3.3 牛顿第三定律 讲义-2025-2026学年高一上学期物理人教版必修第一册

第三章-相互作用——力 （第3节 牛顿第三定律） 一、作用力和反作用力 理解引入：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'。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。 物体间相互作用的一对力，一个力称为作用力，另一个力称为该力的反作用力。作用力和反作用力总是相互依赖、同时存在的。 例题：关于作用力和反作用力，下面说法中正确的是(　　) A．物体相互作用时，先产生作用力，然后才产生反作用力 B．作用力和反作用力大小相等，方向相反，在同一条直线上，因此它们的合力为零，是一对平衡力 C．放在水平桌面上的书所受重力和支持力互为作用力与反作用力 D．作用力和反作用力总是同时产生，同时消失，分别作用在相互作用的两个不同物体上 D【解析】：物体相互作用时，相互作用力同时产生，同时变化，同时消失，故A错误；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支持力都作用在书上，是一对平衡力，故C错误；根据牛顿第三定律，作用力和反作用力总是同时产生，同时消失，分别作用在相互作用的两个不同物体上，故D正确． 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′，负号表示作用力F与反作用力F′作用在同一条直线上，方向相反． 3、对定律的理解 定律中“总是”强调对于任何物体,在任何条件下,作用力和反作用力的关系都成立(无一例外).对此,可以从以下四个方面理解. (1)不管物体大小、形状如何,例如大物体与大物体之间,或大物体与小物体之间,任何形状的物体之间,其相互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,运动的物体与静止的物体之间,其相互作用力总是大小相等,方向相反 (3)不管选择何种参考系,物体间的相互作用力总是大小相等,方向相反. (4) 作用力与反作用力的产生和消失是同时的．两者中若有一个产生或消失，则另一个必然同时产生或消失． 4、实验探究 如图所示,把两个弹簧测力计A和B连接在一起,用手拉弹簧测力计A,A对B的作用力为F,B对A的反作用力为F′ 实验结论:弹簧测力计A无论快拉还是慢拉,拉力大还是小，F和F′大小始终相等,方向相反。 总结：作用力与反作用力的“四同”“三异” 作用力与反作用力关系 四同 等大 大小总是相等 共线 作用在一条直线上 同时 同时产生、同时变化、同时消失 同性质 同一性质的力 三异 异向 方向相反 异体 作用在不同的物体上 异效 效果不能相互抵消，不能认为合力为零 例题1：关于牛顿第三定律，下面说法中正确的是(　　) A．两物体间先有作用力，后有反作用力 B．作用力与反作用力可以是不同性质的力 C．作用力与反作用力同时产生，同时消失 D．作用力与反作用力的合力等于零 C【解析】作用力和反作用力具有同时性，同时产生，同时变化，同时消失，故A错误，C正确；作用力和反作用力必须是同一种性质的力，故B错误；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，作用在两个物体上，故其效果不能相互抵消，也不能进行力的合成，故D错误． 例题2：《荀子·议兵》中写道：“经桀作尧，譬之若以卵投石，以指绕沸．”，其中“以卵击石”意思为拿鸡蛋去碰石头．比喻不估计自己的力量，自取灭亡．从物理学的角度看鸡蛋与石头相碰，下列说法中正确的是(　　) A．石头对鸡蛋的力大于鸡蛋对石头的力 B．石头对鸡蛋的力小于鸡蛋对石头的力 C．石头对鸡蛋的力与鸡蛋对石头的力大小相等 D．石头对鸡蛋的力与鸡蛋对石头的力方向相同 C【解析】：鸡蛋碰石头，鸡蛋被碰破，而石头却完好无损，不是因为鸡蛋受到的力大，而是因为鸡蛋的硬度小，它们受到的力是相互作用力，根据牛顿第三定律，相互作用的两个力，大小相等，方向相反，故A、B、D错误，C正确． 例题3：在探究作用力和反作用力的关系实验中，把A、B两个轻质弹簧测力计连接在一起，B的一端固定，用手拉测力计A，如图(a)所示．可以看到两个测力计的指针同时移动．稳定后，测力计A受到B的拉力F′，测力计B受到测力计A的拉力F. (1)B弹簧秤放大如图(b)所示，读数F为________N； (2)F和F′的关系为________； (3)手对弹簧秤A的拉力大小为________N. 【答案】(1)4.00　(2)等值反向或相互作用力　(3)4.00 【解析】(1)根据弹簧测力计的读数的方法可知，弹簧测力计的读数为4.00 N；(2)测力计A受到B的拉力F′，测力计B受到测力计A的拉力F，可知F和F′的关系为相互作用力；(3)根据一对平衡力的特点可知，手对弹簧秤A的拉力大小与A受到B的拉力F′大小相等，所以也是4.00 N. 作用力和反作用力与平衡力的比较 内容 比较　　 作用力和反作用力 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、作用在一条直线上 例题：2019年1月3日10时26分，我国“嫦娥四号”探测器成功着陆在月球背面南极附近的预选着陆区，人类探测器首次登陆月球背面．在着陆过程最后阶段，“嫦娥四号”先悬停在距月面100 m高处，再缓慢下降到着陆点上方4 m处，最终关闭发动机以自由落体方式完美着陆在月面，关于该探测器从距月面上方100 m高处缓慢下降到着陆点上方4 m处的过程中，下列说法正确的是(　　) A．探测器受到喷射气体的反冲力与自身重力是一对相互作用力 B．探测器受到喷射气体的反冲力与自身重力是一对平衡力 C．探测器对喷射气体的力与喷射气体对探测器的反冲力合力为零 D．探测器对喷射气体的力与喷射气体对探测器的反冲力大小相等 D【解析】探测器受到喷射气体的反冲力的受力物体是探测器，探测器自身重力的受力物体也是探测器，不是一对相互作用力，故A错误；探测器缓慢下降的过程中没有说明运动的状态，所以探测器受到喷射气体的反冲力与自身重力不一定是一对平衡力，故B错误；探测器对喷射气体的力与喷射气体对探测器的反冲力是一对作用力与反作用力，不能合成，故C错误；探测器对喷射气体的力与喷射气体对探测器的反冲力是一对作用力与反作用力，大小相等，故D正确． 例题2:磁性黑板擦吸附在竖直的黑板平面上静止不动时，黑板擦受到的磁力(　　) A．小于它受到的弹力 B．大于它受到的弹力 C．与它受到的弹力是一对作用力与反作用力 D．与它受到的弹力是一对平衡力 D【解析】：黑板擦由于受到黑板的磁力而使彼此发生了弹性形变，产生了弹力；由二力平衡可知，磁力应等于黑板对黑板擦的弹力，故磁力与弹力为平衡力，A、B错误，D正确；作用力与反作用力是同种性质的力，黑板擦对黑板的弹力与黑板对黑板擦的弹力才是作用力与反作用力，故C错误． 三、受力分析 1、受力分析的步骤 2、对绳、杆、弹簧模型的受力分析 (1)为了使问题简化，题目中会出现一些带有某种暗示的提法，如“轻绳”“轻杆”暗示不考虑绳与杆的重力；“光滑面”暗示不考虑摩擦力；“滑轮”“光滑挂钩”暗示两侧细绳中的拉力相等． (2)物体不涉及转动问题，可将所有受到的力画到一个共同作用点上，一般画在重心上；若涉及物体转动，则力的作用点实际在哪就画在哪． (3)静摩擦力产生的条件中相对运动的趋势要由研究对象受到的其他力来确定．例如，放在倾角为θ的粗糙斜面上的物体A，当作用一个沿着斜面向上的拉力F时，物体A处于静止状态．从一般的受力分析方法可知A一定受重力G、斜面支持力FN和拉力F，但静摩擦力可能沿斜面向下，可能沿斜面向上，也可能恰好是0. 举例：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。 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F和木块对斜面的压力、静摩擦力F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。 3、受力分析时注意以下四点： （1）只分析研究对象所受的力，不分析研究对象对其他物体的作用力； （2）只分析外力，不分析内力； （3）只分析性质力，不分析效果力； （4）分力、合力不要重复分析。 例题1：如图所示,重力为G的物体A在竖直轻弹簧的支撑下与竖直墙壁接触并处于静止状态.则 A.物体A受4个力作用 B.A与墙壁之间一定有压力 C.A与墙壁之间一定有静摩擦力 D.弹簧的弹力大小等于G D【解析】以A为研究对象,A与竖直墙壁接触且处于静止状态.水平方向A与墙壁接触但不挤压,故墙壁对A不存在弹力作用,所以墙壁对A没有摩擦力,则A只受到重力和弹簧弹力两个力的作用,且弹的弹力大小等于物体的重力G.（易错点:有弹力不一定有摩擦力,但无弹力一定无摩擦力） 例题2：如图所示,半球形的碗固定在水平地面上,碗口水平,0点为其球心,碗的内外表面及碗口光滑.一根细线跨在碗口上,两端分别系着小球甲、乙,细线末端的延长线均过小球甲、乙的球心.当小球甲、乙均静止时,小球乙上端细线恰好竖直.下列说法正确的是 A.小球乙受到三个力 B.小球甲受到四个力 C.小球乙受到碗壁的弹力水平向右 D.小球甲受到碗壁的弹力方向从接触点指向O点 D【解析】小球乙上端细线恰好竖直,说明碗壁对乙没有弹力,对乙受力分析可知,受到竖直向下的重力、细线的拉力,A、C错误;小球甲受到竖直向下的重力、碗壁的弹力与细线的拉力三个力的作用,小球甲受到的碗壁的弹力垂直于接触面,指向球心 0,故 B错误,D 正确. 3、受力分析——整体法与隔离法的应用 （1）整体法：整体法就是把几个物体视为一个整体，受力分析时，只分析这一整体之外的物体对整体的作用力（外力），不考虑整体内部物体之间的相互作用力（内力）。 研究外力对物体系统的作用时，一般选用整体法。 （因为不用考虑系统内力，所以这种方法更简便。总之，能用整体法解决的问题不用隔离法。） （2）隔离法：隔离法就是把要分析的物体从相关的物体系中假想地隔离出来，只分析该物体以外的物体对该物体的作用力，不考虑该物体对其它物体的作用力。 分析系统内各物体（各部分）间的相互作用力（内力），需要选用隔离法。 （一般情况下隔离受力较少的物体） 例题1：（注意区分外力和内力） （1）如图所示，物体各重，水平拉力，物体均处于静止状态 （2）如图所示，物体各重，水平拉力，物体均处于静止状态 （3）如图所示，物体各重，水平拉力，且与水平方向的夹角均为，物体均处于静止状态 问：间的静摩擦力大小分别为多少？（隔离法） 与地面间的摩擦力大小为多少？（整体法） 答案： 例题2：（整体） 如图所示，斜面体静止于粗糙水平地面上，物块均沿斜面匀速下滑，已知。下列说法中正确的是（　　） A. 地面对斜面体的摩擦力水平向右 B. 地面对斜面体没有摩擦力 C. 所给条件不足，不能判断摩擦力方向 D. 地面对斜面体摩擦力水平向左 【解析】B.整体法分析地面与斜面体间摩擦力，再隔离两物块分析。 例题3：（整体） 如图所示，用细绳悬挂两小球，今对小球持续施加一个向左的恒力，并对小球持续施加一个向右的同样大的恒力，则最后达到平衡状态的情况可能是图中的（ ） A【解析】将和绳视为整体，受重力和细绳对的拉力平衡，故拉的绳子沿竖直方向，再对使用隔离法即可。 例题3：（隔离） 如图所示，物体A放在物体B上，物体B为一个斜面体，且放在粗糙的水平地面上，A、B均静止不动，则物体B的受力个数为(　　) A．2　 　　B．3 C．4 D．5 C【解析】对物体A受力分析，如图a所示；由于A、B均静止，故可将A、B视为一个整体，其水平方向无外力作用，B相对地面也就无运动趋势，故地面对B无摩擦力，受力如图b所示；对物体B受力分析，如图c所示，共有四个力，选项C正确． 例题4：（隔离） 如图所示，两个质量相同的球用细线连接，球用细线挂在天花板上，球放在光滑斜面上，系统保持静止，以下图示哪个是正确的（　） A.　　　　　B.　 　 C.　　　　 D. 【答案】B 例题5：（整体与隔离综合） 如图所示，两个大小相等，方向相反的水平力F分别作用在物体B、C上，物体A、B、C都处于静止状态，各接触面粗糙都与水平面平行，物体A、C的摩擦力大小为，物体B、C间的摩擦力为，物体C与地面间的摩擦力为则有（ ） A．，， B．，， C．，， D．，， 【答案】A 例题6：（整体与隔离综合） 如图所示，两个相似的斜面体在竖直向上的力的作用下静止靠在竖直粗糙墙壁上。关于斜面体和的受力情况，下列说法正确的是（ ） A. 一定受到四个力 B. 可能受到四个力 C. 与墙壁之间一定有弹力和摩擦力 D. 与之间一定有摩擦力 AD【解析】先对整体受力分析，由平衡条件知，竖直方向： 水平方向，不受力，故墙面无弹力，也没有摩擦力（否则不能平衡）；隔离物体，必受重力、对的支持力和摩擦力作用，受三个力；隔离物体，受受重力、对的压力和摩擦力、外力四个力作用；故正确。 学科网（北京）股份有限公司 $$