3.3 牛顿第三定律-2023-2024学年高一元创物理提前学+强基础（人教版2019必修第一册）

3 牛顿第三定律 核心目标 1. 了解作用方和反作用力的概念、大小和方向关系，能区分反作用力和平衡力，能正确表述牛顿第三定律。 2. 会对物体进行初步的受力分析，能解释物理现象或者解决实际问题，能应用牛顿第三定律分析和解决实际问题。 【阅读+理解】----提前学知识要点 问题 力的作用是相互的。相互作用的力其大小有什么关系？ 1. 作用力和反作用力 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。 用手拉弹簧，弹簧受到手的拉力F，同时弹簧发生形变，手也就受到弹簧的拉力F ' （如下左图）。 坐在椅子上用力推桌子，会感到桌子也在推我们，我们的身体要向后仰。我们常说，地面上及地球附近的物体受到地球的吸引（重力）。其实，地球也受到它们的吸引，地球和物体之间的作用也是相互的（如下右图）。如此等等，不胜枚举。 观察和实验的结果表明，两个物体之间的作用总是相互的。当一个物体对另一个物体施加了力 ，后一个物体一定同时对前一个物体也施加了力 。物体间相互作用的这一对力，通常叫作作用力和反作用力。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。 2. 牛顿第三定律 作用力和反作用力的大小之间、方向之间有什么样的 关系？这又是一个定量的问题，而定量的问题通常只靠观 察和经验是解决不了的，它需要通过实验测量来回答。 实验：用弹簧测力计探究作用力和反作用力的关系 如图，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。可以看到两个测力计的指针同时移动。这时，测力计B受到A的拉力F，测力计A则受到B的拉力F 。F与F 有什么关系呢？ 从实验中可以发现，两个弹簧测力计的示数是相等的，方向相反。 大量事实表明：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。这就是牛顿第三定律。 在生活和生产中应用牛顿第三定律的例子是很多的。人在划船时，桨向后推水，水就向前推桨，将船向前推进（如图）。 与此类似，轮船的螺旋桨旋转时也是向后推水，水同时给螺旋桨一个反作用力，推动轮船前进。汽车的发动机驱动车轮转动，由于轮胎和地面之间的摩擦，车轮向后推地面，地面给车轮一个向前的反作用力，使汽车前进（如图）。 汽车受到的驱动力就是这样产生的。若把驱动轮架空，不让它跟地面接触，这时车轮虽然转动，但车轮不推地面，地面也就不会产生向前推车的力，汽车就不会前进。陷在泥泞中的汽车，尽管车轮飞转，但是如果泥和车轮之间太滑，车轮得不到足够的摩擦力，车也是出不来的。许多越野车可以按需要分别由前轮或后轮驱动，必要时甚至可以四轮同时驱动，以便根据车轮与地面接触的不同情况来获得足够的动力。 拓展学习：用力传感器探究作用力和反作用力的关系 力传感器可以把它所受力的大小、方向随时间变化的情况，由计算机屏幕显示出来。 把两个互相钩着的力传感器，同时连在计算机上，其中，一个系在墙壁上固定，另一个握在手中（图甲）。图乙中上下两条图线分别表示两个力传感器受力的大小。用手拉一个力传感器，可以看到在一个力传感器受力的同时， 另一个力传感器也同时受到力的作用，而且在任何时刻两个力的大小相等、方向相反。 两位同学各持一个力传感器，互相钩着。一人用力拉力传感器朝自己方向运动。从计算机屏幕可以看到，在运动的过程中，尽管力的大小随运动时间不断变化，但在运动中的任何时刻，作用力和反作用力总是大小相等、方向相反的。 3. 物体受力的初步分析 在高中物理的力学部分，我们遇到的力主要是重力、弹力和摩擦力。 例如，一个木块静止在粗糙斜面上，我们按重力、弹力和摩擦力的顺序来分析它的受力情况。木块受到重力G，方向竖直向下；木块和斜面接触并相互挤压，木块受到垂直于斜面向上的弹力FN ；假设木块和斜面之间没有摩擦，木块就会向下滑动，由此可以判断，静止的木块相对斜面有向下滑动的趋势，所受的静摩擦力 Ff是沿斜面向上的（如图）。 需要强调的是，必须明确我们是在分析哪个物体所受的力。在上面的例子中， 涉及木块的作用力和反作用力共有三对：重力G和木块对地球的引力、弹力FN和木块对斜面的压力、静摩擦力Ff和木块对斜面的静摩擦力。 由于我们是在对木块的受力情况进行分析，所以只把这六个力中木块所受的三个力画出来了。在分析物体的受力情况时，不要把某个力的反作用力跟这个力的平衡力混淆。 例如，在图甲中，猴子吊在空中，我们分析猴子所受的力。猴子受到重力G，还受到树枝对它的拉力F。由于猴子是静止的，而且不再受到其他力的作用，所以拉力 F和重力G这两个力是一对相互平衡的力，它们“大小相等、方向相反，作用在同一条直线上”。应该注意，这两个力作用在同一物体（猴子）上。 另一方面，不但树枝在以拉力F向上拉着猴子，猴子同时