2018版物理浙江版必修一文档：第四章 牛顿运动定律5

5 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，就一定存在着受力物体和施力物体.
2.力的作用是相互的，物体间相互作用的这一对力称为作用力和反作用力.
3.作用力与反作用力总是互相依存、同时存在的.把它们中的一个力叫做作用力，另一个力叫做反作用力. 二、牛顿第三定律
1.实验探究：如图1所示，两个弹簧测力计A 和B 连接在一起，用手拉A ，结果发现两个弹簧测力计的示数是相等的.改变拉力，弹簧测力计的示数也随着改变，但两个弹簧测力计的示数总是相等，这说明作用力和反作用力大小相等，方向相反.
图1
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相等，方向相反，作用在同一条直线上.
三、物体的受力分析 1.受力分析中常见的三种力：
(1)重力：任何物体都受重力，其方向竖直向下.
(2)弹力：两个相互接触的物体相互挤压时就会产生弹力，其方向与接触面垂直(填“平行”或“垂直”).
(3)摩擦力：当两个粗糙的接触面发生相对运动或具有相对运动趋势时，接触面处就会产生滑
动摩擦力或静摩擦力，其方向与接触面平行(填“平行”或“垂直”).
2.平衡力与作用力和反作用力
(1)一对相互平衡的力：大小相等、方向相反、作用在同一条直线上，且作用在一个(填“一个”或“两个不同的”)物体上.
(2)作用力和反作用力：大小相等、方向相反、作用在同一条直线上，且作用在两个不同的(填“一个”或“两个不同的”)物体上.
(3)一对作用力和反作用力一定(填“一定”或“不一定”)是同一种类的力，而一对相互平衡的力则不一定(填“一定”或“不一定”)是同一种类的力.
[即学即用]判断下列说法的正误.
(1)物体间可能只有作用力，而没有反作用力.(×)
(2)物体间先有作用力，然后才有反作用力.(×)
(3)物体间的作用力可能与反作用力垂直.(×)
(4)物体间的摩擦力一定与压力垂直.(√)
(5)物体间的作用力可能与反作用力等大、反向，可以抵消.(×)
一、对牛顿第三定律的理解
[导学探究](1)在光滑的冰面上，两人相对而立.当一人用力去推另一人时，两人同时向相反方向运动；两个小车上粘有磁铁，让两小车停在水平桌面上距离适当的位置，放手后两小车同时运动(相吸或相斥).
①物体间的一对作用力与反作用力的产生有先后顺序吗？
②上述两个例子中一对作用力和反作用力各是什么性质的力？
③一对作用力和反作用力作用在几个物体上？
(2)拔河比赛时，甲队胜了乙队，是不是甲对乙的拉力大于乙对甲的拉力呢？甲队获胜的原因是什么？
答案(1)①作用力与反作用力无先后顺序，同时产生.
②前者相互作用力都是弹力，后者相互作用力都是引力或都是斥力.
③两个.
(2)不是.甲队胜是因为地面对甲的摩擦力大于乙对甲的拉力.
[知识深化]作用力与反作用力的“三性”和“四征”
1.三个性质：
(1)异体性：作用力和反作用力分别作用在彼此相互作用的两个不同的物体上，各自产生各自的作用效果；
(2)同时性：作用力和反作用力总是同时产生、同时变化、同时消失，不分先后；
(3)相互性：作用力和反作用力总是相互的，成对出现的.
2.四个特征：
(1)等值：大小总是相等的；
(2)反向：方向总是相反的；
(3)共线：总是作用在同一条直线上；
(4)同性：力的性质总是相同的.
例1跳水一直是我国的优势项目，如图2所示，一运动员站在3 m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()
图2
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，D正确. 例2如图3所示，一匹马拉着车前行，关于马拉车的力和车拉马的力的大小关系，下列说法中正确的是()
图3
A.马拉车的力总是大于车拉马的力
B.马拉车的力总是等于车拉马的力
C.加速运动时，马拉车的力大于车拉马的力
D.减速运动时，马拉车的力小于车拉马的力
答案 B
解析马向前拉车的力和车向后拉马的力是一对作用力与反作用力，它们总是大小相等、方向相反、作用在同一条直线上，与运动状态无关.加速运动或者减速运动时，马向前拉车的力都等于车向后拉马的力，故A、C、D错误，B正确.
1.任何时刻作用力与反作用力的大小都是相等的、方向都是相反的.
2.这种关系与物体的运动状态无关，与参考系的选择无关.
二、作用力与反作用力和两平衡力的比较
[导学探究]如图4所示，放于水平面上的木块受到重力G和支持力F支的作用，木块对水平面的压力为F压.
图4
(1)重力G和支持力F支的大小、方向存在什么关系？它们分别作用在什么物体上？性质相同吗？属于一对什么力？
(2)支持力F支和压力F压的大小、方向存在什么关系？它们分别作用在什么物体上？性质相同吗？属于一对什么力？
答案(1)大小相等、方向相反；重力G和支持力F支都作用在木块上；它们性质不同；属于一对平衡力.
(2)大小相等、方向相反；支持力F支作用在木块上，压力F压作用在水平面上；它们性质相同，都是弹力；属于一对作用力与反作用力.
[知识深化]一对作用力与反作用力和一对平衡力的比较
简记为：作用力与反作用力是“异体、同类、同存，不同效”；平衡力是“同体、可异、非同存、效果抵消”.
例3两个小球A和B，中间用弹簧连接，并用细绳悬挂于天花板下，如图5所示，下列说法正确的是()
图5
A.绳对A的拉力和弹簧对A的拉力是一对平衡力
B.弹簧对A的拉力和弹簧对B的拉力是一对作用力与反作用力
C.弹簧对B的拉力和B对弹簧的拉力是一对作用力与反作用力
D.B的重力和弹簧对B的拉力是一对作用力与反作用力
答案 C
解析绳对A的拉力和弹簧对A的拉力大小不相等，不是平衡力，A错误；作用力和反作用力是作用在相互作用的两个物体之间的力，弹簧对B的拉力和B对弹簧的拉力是一对作用力与反作用力，B错误，C正确；B受到的重力和弹簧对B的拉力是一对平衡力，D错误.
区别作用力与反作用力和平衡力的方法
1.作用力与反作用力作用在两个物体上，平衡力作用在一个物体上.
2.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，乙物体对甲物体的关系；平衡的一对力涉及三个物体，即两个施力物体同时作用在平衡的物体上.
三、实验：探究作用力与反作用的关系
方案Ⅰ：用两个弹簧测力计探究作用力与反作用力的关系
(1)实验过程
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.如图6所示，可以看到两个测力计的指针同时移动.这时，测力计A受到B的拉力F，测力计B则受到A的拉力F′.比较F和F′的大小.
图6
改变手拉弹簧测力计的拉力的大小，再次比较测力计A受到B的拉力和测力计B受到A的拉力的大小关系.
(2)实验结论
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.
方案Ⅱ：用传感器探究作用力与反作用力的关系
(1)实验过程
把力传感器连在计算机上，传感器的钩子上挂钩码，钩子受力的大小随时间变化的情况，可
以由计算机屏幕显示.如图7所示，实验时把两个力传感器连接在计算机上，然后把两个挂钩连接在一起，向相反方向拉动.图8中两条曲线分别表示两个传感器的受力的大小.
图7
图8
用力拉一个传感器，可以看到，在一个传感器受力的同时，另一个传感器也受到力的作用，而且在任何时刻两个力大小都是相等的，方向都是相反的.
如图9所示，把一个力传感器系在一个物体上，另一个握在手中，当通过传感器用力拉物体时，尽管物体的运动状态可以变化，力的大小也可能随时间变化，但在任何时刻，作用力和反作用力总保持大小相等、方向相反.
图9
(2)实验结论
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，作用在同一条直线上.
说明：这种关系不仅适用于静止的物体之间，也适用于运动的物体之间，即这种关系与物体的运动状态无关，也与参考系的选择无关.
(3)实验的优越性
本实验借助传感器这种高科技产品，体现了一个动态的力的过程分析，即作用力与反作用力中，有一个力改变，另一个力马上发生变化，通过图象的方式直观地表达出来，可增强大家对作用力与反作用力关系的进一步理解.
例4(2015·浙江9月选考物理测试)在“探究作用力与反作用力的关系”实验中，某同学用两个力传感器进行实验.
(1)将两个传感器按图10甲方式对拉，在计算机屏上显示如图乙所示的图象，横坐标代表的物理量是________，纵坐标代表的物理量是________.
图10
(2)由图乙可得到的实验结论是________. A.两传感器间的作用力与反作用力大小相等 B.两传感器间的作用力与反作用力方向相同 C.两传感器间的作用力与反作用力同时变化
D.两传感器间的作用力与反作用力作用在同一物体上 答案 (1)时间(t ) 力(F ) (2)AC 四、牛顿三定律的区别与联系
例5 质量为M 的人站在地面上，用绳通过定滑轮将质量为m 的重物从高处放下，如图11所示，若重物以加速度a 下降(a <g )，则人对地面的压力大小为( )
图11
A.(M ＋m )g －ma
B.M(g－a)－ma
C.(M－m)g＋ma
D.Mg－ma
答案 C
解析对重物，设绳的拉力为F T，由牛顿第二定律知：mg－F T＝ma，所以，绳的拉力为F T ＝mg－ma.对人受力分析，受重力、绳的拉力及地面的支持力而平衡，则Mg＝F N＋F T，所以F N＝Mg－F T＝(M－m)g＋ma.人对地面的压力与地面对人的支持力为一对作用力与反作用力，根据牛顿第三定律知，人对地面的压力大小也为(M－m)g＋ma.
本题中地面对人的支持力并不是人对地面的压力，它们是一对作用力与反作用力，要注意应用牛顿第三定律.
1.(作用力与反作用力)下列判断正确的是()
A.人行走时向后蹬地，给地面向后的摩擦力，地面给人的摩擦力是人向前的动力
B.人匀速游泳时，人对水向前用力，水给人的力是阻力，方向向后
C.放在桌面上的物体，因有重力，才有对桌面的压力，才有桌面的支持力出现，即压力先产生，支持力后出现
D.作用力与反作用力，应是先有作用力，再有反作用力，作用力先变化，反作用力随后跟着做相应变化
答案 A
解析人走路或游泳时，对地或对水都施加向后的力，另一方给人施加动力，故A对，B错；作用力与反作用力总是同时产生，同时变化的，不存在谁先谁后，故C、D均错.
2.(一对平衡力与作用力和反作用力的比较) 物体静止在斜面上，如图12所示，下列说法正确的是()
图12
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平衡力
C.物体所受重力和斜面对物体的作用力是一对平衡力
D.物体所受重力可以分解为沿斜面向下的力和对斜面的压力
答案 C
3.(牛顿第三定律之研究对象的转换) 如图13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，当竿上一质量为m的人以加速度a加速下滑时，竿对“底人”的压力大小为()
图13
A.(M＋m)g
B.(M＋m)g－ma
C.(M＋m)g＋ma
D.(M－m)g
答案 B
解析对竿上的人进行受力分析，受重力mg、摩擦力F f，有mg－F f＝ma.竿对人有摩擦力，人对竿也有摩擦力，且大小相等，方向相反.对竿进行受力分析，受重力Mg、方向向下的摩擦力F f′、“底人”对其的支持力F，Mg＋F f′＝F，又因为竿对“底人”的压力和“底人”对竿的支持力是一对作用力和反作用力，由牛顿第三定律，得到F＝F′＝(M＋m)g－ma.
课时作业
一、单选题
1.下面说法中正确的是()
A.以卵击石，鸡蛋“粉身碎骨”，但石头却“安然无恙”是因为鸡蛋对石头的力小于石头对鸡蛋的力
B.马拉车前进，马对车的拉力大小等于车对马的拉力大小
C.物体间的作用力在先的是作用力，在后的是反作用力
D.人压弹簧时“人弱它就强”说明人与弹簧间的相互作用力不是等大的
答案 B
解析相互作用的两个力总是大小相等，与物体的状态无关，故B正确，A、D错误；两力总是同时产生，同时消失，C错误.故选B.
2.(2015·嘉兴期末)如图1所示，人用手托着苹果处于静止状态，则()
图1
A.手所受压力是由于手的弹性形变而产生的
B.手所受压力和手对苹果的支持力是一对平衡力
C.苹果所受重力和手对苹果的支持力是一对平衡力
D.苹果所受重力和苹果对手的压力是作用力和反作用力
答案 C
3.如图2所示，击球员用棒球棍回击飞过来的棒球时，球棒击棒球的力()
图2
A.比球撞击球棒的力更早产生
B.与球撞击球棒的力同时产生
C.大于球撞击球棒的力
D.小于球撞击球棒的力
答案 B
解析根据牛顿第三定律可知作用力和反作用力总是等大、反向，同时产生同时消失的，故选B.
4.在拔河比赛中，下列各因素对获胜有利的是()
A.对绳的拉力大于对方
B.对地面的最大静摩擦力大于对方
C.手对绳的握力大于对方
D.质量小于对方
答案 B
解析在拔河比赛中根据作用力和反作用力的关系，双方对绳的拉力大小是相等的，选项A、C错误；取胜的决定因素是绳对人的拉力和地面对人的摩擦力的大小关系，选项B正确，D 错误.
5.(2015·金华市十校期末)春天，河边上的湿地很松软，人在湿地上行走时容易下陷，则在人加速下陷时()
A.人对湿地的压力等于他受到的重力
B.人对湿地的压力大于湿地对他的支持力
C.人对湿地的压力小于他受到的重力
D.人对湿地的压力小于湿地对他的支持力
答案 C
解析人对湿地的压力和湿地对人的支持力是作用力与反作用力，故二力一定相等，人加速下陷，则重力大于支持力，所以重力大于人对湿地的压力，故A、B、D错误，C正确.
6.(2015·浙江重点中学期末)汽车拉着拖车在水平道路上沿着直线加速行驶，以下说法正确的是()
A.汽车能拉着拖车加速前进，是因为汽车拉拖车的力大于拖车拉汽车的力
B.加速前进时，汽车对拖车的拉力大小与拖车对汽车的拉力大小相等
C.汽车先对拖车施加拉力，然后才产生拖车对汽车的拉力
D.汽车对拖车的拉力大小与拖车所受地面对它的摩擦力大小相等
答案 B
解析汽车拉拖车的力和拖车拉汽车的力是一对作用力和反作用力，大小相等，方向相反，同时产生，同时消失，故A、C错误，B正确；拖车在水平方向上受汽车对它的拉力和自身所受的阻力，拉力大于阻力，有水平方向上的合力，产生加速度，故D错误.
7.2016年10月17日，“神舟十一号”飞船载着景海鹏和陈冬两名宇航员顺利飞入太空.下面关于飞船与火箭上天的情形，其中叙述正确的是()
A.火箭尾部向外喷气，喷出的气体反过来对火箭产生一个反作用力，从而让火箭获得了向上的推力
B.火箭尾部喷出的气体对空气产生一个作用力，空气的反作用力使火箭获得飞行的动力
C.火箭飞出大气层后，由于没有了空气，火箭虽然向后喷气，但也无法获得前进的动力
D.飞船进入运行轨道之后，与地球之间不再存在一对作用力与反作用力
答案 A
解析火箭升空时，其尾部向下喷气，火箭箭体与被喷出的气体是一对相互作用的物体.火箭向下喷气时，喷出的气体同时对火箭产生向上的反作用力，即为火箭上升的推动力，此动力并不是由周围的空气对火箭的反作用力提供的.因而与是否飞出大气层、是否存在空气无关.故A选项正确，B、C选项错误.飞船进入运行轨道后，飞船与地球之间依然存在相互吸引力，即地球吸引飞船，飞船吸引地球，这是一对作用力与反作用力，故D选项错误.
8.如图3所示，物体A、B叠放在水平粗糙面上，用水平力F拉物体B，使A随B一起向右做匀加速直线运动，则与物体B发生作用与反作用的力有()
图3
A.三对
B.四对
C.五对
D.六对
答案 D
解析对B进行受力分析可知，B受到重力、地面支持力、A对B的压力、A对B向后的静
摩擦力、地面对B 向后的滑动摩擦力、水平拉力六个力的作用，故与物体B 发生作用与反作用的力有六对，选项D 正确.
9.如图4所示，一个箱子放在水平地面上，箱内有一固定的竖直杆，在杆上套一个环，箱和杆的质量为M ，环的质量为m ，已知环沿着杆加速下滑，环与杆的摩擦力大小为F ，则此时箱对地面的压力大小为( )
图4
A.Mg
B.(M ＋m )g
C.(M ＋m )g －F
D.Mg ＋F
答案 D
解析 对环由牛顿第二定律，得mg －F ＝ma ；对箱，由平衡可得地面对箱的支持力F N ＝Mg ＋F ，由牛顿第三定律，可得箱对地面的压力大小F N ′＝Mg ＋F .
二、非选择题
10.皮划艇选手与艇的总质量为100 kg ，他冲刺时的加速度可达10 m/s 2，求此时他的桨对水的推力的大小.(设水的阻力可忽略)
答案 1 000 N
解析 以皮划艇和选手整体为研究对象，分析知受水对桨的推力F ，由F ＝ma 得F ＝ma ＝100×10 N ＝1 000 N ，由牛顿第三定律知，桨对水的推力与F 等大反向，所以桨对水的推力为1 000 N.
图5
11.一条不可伸长的轻绳跨过质量可忽略不计的定滑轮，绳的一端系一质量m ＝15 kg 的重物，重物静止于地面上，有一质量m 1＝10 kg 的猴子，从绳子的另一端沿绳向上爬，如图5所示.不计滑轮摩擦，在重物不离开地面的条件下，猴子向上爬的最大加速度是多少？(g 取10 m/s 2) 答案 5 m/s 2
解析 重物刚好要离开地面时，猴子有最大加速度a .此时，对于重物有F T ＝mg ，对于猴子有F T ′－m 1g ＝m 1a ，由平衡条件知F T ＝F T ′，
所以a ＝(m －m 1)g m 1
＝5 m/s 2.。