第4章 第5节 牛顿第三定律-【优学精讲】2024-2025学年高中物理必修第一册教用Word(教科版)

第5节　牛顿第三定律 1．知道力的作用是相互的，并了解作用力、反作用力的概念。　2.理解牛顿第三定律的含义。 3．会用牛顿第三定律解决简单问题。　4.会区分平衡力和作用力与反作用力。 一、作用力与反作用力 1．任何物体都不可能在受到力的同时，不对施力物体产生相应的反作用。 2．力的作用总是相互的，物体间__________的一对力叫作作用力和反作用力。作用力和反作用力分别作用在两个不同的物体上，它们总是________________，且同时存在，同时变化，同时消失。 二、牛顿第三定律 1．实验探究 (1)如图甲所示，在水平桌面上把两个弹簧测力计A和B的挂钩勾在一起，弹簧测力计B的另一端固定，再用手拉弹簧测力计A的另一端(注意：要缓慢拉动，不要超过弹性限度)，结果发现两个弹簧测力计的示数是________的。改变拉力，弹簧测力计的示数也随之改变，但两个弹簧测力计的示数总是____________。 (2)如图乙所示，台秤上放有一杯水，弹簧测力计下拴一个小球，分别读出两者的示数。将小球浸没到水中，再分别读出两者的示数。小球在水中所受浮力大小为两次弹簧测力计示数的差值，水受到小球的反作用力为两次台秤示数的差值，结果发现两个示数是____________的。 根据以上两个实验结果可以说明作用力和反作用力大小________，方向________，作用在________________。 2．牛顿第三定律：两个物体之间的作用力和反作用力总是大小________，方向________，作用在________________。 3．平衡力与相互作用力 (1)一对相互平衡的力作用在__________物体上，一对作用力与反作用力分别作用在__________物体上； (2)一对相互平衡的力不一定是________的力，而一对作用力与反作用力一定是同一种类的力。 4．反冲：当物体中的一部分向某方向抛出射出，弹出时，其余部分就会同时向相反方向运动，这种现象叫作反冲。 判断下列说法是否正确。 (1)作用力与反作用力可以作用在同一物体上。(　　) (2)作用力与反作用力的作用效果不能抵消。(　　) (3)作用力和反作用力总是大小相等，方向相反。(　　) (4)人走在松软的土地上下陷时，人对地面的压力大于地面对人的支持力。(　　) (5)作用力和反作用力同时产生、变化、消失，不分先后。(　　) 提示：(1)×　(2)√　(3)√　(4)×　(5)√ [答案自填] 相互作用　性质相同的两个力　相等　相等　相等　相等　相反　同一条直线上　相等　相反　同一条直线上　同一个　两个　同一种类 知识点一　牛顿第三定律 1．鸡蛋碰石头时，鸡蛋破了，是因为石头对鸡蛋的力比鸡蛋对石头的力大吗？ 2．有相互作用力的物体一定在接触吗？ 第2题图　 　　　　第3题图 3．甲、乙两同学想通过两个弹簧测力计的示数来比较谁的力气大，这可能吗？ 提示：1.不是。石头对鸡蛋的作用力与鸡蛋对石头的作用力大小相等，但是鸡蛋蛋壳能承受的力较小，石头能承受的力较大，故鸡蛋会破碎。 2．不一定。(例如图中的磁极间的相互作用) 3．不可能。两弹簧测力计之间是作用力和反作用力关系，它们的示数相等。 1．表达式：F＝－F′，负号表示作用力F和反作用力F′的方向相反。 2．作用力和反作用力的“四同”“三异” 项目 作用力和反作用力的关系 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0 　下列情形中，没有涉及牛顿第三定律的是　(　　) [解析]　船在水中航行是螺旋桨给水一个向后的作用力，反过来水给船一个向前的反作用力，属于应用牛顿第三定律，故A正确；战斗机飞行过程中，扔掉副油箱，减小质量，减小惯性，不涉及牛顿第三定律，故B错误；喷水龙头自动旋转使喷水均匀，也是作用力与反作用力的关系，属于应用牛顿第三定律，故C正确；发射玩具火箭，也是作用力与反作用力的关系，属于应用牛顿第三定律，故D正确。 [答案]　B 　(2024·山东临沂统考期中)根据牛顿第三定律，下列说法正确的是(　　) A．一匹马拉着车在同一地段前行，当匀速运动时马拉车的力总是等于车拉马的力 B．一匹马拉着车在同一地段前行，当加速运动时马拉车的力总是大于车拉马的力 C.篮球场上一个小个子运动员撞在大个子运动员身上，小个子运动员跌倒了，而大个子运动员只歪了一下，是因为大个子运动员对小个子运动员的作用力大于小个子运动员对大个子运动员的作用力 D．跳高运动员起跳时地对人的竖直支持力大于人对地的压力 [解析]　马拉车的力与车拉马的力是一对相互作用力，总是等大、反向，故A正确，B错误；大个子运动员对小个子运动员的作用力与小个子运动员对大个子运动员的作用力是一对相互作用力，总是等大、反向，故C错误；地对人的竖直支持力与人对地的压力是一对相互作用力，总是等大、反向，故D错误。 [答案]　A 知识点二　相互作用力与平衡力 小明说：“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，它们也应该互相平衡呀！” 应该怎么解答小明的疑问？ 提示：相互平衡的两个力的合力为0，效果抵消，必定是作用在同一个物体上的，而作用力与反作用力是物体之间的相互作用力，分别作用在相互作用的两个物体上的，所以作用效果不会抵消，不相互平衡。 1．作用力和反作用力与平衡力的比较 比较项目 作用力和反作用力 平衡力 不 同点 作用对象 两个相互作用的物体 同一物体 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0 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 2.区分作用力、反作用力与平衡力的方法 区分作用力、反作用力与平衡力，最简单的方法是看涉及的物体个数。 (1)作用力和反作用力只涉及两个相互作用的物体，是甲物体对乙物体的关系。 (2)平衡的一对力涉及三个物体，即两个施力物体同时作用在一个受力物体上。 　(2024·浙江杭州联考期中)下列对来自于课本的四幅图的描述，说法正确的是(　　) A．甲图中两小孩掰手腕正处于相互僵持状态时，两个小孩手与手之间的力是一对平衡力 B．乙图中地球对卫星施加了力，地球也要受到卫星施加的力，这是一对作用力与反作用力 C．丙图中台秤的读数就是被称量物体受到的重力 D．丁图中桨往后划水，龙舟向前加速运动，说明水对桨的力大于桨对水的力 [解析]　两个小孩手与手之间的力是一对相互作用力，等大、反向，作用在两个物体上，故A错误；地球对卫星施加了力，地球也要受到卫星施加的力，这是一对作用力与反作用力，故B正确；台秤的读数是物体对台秤的压力，被称量物体受到的重力施力物体是地球，故C错误；水对桨的力等于桨对水的力，是一对相互作用力，故D错误。 [答案]　B 　(2024·湖北高一联考期中)两个弹簧测力计平放在光滑的水平桌面上，乙的一端固定于墙上，两个弹簧测力计通过挂钩相连，如图所示。当水平拉力为100 N时两测力计处于静止状态，此时甲、乙两弹簧测力计的读数分别是(　　) A．100 N；100 N B．200 N；100 N C．0；100 N D．50 N；50 N [解析]　研究甲弹簧测力计示数时，将乙弹簧测力计整体等效为细绳，甲处于静止状态，则根据二力平衡可知，甲弹簧测力计的挂钩受100 N的拉力，因此可知甲弹簧测力计的示数为100 N，而研究乙弹簧测力计示数时，同理将甲弹簧测力计等效为细绳，根据牛顿第三定律，甲弹簧测力计挂钩受乙给它的100 N拉力，则乙弹簧测力计挂钩受甲给它的100 N拉力，因此可知，乙弹簧测力计示数也为100 N。 [答案]　A 　(2024·江苏镇江统考期中)如图所示，木块A、B叠放在水平地面上，A受到一个水平方向的力F，A、B均保持静止状态，则(　　) A．A对B的压力与B对A的支持力是一对作用力与反作用力 B．B受到的重力与地面对B的支持力是一对平衡力 C．B对A的作用力方向竖直向上 D．地面对B的支持力是由木块B发生微小形变产生的 [解析]　A对B的压力与B对A的支持力是一对作用力与反作用力，故A正确；B受到的重力和A对B的压力的合力与地面对B的支持力平衡，故B错误；B对A的作用力是B对A向上的支持力与B对A的向左的静摩擦力的合力，方向向左上方，故C错误；地面对B的支持力是由地面发生微小形变产生的，故D错误。 [答案]　A 知识点三　应用牛顿第三定律转换研究对象受力分析 　一个箱子放在水平地面上，箱内有一固定的竖直杆，在杆上套着一个环，箱与杆的质量为M，环的质量为m，如图所示。已知环沿杆匀加速下滑时，环与杆间的摩擦力大小为f，则此时箱子对地面的压力大小为　(　　) A．Mg＋f B．Mg－f C．Mg＋mg D．Mg－mg [解析]　环在竖直方向上受重力及箱子的杆给它的竖直向上的摩擦力f，受力情况如图甲所示，根据牛顿第三定律，环应给杆一个竖直向下的摩擦力f ′，故箱子竖直方向上受重力Mg、地面对它的支持力N及环给它的摩擦力f ′，受力情况如图乙所示，由于箱子处于平衡状态，可得N＝f ′＋Mg＝f＋Mg。根据牛顿第三定律，箱子对地面的压力大小等于地面对箱子的支持力，即N′＝Mg＋f，故A正确。 [答案]　A 　如图所示为杂技“顶竿”表演，一人站在地上，肩上扛一质量为M的竖直竹竿，竹竿上有一质量为m的人可以看成质点，当此人沿 着竖直竹竿以加速度a加速下滑时，竹竿对地面上的人的压力大小为(　　) A.(M＋m)g＋ma B．(M＋m)g－ma C．(M＋m)g D．(M－m)g [解析]　对竹竿上的人由牛顿第二定律知mg－f＝ma，所以f＝m(g－a)，由牛顿第三定律知竹竿上的人对竹竿的摩擦力竖直向下，对竹竿由平衡条件知Mg＋f ′＝N，f＝f ′，由牛顿第三定律知竹竿对地面上的人的压力N′＝(M＋m)g－ma，故B正确，A、C、D错误。 [答案]　B 1．(牛顿第三定律)(2024·河北邢台一中校考)如图所示的是用两力传感器“探究作用力与反作用力的关系”的实验中与力传感器相连的计算机屏幕上显示的力的图示，则以下说法正确的是(　　) A．作用力变大时，反作用力变小 B．两力传感器间的作用力和反作用力作用在同一物体上 C．此图线的横坐标代表的物理量是时刻 D．此图线一定是在两个传感器都处于静止状态下得到的 解析：选C。由图像可知，作用力变大时，反作用力同时也变大，故A错误；两力传感器间的作用力和反作用力作用在不同物体上，故B错误；此图线为作用力和反作用力的大小随时间变化的关系，横坐标代表的物理量是时刻，故C正确；此图线不一定是在两个传感器都处于静止状态下得到的，也可能处于运动状态，故D错误。 2.(牛顿第三定律)(2024·四川眉山仁寿一中期中)如图所示，一只小鸟落在了树枝上，树枝发生了弯曲，小鸟处于静止状态，下列说法正确的是(　　) A.树枝对小鸟的弹力是由树枝发生形变产生的 B.树枝发生了弯曲，是因为小鸟对树枝的压力大于树枝对小鸟的支持力 C．树枝对小鸟作用力的方向斜向左上方 D．小鸟起飞瞬间，翅膀对空气的作用力大于空气对翅膀的作用力 解析：选A。树枝对小鸟的弹力是由树枝发生形变产生的，故A正确；小鸟对树枝的压力与树枝对小鸟的支持力是一对作用力与反作用力，大小相等，方向相反，故B错误；根据平衡条件可知，树枝对小鸟的弹力与小鸟受到的重力平衡，则弹力的方向为竖直向上，故C错误；翅膀对空气的作用力和空气对翅膀的作用力为相互作用力，等大、反向，故D错误。 3.(相互作用力与平衡力)(2024·山东潍坊统考期中)2023年 10月3日，在杭州亚运会女子 10 米跳台决赛中，中国选手凭借惊艳表现夺得冠军。运动员跳水前在跳台上静立一小段时间之后起跳，关于运动员的说法正确的是(　　) A．起跳后的下落过程不受重力 B．静立时所受支持力和重力是一对相互作用力 C．静立时所受支持力和对跳台的压力是一对平衡力 D．静立时所受支持力是由跳台发生形变产生的 解析：选D。起跳后的下落过程受重力作用，故A错误；静立时所受支持力和重力是一对平衡力，故B错误；静立时所受支持力和对跳台的压力是一对相互作用力，故C错误；静立时所受支持力是由跳台发生形变产生的，故D正确。 4．(应用牛顿第三定律转换研究对象受力分析)如图所示，轻杆BC的C点用光滑铰链与墙壁固定，杆的B点通过水平细绳AB使杆与竖直墙壁保持30°的夹角。若在B点悬挂一个定滑轮(不计重力)，某人用它匀速地提起重物。已知重物的质量m＝30 kg，人的质量M＝50 kg，g取10 m/s2，求此时人对地面的压力大小。 解析：因匀速提起重物，则F＝mg，即绳对人的拉力为mg，所以地面对人的支持力为N＝Mg－mg＝(50－30)×10 N＝200 N，根据牛顿第三定律，可知人对地面的压力大小为200 N。 答案：200 N 学科网（北京）股份有限公司 $