3.3 牛顿第三定律 课件 -2026-2027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 牛顿第三定律 力的作用是相互的，一个物体对另一个物体 施加了力，另一个物体同时也对它施加力。 相互作用 大小相等 方向相反 牛顿第三定律 物体间的作用总是 相互作用的两个力， 相互作用的两个力， 两个物体之间的作用力和反作用力， 大小总是相等。 相互的。 方向总是相反。 总是大小相等、方向相反，作用在一条直线上。 力的作用是相互的 提问① 追问② 甲对乙的作用力 F甲→ 乙对甲的作用力 Fz→甲 作用力与反作用力，同时产生，同时消失 物体甲的 物体甲对物体乙有 施力物体是谁？ 作用力，那么物体乙 一定对物体甲也有 物体乙的 作用力吗？ 施力物体又是谁？ 知识再现 问题 例如，大人跟小孩 掰手腕，很容易就把 小孩的手压在桌面上。 力的作用是相互的 相互作用的力其大小有 什么关系? 那么，他们施加给 对方的力，大小相等吗？ 问题引入 手和手臂的感受 手掌用力向对方施压时，会感到手掌、手指和手臂的肌肉紧张、酸胀。 当对方用力反抗时，手臂肌肉会更紧绷，感觉很用力，甚至手会有轻微发抖。 若对方力量更大，手臂会被压下去，感到压力很大。 同学互动 思考与讨论 1．两只手受到的力是谁施加的?？ 2.这两个力之间有什么关系？ 这两个力大小相等、方向相反，作用在同一条直线上作用在两个不同的物体上。 两只手受到的力是对方的手施加的。 用手拉弹簧 手对弹簧的拉力 施力物体：手 受力物体：弹簧 弹簧对手的拉力 F' 施力物体：弹簧 受力物体：手 力的符号 施力物体 受力物体 力的性质 是否同时存在 弹簧 拉力 (弹力) 弹簧 拉力 (弹力) 受力物体和施力物体。 作用力和反作用力 手 手 是 是 ②坐在椅子上用力推桌子，会感到桌子也在推我们，身体要向后仰 ； 是否 力的名称 施力物体 受力物体 力的性质 同时存在 人推桌子的力 接触力 桌子 (手) (推力) 桌子推人的力 接触力 桌子 (身体) (推力) 受力物体和施力物体。 作用力和反作用力 人推桌子的力 力的标识 施力物体 受力物体 力的性质 是否同时存在 地球 (重力) 人造卫星 万有引力 同时存在 地球 万有引力 人造卫星 同时存在 受力物体和施力物体。 作用力和反作用力 地球与人造卫星的力 G：卫星受地球的引力 F：地球受卫星的引力 作用力与反作用力 大小相等、方向相反、 作用在不同物体上、同时存在 概括：两个物体之间的作用总是相互的。当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。物体间相互作用的这一对力， 通常叫作作用力（acting force）和反作用力（reacting force） 强调：这两个力是同种性质的力、同时存在。 作用力和反作用力 作用力和反作用力的大小之间、方向之间有什么样的关系？ 实验探究 “探究作用力和反作用力的关系，要同时测量这两个力，你认为应该如何测量？” 实验步骤： 将两个测力计的挂钩相互钩住; 拉动测力计，使两测力计处于同一水平直线上； 记录两个测力计的示数； 改变拉力大小，重复实验。 测力计A 测力计B 当两个测力计静止时，若示数相等，说明作用力和反作用力大小相等；方向相反（由拉力方向相反体现），且作用在同一条直线上（在同一直线的装置上）。 实验探究 应用弹簧测力计，同时测量作用力和反作用力的大小 按图把A、B两个弹簧测力计连接在一起，B的一端固定，用手拉测力计A，观察两个测力计指针同时移动。 把A、B两个弹簧测力计连接在一起，B的一端固定，用手拉测力计A 示数含义：A的示数表示B对A的拉力大小，B的示数表示A对B的拉力大小。 实验探究 分组实验 两个测力计都处于静止状态时的示数 当用力拉A时两个测力计的示数如何变化 当两个测力计都处于静止状态时， 当用力拉A时，两个测力计的示数同时增大 A、B 两个测力计的示数相同，都约为 2 N。 且始终相等。 两个测力计都处于静止状态时的示数；当用力拉A时两个测力计的示数如何变化。 实验探究 观察 上面是通过弹力进行的实验，摩擦力满足上面的关系吗？如果是不相互接触的力呢？（如磁铁间）。 追问 实验探究 如果是不相互接触的力呢？（如磁铁间） 组织归纳结论。 用弹簧测力计拉动木块，使其在木板上做匀速直线运动 实验现象：弹簧测力计示数等于摩擦力大小。 结论：木块对木板的摩擦力与木板对木块的摩擦力大小相等、方向相反、作用在同一直线上，作用在两个物体上，满足作用力与反作用力的关系。 用两个磁铁相互作用（不接触） F1 F2 磁铁A 磁铁B 实验现象：两个磁铁相互排斥或相互吸引，且作用效果相同。 结论： 磁铁A对磁铁B的磁力与磁铁B对磁铁A的磁力大小相等、方向相反、作用在同一直线上，作用在两个物体上，满足作用力与反作用力的关系，即使它们不接触。 从学生实验得出的结论 FAB 物体A 物体B 大小相等： FAB = FBA 方向相反： FAB = -FBA 作用在同一条直线上。 同一条直线上 牛顿第三定律 气体对气球的 气球对气体的 作用力 作用力 水对船的作用力 船对水的作用力 实验1：两人用弹簧测力计拉同一物体， 实验2：气球向后喷气，气体对气球的 实验3：水向后喷出，水对船的作用力 测得两侧的拉力大小相等，方向相反。 作用力与气球对气体的作用力大小相等， 与船对水的作用力大小相等，方向相反。 方向相反。 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相等，方向相反，作用在同一条直线上。 “总是”的含义：对宏观物体在所有低速运动状态下都适用；该定律由大量事实归纳而成，也有一定的适用条件，并非任何情况下都成立。 牛顿第三定律 匀速直线运动 减速运动(低速) 曲线运动 (低速) 静止状态 人在划船时，桨向后推水，水就向前推桨， 汽车发动机驱动车轮转动，由于轮胎和地面 将船向前推进（图3.3-4），轮船螺旋桨同理。 之间的摩擦，车轮向后推地面，地面给车轮一个 向前的反作用力使汽车前进（图3.3-5）。 桨向后推水 船向前进 汽车前进 水向前推浆 车轮向后推地面 地面给车轮向前的反作用力 图 3.3-4 划龙舟 图3.3-5 汽车受驱动力的示意图 牛顿第三定律 生活实例 发动机通过传动系统驱动车轮转动， 车轮向后推地面, 地面给车轮一个向前的反作用力, 这个力就是驱动车辆前进的驱动力。 车轮受到的力 地面受到的力 驱动轮架空不接触地面，车不会前进 越野车可分前轮／后轮／四轮驱动，以获得足够驱动力 前轮驱动（FWD） 后轮驱动 (RWD) 四轮驱动 （4WD/AWD） 陷在泥泞中的车轮飞转但太滑，出不来 增大驱动力的方法：增大发动机功率、增大轮胎与地面的摩擦力、增加驱动轮数量（四轮驱动）。 牛顿第三定律 汽车受到的驱动力 力传感器可把所受力的大小、方向 随时间变化的情况显示在计算机屏幕上。 F（力的方向） 力传感器 数据采集器 随时间变化 力的大小 力的方向 以图表和数据的形式实时显示 显示所受力的大小（单位：N) 显示所受力的方向（单位：°） 力的大小和方向随时间的变化情况。 用力传感器探究作用力与反作用力的关系 演示或分组：把两个互相钩着的力传感器同时连在计算机上，一个系在墙壁上固定，另一个握在手中；乙中上下两条图线分别表示两个力传感器受力的大小。 用力传感器探究作用力与反作用力的关系 用手拉一个传感器，观察“在一个传感器受力的同时，另一个也同时受力”，得出任何时刻两个力大小相等、方向相反。 再请两位同学各持一个力传感器互相钩着，一人用力拉朝自己方向运动，观察运动中力大小随时间不断变化，但任何时刻仍等大反向。 用力传感器探究作用力与反作用力的关系 目的：说明此实验两个目的，得到更准确数据(特别是快速移动中),以及熟悉传感器使用为后续实验做准备。 回扣导入:用类似实验检验掰手腕的相互作用力。 左手对右手的力 右手对左手的力 问题 F1 F2 用类似实验检验掰手腕的 相互作用力。 结论 掰手腕时，双方对彼此的力大小相等，方向相反，作用在不同的物体上 用力传感器探究作用力与反作用力的关系 分析物体受力的两条思路 一、根据物体运动状态的变化分析和判断物体的受力情况 物体的运动状态（如速度大小、方向是否改变）会发生变化这些变化是由物体所受的力引起的。通过分析物体运动状态的变化，可以推断出物体可能受到哪些力。 速度变大（加速） 速度变小（减速） 运动方向改变（如抛物） 说明物体受到 说明物体受到 说明物体受到 与运动方向相同的合力 与运动方向相反的合力 改变运动方向的力 （如摩擦力、制动力）。 （如重力）。 （如发动机的牵引力）。 核心：通过观察和分析物体的运动状态变化，来判断物体所受的力。 物体受力的初步分析 力有各自的特点（如重力、弹力、摩擦力、拉力等），并且只有在特定的条件下才会存在。通过分析这些力的特点和存在条件，并从相互作用的角度（如接触、重力作用、拉力作用等）。 弹力 摩擦力 重力 拉力 弹力的特点： 摩擦力的特点： 拉力的特点： 重力的特点： 沿接触面、与运动 沿着弹性形变方向； 沿绳方向； 总是竖直向下； 方向相反; 存在条件： 存在条件： 存在条件： 存在条件： 物体发生弹性形变， 有绳、且绳两端 有质量的物体。 且相互接触。 接触面有相对运动 有相互作用的物体。 或相对运动趋势。 核心：通过分析各种力的特点和存在条件，并从相互作用的角度，来判断物体所受的力。 物体受力的初步分析 分析物体受力的两条思路 二、根据各种力的特点和存在条件，从相互作用的角度分析物体的受力情况 举例：物体在平衡力作用下处于静止或匀速直线运动状态。 例：静止在粗糙斜面上的物体 分析哪个物体所受的力? 研究对象：斜面上的物体 (小方块) 对其进行受力分析 注意： 这是“受力分析”，不是 “施力分析” 只画研究对象 (小方块) 受到的力， 不画它作用于其他物体的反作用力。 平衡状态 的条件： (静止或匀速直线运动） 合力为零 (F合 = 0) 物体受力的初步分析 猴子受重力与树枝拉力是一对平衡力 (同体、等大、反向、共线) 总结：平衡力作用在同一物体上，作用效果相互抵 物体受力的初步分析 猴子拉树枝的力与树枝拉猴子的力是一对作用力与反作用力 总结：大小相等方向相反作用在两个不同物体上，（异体、同性质、同时） 受力分析的一般步骤 例题 物块在水平面上向右做匀速直线运动 01 明确受力分析的对象; 确定要研究的物体, 运动情境 受力分析图 将其与周围物体区分开。 Fn F牵引 根据力的产生条件 02 逐一分析各种力产生的条件， 按重力、弹力、摩擦力的顺序分析； 按顺序查找可能存在的力。 利用物体的运动或静止状态, 结合物体的运动状态 明确对象：研究对象是物块。 03 判断各力是否满足产生条件， 按顺序分析：重力G（地球吸引）→弹力F（地面支持）→ 判断这些力是否真实存在; 排除不存在的力。 摩擦力Ff（与地面有相对运动趋势）→引力F 牵引（绳子拉动) 结合运动状态：物块做匀速直线运动，处于平衡状态， 只画出研究对象受到的力 各力存在且满足：F牵引= Ff， Fn =G。 受力分析只关注作用在 04 研究对象上的力, 只画受力，不画反作用力：不画物块对地面的压力、 不画出它作用于其他物体 对绳子的拉力等反作用力。 不画反作用力。 的反作用力。 运动角度：由牛顿第二定律判断合力方向与加速度方向是否一致；静止或匀速直线运动时，合力应为零。 若结果不合理， 从运动与相互作用关系角度 相互作用角度：检查每个力是否有施力物体，是否满足力的产生条件。 重新检查分析过程, 验证分析结果 直到结论合理为止。 整体角度：对系统或整体进行受力分析，验证内力是否相互抵消，结果是否合理。 物体受力的初步分析 26 (例1马拉车) 无论车加速、匀速还是减速前进，马拉车的力与车拉马的力始终大小相等，是一对作用力与反作用力，方向相反、作用在两个物体上，不是一对平衡力; 加速前进 匀速前进 减速前进 车拉马 车拉马 马拉车 马拉车 马拉车 车拉马 a向前 (加速) a= 0 (匀速) a向后 (减速) 马拉车的力与车拉马的力始终大小相等，是一对作用力与反作用力，方向相反、作用在两个物体上，不是一对平衡力。 物体受力的初步分析 拔河比赛：甲获胜 1. 静止状态 运动状态 2. （加速度不大） 运动方向 条件: ·轻绳 (质量可忽略） 绳对乙 绳对甲 绳对甲 绳对乙 ·加速度不大 绳对乙 绳对甲 绳对甲 绳对乙 结论: 地对乙 地对甲 地对甲 地对乙 绳对乙的拉力与绳对甲 的拉力大小相等 静止时，甲受到的最大静摩擦力大于乙， 运动（加速度不大）时，绳的拉力仍然相等， 与运动状态无关。 fmax cmax 即 但f地对甲>f地对乙，合力指向甲，甲获胜。 」地对甲 地对乙 (例2拔河) 物体受力的初步分析 在轻绳且加速度不大的情况下，绳对乙的拉力与绳对甲的拉力大小相等，与运动状态无关；甲获胜的原因是地面对甲的摩擦力大于地面对乙的摩擦力。 f f f f 为什么“有力的作用就有反作用力，但物体运动状态仍会改变”？ 例子： 小明用力推墙，墙也用力推小明（作用力与反作用力) 注意： F1（小明推墙的力） F2（墙推小明的力） F1和F2大小相等、方向相反, 但作用在不同物体上， 作用在墙上 作用在小明身上 因此不能抵消 各自产生各自的效果 对墙的效果： 对小明的效果： 墙受到小明的推力F1, 小明受到墙的反推力F2 , 墙体可能发生形变（如微小形变）， 使小明的运动状态改变 （若墙不动，是因为它受到地面等其他力的平衡） 可能后退、停止前进，或身体形变等。 作用力与反作用力虽然大小相等、方向相反，但作用在不同物体上,各自产生各自的效果，物体所受的合力（与其他力的合力）不为零时，运动状态就会改变 因此 物体受力的初步分析 课堂小结 牛顿第三定律 一、作用力和反作用力 1. 力是物体对物体的作用，只要谈到力，就一定存在受力物体和施力物体。 2. 两个物体之间的作用总是相互的，这一对力叫作用力和反作用力。 3. 特点：互相依赖、同时存在；同种性质的力；作用在两个不同物体上。 二、实验探究 1. 弹簧测力计实验：A示数=B对A的拉力，B示数=A对B的拉力；静止与拉动时均示数相等、方向相反。 2. 力传感器：任何时刻（含运动中）两力图线等大反向 。 3. 摩擦力、非接触力同样满足。 三、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，作用在同一条直线上 2. 表达式：F = -F’（负号表示方向相反） 3. “总是”：适用于宏观物体低速运动，有一定适用条件 4. 应用：划船（桨向后推水，水向前推桨）；汽车驱动力（车轮向后推地面，地面给车轮向前的反作用力） 四、物体受力的初步分析 1. 平衡力 vs 相互作用力：平衡力同体、不一定同性质、不一定同时；相互作用力异体、同性质、同时存在同时消失 。 2. 受力分析步骤： ①明确对象； ②按重力、弹力、摩擦力顺序分析； ③结合运动状态判断力是否存在； ④只画研究对象受的力，不画其施加的反作用力 课后作业 第一题答案 如图3-11所示，物体受到重力和台式弹簧秤的支持力。物体静止在台式弹簧秤上，物体处于二力平衡状态，则物体所受的重力G 与支持力FN大小相等。因为物体所受的支持力FN 与物体对台式弹簧秤的压力F压,是一对作用力与反作用力，根据牛顿第三定律有FN= F压,所以压力F压与重力G 的大小相等。 第二题答案. 小强没有注意到，相互平衡的两个力是作用在同一个物体上的，而作用力和反作用力是分别作用在发生相互作用的两个物体上的，它们不可能是相互平衡的力。 1、完成教科书本节“练习与应用”全部题目，重点区分每一对力中“物体受的是哪一个力”，并说明有几对作用力和反作用力。 课后作业 第三题答案. 三者之间的作用力与反作用力有4对：①油桶对汽车的压力和汽车对油桶的支持力；②油桶受到的重力和油桶对地球的引力；③汽车对地面的压力和地面对汽车的支持力；④汽车受到的重力和汽车对地球的引力。 以油桶为研究对象，油桶受到重力和汽车对它的支持力。 以汽车为研究对象，汽车受到重力、地面对它的支持力、油桶对它的压力。 以地球为研究对象，地球受到汽车对它的压力、油桶和汽车对它的引力。 第四题答案. 以 B 为研究对象，在竖直方向受到重力、地面的支持力和A的压力。由于牵引后A 、B仍 然静止，所以A 与B 之间无摩擦力，B 与地面间有静摩擦力，故在水平方向B 受到向右的牵引力和向左的静摩擦力。B 总共受到5个力的作用。 1、完成教科书本节“练习与应用”全部题目，重点区分每一对力中“物体受的是哪一个力”，并说明有几对作用力和反作用力。 课后作业 2.书面整理“一对平衡力”与“一对作用力与反作用力”的对比表（作用对象、力的性质、是否同时存在、能否抵消），各举两个生活实例。 3.用弹簧测力计在家中或实验室重做教材图3.3-3实验，记录静止与拉动时的两组示数，写出实验结论。 4.观察生活中的牛顿第三定律应用实例（划船、走路、起跑、火箭推进等），任选一例说明“谁对谁施加了力、反作用力是谁施加的、产生了什么效果”。 选做：查阅资料了解牛顿第三定律的适用范围，撰写简短阅读笔记，为后续学习留一个窗口。 $