第5章 第4节 牛顿第三运动定律-【金版教程】2025-2026学年高中物理必修第一册创新导学案Word（鲁科版）

物理　必修 第一册(鲁科) 第4节　牛顿第三运动定律 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.理解牛顿第三运动定律，能区别一对平衡力和一对作用力与反作用力。 任务　作用力与反作用力 你用手拍桌子时，你就对桌子施加了作用力，同时，你的手会感觉痛；你推别人，别人也在推你。如图所示，把两根条形磁铁放在尽可能光滑的台面上，让它们彼此接近但不直接接触，用两手分别按住它们以保持静止。当放开一只手或两只手同时放开时，你看到了什么现象？这些现象说明了什么？ 提示：放开的磁铁均向靠近另一磁铁的方向运动。这些现象都表明，力的作用是相互的。 力的作用是相互的，物理学中，把物体间的这一对相互作用力称为作用力与反作用力。我们可把其中的任意一个力称为作用力，另一个力则称为反作用力。 温馨提示：物体间的作用力和反作用力总是互相依赖、同时存在的。 1．判一判 (1)先有作用力，然后有反作用力。 (　　) (2)物体间的作用力与反作用力一定同时产生、同时消失。 (　　) (3)只有两物体接触时，才会产生作用力与反作用力。 (　　) 提示：(1)×　(2)√　(3)× 2．想一想 一个物体受到几个力作用就一定存在几个反作用力吗？ 提示：是的。力的作用是相互的，每一个力都有其反作用力，所以一个物体受到几个力的作用就一定存在几个反作用力。 任务　牛顿第三运动定律及其意义 把两只弹簧测力计A和B的挂钩挂在一起，两手分别用水平力拉两只弹簧测力计(如图)，B的示数可指示出A对B作用力的大小，而A的示数可指示出B对A作用力的大小。改变两手的拉力，两只弹簧测力计的示数始终相等。思考：作用力与反作用力的大小、方向和作用线分别有怎样的关系？ 提示：作用力与反作用力的大小始终相等，方向始终相反，作用线共线。 1．牛顿第三运动定律 (1)内容：两个物体之间的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。 (2)表达式：如果用F表示作用力，F′表示反作用力，那么牛顿第三运动定律可用公式表示为F＝－F′。式中的负号表示作用力F与反作用力F′的方向相反。 2．牛顿第三运动定律的意义：揭示了物体之间相互作用的规律，使人们不仅可研究单个物体的运动，还可把存在相互作用的各个物体的运动联系起来进行研究。 想一想 拔河比赛时，甲胜了乙，是不是甲对乙的拉力大于乙对甲的拉力呢？试分析甲胜利的原因。 提示：不是。无论谁胜，甲对乙的拉力大小都等于乙对甲的拉力大小。甲胜是因为地面对甲的最大静摩擦力大于地面对乙的最大静摩擦力。 (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得稍晚 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：是作用力与反作用力的关系。 (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。 [解析]　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，故B、D正确。 [答案]　BD [跟进训练]　用锤头敲玻璃，玻璃被打碎，而锤头未碎，对于这一现象，下列说法正确的是 (　　) A．锤头对玻璃的作用力大于玻璃对锤头的作用力，所以玻璃才碎裂 B．玻璃对锤头的作用力大于锤头对玻璃的作用力，只是由于锤头比玻璃能够承受更大的力才没有碎裂 C．锤头和玻璃之间的作用力是等大的，只是由于锤头比玻璃能够承受更大的力才没有碎裂 D．因为不清楚锤头和玻璃的其他受力情况，所以无法判断它们之间的相互作用力的大小 答案：C 解析：锤头对玻璃的作用力与玻璃对锤头的作用力是一对作用力和反作用力，总是大小相等，方向相反，作用在不同物体上，因物体的承受能力不同，所以产生的作用效果不同，故C正确，A、B、D错误。 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)能直接分析地面受力吗？如果不能，应该怎么处理？ 提示：不能直接分析地面受力，应该分析滑杆和底座受力，然后用牛顿第三定律进行求解。 (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进行求解。 [解析]　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＝ma ① 滑杆和底座受力如图乙所示，受重力Mg、支持力N和猴子对杆的摩擦力f′，则有N＝Mg＋f′ ② 由牛顿第三定律得f′＝f ③ 由①②③解得N＝Mg＋0.6mg 由牛顿第三定律得底座对地面的压力大小为N′＝N＝Mg＋0.6mg，方向竖直向下。故选B。 [答案]　B 任务　一对作用力与反作用力和一对平衡力的比较 一对作用力与反作用力和一对平衡力的比较 内容 作用力与反作用力 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，另一个可能依然存在 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，也可以是不同性质的力 相同点 大小、方向 大小相等、方向相反、作用在同一条直线上 (多选)如图所示，用细绳把小球悬挂起来，当小球静止时，下列说法中正确的是 (　　) A．小球对细绳的拉力和细绳对小球的拉力是一对作用力和反作用力 B．小球受到的重力和小球对细绳的拉力是一对作用力和反作用力 C．小球受到的重力和细绳对小球的拉力是一对平衡力 D．小球受到的重力和小球对细绳的拉力是一对平衡力 (1)小球受哪几个力作用？施力物体分别是什么？ 提示：重力和拉力。重力的施力物体是地球，拉力的施力物体是细绳。 (2)小球受到的重力的反作用力是什么？作用在哪个物体上？ 提示：重力的反作用力是物体对地球的引力，作用在地球上。 [解析]　对小球受力分析，受到重力和细绳对它向上的拉力，小球保持静止状态，合力为零，故小球受到的重力和细绳对小球的拉力是一对平衡力，而小球对细绳的拉力和细绳对小球的拉力是一对作用力和反作用力，故A、C正确，B、D错误。 [答案]　AC 区分一对作用力与反作用力和一对平衡力的方法 区分一对作用力与反作用力和一对平衡力，最简单的方法是看涉及的物体的个数。 (1)一对作用力与反作用力只涉及两个相互作用的物体，是甲物体对乙物体、乙物体对甲物体的作用。 (2)一对平衡力涉及三个物体，即两个施力物体同时作用在一个受力物体上。 [跟进训练]　如图所示，人静止站在测力计上，下列说法中正确的是 (　　) A．人对测力计的压力和测力计对人的支持力是一对平衡力 B．人对测力计的压力和测力计对人的支持力是一对作用力与反作用力 C．人所受的重力和人对测力计的压力是一对平衡力 D．人所受的重力和人对测力计的压力是一对作用力与反作用力 答案：B 解析：人对测力计的压力和测力计对人的支持力是一对作用力与反作用力，故A错误，B正确。人所受的重力和人对测力计的压力既不是一对平衡力，也不是一对作用力与反作用力，故C、D错误。 课后课时作业 知识点一　牛顿第三运动定律 1．如图所示，将两只弹簧测力计a、b连接在一起，当用力缓慢拉a弹簧测力计时，发现不管拉力F多大，a、b两弹簧测力计的示数总是相等，这个实验说明 (　　) A．这是两只完全相同的弹簧测力计 B．弹力的大小与弹簧的形变量成正比 C．作用力与反作用力大小相等、方向相反 D．力是改变物体运动状态的原因 答案：C 解析：实验中两只弹簧测力计的拉力是一对作用力与反作用力，不管拉力F多大，两弹簧测力计的示数总是相等，说明作用力与反作用力大小相等、方向相反，C正确。 2．用计算机辅助实验系统(DIS)做“验证牛顿第三运动定律”的实验时，把两个测力探头的挂钩钩在一起，向相反的方向拉动，显示器屏幕上显示的是两个力传感器的相互作用力随时间变化的图像，如图所示。由图像可以得出的正确结论是 (　　) A．作用力与反作用力作用在同一物体上 B．作用力与反作用力同时存在，不同时消失 C．作用力与反作用力大小不相等 D．作用力与反作用力方向相反 答案：D 解析：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，作用在不同的物体上，故A、C错误，D正确；作用力和反作用力同时产生、同时消失、同时变化，故B错误。 3．跳水一直是我国的优势项目，如图所示，一运动员站在3 m高的跳板上，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．因人离开跳板前具有向上的加速度，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：F1和F2是一对相互作用力，大小相等、方向相反、同时产生、同时消失。故A、B、C错误，D正确。 4．“以卵击石”用来形容力量悬殊，弱者与强者对抗时，弱者往往遭受到巨大的伤害。从物理力学的角度分析，在鸡蛋碰石头的过程中，下列说法正确的是 (　　) A．鸡蛋先作用于石头上，石头后作用于鸡蛋上 B．石头对鸡蛋的作用力大于鸡蛋对石头的作用力 C．石头对鸡蛋的作用力与鸡蛋对石头的作用力一样大 D．石头对鸡蛋的作用力与鸡蛋对石头的作用力是同一个力 答案：C 解析：根据牛顿第三定律，石头对鸡蛋的作用力与鸡蛋对石头的作用力是一对作用力与反作用力，同时产生、同时消失、大小相等、方向相反，故A、B错误，C正确；石头对鸡蛋的作用力的受力物体是鸡蛋，鸡蛋对石头的作用力的受力物体是石头，故石头对鸡蛋的作用力与鸡蛋对石头的作用力不是同一个力，故D错误。 5．人站在地面上，先将两腿弯曲，再用力蹬地，就能跳离地面，人能跳起离开地面的原因是 (　　) A．人对地球的作用力大于地球对人的引力 B．地面对人的作用力大于人对地面的作用力 C．地面对人的作用力大于地球对人的引力 D．人除受地面的弹力外，还受到一个向上的力 答案：C 解析：人对地球的作用力与地球对人的作用力是一对相互作用力，大小相等，故A错误；同理，B错误；对人受力分析，人受到重力和垂直地面向上的弹力作用，因为弹力大于重力，所以人能跳起，即地面对人的作用力大于地球对人的引力，故C正确，D错误。 知识点二　一对作用力与反作用力和一对平衡力的比较 6．下列关于作用力、反作用力和一对平衡力的认识正确的是 (　　) A．一对平衡力的合力为零，作用效果相互抵消，一对作用力与反作用力的合力也为零，作用效果也相互抵消 B．作用力和反作用力的性质相同，平衡力的性质却不一定相同 C．作用力和反作用力同时产生、同时变化、同时消失，一对平衡力也是如此 D．先有作用力，接着才有反作用力，而一对平衡力都是同时作用在同一个物体上 答案：B 解析：一对平衡力的合力为零，但作用效果不一定能相互抵消，例如弹簧受一对平衡力作用时，形变不能相互抵消。一对作用力和反作用力的受力物体是两个不同的物体，故不能求合力，作用效果也不能相互抵消，故A错误。作用力和反作用力同时产生、同时变化、同时消失，性质也一定相同，一对平衡力却不是如此，性质不一定相同，但一定同时作用在同一个物体上，故B正确，C、D错误。 7．(多选)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．书对桌面的压力在数值上等于书受到的重力 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与反作用力 答案：BD 解析：书对桌面的压力是弹力，是由于书发生了形变而要恢复原状对桌面产生的，A错误；书对桌面的压力在数值上等于书受到的重力，B正确；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；书对桌面的压力与桌面对书的支持力是一对作用力与反作用力，D正确。 8．如图所示，人沿水平方向拉牛(可视为质点)，但没有拉动。下列说法正确的是 (　　) A．绳拉牛的力小于牛拉绳的力 B．绳拉牛的力与牛拉绳的力是一对平衡力 C．绳拉牛的力与地面对牛的摩擦力是一对平衡力 D．绳拉牛的力与地面对牛的摩擦力是一对作用力与反作用力 答案：C 解析：绳拉牛的力和牛拉绳的力是一对作用力与反作用力，大小相等、方向相反，故A、B错误；牛没有被拉动，处于平衡状态，绳拉牛的力与地面对牛的摩擦力是一对平衡力，故C正确，D错误。 9．一只电灯用电线挂在天花板上，下列选项中的力是一对平衡力的是 (　　) A．天花板对电线的拉力和电线对天花板的拉力 B．电灯对电线的拉力和电线对电灯的拉力 C．电线对电灯的拉力和电灯受到的重力 D．电灯对电线的拉力和电灯受到的重力 答案：C 解析：平衡力作用在一个物体上，相互作用力作用在两个物体上。天花板对电线的拉力和电线对天花板的拉力是一对相互作用力，A错误；电灯对电线的拉力和电线对电灯的拉力也是一对相互作用力，B错误；电灯受到重力和电线对它的拉力而处于平衡状态，所以电线对电灯的拉力和电灯受到的重力是一对平衡力，故C正确；电灯对电线的拉力和电灯受到的重力既不是平衡力也不是相互作用力，D错误。 10．如图所示，甲、乙两人在冰面上“拔河”。两人中间位置处有一分界线，约定先使对方过分界线者为赢。若绳子质量不计，冰面可看成光滑的，则下列说法正确的是 (　　) A．甲对绳的拉力与绳对甲的拉力是一对平衡力 B．甲对绳的拉力与乙对绳的拉力是一对作用力与反作用力 C．若甲的质量比乙大，则甲能赢得“拔河”比赛的胜利 D．若乙收绳的速度比甲快，则乙能赢得“拔河”比赛的胜利 答案：C 解析：甲对绳的拉力与绳对甲的拉力是一对作用力与反作用力，A、B错误；因绳对甲、乙的拉力大小是相等的，若甲的质量比乙大，则甲的惯性大，运动状态难以改变，与收绳速度无关，所以甲能赢得“拔河”比赛的胜利，C正确；D错误。 11．(多选)学校教室里竖直平面内的磁性黑板上通常贴挂一些“笑脸”形状的小磁体。“笑脸”被吸在黑板上用于辅助教学。下列说法正确的是 (　　) A．“笑脸”受到黑板的磁吸引力大于黑板对其的弹力才能被吸在黑板上 B．“笑脸”与黑板间存在三对作用力与反作用力 C．“笑脸”受到的支持力与黑板受到的压力是一对平衡力 D．若黑板光滑，无论“笑脸”磁性多强，它都不能够静止贴在黑板上 答案：BD 解析：“笑脸”受到黑板的磁吸引力与黑板对其的弹力是一对平衡力，两者大小相等、方向相反，故A错误；“笑脸”与黑板间存在三对作用力与反作用力，分别为相互作用的磁吸引力、相互作用的弹力和相互作用的摩擦力，故B正确；“笑脸”受到黑板的支持力与黑板受到的压力是一对相互作用力，故C错误；若黑板光滑，其对“笑脸”将没有摩擦力作用，无论“笑脸”磁性多强，由于没有摩擦力与“笑脸”的重力平衡，它都不能够静止贴在黑板上，故D正确。 12．如图所示，用细线将A物体悬挂在顶板上，B物体放在水平地面上。A、B间有一劲度系数为100 N/m的轻弹簧，此时弹簧伸长了2 cm。已知A、B两物体的重力分别是3 N和5 N。则细线的拉力及B对地面的压力分别是 (　　) A．8 N和0 N B．5 N和7 N C．5 N和3 N D．7 N和7 N 答案：C 解析：对A由平衡条件得T－GA－kx＝0，解得细线的拉力T＝GA＋kx＝3 N＋100×0.02 N＝5 N；对B由平衡条件得kx＋N－GB＝0，解得地面对B的支持力N＝GB－kx＝5 N－100×0.02 N＝3 N，由牛顿第三定律得B对地面的压力是3 N，故C正确。 13．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，代入数据解得绳子的拉力大小F＝210 N；对工人进行受力分析，由平衡条件得Mg＝F＋N，得地面对工人的支持力N＝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。 14．(多选)滑草是一项很流行的娱乐活动，如图所示，游客坐在滑板车上正在沿斜坡加速下滑。设游客的质量为M，滑板车的质量为m，滑板车与斜坡间的动摩擦因数为μ，斜坡的倾角为θ，重力加速度为g，下列说法正确的是 (　　) A．游客和滑板车对斜坡的摩擦力方向为沿斜坡向上 B．游客和滑板车对斜坡的摩擦力大小为μ(M＋m)g cos θ C．游客对滑板车的作用力竖直向下 D．假设滑板车的上表面是与斜坡平行的平面，游客对滑板车的摩擦力大小为μmg cos θ，方向为沿斜坡向下 答案：BD 解析：游客和滑板车一起沿斜坡加速下滑，则游客和滑板车受到斜坡的摩擦力沿斜坡向上，大小为f＝μ(M＋m)g cos θ，根据牛顿第三定律，游客和滑板车对斜坡的摩擦力方向为沿斜坡向下，大小为f′＝f＝μ(M＋m)g cos θ，A错误，B正确；游客受自身重力和滑板车的作用力沿斜坡加速下滑，根据牛顿第二定律可知，滑板车对游客的作用力斜向上，根据牛顿第三定律可知，游客对滑板车的作用力斜向下，C错误；对游客和滑板车整体，根据牛顿第二定律可知(M＋m)g sin θ－μ(M＋m)g cos θ＝(M＋m)a，假设滑板车的上表面是与斜坡平行的平面，对游客，根据牛顿第二定律可知mg sin θ－f0＝ma，联立可解得滑板车对游客的摩擦力大小为f0＝μmg cos θ，方向为沿斜坡向上，根据牛顿第三定律可知，游客对滑板车的摩擦力大小为f0′＝f0＝μmg cos θ，方向为沿斜坡向下，D正确。 1 学科网（北京）股份有限公司 $