高中新教材物理课件必修第一册第三章相互作用力牛顿第三定律

高中新教材物理课件必修 第一册第三章相互作用力
牛顿第三定律
汇报人：XX 20XX-01-23
目录
• 相互作用力与牛顿第三定律概述 • 相互作用力类型及其特点 • 牛顿第三定律在自然界中表现 • 相互作用力与牛顿第三定律应用 • 实验探究：验证牛顿第三定律 • 知识拓展：现代物理理论对相互作用力和牛顿第
正确性。
统一场论思想简介
在统一场论中，电磁相互作用、弱相互作用和强相互 作用都被视为同一种基本相互作用的不同表现形式。 这种基本相互作用被称为“超弦”或“M理论”等。
统一场论是一种试图将自然界中所有基本相互作用统 一起来的理论。目前尚未实现完全统一，但已经取得 了一些重要的进展。
统一场论的实现需要解决很多技术难题和理论问题， 如量子引力、暗物质、暗能量等。尽管目前尚未实现 完全统一，但统一场论仍然是物理学研究的重要方向 之一。
中。
CP破坏
弱相互作用中宇称不守恒和电荷 共轭不守恒的现象，与物质和反
物质的不对称性有关。
03
牛顿第三定律在自然界中表现
自然界中普遍存在性
牛顿第三定律指出，任何物体都会受到相等 且反向的反作用力，这是自然界普遍存在的 现象。
在日常生活中，比如走路、开车、拍球等动 作，都可以感受到牛顿第三定律的作用。
当两块磁铁靠近时，它们之间会产生相互作 用力。如果两块磁铁的北极和南极相对，它 们会相互吸引；如果两块磁铁的同名磁极相 对，它们会相互排斥。这种相互作用力可以 用牛顿第三定律来解释。
02
相互作用力类型及其特点
万有引力与重力
万有引力
任何两个物体之间都存在相互吸 引的力，这种力的大小与两个物 体的质量直接成比例，与它们之
三定律补充和发展
01
相互作用力与牛顿第三定律概述
相互作用力定义及性质
定义
相互作用力是指两个物体之间相互作用的力，这种力总是成对出现，且大小相等、方向相反，作用在两个物体 上。
性质
相互作用力具有同时性、相互性、同一性和等值反向性。即两个力同时产生、同时消失；作用在两个相互作用 的物体上；属于同一性质的力；大小相等、方向相反。
同样地，在一个封闭系统中，如果没有外力矩作用，则系统的总角动量 保持不变，这就是角动量守恒定律。牛顿第三定律也保证了系统中相互 作用力矩的存在，从而保证了角动量守恒定律的成立。
能量转化和守恒定律
能量转化和守恒定律是物理学中的另一个基本守恒定律，它与牛顿第三定律也有密切关系。
能量转化和守恒定律指出，在一个封闭系统中，能量可以从一种形式转化为另一种形式，但 总能量保持不变。
结果分析
如果实验数据显示相互作用力与钩码重力大小相等、方向相 反，且在误差范围内保持一致，则可以认为实验结果验证了 牛顿第三定律的正确性。如果实验结果与理论预测存在偏差 ，需要分析可能的原因并进行改进。
06
知识拓展：现代物理理论对相互作 用力和牛顿第三定律补充和发展
量子力学中相互作用描述
1
量子力学中的相互作用描述与经典力学 有所不同。在量子力学中，相互作用是 通过波函数来描述的，波函数可以描述 粒子的位置和动量等物理量的概率分布 。
电流或磁体在磁场中受到 的力，方向可用左手定则 判断。
电磁波
电场和磁场交替产生并传 播形成的波动，包括无线 电波、光波等。
强相互作用和弱相互作用
强相互作用
原子核内质子和中子之间的相互 作用力，是四种基本相互作用中 最强的一种。它抵抗了质子之间 的电磁排斥力，使得原子核能够
稳定存在。
弱相互作用
一种在亚原子尺度上起作用的力 ，与放射性衰变和核反应有关。 它负责中子的β衰变，并参与到 太阳和其他恒星的能量产生过程
人走路时，脚与地面之间存在摩擦力。根据 牛顿第三定律，脚对地面施加一个向后的摩 擦力，同时地面也对脚施加一个向前的摩擦 力，使人得以行走。
鼓掌时的相互作用力
鼓掌时，双手之间产生相互作用力。一只手 对另一只手施加一个向内的力，同时另一只 手也对这只手施加一个向外的力，使得双手 能够合在一起发出响声。
磁铁间的相互作用力
牛顿第三定律保证了系统中相互作用力的存在，而相互作用力往往会导致能量的转化。比如 ，当一个物体受到外力作用而运动时，它的动能会增加，而施力物体则会减少相应的能量。 这种能量的转化过程遵循能量转化和守恒定律。
04
相互作用力与牛顿第三定律应用
工程技术应用举例
1
建筑结构设计
在建筑设计中，工程师需要利用牛顿第 三定律来确保结构的稳定性和安全性。 例如，桥梁的设计需要考虑桥墩与桥面 之间的相互作用力，以确保桥梁能够承 受车辆和行人的重量。
在自然界中，无论是宏观的天体运动还是微 观的粒子运动，牛顿第三定律都适用。
动量守恒与角动量守恒关系
动量守恒和角动量守恒是物理学中的基本守恒定律，它们与牛顿第三定 律密切相关。
在一个封闭系统中，如果没有外力作用，则系统的总动量保持不变，这 就是动量守恒定律。而牛顿第三定律保证了系统中相互作用力的存在， 从而保证了动量守恒定律的成立。
05
实验探究：验证牛顿第三定律
实验目的和原理介绍
实验目的
通过实验操作，验证牛顿第三定律的 正确性，加深对相互作用力的理解。
原理介绍
牛顿第三定律指出，两个物体之间的 相互作用力总是大小相等、方向相反 ，且作用在同一直线上。本实验将通 过测量相互作用力来验证这一原理。
实验步骤及注意事项
实验步骤
1. 准备实验器材，包括弹簧测力计、滑轮、细绳、钩码等。
2. 组装实验装置，将弹簧测力计固定在滑轮上，细绳一端连接钩码，另一端绕过滑 轮与弹簧测力计相连。
实验步骤及注意事项
3. 平衡装置，调整滑 轮高度和细绳长度， 使装置处于平衡状态 。
5. 改变钩码质量，重 复实验步骤4。
4. 进行实验测量，记 录钩码质量和弹簧测 力计示数。
实验步骤及注意事项
01
注意事项
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03
04
1. 保持实验装置稳定，避免 晃动和摩擦影响测量结果。
2. 精确测量钩码质量和弹簧 测力计示数，减小误差。
3. 多次重复实验，取平均值 以减小偶然误差。
数据处理与结果分析
数据处理
根据实验测量数据，计算相互作用力的大小和方向。通过比 较相互作用力与钩码重力的关系，验证牛顿第三定律的正确 性。
医学领域应用举例
康复训练
在物理治疗中，医生经常利用相互作用力和牛顿第三定律来帮助患者恢复肌肉力量和关节 灵活性。例如，通过让患者进行抗阻力训练，利用肌肉收缩产生的相互作用力来增强肌肉 力量。
手术操作
在手术过程中，医生需要精确控制手术器械与患者身体之间的相互作用力，以确保手术的 准确性和安全性。例如，使用超声波手术刀时，医生需要控制刀头与患者组织之间的相互 作用力，以实现组织的精确切割和止血。
2
量子力学中的相互作用包括电磁相互作 用、弱相互作用和强相互作用等。这些 相互作用在量子力学中都有相应的理论 描述，如量子电动力学描述电磁相互作 用，量子色动力学描述强相互作用等。
3
在量子力学中，相互作用的本质可以理 解为粒子之间的能量交换和动量交换。 这种交换可以通过散射实验等手段进行 观测和研究。
医疗诊断
医生在诊断疾病时，也会利用相互作用力和牛顿第三定律来分析患者的症状。例如，通过 分析患者步态异常时肌肉和骨骼之间的相互作用力，医生可以判断患者是否存在神经系统 或骨骼系统的疾病。
军事领域应用举例
导弹制导
在导弹制导系统中，利用牛顿第三定律通过控制导弹发动机的推力来实现导弹的精确制导。导弹在飞行过程中受到空 气阻力和地球引力的作用，通过调整发动机的推力可以抵消这些外力并实现导弹的稳定飞行和精确打击目标。
间的距离的平方成反比。
重力
地球吸引其表面或附近物体的力， 是万有引力的一个特例。重力使物 体产生重量，并导致物体下落。
重力加速度
在地球表面，重力加速度约为9.8 m/s²，表示物体自由下落的加速度 。
电磁相互作用力
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电场力
电荷之间的相互作用力， 同种电荷相互排斥，异种 电荷相互吸引。
磁场力
牛顿第三定律表述与意义
表述
牛顿第三定律指出，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，且作用在同一直线上。
意义
牛顿第三定律揭示了物体间相互作用的本质，即力是物体间的相互作用，没有 孤立的力存在。同时，该定律也为解决复杂的力学问题提供了重要的思路和方 法。
生活中实例分析
走路
枪械设计师在设计枪械时会考虑子弹与枪管之间的相互作用力以及后座力对射手的影响。通过优化枪械结构和弹药性 能可以降低后座力并提高射击精度和舒适度。
爆炸力学
在爆炸力学研究中，相互作用力和牛顿第三定律被用来分析爆炸产生的冲击波、碎片飞溅等效应对周围 环境和目标的影响。这对于评估爆炸威力、优化爆炸物设计以及制定安全防护措施具有重要意义。
广义相对论对引力理论改进
广义相对论是爱因斯坦提出的一种描述 引力的理论。与牛顿的万有引力定律相 比，广义相对论更加精确地描述了引力
现象。
广义相对论认为，物质的存在会弯曲周 围的时空，而物体的运动则是沿着弯曲 时空中的最短路径——即测地线进行 的。这种描述方式与牛顿的引力定律有
所不同。
广义相对论还预言了黑洞、引力波等新 奇的天文现象，这些预言已经得到了观 测的证实，进一步验证了广义相对论的
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航空航天工程
在航空航天领域，相互作用力和牛顿第 三定律的应用至关重要。火箭发射时， 燃料燃烧产生的推力与地球引力相互作 用，使火箭得以升空。同时，在太空中 ，宇航员需要利用反作用力进行空间行 走和舱外活动。
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机械工程
在机械工程中，牛顿第三定律被广泛应 用于各种机械设备的设计和分析。例如 ，汽车刹车时，刹车片与刹车盘之间的 摩擦力使汽车减速停车；机床切削时， 刀具与工件之间的相互作用力实现材料 的去除。