内容正文:
衔接12:牛顿第三定律、受力分析
【重温·初中】
基础知识
1.力是物体之间的相互作用,只要谈到力就一定存在施力物体和受力物体,若把其中一个力称为作用力,则另一个力称为反作用力。
2.两物体之间的作用总是相互的.一个物体对另一个物体施加了力,后一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,通常叫做作用力和反作用力.作用力和反作用力总是大小相等、同时产生和消失、性质相同,它们分别作用在两个相互作用的物体上.
3.一对平衡力:作用在同一个物体上的两个力,大小相等、方向相反,作用在同一直线上,这样的一对力称为平衡力.
【知新·高中】
一、作用力与反作用力
1.力的作用总是相互的,物体间相互作用的这一对力称为作用力和反作用力。作用力和反作用力总是相互依存,同时存在的。
2.重点解读:
(1)物体间的作用是相互的,这种相互性决定了力总是成对出现的。
(2)作用力和反作用力是相对的,其中一个力是作用力,另一个力就是反作用力。
(3)一对作用力与反作用力的性质总是相同的,即作用力是弹力,其反作用力也一定是弹力;作用力是摩擦力,其反作用力也一定是摩擦力。
小试牛刀:
例:一小球用一细绳悬挂于天花板上,以下几种说法中正确的是( )
A.小球所受的重力和细绳对它的拉力是一对作用力和反作用力
B.小球对细绳的拉力就是小球所受的重力
C.小球所受重力的反作用力作用在地球上
D.小球所受重力的反作用力作用在细绳上
【答案】C
【解析】小球受到的重力和细绳对它的拉力不是相互作用力,A错;拉力和重力是性质不同的力,故B错;小球受到的重力是由于地球的吸引产生的。故其反作用力应是小球对地球的吸引力,作用在地球上,C对,D错。
扩展练习
1.(高一·课时练习)对于作用力与反作用力的理解,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
【详解】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,故A错误;力的作用是相互的,任何力都有反作用力,故B错误;作用力和反作用力一定是同种性质的力,故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,因而它们之间在任何情况下都不会平衡,故D正确.所以D正确,ABC错误.
2.(2023山东·学业考试)关于物体间的作用力和反作用力,下列说法正确的是( )
A.先有作用力,后有反作用力
B.作用力和反作用力可能垂直
C.作用力和反作用力可能作用在同一物体上
D.作用力和反作用力总是大小相等,方向相反
【答案】D
【详解】作用力和反作用力总是大小相等,方向相反,同时产生,同时消失,作用在同一直线上,作用在两个物体上,选项ABC错误,D正确。选D。
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,作用在同一直线上。
2.表达式:F=-F′(负号表示方向相反)
3.对作用力和反作用力的理解(三个特征、四种性质)
三个特征:
(1)等值,即大小总是相等的。
(2)反向,即方向总是相反的。
(3)共线,即二者总是在同一直线上。
四种性质:
(1)异体性:即作用力和反作用力是分别作用在彼此相互作用的两个物体上。
(2)同时性:即作用力和反作用力同时产生,同时变化,同时消失。
(3)相互性:即作用力和反作用力总是相互的、成对出现的。
(4)同性性,即二者性质总是相同的。
4.作用力和反作用力分别作用在两个物体上,其作用效果分别体现在各自的受力物体上,所以作用力和反作用力产生的效果不一定相同。
小试牛刀:
例:关于牛顿第三定律,下列说法中正确的是( )
A. 作用力和反作用力总是大小相等 B. 作用力和反作用力是一对平衡力
C. 作用力和反作用力作用在同一物体上 D. 作用力和反作用力可以独立存在
【答案】A
【解析】两个物体之间的作用力和反作用力,总是作用在同一条直线上,大小相等,A符合题意;两个物体之间的作用力和反作用力,作用在两个物体上,作用的效果不可能相互抵消,不是平衡力,B不符合题意;作用力和反作用力作用在两个物体上,C不符合题意;力的作用是相互的。同时出现,同时消失,不可以独立存在,D不符合题意。所以A符合题意,BCD不符合题意。
故答案为:A
扩展练习
1.(高一·课时练习)关于一对作用力和反作用力以及一对平衡力,下面叙述中正确的是( )
A.作用力与反作用力大小相等、方向相反,作用在同一个物体上
B.作用力与反作用力就是平衡力
C.平衡力一定是同种性质的力
D.平衡力一定不是作用力与反作用力
【答案】D
【详解】ABD.作用力与反作用力大小相等、方向相反、作用在同一条直线上,与平衡力的区别在于平衡力作用在同一物体上,而作用力和反作用力作用在不同的物体上,故AB错误,D正确。
C.平衡力作用在同一物体上,可以是同种性质的力,也可以是不同种性质的力,故C错误。
故选D。
2.(高一·课时练习)下列对于作用力、反作用力和平衡力的认识,正确的是( )
A.平衡力的合力为零,作用效果相互抵消;作用力与其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,平衡力的性质不一定相同
C.作用力和反作用力同时产生、同时消失、同时变化,平衡力也是如此
D.先有作用力,接着才有反作用力;平衡力却是同时作用在同一物体上
【答案】B
【详解】平衡力等大、反向、作用在同一物体上,力的性质可以不同,作用效果可以抵消;作用力和反作用力等大、反向、同时产生、同时变化、同时消失且力的性质相同,作用效果不能抵消,故选项B正确。
三、一对作用力与反作用力和一对平衡力的区别与联系
一对平衡力
一对作用力与反作用力
不
同
点
两个力作用在同一物体上
两个力作用在相互作用的两个物体上
两个力性质不一定相同
两个力性质一定相同
一个力的产生、变化、消失不一定影响另一个力
两个力同时产生、同时变化、同时消失
两个力共同作用,效果是使物体处于平衡状态且所受合力为零
两个力各有各的作用效果,故对其中任一物体不能说是合力
相同点
大小相等、方向相反、作用在同一条直线上
小试牛刀:
例:物体静止放置于水平桌面上,则( )
A.桌面对物体的支持力的大小等于物体的重力,这两个力是一对相互平衡的力
B.物体所受的重力和桌面对它的支持力是一对作用力和反作用力
C.物体对桌面的压力就是物体的重力,这两个力是同一种性质的力
D.物体对桌面的压力和桌面对物体的支持力是一对相互平衡的力
【答案】A
【解析】此题要分析的是各个力的关系,因此要对物体的受力及物体对桌面的作用力进行正确的分析。设物体所受的重力为G,桌面对物体的支持力为FN,物体对桌面的压力为F,如图所示。
因为物体处于静止状态,且FN和G作用于同一物体,因此FN和G是一对平衡力,故选项A正确;因为作用力和反作用力分别作用于两个物体上,故选项B错;因为压力是弹力,而弹力与重力是性质不同的两种力,故选项C错;由于支持力和压力是物体与桌面相互作用(挤压)而产生的,因此FN和F是一对作用力和反作用力,故选项D错。
扩展练习
1.(2024江苏·学业考试)一本书静止放置在水平桌面上,以下说法中正确的是( )
A.书和桌面相互挤压,桌面和书都发生了形变
B.桌面对书的作用力是弹力,书对桌面的作用力是重力
C.书对桌面的压力和桌面对书的支持力是一对平衡力
D.书所受的重力和桌面对书的支持力是一对作用力和反作用力
【答案】A
【详解】A.书静止放在水平桌面上时,互相挤压,书和桌面都发生了微小的形变,A正确;
B.桌面对书的作用力是支持力,属于弹力,书对桌面的作用力是压力,也属于弹力,B错误;
C.书对桌面的压力作用在桌面上,桌面对书的支持力作用在书上,大小相等、方向相反,分别作用在两个物体上,是一对相互作用力,C错误;
D.书只受到重力和桌面对它的支持力,并处于静止状态,则这两个力必是一对平衡力,D错误。选A。
2.一根轻绳的上端悬挂在天花板上,下端挂一灯泡,则( )
A.灯泡受的重力和灯泡对绳的拉力是一对平衡力
B.灯泡受的重力和绳对灯泡的拉力是一对作用力和反作用力
C.灯泡对绳的拉力和绳对灯泡的拉力是一对作用力和反作用力
D.绳对天花板的拉力和天花板对绳的拉力是一对平衡力
【答案】C
【详解】AB.灯泡受的重力和绳对灯泡的拉力是一对平衡力,AB错误;
CD.灯泡对绳的拉力和绳对灯泡的拉力是一对作用力和反作用力,绳对天花板的拉力和天花板对绳的拉力是一对作用力和反作用力,C正确,D错误。
故选C。
四、物体的受力分析
1.受力分析的一般顺序
一般先分析重力;再分析弹力,环绕物体一周,找出跟研究对象接触的物体,并逐个分析这些物体对研究对象是否有弹力作用;然后分析摩擦力,对凡有弹力作用处逐一进行分析;最后是其他力。
2.受力分析常用的方法
(1)整体法与隔离法:
【特别提醒】:整体法、隔离法在受力分析时要灵活选用:
①当所涉及的物理问题是整体与外界作用时,应用整体分析法,可使问题简单明了,而不必考虑内力的作用。
②当涉及的物理问题是物体间的作用时,要应用隔离分析法,这时系统中物体间相互作用的内力就会变为各个独立物体的外力。
(2)假设法:在受力分析时,若不能确定某力是否存在,可先对其作出存在或不存在的情况假设,然后再就该力存在与否对物体运动状态影响的不同来判断该力是否存在。
3.受力分析的步骤
4.受力分析要注意的五个问题
(1)研究对象的受力图,通常只画出根据性质命名的力,不要把按效果分解的力或合成的力分析进去,受力图完成后再进行力的合成或分解,以免造成混乱。
(2)区分内力和外力:对几个物体组成的系统进行受力分析时,这几个物体间的作用力为内力,不能在受力图中出现;当把其中的某一物体单独隔离分析时,原来的内力变成外力,要画在受力图上。
(3)防止“添力”;找出各力的施力物体,若没有施力物体,则该力一定不存在
(4)防止“漏力”:严格按照重力、弹力、摩擦力、其他力的步骤进行分析是防止“漏力”的有效办法。
(5)受力分析时还要密切注意物体的运动状态,运用平衡条件或牛顿运动定律判定未知力的有无及方向。
小试牛刀:
例:如图所示,物体b在水平推力F作用下,将物体a挤压在竖直墙壁上。a、b处于静止状态,对于a、b两物体的受力情况,下列说法不正确的是( )
A. a受到两个摩擦力的作用
B.a共受到四个力的作用
C.b共受到四个力的作用
D.a受到墙壁的摩擦力的大小不随F的增大而增大
【答案】B
【解析】要使b处于平衡状态,a须对b产生一个竖直向上的摩擦力,则a受到b的摩擦力向下(大小等于b的重力),a要处于平衡状态,还要受到墙壁竖直向上的摩擦力,由整体受力平衡知a 受到墙壁的摩擦力大小不变,由a、b的受力知它们分别受到5个、4个力的作用,综上所述可知A、C 、D正确。
扩展练习
1.(2024重庆·期中)如图所示,甲、乙两人分别乘坐两种电动扶梯,此时两电梯均匀速向上运转,则 ( )
A.甲受到三个力的作用
B.甲对扶梯有摩擦力的作用
C.乙受到三个力的作用
D.乙受到的摩擦力方向沿斜面向下
【答案】C
【解析】题图甲中,人处于匀速直线运动状态,受力平衡,受到重力和支持力,不受摩擦力,重力G=mg,支持力FN=G=mg,故A、B错误;题图乙中,人处于匀速直线运动状态,受力平衡,受到重力G、斜面的支持力FN以及沿斜面向上的摩擦力三个力作用,故C正确,D错误.
2.(2024江苏南通省海中·期中)如图所示,一个质量为m的物块放在粗糙的斜面体上,斜面的倾角为α,斜面体放在粗糙的水平地面上。当物块受到平行于斜面的水平向左的推力F作用时,物块和斜面体都处于静止状态,下列说法正确的是 ( )
A.物块受到的摩擦力沿斜面向上
B.斜面体对地面的摩擦力向左
C.若撤去推力F则物块受到的摩擦力不变
D.增大水平推力F可以使物块相对斜面体向左匀速运动
【答案】B
【详解】由题意可知,物块静止时受到重力、斜面的支持力和静摩擦力以及推力F 4个力的作用,由平衡条件知物块受到的摩擦力应与推力F和重力沿斜面向下的分力的合力大小相等,方向相反,即物块受到的摩擦力沿斜面斜向右上方,A错误;把物块及斜面体看作一个整体,根据平衡条件,可知地面对整体的摩擦力向右,根据牛顿第三定律可得斜面体对地面的摩擦力向左,B正确;未撤去推力时,物块受到的静摩擦力大小为 ,撤去推力后,静摩擦力大小变为f=mg sin α,静摩擦力将变小,C错误;增大水平推力,当物体开始与斜面体相对运动时,相对运动的方向必定沿推力与重力沿斜面向下的分力的合力方向,而不可能出现物块相对斜面体向左匀速运动的情况,D错误。
精选练习
A组 基础练
1.(24-25高二上·浙江衢州·期末)如图两篮球运动员正在击地传球,下列说法正确的是( )
A.篮球在空中运动时受到重力、推力与空气阻力的作用
B.地面对篮球的弹力是由于地面形变引起的
C.地面对篮球的作用力大于篮球对地面的作用力
D.击地时,地面对篮球的弹力方向与篮球的速度方向相反
【答案】B
【详解】A.篮球在空中运动时受到重力、空气阻力的作用,没有受到推力的作用,故A错误;
B.地面对篮球的弹力是由于地面形变引起的,故B正确;
C.地面对篮球的作用力与篮球对地面的作用力是一对相互作用力,大小相等,故C错误;
D.击地时,地面对篮球的弹力方向垂直地面向上,与篮球的速度方向不在同一直线上,故D错误。
故选B。
2.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跟墙壁对物体的压力不是一对平衡力
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作用力与反作用力
D.物体对墙壁的压力与墙壁对物体的压力是一对作用力与反作用力
【答案】D
【解析】
A.物体在水平方向受到作用力F跟墙壁对物体的压力两个力,它们是一对平衡力,故A错误。
B.作用力F与物体对墙壁的压力不是作用在同一个物体上,不是平衡力;故B错误。
C.物体竖直方向受到重力和墙壁对物体的静摩擦力两个作用,物体处于静止状态,则这两个力是一对平衡力,故C错误。
D.物体对墙壁的压力与墙壁对物体的压力是一对作用力与反作用力。故D正确。
3.(24-25高一上·江苏宿迁·期末)有一种游戏,叫“拔老根儿”。两个小孩每人手里拿着树叶根,同时使劲往自己怀里拽,谁手里的叶根断了谁输,如图所示。假如两叶根所能承受的最大拉力相等,则( )
A.叶根夹角较大一方的叶根对另一方叶根的作用力更大些
B.叶根夹角较大一方的叶根对另一方叶根的作用力更小些
C.力气较大的小孩获胜
D.叶根夹角较小的一方获胜
【答案】D
【详解】根据牛顿第三定律可知,叶根夹角较大的一方的叶根与另一方的叶根的作用力大小相等;以两个叶根十字交错点为对象,可知每个叶根对交错点的作用力的合力大小相等,根据
可知一定时,当叶根夹角较小的一方,叶根产生的拉力较小,则叶根夹角较大的一方先达到树叶根所承受的最大拉力,故叶根夹角较小的一方获胜。
故选D。
4.一个球在墙角处挨着竖直墙壁停放在水平地板上,在给出的球的受力示意图中,正确的是( )
A. B. C. D.
【答案】B
【解析】小球静置于水平面上,在竖直方向上受到竖直向上的支持力和竖直向下的重力,由于墙与球间没有挤压,所以在水平方向上不受力的作用。
5.用一根轻质弹簧竖直悬挂一小球,小球和弹簧的受力如图所示,下列说法正确的是
A.F3的施力物体是地球
B.F1的施力物体是弹簧
C.F4的反作用力是F1
D.F2的反作用力是F3
【答案】D
【解析】
A.F3是小球对弹簧的拉力,所以F3的施力物体是小球.故A错误;
B. F1是小球的重力,其施力物体是地球.故B错误;
C.F4与F1没有直接关系,不是一对作用力与反作用力.故C错误;
D.F2弹簧对小球的拉力,F3小球对弹簧的拉力,两力是一对作用力与反作用力.故D正确。
6.(24-25高三上·辽宁锦州·期末)在2024年杭州亚运会上,以预赛第一的成绩闯进决赛的邹佳琪、邱秀萍在决赛中从一开始就一路领先,最终以7分06秒78的成绩夺冠。下列说法正确的是( )
A.运动员以及船的重力就是对水的压力
B.运动员对船的压力和船对运动员的支持力方向相反
C.运动员对船的压力和水对船的支持力是一对作用力与反作用力
D.在比赛中,赛艇能加速前进是由于水推桨的力大于桨推水的力
【答案】B
【详解】A.船对水的压力是由于船的弹性形变造成的,施力物体是船,运动员以及船的重力是由于地球的吸引而使运动员以及船受到的力,施力物体是地球,故A错误;
B.运动员对船的压力和船对运动员的支持力是一对作用力与反作用力,方向相反,故B正确;
C.运动员对船的压力受力物体是船,水对船的支持力受力物体也是船,不是一对作用力与反作用力,故C错误;
D.在比赛中,水推桨的力和桨推水的力是一对作用力与反作用力,大小相等,故D错误。
故选B。
7.物体静止在斜面上,以下的几种分析中正确的是 ( )
A. 物体所受到静摩擦力的反作用力是重力沿斜面的分力
B. 物体所受重力沿垂直斜面的分力就是物体对斜面的压力
C. 物体所受重力的反作用力就是斜面对它的静摩擦力和支持力这两个力的合力
D. 物体所受支持力的反作用力就是物体对斜面的压力
【答案】D
【解析】物体受到的静摩擦力的反作用力是物体对斜面的静摩擦力,A不符合题意;物体所受重力沿垂直斜面的分力施力物体是地球,物体对斜面的压力受力物体是斜面,两者不是同一个受力物体,所以不是同一个力,B不符合题意;物体所受重力的反作用力就是物体对地球的吸引力,C不符合题意;物体所受支持力的反作用力就是物体对斜面的压力,D符合题意。
故答案为:D
8.(24-25高一上·四川广元·期末)小朋友队和大人队进行拔河比赛,小朋友队人数多,重心低,手握绳的位置低,此比赛可以简化为如图所示的模型,A、B两点间绳倾斜。两队的总质量相等,脚与地面的动摩擦因数相同,最大静摩擦力等于滑动摩擦力。相持阶段两队都静止,各队员手紧握绳不滑动,绳结实且质量不计。以下说法正确的是( )
A.相持阶段大人队所受地面的摩擦力大于小朋友队所受地面的摩擦力
B.无论相持阶段还是胜败时,两队脚与地面的摩擦力大小永远相等
C.绳上拉力增大时,大人队会先败
D.绳上A点对B点的拉力,其大小一定等于B点对A点的拉力
【答案】D
【详解】A.对整体受力分析,可知相持阶段小朋友队和大人队脚下属于静摩擦力,永远相等,故A错误;
BC.当倾斜的绳上拉力增大时,大人队的压力更加大于其重力,最大静摩擦力也增大,而小朋友队和地面之间的压力小于其总重力,脚下会产生滑动摩擦力,平衡被打破,小朋友队败而且还有加速度,两队摩擦力大小不等,故BC错误;
D.作用力与反作用力永远相等,无论拔河的哪个阶段,绳上A点对B点的拉力,其大小一定等于B点对A点的拉力,故D正确。
故选D。
B组 提高练
1.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( )
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.大小拉小孩的力与小孩拉大人的合力一定为零
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
【答案】B
【解析】大人拉小孩与小孩拉大人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摩擦力的缘故。故选B。
2.(24-25高一上·广东清远·期末)2024年7月第五届中国王中王围棋争霸赛中,九段棋手李轩豪在决赛中战胜王星昊,以不败战绩夺冠。如图所示解说围棋的大棋盘,棋盘竖直放置,棋盘和棋子都是磁性材料制成,棋子能吸在棋盘上,不计棋子之间的相互作用力,下列说法正确的是( )
A.棋盘对棋子的弹力竖直向上
B.棋子受到的弹力是棋子发生形变引起的
C.棋盘对棋子的磁力与棋子对棋盘的磁力是一对作用力与反作用力
D.棋盘对棋子的磁力与棋盘对棋子的弹力是一对作用力与反作用力
【答案】C
【详解】A.由于棋盘是竖直放置,棋子与棋盘是面面接触,所以棋盘对棋子的弹力应垂直于棋盘向外,故A错误;
B.棋子受到的弹力是因为棋盘发生形变后想要恢复到原来的形变而产生的,故B错误;
C.棋盘对棋子的磁力与棋子对棋盘的磁力是一对作用力与反作用力,故C正确;
D.棋盘对棋子的磁力与棋盘对棋子的弹力是一对平衡力,D错误。
故选C。
3.如图所示,杯子从空中落到水平桌面时,杯子对桌面的作用力F1 , 杯底受到的作用力F2。则下列说法正确的是( )
A. 力F1是桌子发生形变而产生的 B. 力F1和力F2是一对平衡力
C. 力F1和力F2是一对作用力和反作用力 D. 力F1的大小大于力F2的大小
【答案】C
【解析】
力F1是杯子对桌子的压力,是杯子发生形变而产生的,A不符合题意;
B、力F1是杯子对桌子的压力,力F2是桌子对杯子的支持力,是一对作用力和反作用力,B不符合题意,C符合题意;
D、力F1和力F2是一对作用力和反作用力,大小相等、方向相反.D不符合题意;
故答案为:C
4.(24-25高一上·浙江杭州·期末)擦窗机器人利用真空负压吸盘吸附在竖直玻璃窗上,移动并擦拭清洁玻璃。擦窗机器人在竖直玻璃上静止时,不考虑安全钢绳的作用力,下列说法正确的是( )
A.受到三个力的作用
B.受到的重力和玻璃对它的摩擦力是一对平衡力
C.受到的大气压力和玻璃对擦窗机器人的弹力是一对相互作用力
D.玻璃对擦窗机器人的作用力方向竖直向上
【答案】B
【详解】A.机器人受重力、摩擦力、吸盘的吸力以及玻璃的支持力,即受到四个力的作用,选项A错误;
B.受到的重力和玻璃对它的摩擦力是一对平衡力,选项B正确;
C.擦窗机器人对玻璃的压力和玻璃对擦窗机器人的弹力是一对相互作用力,选项C错误;
D.玻璃对擦窗机器人的作用力实际上包括支持力和静摩擦力,静摩擦力方向竖直向上,玻璃对擦窗机器人的作用力并不是竖直向上方向,故D错误。
故选B。
5.(多选)如图所示,竖直放置的轻质弹簧一端固定在地面上,另一端与斜面体P连接,P与斜放其上的固定档板MN接触且处于静止状态。则斜面体P此刻所受力的个数有可能为( )
A. 2个 B. 3个 C. 4个 D. 5个
【答案】AC
【解析】若斜面体P受到的弹簧弹力F等于其重力mg,则MN对P没有力的作用,如图(a)所示,P受到2个力,故A合题意;若弹簧弹力大于P的重力,则MN对P有压力FN , 只有压力FN则P不能平衡,一定存在向右或有向右分量的力,只能是MN对P的摩擦力Ff , 因此P此时受到4个力,如图(b)所示,C合题意。
6.(多选)如图所示,在斜面上,木块A与B的接触面是水平的。连接木块A的绳子呈水平状态,两木块均保持静止。则木块A和木块B可能的受力个数分别为( )
A.2个和4个 B.3个和4个 C.4个和5个 D.4个和6个
【答案】AC
【解析】
B至少受到重力、A对B的压力和静摩擦力、斜面的支持力四个力。斜面对物体B可能有静摩擦力,也有可能没有静摩擦力,因此B受到4个力或5个力;而A受到力支持力与重力外,可能受到拉力与B对A的摩擦力。因此A可能受到2个力或4个力。
A.2个和4个.故A符合题意.
B.3个和4个.故B不符合题意.
C.4个和5个.故C符合题意.
D.4个和6个.故D不符合题意.
7.(24-25高一上·江苏淮安·期末)雪橇是很多孩子喜欢的娱乐项目。如图所示,小孩与雪橇的总质量,大人用与水平方向成斜向上的力拉雪橇,他们一起沿水平地面向前做匀速直线运动。g取,,,求:
(1)雪橇对地面的压力;
(2)雪橇与地面间的动摩擦因数。
【答案】(1),方向垂直地面向下
(2)
【详解】(1)对小孩和雪橇整体受力分析,竖直方向根据受力平衡得
解得
由牛顿第三定律可知雪橇对地面的压力大小
方向垂直地面向下。
(2)雪橇和小孩一起做匀速直线运动,则有
又
解得
8.(23-24高一上·吉林长春·阶段练习)如图所示,一个质量为的均匀球体,放在倾角的光滑固定斜面上,并被斜面上一个竖直的挡板挡住。求球体对挡板和斜面的压力。( sin37°=0.6 cos37°=0.8)
【答案】对挡板压力大小为15N,方向水平向左;对斜面压力大小为25N,方向垂直斜面向下
【详解】以球为对象,其受力如图所示
根据受力平衡可得
,
解得
,
根据牛顿第三定律可知,球体对挡板压力大小为15N,方向水平向左;对斜面压力大小为25N,方向垂直斜面向下。
(
13
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14
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衔接12:牛顿第三定律、受力分析
【重温·初中】
基础知识
1.力是物体之间的相互作用,只要谈到力就一定存在施力物体和受力物体,若把其中一个力称为作用力,则另一个力称为 。
2.两物体之间的作用总是 的.一个物体对另一个物体施加了力,后一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,通常叫做 .作用力和反作用力总是大小相等、同时 、性质 ,它们分别作用在两个相互作用的物体上.
3.一对平衡力:作用在同一个物体上的两个力,大小相等、方向相反,作用在同一直线上,这样的一对力称为平衡力.
【知新·高中】
一、作用力与反作用力
1.力的作用总是相互的,物体间相互作用的这一对力称为作用力和反作用力。作用力和反作用力总是相互依存,同时存在的。
2.重点解读:
(1)物体间的作用是相互的,这种相互性决定了力总是成对出现的。
(2)作用力和反作用力是相对的,其中一个力是作用力,另一个力就是反作用力。
(3)一对作用力与反作用力的性质总是相同的,即作用力是弹力,其反作用力也一定是弹力;作用力是摩擦力,其反作用力也一定是摩擦力。
小试牛刀:
例:一小球用一细绳悬挂于天花板上,以下几种说法中正确的是( )
A.小球所受的重力和细绳对它的拉力是一对作用力和反作用力
B.小球对细绳的拉力就是小球所受的重力
C.小球所受重力的反作用力作用在地球上
D.小球所受重力的反作用力作用在细绳上
扩展练习
1.(高一·课时练习)对于作用力与反作用力的理解,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
2.(2023山东·学业考试)关于物体间的作用力和反作用力,下列说法正确的是( )
A.先有作用力,后有反作用力
B.作用力和反作用力可能垂直
C.作用力和反作用力可能作用在同一物体上
D.作用力和反作用力总是大小相等,方向相反
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,作用在同一直线上。
2.表达式:F=-F′(负号表示方向相反)
3.对作用力和反作用力的理解(三个特征、四种性质)
三个特征:
(1)等值,即大小总是相等的。
(2)反向,即方向总是相反的。
(3)共线,即二者总是在同一直线上。
四种性质:
(1)异体性:即作用力和反作用力是分别作用在彼此相互作用的两个物体上。
(2)同时性:即作用力和反作用力同时产生,同时变化,同时消失。
(3)相互性:即作用力和反作用力总是相互的、成对出现的。
(4)同性性,即二者性质总是相同的。
4.作用力和反作用力分别作用在两个物体上,其作用效果分别体现在各自的受力物体上,所以作用力和反作用力产生的效果不一定相同。
小试牛刀:
例:关于牛顿第三定律,下列说法中正确的是( )
A. 作用力和反作用力总是大小相等 B. 作用力和反作用力是一对平衡力
C. 作用力和反作用力作用在同一物体上 D. 作用力和反作用力可以独立存在
扩展练习
1.(高一·课时练习)关于一对作用力和反作用力以及一对平衡力,下面叙述中正确的是( )
A.作用力与反作用力大小相等、方向相反,作用在同一个物体上
B.作用力与反作用力就是平衡力
C.平衡力一定是同种性质的力
D.平衡力一定不是作用力与反作用力
2.(高一·课时练习)下列对于作用力、反作用力和平衡力的认识,正确的是( )
A.平衡力的合力为零,作用效果相互抵消;作用力与其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,平衡力的性质不一定相同
C.作用力和反作用力同时产生、同时消失、同时变化,平衡力也是如此
D.先有作用力,接着才有反作用力;平衡力却是同时作用在同一物体上
三、一对作用力与反作用力和一对平衡力的区别与联系
一对平衡力
一对作用力与反作用力
不
同
点
两个力作用在同一物体上
两个力作用在相互作用的两个物体上
两个力性质不一定相同
两个力性质一定相同
一个力的产生、变化、消失不一定影响另一个力
两个力同时产生、同时变化、同时消失
两个力共同作用,效果是使物体处于平衡状态且所受合力为零
两个力各有各的作用效果,故对其中任一物体不能说是合力
相同点
大小相等、方向相反、作用在同一条直线上
小试牛刀:
例:物体静止放置于水平桌面上,则( )
A.桌面对物体的支持力的大小等于物体的重力,这两个力是一对相互平衡的力
B.物体所受的重力和桌面对它的支持力是一对作用力和反作用力
C.物体对桌面的压力就是物体的重力,这两个力是同一种性质的力
D.物体对桌面的压力和桌面对物体的支持力是一对相互平衡的力
扩展练习
1.(2024江苏·学业考试)一本书静止放置在水平桌面上,以下说法中正确的是( )
A.书和桌面相互挤压,桌面和书都发生了形变
B.桌面对书的作用力是弹力,书对桌面的作用力是重力
C.书对桌面的压力和桌面对书的支持力是一对平衡力
D.书所受的重力和桌面对书的支持力是一对作用力和反作用力
2.一根轻绳的上端悬挂在天花板上,下端挂一灯泡,则( )
A.灯泡受的重力和灯泡对绳的拉力是一对平衡力
B.灯泡受的重力和绳对灯泡的拉力是一对作用力和反作用力
C.灯泡对绳的拉力和绳对灯泡的拉力是一对作用力和反作用力
D.绳对天花板的拉力和天花板对绳的拉力是一对平衡力
四、物体的受力分析
1.受力分析的一般顺序
一般先分析重力;再分析弹力,环绕物体一周,找出跟研究对象接触的物体,并逐个分析这些物体对研究对象是否有弹力作用;然后分析摩擦力,对凡有弹力作用处逐一进行分析;最后是其他力。
2.受力分析常用的方法
(1)整体法与隔离法:
【特别提醒】:整体法、隔离法在受力分析时要灵活选用:
①当所涉及的物理问题是整体与外界作用时,应用整体分析法,可使问题简单明了,而不必考虑内力的作用。
②当涉及的物理问题是物体间的作用时,要应用隔离分析法,这时系统中物体间相互作用的内力就会变为各个独立物体的外力。
(2)假设法:在受力分析时,若不能确定某力是否存在,可先对其作出存在或不存在的情况假设,然后再就该力存在与否对物体运动状态影响的不同来判断该力是否存在。
3.受力分析的步骤
4.受力分析要注意的五个问题
(1)研究对象的受力图,通常只画出根据性质命名的力,不要把按效果分解的力或合成的力分析进去,受力图完成后再进行力的合成或分解,以免造成混乱。
(2)区分内力和外力:对几个物体组成的系统进行受力分析时,这几个物体间的作用力为内力,不能在受力图中出现;当把其中的某一物体单独隔离分析时,原来的内力变成外力,要画在受力图上。
(3)防止“添力”;找出各力的施力物体,若没有施力物体,则该力一定不存在
(4)防止“漏力”:严格按照重力、弹力、摩擦力、其他力的步骤进行分析是防止“漏力”的有效办法。
(5)受力分析时还要密切注意物体的运动状态,运用平衡条件或牛顿运动定律判定未知力的有无及方向。
小试牛刀:
例:如图所示,物体b在水平推力F作用下,将物体a挤压在竖直墙壁上。a、b处于静止状态,对于a、b两物体的受力情况,下列说法不正确的是( )
A. a受到两个摩擦力的作用
B.a共受到四个力的作用
C.b共受到四个力的作用
D.a受到墙壁的摩擦力的大小不随F的增大而增大
扩展练习
1.(2024重庆·期中)如图所示,甲、乙两人分别乘坐两种电动扶梯,此时两电梯均匀速向上运转,则 ( )
A.甲受到三个力的作用
B.甲对扶梯有摩擦力的作用
C.乙受到三个力的作用
D.乙受到的摩擦力方向沿斜面向下
2.(2024江苏南通省海中·期中)如图所示,一个质量为m的物块放在粗糙的斜面体上,斜面的倾角为α,斜面体放在粗糙的水平地面上。当物块受到平行于斜面的水平向左的推力F作用时,物块和斜面体都处于静止状态,下列说法正确的是 ( )
A.物块受到的摩擦力沿斜面向上
B.斜面体对地面的摩擦力向左
C.若撤去推力F则物块受到的摩擦力不变
D.增大水平推力F可以使物块相对斜面体向左匀速运动
精选练习
A组 基础练
1.(24-25高二上·浙江衢州·期末)如图两篮球运动员正在击地传球,下列说法正确的是( )
A.篮球在空中运动时受到重力、推力与空气阻力的作用
B.地面对篮球的弹力是由于地面形变引起的
C.地面对篮球的作用力大于篮球对地面的作用力
D.击地时,地面对篮球的弹力方向与篮球的速度方向相反
2.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跟墙壁对物体的压力不是一对平衡力
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作用力与反作用力
D.物体对墙壁的压力与墙壁对物体的压力是一对作用力与反作用力
3.(24-25高一上·江苏宿迁·期末)有一种游戏,叫“拔老根儿”。两个小孩每人手里拿着树叶根,同时使劲往自己怀里拽,谁手里的叶根断了谁输,如图所示。假如两叶根所能承受的最大拉力相等,则( )
A.叶根夹角较大一方的叶根对另一方叶根的作用力更大些
B.叶根夹角较大一方的叶根对另一方叶根的作用力更小些
C.力气较大的小孩获胜
D.叶根夹角较小的一方获胜
4.一个球在墙角处挨着竖直墙壁停放在水平地板上,在给出的球的受力示意图中,正确的是( )
A. B. C. D.
5.用一根轻质弹簧竖直悬挂一小球,小球和弹簧的受力如图所示,下列说法正确的是
A.F3的施力物体是地球
B.F1的施力物体是弹簧
C.F4的反作用力是F1
D.F2的反作用力是F3
6.(24-25高三上·辽宁锦州·期末)在2024年杭州亚运会上,以预赛第一的成绩闯进决赛的邹佳琪、邱秀萍在决赛中从一开始就一路领先,最终以7分06秒78的成绩夺冠。下列说法正确的是( )
A.运动员以及船的重力就是对水的压力
B.运动员对船的压力和船对运动员的支持力方向相反
C.运动员对船的压力和水对船的支持力是一对作用力与反作用力
D.在比赛中,赛艇能加速前进是由于水推桨的力大于桨推水的力
7.物体静止在斜面上,以下的几种分析中正确的是 ( )
A. 物体所受到静摩擦力的反作用力是重力沿斜面的分力
B. 物体所受重力沿垂直斜面的分力就是物体对斜面的压力
C. 物体所受重力的反作用力就是斜面对它的静摩擦力和支持力这两个力的合力
D. 物体所受支持力的反作用力就是物体对斜面的压力
8.(24-25高一上·四川广元·期末)小朋友队和大人队进行拔河比赛,小朋友队人数多,重心低,手握绳的位置低,此比赛可以简化为如图所示的模型,A、B两点间绳倾斜。两队的总质量相等,脚与地面的动摩擦因数相同,最大静摩擦力等于滑动摩擦力。相持阶段两队都静止,各队员手紧握绳不滑动,绳结实且质量不计。以下说法正确的是( )
A.相持阶段大人队所受地面的摩擦力大于小朋友队所受地面的摩擦力
B.无论相持阶段还是胜败时,两队脚与地面的摩擦力大小永远相等
C.绳上拉力增大时,大人队会先败
D.绳上A点对B点的拉力,其大小一定等于B点对A点的拉力
B组 提高练
1.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( )
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.大小拉小孩的力与小孩拉大人的合力一定为零
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
2.(24-25高一上·广东清远·期末)2024年7月第五届中国王中王围棋争霸赛中,九段棋手李轩豪在决赛中战胜王星昊,以不败战绩夺冠。如图所示解说围棋的大棋盘,棋盘竖直放置,棋盘和棋子都是磁性材料制成,棋子能吸在棋盘上,不计棋子之间的相互作用力,下列说法正确的是( )
A.棋盘对棋子的弹力竖直向上
B.棋子受到的弹力是棋子发生形变引起的
C.棋盘对棋子的磁力与棋子对棋盘的磁力是一对作用力与反作用力
D.棋盘对棋子的磁力与棋盘对棋子的弹力是一对作用力与反作用力
3.如图所示,杯子从空中落到水平桌面时,杯子对桌面的作用力F1 , 杯底受到的作用力F2。则下列说法正确的是( )
A. 力F1是桌子发生形变而产生的 B. 力F1和力F2是一对平衡力
C. 力F1和力F2是一对作用力和反作用力 D. 力F1的大小大于力F2的大小
4.(24-25高一上·浙江杭州·期末)擦窗机器人利用真空负压吸盘吸附在竖直玻璃窗上,移动并擦拭清洁玻璃。擦窗机器人在竖直玻璃上静止时,不考虑安全钢绳的作用力,下列说法正确的是( )
A.受到三个力的作用
B.受到的重力和玻璃对它的摩擦力是一对平衡力
C.受到的大气压力和玻璃对擦窗机器人的弹力是一对相互作用力
D.玻璃对擦窗机器人的作用力方向竖直向上
5.(多选)如图所示,竖直放置的轻质弹簧一端固定在地面上,另一端与斜面体P连接,P与斜放其上的固定档板MN接触且处于静止状态。则斜面体P此刻所受力的个数有可能为( )
A. 2个 B. 3个 C. 4个 D. 5个
6.(多选)如图所示,在斜面上,木块A与B的接触面是水平的。连接木块A的绳子呈水平状态,两木块均保持静止。则木块A和木块B可能的受力个数分别为( )
A.2个和4个 B.3个和4个 C.4个和5个 D.4个和6个
7.(24-25高一上·江苏淮安·期末)雪橇是很多孩子喜欢的娱乐项目。如图所示,小孩与雪橇的总质量,大人用与水平方向成斜向上的力拉雪橇,他们一起沿水平地面向前做匀速直线运动。g取,,,求:
(1)雪橇对地面的压力;
(2)雪橇与地面间的动摩擦因数。
8.(23-24高一上·吉林长春·阶段练习)如图所示,一个质量为的均匀球体,放在倾角的光滑固定斜面上,并被斜面上一个竖直的挡板挡住。求球体对挡板和斜面的压力。( sin37°=0.6 cos37°=0.8)
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