第四章 5．牛顿第三定律-【金版教程】2025-2026学年新教材高中物理必修第一册创新导学案word（教科版2019）

物理　必修　第一册 5．牛顿第三定律 1．知道力的作用是相互的，理解作用力和反作用力的概念。2.理解牛顿第三定律，并会用其分析、解决简单问题。3.理解一对平衡力与一对作用力和反作用力的区别。 一　作用力与反作用力 1．两个物体之间力的作用总是相互的，两个物体间相互作用的这一对力，叫作作用力和反作用力。 2．作用力和反作用力分别作用在两个不同的物体上，它们总是性质相同的两个力，且同时存在，同时变化，同时消失。 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相等，方向相反，作用在同一条直线上。 2．公式：F＝－F′，式中负号表示作用力与反作用力方向相反。 1．判一判 (1)物体间可能只有作用力，而没有反作用力。(　　) (2)两个物体只有相互接触时才存在作用力和反作用力。(　　) (3)物体间的作用力与反作用力一定同时产生、同时消失。(　　) (4)物体间的作用力和反作用力等大、反向，可以抵消。(　　) 提示：(1)×　(2)×　(3)√　(4)× 2．想一想 鸡蛋碰石头，鸡蛋破了，而石头丝毫无损，说明石头对鸡蛋的作用力大，而鸡蛋对石头的作用力小。这一判断对吗？ 提示：不对。鸡蛋碰石头，鸡蛋对石头的力和石头对鸡蛋的力是一对作用力和反作用力，大小必然相等；鸡蛋破了，是因为鸡蛋壳能够承受的力小，易碎。 探究1　牛顿第三定律 仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。 活动1：我们知道力是物体对物体的作用。如图甲所示，女孩推了男孩一下，为什么在男孩前进的同时，女孩会后退？ 提示：女孩推男孩，男孩受到女孩的推力而向前运动，女孩后退是因为她同时受到了男孩对她向后的推力。 活动2：如图乙所示，把A、B两个弹簧测力计连接在一起，将B的一端固定，用手拉弹簧测力计A，可以看到什么？这时，A、B弹簧测力计之间有怎样的相互作用？ 提示：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′。 活动3：如图乙所示的实验中，测力计A、B之间的作用力F、F′的大小和方向有什么关系？再用更大一点的力拉动测力计A，观察两测力计的示数，此时F和F′有什么关系？ 提示：由实验可知，两种情况下F和F′都是大小相等，方向相反，同时变化。 1．作用力与反作用力：物体间相互作用的一对力，一个叫作用力，另一个叫反作用力，它们总是互相依赖、同时存在的。 2．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相等，方向相反，作用在同一条直线上。 (2)表达式：F＝－F′(式中的“－”号表示方向相反)。 (3)重要意义：定量地反映出物体间相互作用时彼此施力所遵循的规律，即作用力和反作用力的规律。 (4)适用范围：牛顿第三定律是个普适定律，它的成立不受条件限制，作用力与反作用力的关系与物体的运动状态无关，与参考系的选取无关。 3．作用力与反作用力的“四同”和“三异” 作用力与反作用力的关系 四同 等大 大小相等，不能认为只有物体处于平衡状态时作用力和反作用力才大小相等 共线 作用在同一条直线上 同时 同时存在、同时变化、同时消失，不能认为先有作用力后有反作用力 同种类 一定是同一种类的力，不同种类的力不可能是作用力和反作用力的关系 三异 反向 方向相反 不同体 作用在不同的物体上 不同效果 在不同的物体上分别产生不同的作用效果，不能相互抵消 4.一对作用力和反作用力与一对平衡力的比较 内容 作用力和反作用力 平衡力 不同点 作用对象 作用在相互作用的两个物体上 作用在同一物体上 依赖关系 相互依赖，同时存在，同时产生，同时变化，同时消失 无依赖关系，撤除一个，另一个可依然存在 叠加性 两力的作用效果不可叠加，不可抵消 两力的作用效果可相互抵消 力的种类 一定是同一种类的力 不一定是同一种类的力 相同点 大小、方向 大小相等、方向相反，作用在同一条直线上 (1)作用力与反作用力是“异体、共线、反向、等大、同类、同存”。 (2)平衡力是“同体、共线、反向、等大”。 例1　(多选)在排球比赛中，运动员用手掌将排球奋力击出。关于排球与运动员手掌之间的作用力，下列说法正确的是(　　) A．排球对运动员手掌的作用力大于运动员手掌对排球的作用力 B．排球对运动员手掌的作用力和运动员手掌对排球的作用力大小相等 C．排球对运动员手掌的作用力比运动员手掌对排球的作用力产生稍晚 D．排球对运动员手掌的作用力和运动员手掌对排球的作用力同时消失 (1)手掌对排球的力与排球对手掌的力是什么关系？ 提示：是作用力和反作用力的关系。 (2)手掌对排球的力与排球对手掌的力谁先产生？谁先消失？ 提示：同时产生，同时消失。 [规范解答]　排球对运动员手掌的作用力与运动员手掌对排球的作用力是一对作用力和反作用力，大小相等，同时产生、同时消失，B、D正确，A、C错误。 [答案]　BD 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)不管物体所受其他力的情况如何，作用力与反作用力总是大小相等、方向相反。 (4)作用力和反作用力的产生、变化和消失总是同时的。 [变式训练1－1]　关于马拉车的下列说法正确的是(　　) A．马拉车不动，是因为马拉车的力小于车拉马的力 B．马拉车前进，是因为马拉车的力大于车拉马的力 C．无论车如何运动，马拉车的力的大小总是等于车拉马的力 D．只有当马拉车不动或马拉车匀速前进时，马拉车的力的大小才等于车拉马的力 答案：C 解析：马拉车时，不论车如何运动，马拉车的力与车拉马的力都是一对作用力和反作用力，二者总是大小相等，方向相反，故C正确，A、B、D错误。 [变式训练1－2]　某建筑工地上，工人师傅推车的情形如图所示，以下判断正确的是(　　) A．工人对车的力与车对工人的力是一对平衡力 B．工人受到的重力与工人对地面的压力是一对平衡力 C．工人对车的力与车对工人的力是一对作用力和反作用力 D．工人受到的重力与地面对工人的支持力是一对作用力和反作用力 答案：C 解析：工人对车的力和车对工人的力是两个物体之间的相互作用，是一对作用力和反作用力，A错误，C正确；工人受到的重力与工人对地面的压力分别作用在两个不同的物体上，不是一对平衡力，B错误；工人受到的重力与地面对工人的支持力都作用在工人上，不是一对作用力和反作用力，D错误。 探究2　牛顿第三定律的应用 仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。 如图所示，消防队员在训练。 活动1：若消防队员匀速下滑，竖直方向上受哪几个力作用？ 提示：竖直方向上受重力和摩擦力两个力作用。 活动2：消防队员匀速下滑时，杆对地面的压力多大？ 提示：由平衡条件及牛顿第三定律分析可知，等于队员的重力和杆及底座的重力之和。 活动3：若消防队员加速下滑，竖直方向受哪几个力作用？ 提示：仍然是受重力和摩擦力两个力作用，但是重力大于摩擦力。 活动4：消防队员匀加速下滑时，怎样求杆对地面的压力？ 提示：先由牛顿第二定律求出队员受到的摩擦力，再由牛顿第三定律求杆受队员的摩擦力，最后对杆由平衡条件求出地面的支持力，由牛顿第三定律求出杆对地面的压力。 1．牛顿第三定律不仅揭示了两个物体之间相互作用的规律，而且为解决力学问题时转换研究对象提供了理论基础。它拓宽了牛顿第二定律的应用范围，是牛顿力学中不可分割的重要组成部分。 2．对于某些力学问题，在分析过程中，如果不容易直接求出物体受到的某个力F的大小、方向，可以转换研究对象，利用平衡条件或牛顿第二定律结合运动学知识先求出力F的反作用力F′，再根据牛顿第三定律求出F。 例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大小为(　　) A．Mg＋0.4mg B．Mg＋0.6mg C．(M＋m)g D．Mg (1)直接分析地面受力，能解决问题吗？应该怎么处理？ 提示：不能直接分析地面受力，应该转换为分析杆和底座受力，然后用牛顿第三定律求解。 (2)猴子对杆的力怎么求？ 提示：分析猴子受力，然后用牛顿第三定律求解。 [规范解答]　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f，则有mg－f＝ma① 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f′ 三力平衡：FN＝Mg＋f′② 由牛顿第三定律得f′＝f③ 由①②③解得FN＝Mg＋0.6mg 由牛顿第三定律得底座对地面的压力为FN′＝FN＝Mg＋0.6mg，方向竖直向下。 [答案]　B 求解某个力的大小和方向，一般情况下选取该力的受力物体进行分析，但有些情况不便于直接求解该力时，可先通过转换研究对象，求解其反作用力的大小和方向，进而应用牛顿第三定律求得该力的大小和方向。 [变式训练2]　如图所示，质量为M的木板放在倾角为θ的光滑斜面上，一个质量为m的人站在木板上，若人相对于木板静止，木板的加速度为多大？人对木板的摩擦力多大？ 答案：gsinθ　0 解析：先以木板和人组成的整体为研究对象，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)gsinθ＝(M＋m)a 解得：a＝gsinθ 以人为研究对象，设木板对人的摩擦力为f，方向沿斜面向下，受力分析如图乙所示。 由牛顿第二定律得：mgsinθ＋f＝ma且a＝gsinθ 可得f＝0，由牛顿第三定律得：人对木板的摩擦力也为0。 课后课时作业 1．(作用力和反作用力的特点)关于物体间的作用力和反作用力，下列说法正确的是(　　) A．只有两物体质量相等时，它们间的作用力和反作用力大小才相等 B．作用力和反作用力的作用效果可相互抵消 C．作用力和反作用力可以不同时产生 D．作用力和反作用力的方向一定相反 答案：D 解析：作用力与反作用力总是大小相等、方向相反，作用在两个物体上，作用效果不可相互抵消，同时产生、同时消失。由上述描述知A、B、C错误，D正确。 2．(牛顿第三定律的理解)如图所示，压路机静止在水平路面上，路面对压路机的支持力为F1，压路机对路面的压力为F2。关于F1、F2，下列说法正确的是(　　) A．F1大于F2 B．F1小于F2 C．F1与F2是一对平衡力 D．F1和F2是同一种类的力 答案：D 解析：压路机静止在水平路面上，路面对压路机的支持力F1和压路机对路面的压力F2是压路机与路面间的一对相互作用力，它们总是大小相等、方向相反、作用在同一条直线上，属于同一种类的力，A、B、C错误，D正确。 3．(牛顿第三定律的理解)跳水一直是我国的优势项目。如图所示，一运动员站在跳板上，图中F1表示人对跳板的弹力，F2表示跳板对人的弹力，则(　　) A．先有F1后有F2 B．一旦人离开跳板，F2立即消失，F1依旧存在 C．因人离开跳板前向上运动，所以F2大于F1 D．F1和F2大小相等、方向相反，是一对相互作用力 答案：D 解析：人对跳板的弹力F1和跳板对人的弹力F2是一对相互作用力，大小相等、方向相反、作用在同一条直线上，同时产生、同时变化、同时消失，A、B、C错误，D正确。 4．(牛顿第三定律的理解)(多选)通常河水边的湿地是很松软的，人在这些湿地上行走时容易下陷。在人开始下陷时(　　) A．人对湿地地面的压力大于湿地地面对他的支持力 B．人对湿地地面的压力与湿地地面对他的支持力大小相等 C．人的重力大于湿地地面对他的支持力 D．人的重力与湿地地面对他的支持力大小相等 答案：BC 解析：人对湿地地面的压力和湿地地面对人的支持力是一对作用力和反作用力，故二力大小一定相等，故A错误，B正确；对人受力分析，受重力和支持力，人开始下陷时，重力大于支持力，故C正确，D错误。 5．(牛顿第三定律的理解)关于对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 答案：D 解析：两个物体之间的相互作用力大小相等，方向相反，种类相同，同时产生，同时消失，故A、C错误；力的作用是相互的，任何力都有反作用力，B错误；作用力和反作用力分别作用在两个物体上，在任何情况下都不会平衡，故D正确。 6．(相互作用力与平衡力的区分)有一种台灯，灯头与底座通过一根可调整弯曲程度的塑料细杆相连。如图所示，甲、乙为同一台灯放在水平桌面上细杆弯曲程度不同的两种状态，以下说法正确的是(　　) A．甲状态台灯对桌面的压力比乙的大 B．甲状态细杆对灯头的弹力比乙的大 C．乙状态台灯受到的重力与桌面对台灯的支持力是一对相互作用力 D．乙状态台灯对桌面的压力与桌面对台灯的支持力是一对相互作用力 答案：D 解析：甲、乙状态台灯的重力与桌面对台灯的支持力是一对平衡力，桌面对台灯的支持力与台灯对桌面的压力是一对相互作用力，故两状态台灯对桌面的压力大小都等于台灯的重力大小，所以A、C错误，D正确；甲、乙状态细杆对灯头的弹力均与灯头的重力平衡，故两者大小相等，B错误。 7．(牛顿第三定律的应用)(多选)如图所示，质量为M的卡车正在水平路面上以大小为a的加速度启动，卡车上质量为m的货箱没有滑动。已知货箱与卡车间的动摩擦因数为μ，卡车所受货箱的摩擦力为f，则下列说法正确的是(　　) A．f方向向前 B．f方向向后 C．f的大小为μmg D．f的大小为ma 答案：BD 解析：对货箱受力分析，根据牛顿第二定律知，货箱所受卡车的摩擦力f′方向向前，大小为ma；由牛顿第三定律知，卡车所受货箱的摩擦力f方向向后，大小为ma，且因货箱与卡车没有相对滑动，故两者之间的摩擦力不能用f＝μmg计算，B、D正确。 8．(牛顿第三定律的应用)如图所示，质量为m的木块在静止的质量为M的木板上向右滑行，木板与地面间的动摩擦因数为μ1，木块与木板间的动摩擦因数为μ2，木板一直静止，则地面所受木板的摩擦力大小为(　　) A．μ2mg B．μ1Mg C．μ1(m＋M)g D．μ1Mg＋μ2mg 答案：A 解析：对木块受力分析，受重力、木板的支持力和向左的滑动摩擦力，设此滑动摩擦力为f1，则有：f1＝μ2N，N＝mg，故f1＝μ2mg；再对木板受力分析，受到重力、木块对木板向下的压力、木块对其向右的滑动摩擦力、地面对木板的支持力及向左的静摩擦力，设此静摩擦力为f2，滑动摩擦力为f1′，则有：f1′＝f1，f1′＝f2，因此f2＝μ2mg，再根据牛顿第三定律可知，地面受到木板的摩擦力大小为μ2mg，故A正确，B、C、D错误。 9．(综合)如图，一只小鸟落在了树枝上，树枝发生了弯曲(小鸟站立处树枝水平)，小鸟处于静止状态，下列说法正确的是(　　) A．树枝发生了弯曲，是因为小鸟对树枝的压力大于树枝对小鸟的支持力 B．树枝对小鸟的支持力是由树枝发生形变产生的 C．树枝对小鸟弹力的方向斜向上偏右 D．小鸟起飞瞬间，翅膀对空气的作用力大于空气对翅膀的作用力 答案：B 解析：小鸟对树枝的压力与树枝对小鸟的支持力是一对作用力和反作用力，大小相等，方向相反，A错误；树枝对小鸟的支持力是由树枝发生形变产生的，B正确；根据题意，小鸟站立处树枝水平，故树枝对小鸟的弹力的方向竖直向上，C错误；小鸟起飞瞬间，翅膀对空气的作用力与空气对翅膀的作用力是一对作用力和反作用力，大小相等，方向相反，D错误。 10．(综合)教室里的磁性白板上通常粘有一些小磁体，可用于“粘”挂纸张。关于小磁体，下列说法中正确的是(　　) A．磁体受到五个力的作用 B．磁体受到的磁吸引力大于受到的弹力才能被吸住 C．磁体受到的支持力与白板受到的压力是一对平衡力 D．磁体受到的支持力与白板受到的压力是一对相互作用力 答案：D 解析：磁体受重力、弹力、磁吸引力和静摩擦力共四个力作用，故A错误；磁体受到白板的磁吸引力与受到的弹力大小相等，它们是一对平衡力，故B错误；磁体受到的支持力与白板受到的压力是一对作用力和反作用力，故C错误，D正确。 11．(牛顿第三定律的应用)建筑工人用如图所示的定滑轮装置运送建筑材料。质量为70.0 kg的工人站在地面上，通过定滑轮将20.0 kg的建筑材料以0.500 m/s2的加速度拉升，忽略绳子和定滑轮的质量及定滑轮的摩擦，则工人对地面的压力大小为(g取10 m/s2)(　　) A．510 N B．490 N C．890 N D．910 N 答案：B 解析：对建筑材料进行受力分析，根据牛顿第二定律有F－mg＝ma，得绳子的拉力大小F＝210 N；然后对工人进行受力分析，由平衡条件得Mg＝F＋FN，得地面对工人的支持力FN＝490 N，根据牛顿第三定律可知，工人对地面的压力大小为490 N，B正确。 12．(牛顿第三定律的应用)一个箱子放在水平地面上，箱内有一固定的竖直杆，在杆上套着一个环，箱子与杆的总质量为m1，环的质量为m2，如图所示。已知重力加速度为g，环沿杆以加速度a匀加速下滑，则此时箱子对地面的压力大小为多少？ 答案：(m1＋m2)g－m2a 解析：环在竖直方向上的受力情况如图甲所示，根据牛顿第二定律得m2g－f＝m2a， 箱子的受力如图乙所示，根据平衡条件得 m1g＋f′－N＝0， 由牛顿第三定律得f′＝f， 联立以上三式得N＝(m1＋m2)g－m2a， 根据牛顿第三定律，箱子对地面的压力大小为 N′＝N＝(m1＋m2)g－m2a。 11 学科网（北京）股份有限公司 $$