牛顿第三定律在初中物理的应用

牛顿第三定律在初中物理的应用

作者：张永亮

来源：《新教育时代·教师版》2017年第22期

（蜀山区合肥市第五十中学新校天鹅湖校区安徽合肥 230022）

摘要：初中物理教材关于“力的作用是相互的”要求学生定性理解，知道该知识点在日常生活中的应用，但是课本上并未提及相互作用力的大小和方向关系，而在知识体系构建和中考考试中又往往涉及到牛顿第三定律的知识。牛顿第三定率的补充与学习有助于学生正确高效地进行物体的受力分析，对力学知识体系的构建起到关键的作用。

关键词：牛顿第三定律力的作用初中物理

目前初中阶段课本只是强调力的作用是相互的，并未解释给出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的规律。然而，牛顿第三定律是学习力学的基础，有助于学生构建更完整的力学体系。在初中教材和中考物理中也有相关的一些应用。

一、力的作用是相互的

1.初中阶段的表述

甲物体对乙物体施力时，乙物体对甲物体也施力，因此，力的作用是相互的。[1] 初中教材中重点要求学生理解掌握力的作用是相互的，强调一个物体对另一个物体施力时，另一个物体也同时对它施加力的作用。安徽省中考考纲中力的作用是相互的具体要求是“知道二力平衡条件，能在具体问题中判断物体是否处于二力平衡状态；能对物体进行简单的受力情况分析；能在具体问题中分析说明哪两个力是一对平衡力，哪两个力互为作用力和反作用力等。”[2]

2.材中牛顿第三定律的应用

（1）测量滑动摩擦力。人教版八年级物理下教材中关于滑动摩擦力测量用弹簧测力计水平拉动木块，使木块在长木板上做匀速直线运动，根据所学习的二力平衡知识，我们只知道弹簧测力计对木块的拉力与木块受到的滑动摩擦力是一对平衡力，在大小上是相等的。课本上并未具体解释为什么这时我们读出弹簧测力计所示就可以代表木块与长木板之间的滑动摩擦力的大小。根据弹簧测力计的设计原理“在弹性限度内，弹簧的形变量与所受的拉力成正比”可知弹簧测力计的示数代表的是弹簧所受拉力大小，即木块对弹簧测力计的拉力大小，并不意味着直接代表物块所受滑动摩擦力的大小。正确的逻辑是首先对木块受力分析，根据平衡力的知识可知木块所受滑动摩擦力大小等于弹簧测力计对物块的拉力大小，由于弹簧测力计对物块的拉力和物块对弹簧测力计的拉力是一对相互作用力，根据牛顿第三定律的描述，它们在大小是相等的，进而等量代换可知弹簧测力计的示数可代表木块收到长木板的滑动摩擦力。

（2）探究二力平衡。沪科版教材中关于探究二力平衡实验是通过研究轻卡片的左右所受悬挂钩码的拉力，通过控制变量的方法得出物体静止或匀速直线运动时二力平衡的条件的，其中在探究二力的大小关系中通过改变钩码的个数来改变拉力的大小的，不计摩擦的情况下，认为绳对卡片的拉力等于钩码的重力，很多同学对此有疑惑，钩码的重力的受力物体是钩码自身，而卡片收到的拉力的受力物体是卡片。学习过程中，思维上发生冲突，无法理解。仔细分析，钩码和绳之间的力是相互作用力，而当钩码处于静止状态或者匀速运动状态时绳对钩码的拉力和钩码的重力是一对平衡力，大小相等。绳和卡片之间的力也是一对相互作用力，而绳和钩码之间的拉力也是一对相互作用力，这些相互作用力在大小上是相等的。所以若学生在学习过程中已经掌握牛顿第三定律，知道作用力与反作用力大小相等，就不难理解这种情况下为什么绳对卡片的拉力大小上等于钩码的重力。

2.安徽中考中牛顿第三定律的应用

例（09年安徽省中考21题）物体间力的作用是相互的。实验表明，两个物体间的相互作用力总是大小相等，方向相反。一个物体静止地放在水平桌面上。

试推证：物体对桌面的压力与物体受到的重力大小相等。

分析证明：由于该由于处于物体静止状态，又称平衡状态，根据二力平衡可知物体受到的重力和支持力大小相等；由于桌面对物体的支持力和物体对桌面的压力是一对相互作用力，根据题目补充的牛顿第三定律的知识可得，桌面对物体的支持力和物体对桌面的压力在大小上是相等的；因此等量代换可得物体对桌面的压力和物体受到的重力大小相等。

二、初中物理关于牛顿第三定律的理解及应用

从课后习题、中考考题以及知识结构、体系建立上去分析，课堂过程中教师有必要补充牛顿第三定律相关内容，以便学生能够更好的理解知识，构建受力分析体系，提高学生力学问题的分析能力。

在能力层次上要求学生达到的层次：1、理解作用力与反作用力的具体关系。2、明确作用力和反作用力与一对平衡力的区别。3、能够根据牛顿第三定律解释有关物理现象。下面结合实际教学简单分析讨论。

教学过程中注重学生牛顿第三定律的理解，首先是相互作用的两个力的相互性和同时性.作用力和反作用力作用在两个物体上，而不是作用在同一物体上，它们产生的作用效果是不能抵消的。一对平衡力是作用在同一物体上的两个力，它们均具有“大小相等，方向相反，作用在同一条直线上”的特点.但是，它们是有本质区别的：一是研究对象的个数不同.作用力和反作用力分别作用在两个物体上，而平衡力则作用在同一物体上。二是力存在时间关系不同。作用力和反作用力同时存在与消失；而一对平衡力的两个力可以单独存在，一个力消失时，另一个力依旧可能存在.三是力的性质不同.作用力和反作用力是同种性质的力，如物体间压力和支持

力是相互作用力，都属于弹力。而平衡力可以是两种不同性质的力，如重力和支持力可使物体静止在水平桌面，是一对平衡力，重力属于万有引力，支持力属于弹力。四是力的作用效果不同.相互作用力在两个物体上产生力的效果，不能抵消；而平衡力的作用效果对同一个物体，可以相互抵消。

结语

在初中阶段，教材中或者课堂教学中补充牛顿第三定律，有助于学生更好的掌握力的作用是相互的，帮助学生建立完整的受力分析的体系，加强学生对二力平衡的理解，以便更加灵活的使用相互作用力和平衡力的知识解释力学现象和规律。

参考文献

[1] 八年级物理教材上海科学技术出版社2009年版，第82页

[2] 八年级物理教材上海科学技术出版社2009年版，第81页