第四节 牛顿第三定律（导学案）物理沪科版2020必修第一册

第四节 牛顿第三定律 导学案 1．通过具体事例感受物体间存在相互作用，体会物体间相互作用的普遍性，引发对物体间相互作用的具体关系的思考。 2．利用演示实验了解物体间相互作用的特点，通过归纳了解其基本规律。 3．在应用规律解释实际问题的过程中理解牛顿第三定律，知道作用力和反作用力的作用对象不同，作用效果也不尽相同。 【知识回顾】 一、作用力和反作用力 物体间相互作用的一对力，我们称其中任意一个力为作用力，另一个力为反作用力。 二、牛顿第三定律 内容：两物体间的一对作用力 F 和反作用力 Fʹ 总是大小相等，方向相反， 、作用在同一条直线上即F = −Fʹ 。 作用力和反作用力与一对平衡力的区别与联系 作用力与反作用力 一对平衡力 相同点 大小相等、方向相反、作用在同一条直线上 不同点 作用在两个相互作用的物体上 作用在同一物体上 同时产生、同时消失 不一定同时产生、不一定同时消失 两力作用效果不可抵消，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，合力为零 一定是相同性质的力 性质不一定相同 【自主预习】 一、作用力和反作用力 1．定义：两个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，后一个物体一定同时对前一个物体也施加了力． 二、牛顿第三定律 1．定义：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，作用在同一直线上． 2．对牛顿第三定律的理解 ①牛顿第三运动定律指出了两物体之间的作用是相互的，因而力总是成对出现的，它们总是同时产生，同时消失，与相互作用的两物体的运动状态无关、与是否和其他物体相互作用无关。 ②作用力和反作用力总是同种性质的力． ③作用力和反作用力分别作用在两个不同的物体上，各产生其效果，不可叠加． ④牛顿第三定律在对物体进行受力分析时，起到非常重要的转换研究对象的作用，如果不便于直接分析求出物体受到的某些力时，可先求它的反作用力，再反过来求待求力．如求压力时，可先求支持力，摩擦力的求解有时候不好判断也可以通过转化研究对象求其反作用力． 三、作用力与反作用力和一对平衡的辨析 作用力与反作用力 一对平衡力 相同点 大小相等、方向相反、作用在同一条直线上 不同点 作用在两个相互作用的物体上 作用在同一物体上 同时产生、同时消失 不一定同时产生、不一定同时消失 两力作用效果不可抵消，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，合力为零 一定是相同性质的力 性质不一定相同 思考与讨论： 作用力和反作用力之间存在什么关系？ 我们来做一个实验。如图 4–23 所示，将 A、B 两个力传感器连接在一起，用手拉。通过计算机观察到两个力传感器所受拉力随时间的变化如图 4–24 所示，两个力的大小始终相等。图 4–23 用力传感器研究作用力 反作用力的关系 A B 力传感器 图 4–24 两个力传感器所受拉力随时间变化的关系 在前面的双人拔河赛中我们也看出甲、乙两人间的一对拉力（作用力和反作用力）的大小是相等的。 通过大量的实验和观察可以归纳得出：两物体间的一对作用力F和反作用力Fʹ总是大小相等、方向相反、作用在同一条直线上。这就是300多年前，牛顿发现的牛顿第三定律（Newton's third law），即F = −Fʹ。 图 4–25 天舟一号货运飞船 由长征七号遥二运载火箭成功 发射 作用力和反作用力为何不能互相抵消？ 作用力和反作用力是分别作用在两个不同的物体上，因此，它们作用的效果是不能抵消的。二力平衡时，两个力也是大小相等、方向相反、沿同一条直线，但它们作用在同一个物体上，作用效果可以互相抵消。杯子放在水平桌面上，杯子受到的重力和桌面对杯子的支持力都作用在杯子上，作用效果可互相抵消。但是，杯子对桌面的压力和桌面对杯子的支持力，作用在不同的物体上，其效果是不能抵消的。火箭发射的过程中，大量气体从火箭后端高速喷出，火箭对气体有向下的作用，同时气体助推火箭向上加速，同样也是作用力和反作用力（图4–25），作用效果不能互相抵消。 大家谈 如图4–19所示，气垫船在黑龙江上行驶。你知道船尾的大“风扇”起什么作用吗？分析一下它们是如何发挥作用的。 一、单选题 1．如图所示，把一本书放在水平桌面上保持静止，下列说法中正确的是（　　） A．书对桌面的压力是弹力，是由于桌面发生形变而产生的 B．书对桌面的压力就是书受到的重力 C．书保持静止是由于书对桌面的压力与桌面对书的支持力是一对平衡力 D．书对桌面的压力与桌面对书的支持力是一对作用力和反作用力 【答案】D 【详解】A．书对桌面的压力是弹力，是由于书发生形变而产生的，A错误； B．书对桌面的压力只是在数值上等于书受到的重力，B错误； C．书保持静止是由于书的重力与桌面对书的支持力是一对平衡力，C错误； D．书对桌面的压力与桌面对书的支持力是一对作用力和反作用力，D正确。 故选。 2．关于在日常生活和生产中应用反作用力的例子，下列说法中错误的是（　　） A．运动员在跳高时总是要用力蹬地面，才能向上弹起 B．大炮发射炮弹时，炮身会向后退 C．农田灌溉用的自动喷水器，当水从弯管的喷嘴里喷射出来时，弯管会自动旋转 D．乌贼在水中经过体侧的孔将水吸入鳃腔，然后用力把水挤出体外，乌贼就会向相反方向游去 【答案】B 【详解】A．运动员蹬地时，地对人的反作用力使其弹起，应用了反作用力，A正确，不符合题意； B．大炮发射时炮身后退是反冲现象，人们不想让炮身后退，不是反作用力的应用，B错误，符合题意； C．喷水器弯管旋转是水喷射时的反冲力驱动，属于应用反作用力，C正确，不符合题意； D．乌贼喷水利用反冲力游动，是反作用力的应用，D正确，不符合题意。 故选B。 3．一斜面固定在水平地面上，一物体静止在斜面上，如图所示，下列说法正确的是（　　） A．物体对斜面的压力和斜面对物体的支持力是一对平衡力 B．物体对斜面的摩擦力和斜面对物体的摩擦力是一对作用力和反作用力 C．物体所受的重力和斜面对物体的作用力是一对作用力和反作用力 D．物体所受的重力可分解为沿斜面的力和对斜面的压力 【答案】B 【详解】A．物体对斜面的压力和斜面对物体的支持力是一对作用力和反作用力，故A错误； B．物体对斜面的摩擦力和斜面对物体的摩擦力是一对作用力和反作用力，故B正确； C．物体所受的重力和斜面对物体的作用力都作用在物体上，因此不是一对作用力和反作用力，故C错误； D．物体所受的重力可分解为沿斜面的力和垂直于斜面的力，故D错误。 故选B。 4．如图所示，质量为60kg的人站在水平地面上，用理想定滑轮将质量为40kg的重物送入井中。忽略绳子和定滑轮的质量，当重物以的加速度加速下落时，人对地面的压力大小为（）（   ） A．196N B．860N C．316N D．272N 【答案】C 【详解】重物以的加速度加速下落，对重物受力分析，由牛顿第二定律有 解得绳子上的拉力大小为 对人受力分析由平衡条件有 代入数据解得地面对人的支持力大小为 由牛顿第三定律可知人对地面的压力大小为 C正确。 故选C。 5．设想如能创造一理想的没有摩擦的环境，用一个人的力量去拖拉一列水平轨道上静止的高铁列车，则从理论上可以说（　　） A．高铁列车惯性太大，所以完全无法拖动 B．一旦施力，高铁列车立即产生一个加速度 C．由于高铁列车惯性很大，施力后，要经过一段很长时间后才会产生一个明显的加速度 D．由于高铁列车质量很大，人拉列车时由于反作用力会立即摔倒而无法施力于高铁列车 【答案】B 【详解】AB．由于没有摩擦力，根据牛顿第二定律知，一旦施力，高铁列车立即产生加速度。故A错误，B正确； C．由于高铁列车的质量很大，根据知，由于一个人的力量很小，则加速度很小；根据v=at知，要经过很长一段时间才会产生明显的速度，不会产生一个明显的加速度。故C错误； D．由牛顿第三定律可知，人拉列车时的反作用力与人的拉力等大，人拉列车时不会由于反作用力会立即摔倒而无法施力于高铁列车，故D错误。 故选B。 6．磨刀的场景如图所示，当人向前推动刀的过程中，磨刀石保持静止，则（　　） A．刀所受的合力一定为0 B．磨刀石受到四个力的作用 C．刀对磨刀石的摩擦力方向向前 D．地面对磨刀石的摩擦力方向向前 【答案】C 【详解】A．当人向前推动刀的过程中，磨刀石保持静止，因为不确定刀的运动状态，无法判断合力是否为零，故A错误； B．磨刀石受到地面的支持力和摩擦力，上面刀对磨刀石的压力和摩擦力，还有自身重力，共5个力作用，故B错误； C．刀相对磨刀石向前运动，所以磨刀石对刀的摩擦力向后，根据牛顿第三定律可知，刀对磨刀石的摩擦力方向向前，故C正确； D．根据平衡条件可知，地面对磨刀石的摩擦力方向向后，故D错误。 故选C。 7．使A、B、C一起匀速运动，各接触面间的摩擦力的情况是（　　） A．A对C有向左的摩擦力 B．C对B有向左的摩擦力 C．物体C受到三个摩擦力的作用 D．物体C对地有向右的摩擦力 【答案】A 【详解】A．对A受力分析，受拉力F、重力、支持力和向右的静摩擦力，由牛顿第三定律可知A对C有向左的静摩擦力。故A正确； B．对B受力分析，由于匀速运动，合力为零，故受重力和支持力，不受摩擦力。故B错误； C．对C受力分析，受重力、A对C压力、B对C压力，地面对C支持力，A对C向左的静摩擦力和地面对C向右的滑动摩擦力，即物体C受到两个摩擦力的作用。故C错误； D．对整体受力分析，受拉力F、重力、支持力和向右的滑动摩擦力，所以地面对C有向右的滑动摩擦力，那么物体C对地有向左的摩擦力。故D错误。 故选A。 8．两个弹簧秤平放在光滑的水平桌面上，乙的一端固定于墙上，两个弹簧秤挂勾相连，如图所示水平拉力为100N时，甲、乙弹簧秤读数分别是（　　） A．100N；100N B．200N；100N C．0；100N D．50N；50N 【答案】A 【详解】研究甲弹簧秤示数时，将乙弹簧秤整体等效为细绳，甲处于静止状态，则根据二力平衡可知，甲弹簧秤的挂钩受100N的拉力，因此可知甲弹簧秤的示数为100N，而研究乙弹簧秤示数时，同理将甲弹簧秤等效为细绳，根据牛顿第三定律，甲弹簧秤挂钩受乙给它的100N拉力，则乙弹簧秤挂钩受甲给它的100N拉力，因此可知，乙弹簧秤示数也为100N。 故选A。 二、解答题 9．如图所示，在两块竖直木板之间有4个紧夹着的小木块处于静止状态，每个木块的质量都是m，求木块2和木块3之间摩擦力的大小。 【答案】0 【详解】如图甲所示，以4个木块整体为研究对象，两侧木板给整体竖直向上的力为4mg，每侧木板施加给木块的力都是2mg。如图乙所示，以木块1和2整体为研究对象，受竖直向下大小为2mg的重力和左侧木板竖直向上大小为2mg的静摩擦力，二力平衡，故木块2、3之间摩擦力为0。 三、填空题 10．我国的“复兴号”动车组具有高速、平稳等运行特点。如图所示，某乘客将一枚硬币立在匀速直线行驶的动车窗台上，由于硬币具有 ，它能与动车一起继续向前运动：“纹丝不动”的硬币受到的重力与窗台对它的支持力是一对 （选填“平衡力”或“相互作用力”）。    【答案】 惯性 平衡力 【详解】[1][2]某乘客将一枚硬币立在匀速直线行驶的动车窗台上，由于惯性会继续保持原来的运动状态，继续向前运动，硬币受到的重力与窗台对它的支持力大小相等、方向反向、作用在同一条直线上，作用在同一个物体上，符合二力平衡的条件，是一对平衡力。 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ / 学科网（北京）股份有限公司 $ 第四节 牛顿第三定律 导学案 1．通过具体事例感受物体间存在相互作用，体会物体间相互作用的普遍性，引发对物体间相互作用的具体关系的思考。 2．利用演示实验了解物体间相互作用的特点，通过归纳了解其基本规律。 3．在应用规律解释实际问题的过程中理解牛顿第三定律，知道作用力和反作用力的作用对象不同，作用效果也不尽相同。 【知识回顾】 一、作用力和反作用力 物体间相互作用的一对力，我们称其中任意一个力为____________，另一个力为_______________。 二、牛顿第三定律 内容：两物体间的一对作用力 F 和反作用力 Fʹ 总是______________、_____________、作用在_____________________。即 F = ___________。 作用力和反作用力与一对平衡力的区别与联系 作用力和反作用力 平衡力 共同点 大小相等，方向相反，且作用在同一直线上 不同点 作用对象 两个力分别作用在______个物体上 两个力作用在________个物体上 作用时间 相互依存，不可单独存在，具有同时性 不一定同时产生或消失，无依赖关系 力的性质 _______（一定/不一定）是同性质的力 ______（一定/不一定）是同性质的力 作用效果 因为一对作用力和反作用力在两个物体上，各自产生作用效果，故________（能/不能）作为使物体平衡的条件。 一对平衡力的作用效果是使物体处于_________状态，合力为________。 【自主预习】 一、作用力和反作用力 1．定义：两个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，后一个物体一定同时对前一个物体也施加了力． 二、牛顿第三定律 1．定义：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，作用在同一直线上． 2．对牛顿第三定律的理解 ①牛顿第三运动定律指出了两物体之间的作用是相互的，因而力总是成对出现的，它们总是同时产生，同时消失，与相互作用的两物体的运动状态无关、与是否和其他物体相互作用无关。 ②作用力和反作用力总是同种性质的力． ③作用力和反作用力分别作用在两个不同的物体上，各产生其效果，不可叠加． ④牛顿第三定律在对物体进行受力分析时，起到非常重要的转换研究对象的作用，如果不便于直接分析求出物体受到的某些力时，可先求它的反作用力，再反过来求待求力．如求压力时，可先求支持力，摩擦力的求解有时候不好判断也可以通过转化研究对象求其反作用力． 三、作用力与反作用力和一对平衡的辨析 作用力与反作用力 一对平衡力 相同点 大小相等、方向相反、作用在同一条直线上 不同点 作用在两个相互作用的物体上 作用在同一物体上 同时产生、同时消失 不一定同时产生、不一定同时消失 两力作用效果不可抵消，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，合力为零 一定是相同性质的力 性质不一定相同 思考与讨论： 作用力和反作用力之间存在什么关系？ 我们来做一个实验。如图 4–23 所示，将 A、B 两个力传感器连接在一起，用手拉。通过计算机观察到两个力传感器所受拉力随时间的变化如图 4–24 所示，两个力的大小始终相等。图 4–23 用力传感器研究作用力 反作用力的关系 A B 力传感器 图 4–24 两个力传感器所受拉力随时间变化的关系 在前面的双人拔河赛中我们也看出甲、乙两人间的一对拉力（作用力和反作用力）的大小是相等的。 通过大量的实验和观察可以归纳得出：两物体间的一对作用力F和反作用力Fʹ总是大小相等、方向相反、作用在同一条直线上。这就是300多年前，牛顿发现的牛顿第三定律（Newton's third law），即F = −Fʹ。 图 4–25 天舟一号货运飞船 由长征七号遥二运载火箭成功 发射 作用力和反作用力为何不能互相抵消？ 作用力和反作用力是分别作用在两个不同的物体上，因此，它们作用的效果是不能抵消的。二力平衡时，两个力也是大小相等、方向相反、沿同一条直线，但它们作用在同一个物体上，作用效果可以互相抵消。杯子放在水平桌面上，杯子受到的重力和桌面对杯子的支持力都作用在杯子上，作用效果可互相抵消。但是，杯子对桌面的压力和桌面对杯子的支持力，作用在不同的物体上，其效果是不能抵消的。火箭发射的过程中，大量气体从火箭后端高速喷出，火箭对气体有向下的作用，同时气体助推火箭向上加速，同样也是作用力和反作用力（图4–25），作用效果不能互相抵消。 大家谈 如图4–19所示，气垫船在黑龙江上行驶。你知道船尾的大“风扇”起什么作用吗？分析一下它们是如何发挥作用的。 一、单选题 1．如图所示，把一本书放在水平桌面上保持静止，下列说法中正确的是（　　） A．书对桌面的压力是弹力，是由于桌面发生形变而产生的 B．书对桌面的压力就是书受到的重力 C．书保持静止是由于书对桌面的压力与桌面对书的支持力是一对平衡力 D．书对桌面的压力与桌面对书的支持力是一对作用力和反作用力 2．关于在日常生活和生产中应用反作用力的例子，下列说法中错误的是（　　） A．运动员在跳高时总是要用力蹬地面，才能向上弹起 B．大炮发射炮弹时，炮身会向后退 C．农田灌溉用的自动喷水器，当水从弯管的喷嘴里喷射出来时，弯管会自动旋转 D．乌贼在水中经过体侧的孔将水吸入鳃腔，然后用力把水挤出体外，乌贼就会向相反方向游去 3．一斜面固定在水平地面上，一物体静止在斜面上，如图所示，下列说法正确的是（　　） A．物体对斜面的压力和斜面对物体的支持力是一对平衡力 B．物体对斜面的摩擦力和斜面对物体的摩擦力是一对作用力和反作用力 C．物体所受的重力和斜面对物体的作用力是一对作用力和反作用力 D．物体所受的重力可分解为沿斜面的力和对斜面的压力 4．如图所示，质量为60kg的人站在水平地面上，用理想定滑轮将质量为40kg的重物送入井中。忽略绳子和定滑轮的质量，当重物以的加速度加速下落时，人对地面的压力大小为（）（   ） A．196N B．860N C．316N D．272N 5．设想如能创造一理想的没有摩擦的环境，用一个人的力量去拖拉一列水平轨道上静止的高铁列车，则从理论上可以说（　　） A．高铁列车惯性太大，所以完全无法拖动 B．一旦施力，高铁列车立即产生一个加速度 C．由于高铁列车惯性很大，施力后，要经过一段很长时间后才会产生一个明显的加速度 D．由于高铁列车质量很大，人拉列车时由于反作用力会立即摔倒而无法施力于高铁列车 6．磨刀的场景如图所示，当人向前推动刀的过程中，磨刀石保持静止，则（　　） A．刀所受的合力一定为0 B．磨刀石受到四个力的作用 C．刀对磨刀石的摩擦力方向向前 D．地面对磨刀石的摩擦力方向向前 7．使A、B、C一起匀速运动，各接触面间的摩擦力的情况是（　　） A．A对C有向左的摩擦力 B．C对B有向左的摩擦力 C．物体C受到三个摩擦力的作用 D．物体C对地有向右的摩擦力 8．两个弹簧秤平放在光滑的水平桌面上，乙的一端固定于墙上，两个弹簧秤挂勾相连，如图所示水平拉力为100N时，甲、乙弹簧秤读数分别是（　　） A．100N；100N B．200N；100N C．0；100N D．50N；50N 二、解答题 9．如图所示，在两块竖直木板之间有4个紧夹着的小木块处于静止状态，每个木块的质量都是m，求木块2和木块3之间摩擦力的大小。 三、填空题 10．我国的“复兴号”动车组具有高速、平稳等运行特点。如图所示，某乘客将一枚硬币立在匀速直线行驶的动车窗台上，由于硬币具有 ，它能与动车一起继续向前运动：“纹丝不动”的硬币受到的重力与窗台对它的支持力是一对 （选填“平衡力”或“相互作用力”）。    本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ / 学科网（北京）股份有限公司 $