3.3 牛顿第三定律 课件 -2024 -2025学年高一上学期物理人教版（2019）必修第一册

第3节 牛顿第三定律 第三章 相互作用——力 高中物理人教版（2019）必修第一册 高中物理 同学们好，今天我们学习牛顿第三定律 1 F2 F1 鸡蛋 石头 力 人 桌子 力 F2 F1 课堂引入 高中物理 我们首先看两个现象， 1、拿鸡蛋去碰石头，鸡蛋给石头一个力的作用F1 ，可是鸡蛋却破了。这个现象说明石头同时也给了鸡蛋一个力的作用 F2 。鸡蛋和石头之间的力的作用是相互的。 2、穿旱冰鞋的人使劲推桌子，给了桌子一个力的作用F1 ，可是人却后退了。这个现象说明桌子同时也给了人一个力的作用 F2 。人和桌子之间也有相互作用力。 你还能列举生活中的例子说明物体间力的作用是相互的。 2 F1 F2 F2 F1 F1 G F1 F2 物体间相互作用的一对力，通常叫做作用力与反作用力。 一、作用力与反作用力 高中物理 这样的例子有很多，我们看这几个例子。 人划船时，桨向后推水，水就向前推桨，使船前进。桨和水之间力的作用是相互的。 地球吸引卫星，卫星也吸引地球。地球和卫星之间有相互作用的吸引力。 汽车驱动轮向后推地面，地面就给车轮一个向前的力，使汽车前进。车轮和地面之间有相互作用力。 磁悬浮地球仪的地球仪和底座之间也有相互作用的排斥力。 大量的观察和实验的结果表明，当一个物体对另一个物体施加力的作用时，后一个物体对前一个物体也施加了力的作用。物体间力的作用是相互的。物体间相互作用的这一对力，通常叫做作用力与反作用力 早在17世纪，伟大的物理学家牛顿就对其进行仔细地观察和深入的研究，得出了著名的牛顿第三定律。今天我们也试着来分析研究作用力与反作用力的关系。 3 总结作用力和反作用力的特点 作用在同一条直线上 并且方向相反 作用在两个物体上 属于同一种力 一、作用力与反作用力 高中物理 大家仔细观察刚才我们举的例子，总结关于作用力和反作用力的特点。 我们可以从力的大小、方向、作用点、力的种类这几方面考虑。 有的同学说了，从这些现象中，我们可以看出他们总是作用在一条直线上，而且方向相反。还可以看出，作用力与反作用力总是作用在两个物体上，仔细分析，也不难发现，作用力与反作用力都是同一种类的力。鸡蛋和石头之间的相互作用力是弹力，地球和卫星之间的相互作用力都是引力、车轮给地面的和地面给车轮的力都是摩擦力、地球仪和底座之间的相互作用力则都是电磁力。 那么，作用力与反作用力的大小有什么关系呢？通过观察，我们能定量得到力的大小之间关系吗？ 4 一、作用力与反作用力大小关系 高中物理 大家仔细观察，手拉弹簧秤A，使力逐渐增大，两个弹簧秤的指针同时移动。暂停，读数，两个弹簧秤的示数都是1.70牛 , 加大拉力，再次读数，两个弹簧秤的示数都是2.50牛，再加大拉力，读数，两个弹簧秤的示数都是4.00牛。 从实验数据可以看出，在这三个时刻，作用力与反作用力大小相等。 那么，是不是时时刻刻作用力和反作用力的大小都有这样的关系呢？为了清楚地知道时时刻刻作用力和反作用力的大小关系，我们换用更精密的且能实时记录力的变化的仪器—力传感器来进行实验。 5 一、作用力与反作用力大小关系 高中物理 这就是我们使用的力传感器，可以实时测量力的大小和方向，并且通过电脑描绘出力随时间的变化图像。我们先演示一下物体处于静止状态时的情形，大家注意观察。 6 一、作用力与反作用力大小关系 高中物理 手拉传感器，静止不动但改变拉力的大小。电脑生成图像。 两种颜色的曲线分别表示两个传感器的力。 这个完美的轴对称，说明相互作用力的大小相等。 我们再来看当物体处于运动状态时，作用力和反作用力的大小是不是也相等呢？ 7 一、作用力与反作用力大小关系 高中物理 手拉传感器，改变拉力的同时让传感器任意运动，电脑生成曲线。也是一个完美的轴对称，从图像中，我们也可以很清楚得出，两个力传感器之间的相互作用力同时增大，同时减小，总是大小相等，与物体的运动状态没有关系。 现在我们就可以根据实验结果得到作用力与反作用大小相等的结论了吗？ 8 一句话概括？ 作用在两个物体上 作用在同一条直线上 大小相等 方向相反 属于同一种力 一、作用力与反作用力 高中物理 通过前面的定性分析和定量研究，我们得到了作用力与反作用力的特点，有…… 那么，你能用一句话，把这些特点概括起来吗 9 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。 注意：既适用于静止的物体之间，也适用于运动的物体之间，与物体的运动状态无关；与参考系的选取无关。 二、牛顿第三定律 高中物理 在很早之前，牛顿经过研究指出：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。 总是---代表的是无论什么时间、什么位置、什么运动状态，什么种类的力都满足这样的特点。 大家想一想，这一句话是不是就把前面我们得出的相互作用力的特点都概括了呢？ 这就是著名的牛顿第三定律。 当然，不是我们今天这么几个实验，就可以得出牛顿第三定律的，牛顿第三定律的得出经历了漫长的历史过程，在整个过程中，科学家通过对大量现象进行观察，猜想、验证、归纳 ，这才形成我们今天看到的牛顿第三定律，他看似简单，但他是连接一个物体受到的力与其他物体受到的力的桥梁，有了它就会把研究对象从一个物体扩展到多个物体，拓宽了分析问题的思路。 10 F甲 Ff甲 F乙 f乙 甲 乙 乙赢了，就：F乙> Ff乙m F甲=F乙不影响 Ff甲m和Ff乙m大小关系 甲赢了，就：Ff甲m > F甲 拔河比赛到底比什么? 可以看出比拼的是摩擦力 三、牛顿第三定律应用 马车向前跑，是因为马拉车的力大于车拉马的力吗？ F F Ff 分析：不是，因为马拉车的力F车拉马的力F与是一对相互作用力，所以大小相等，方向相反，作用在一条直线上；车能加速跑是因为拉力F大于地面对车的摩擦力Ff。 三、牛顿第三定律应用 拿鸡蛋去碰石头，可是鸡蛋却破了。穿旱冰鞋的人使劲推桌子，可是自己却后退了。那么他们施加给对方的力，大小相等吗？ 三、牛顿第三定律应用 高中物理 知道了作用力和反作用力之间的关系，我们来回顾一下这两个现象，大家思考 1、拿鸡蛋去碰石头，可是鸡蛋却破了。那么他们施加给对方的力依然大小相等吗？ 2、穿旱冰鞋的人使劲推桌子，可是自己却后退了。那么他们施加给对方的力，大小相等吗？ 答案是肯定的，因为他们是相互作用力，等大反向共线。 可是有的同学还是有点疑惑。我们一起看看。 13 为什么？ 小强说：“我记得在初中学过，如果两个力的大小相等，方向相反，这两个力就会互相平衡，看不到作用的效果了。既然作用力和反作用力也是大小相等，方向相反的，它们也应该相互平衡呀，那为什么鸡蛋碎了呢？” 三、牛顿第三定律应用 高中物理 小强说：“我记得在初中学过，如果两个力的大小相等，方向相反，这两个力就会互相平衡，看不到作用的效果了。既然作用力和反作用力也是大小相等，方向相反的，它们也应该看不到作用效果，那为什么鸡蛋破了呢？” 你认为小强的观点对吗？应该怎么解答小强的疑问呢？ 小强的观点是错误的，因为小强把平衡力和相互作用力混为一谈了，这里提到如果两个力的大小相等，方向相反，这两个力就会互相平衡，看不到作用的效果了。这两个力指的是平衡力，而鸡蛋和石头之间的力是相互作用力。 在初中我们就学习了平衡力, 14 作用在同一物体上的两个力，如果大小相等、方向相反，并且在同一直线上，这两个力就彼此平衡。 四、平衡力 高中物理 我们一起回忆一下，什么是平衡力， 作用在同一物体上的两个力，如果大小相等、方向相反，并且在同一直线上，这两个力就彼此平衡。 平衡力和相互作用力的主要区别是，平衡力作用在同一个物体上，相互作用力作用在不同的物体上。 15 FN F ′N 请你画出台秤对物体支持力的反作用力和平衡力。 FN G 相互作用力 平衡力 三、牛顿第三定律应用 五、相互作用力和平衡力 高中物理 请你画出台秤对物体支持力的反作用力和平衡力。 台秤对物体支持力的反作用力是 物体对台秤的压力，平衡力是物体的重力。你做对了吗？ 分析这一对相互作用力和平衡力并 结合他们各自的定义，请你总结相互作用力和平衡力的异同点，并完成下列表格。 相互作用力 平衡力 相同点 不同点 作用点 力的种类 产 生 能否求合力 等大 反向 共线 在两个物体上 在同一物体上 可能不同 同时产生同时消失 不一定 不能 能 五、相互作用力和平衡力 相同 高中物理 他们的相同点 是等大反向共线。不同点，相互作用力作用点在两个物体上，平衡力作用在同一个物体上；相互作用力一定是同一种力，平衡力不一定是一种力，例如台秤对物体支持力是弹力，他的反作用力物体对台秤的压力也是弹力，他的平衡力则是重力。 17 27362 (2) - 为什么？ 小强说：“我记得在初中学过，如果两个力的大小相等，方向相反，这两个力就会互相平衡，看不到作用的效果了。既然作用力和反作用力也是大小相等，方向相反的，它们也应该相互平衡呀，那为什么鸡蛋碎了呢？” 三、牛顿第三定律应用 高中物理 小强说：“我记得在初中学过，如果两个力的大小相等，方向相反，这两个力就会互相平衡，看不到作用的效果了。既然作用力和反作用力也是大小相等，方向相反的，它们也应该看不到作用效果，那为什么鸡蛋破了呢？” 你认为小强的观点对吗？应该怎么解答小强的疑问呢？ 小强的观点是错误的，因为小强把平衡力和相互作用力混为一谈了，这里提到如果两个力的大小相等，方向相反，这两个力就会互相平衡，看不到作用的效果了。这两个力指的是平衡力，而鸡蛋和石头之间的力是相互作用力。 在初中我们就学习了平衡力, 18 一个木块静止在粗糙斜面上，请你试着对木块进行受力分析并画出它的受力分析图。 六、受力分析 高中物理 一个木块静止在粗糙斜面上，请你试着对木块进行受力分析并画出他的受力分析图。 19 FN Ff G 六、受力分析 高中物理 在画受力分析图时，首先确定研究对象，这个问题中，研究对象是木块。我们按重力弹力摩擦力的顺序来分析它的受力情况，木块受到的重力方向竖直向下；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；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，静止的木块由向下滑动的趋势，所受的摩擦力是沿斜面向上的。 木块一共受到3个力的作用。 20 在这个情境中，涉及木块的作用力和反作用力共有几对？ 重力G 木块对地球的引力 木块对斜面的压力 弹力FN 木块对斜面的静摩擦力 静摩擦力Ff 七、作用力和反作用力判断 高中物理 大家可以想一想，在这个情境中，涉及木块的作用力和反作用力共有几对？ 木块的重力,他的反作用力是木块对地球的吸引力。 这是第一对； 斜面对木块的支持力，他的反作用力是木块对斜面的压力。 这是第二对； 斜面对木块的静摩擦力，他的反作用力是木块对斜面的静摩擦力。 这是第三对。 在这三对力中， 由于我们是在对木块进行受力分析，木块受到的三个力是这三个力。另外三个力是木块施加给其他物体的力，就不需要画出了。 根据对木块的受力分析过程，大家试着总结一下受力分析的一般步骤和注意事项吧。 21 明确研究对象 必须明确我们是在分析哪个物体受力 顺序分析受力 重力--弹力--摩擦力 根据力产生的原因进行分析 画力的示意图 规范作图 注意区别平衡力和相互作用力！ 六、受力分析 高中物理 第一步 明确研究对象，必须明确我们是在分析哪个物体受力。第二步 顺序分析受力 一般分析顺序 重力—弹力—摩擦力，在分析弹力摩檫力的过程中，要根据力产生的原因进行分析 第三步 画力的示意图 要注意规范作图 在分析受力时候，应注意：区别平衡力和相互作用力，只分析物体受到的力，而不分析物体施加给其他物体的力。 对物体进行受力分析的程序你掌握了吗，接下来我们做一个练习 22 粗糙的长方体木块A、B叠在一起，放在水平桌面上，B木块受到一个水平方向的牵引力，但仍保持静止。请你分别画出A、B木块的受力分析图。 六、受力分析 高中物理 粗糙的长方体木块A、B叠在一起，放在水平桌面上，B木块受到一个水平方向的牵引力，但仍保持静止。请你分别画出A、B木块的受力分析图。 23 GB FNB F′NB F GA FNA FfB 六、受力分析 高中物理 A物体受2个力，B物体受5个力。你画对了吗？ 在这个受力分析中，大家要注意两点： 第一、在对A物体受力分析时，我们可以知道，假设AB接触面光滑，A物体也不会在B物体上滑动，因此AB物体间没有相对运动的趋势，所以没有相互作用的静摩擦力。 第二、受力分析只分析研究对象受到的力，研究对象施加给其他物体的力则不分析。 24 【课堂检测】对A物体做受力分析 A A （A物体光滑且静止） 答案解析 A G G N N1 N2 T 六、受力分析 高中物理 25 既然相互作用力大小相等，在人推桌子的这一情景中，为什么是人后退，而不是人推着桌子前进呢？ 七、思考 高中物理 在这里，我们留一个思考题：既然相互作用力大小相等，在人推桌子的这一情景中，为什么是人后退，而不是人推着桌子前进呢？大家可以课后继续研究。 同学们，今天这节课就上到这里，再见！ 26 课堂小结 特征 牛三 性质 两个物体之间的作用力与反作用力总是大小相等，方向相反，作用在同一条直线上。 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。 学以致用(一):法官 学以致用(二):拔河 【典例1】关于马拉车，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，马拉车的力大小才等于车拉马的力 典例分析 【正确答案】C 【典例2】(多选)2019年9月29日，中国女排在2019年女排世界杯成功卫冕，夺下队史上的排球三大世界赛事第10冠，为国庆70周年献上一份大礼。如图所示为我国著名排球运动员朱婷扣球的情景。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 典例分析 【正确答案】BD 【典例3】2020年7月23日，搭载着中国首颗火星探测器天问一号的长征五号重型运载火箭在海南文昌发射场顺利发射升空。火箭点火升空时，喷出的燃气以很大的速度从火箭喷口喷出，火箭获得推力而升空，如图所示，则（　） A．火箭获得的推力来自空气 B．火箭对喷出燃气的作用力与喷出燃气对火箭 的作用力是一对作用力和反作用力 C．喷出的燃气对火箭的作用力与火箭的重力是一对作用力和反作用力 D．喷出的燃气对火箭的作用力与火箭的重力是一对平衡力 典例分析 【正确答案】B 【典例4】如图甲所示，将一个力传感器固定在滑块上，另一个力传感器钩住它向右拉滑块，观察到这对拉力随时间变化的曲线如图乙所示，下列说法正确的是(　　) 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 C．反作用力总是在作用力出现后才产生的 D．图乙所示的曲线，只有在滑块静止或做匀速运动时才能得到 典例分析 【正确答案】B 【典例5】如图所示 ，将一根刨光的圆木柱固定在一个木制的圆盘底座C上，将两个内径略大于圆木柱直径、质量均为m的磁环A、B套在圆木柱上，且同名磁极相对，结果磁环A悬浮后静止。已知重力加速度为g。这时磁环B对底座C的压力FN的大小为（　　） A．FN=mg B．FN=2mg C．FN>2mg D．mg<FN<2mg 典例分析 【正确答案】B 【典例6】如图，把两个劲度系数均为50N/m的弹簧测力计A、B连接在一起，放在光滑水平面上，B的一端固定，用手沿水平方向拉A，当A的示数为2.0N时，B的示数及B的弹簧伸长量分别为（　　） A．4.0N，8cm B．4.0N，4cm C．2.0N，8cm D．2.0N，4cm 典例分析 【正确答案】D 【典例7】如图所示，用玻璃杯装入适量的水置于台秤上，测得台秤示数G0=15N；再用弹簧测力计悬挂一个重力G=10N的金属块，使金属块一部分浸在台秤上的玻璃杯中（水没有溢出）。若弹簧测力计的示数变为FT=6N，则台秤的示数变为（　　） A．15N B．19N C．21N D．25N 典例分析 【正确答案】B 【典例8】（多选）物体A、B、C叠放在水平桌面上，用水平力F拉B，使三者一起匀速向右运动，则（　　） A．物体B对物体C的摩擦力水平向右 B．物体B对A物体的摩擦力水平向左 C．物体A对桌面的摩擦力水平向右 D．桌面对物体A的作用力方向斜向左上方 典例分析 【正确答案】CD Lavf57.58.101 $$