 BD 解析 水平力F 与墙壁对物体的弹力是一对平衡力，A 错误；物体在竖直方向上受竖直向下 的重力以及墙壁对物体竖直向上的静摩擦力，这两个力是一对平衡力，B 正确；水平力F 作 用在物体上，而物体对墙壁的压力作用在墙壁上，这两个力既不是平衡力，也不是相互作用 力，C 错误；物体对墙壁的压力与墙壁对物体的弹力是一对作用力与反作用力，D 正确． 9.(多选)(2020·湖南高一期末)如图5 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，则下列说法正确的 是( ) 图5 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 答案 BD 解析 甲拉乙的力与乙拉甲的力是一对作用力与反作用力，大小相等，即不管谁获胜，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， 甲才能获胜，故A、C 错误，B、D 正确． 10．(2019·重庆市高一月考)人在沙滩上行走时容易下陷，则下陷过程中( ) A．人对沙滩的压力大于沙滩对人的支持力 B．人对沙滩的压力小于沙滩对人的支持力 C．人对沙滩的压力大小等于沙滩对人的支持力大小 D．人对沙滩的压力大小一定等于人的重力大小 答案 C 解析 人对沙滩的压力和沙滩对人的支持力是作用力和反作用力，二者大小相等，方向相反， 故A、B 错误，C 正确；人受重力、沙滩的支持力，人在沙滩上行走时容易下陷说明人向下 的重力大于向上的支持力，故D 错误． 11.(2019·上海市高一期末)如图6 所示，船夫站在水平甲板上撑竿使船离岸，该过程中( ) 图6 A．船夫和船之间存在摩擦力 B．岸对竿的作用力大于竿对岸的作用力 C．竿的弯曲是由竿对岸的作用力引起的 D．船夫对竿的力和岸对竿的力是一对相互作用力 答案 A 解析 船夫和船之间有相对运动趋势，则存在摩擦力，选项A 正确；岸对竿的作用力与竿 对岸的作用力是一对作用力和反作用力，则岸对竿的作用力等于竿对岸的作用力，选项B 错误；竿的弯曲是由岸对竿及人对竿的作用力引起的，选项C 错误；船夫对竿的力和岸对 竿的力都作用在竿上，不是相互作用力，选项D 错误． 12．(2019·天津一中高一期末)如图7 所示，光滑水平面上静止着一辆小车，酒精灯及试管固 定在小车支架上构成小车整体，在酒精灯燃烧一段时间后塞子喷出．下列说法正确的是( ) 图7 A．由于塞子的质量小于小车的质量，喷出时塞子受到的冲击力将大于小车受到的冲击力 B．由于塞子的质量小于小车的质量，喷出时塞子受到的冲击