高中物理 第四章 牛顿运动定律 4_5 牛顿第三定律学案 新人教版必修1

第5节牛顿第三定律学习目标核心提炼1.知道力的作用是相互的，理解作用力和反作用力的概念。2个概念作用力与反作用力1个定律牛顿第三定律1个区别一对平衡力与一对作用力和反作用力的区别1种分析方法转换法2.理解牛顿第三定律的确切含义，会用它解决简单的问题。3.理解一对平衡力与一对相互作用力。一、作用力和反作用力阅读教材第81页“作用力与反作用力”部分，知道什么是作用力与反作用力。两个物体之间的作用总是相互的。物体间相互作用的这一对力，通常叫做作用力和反作用力。思维判断(1)有的力可能只有受力物体，没有施力物体。()(2)两个物体只有接触才存在作用力和反作用力。()(3)物体间不可能只有作用力，而没有反作用力。()(4)先有作用力，然后才有反作用力。()二、牛顿第三定律阅读教材第8182页“牛顿第三定律”部分，并结合图4.53 和图4.55，体会作用力与反作用力的大小、方向及作用点的关系。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。思维拓展(1)“掰手腕”是比较臂力大小的一种常见比赛。在一次“掰手腕”比赛中，甲轻松地战胜了乙，这是因为甲对乙的作用力大于乙对甲的作用力吗？提示掰手较力时双方的作用力与反作用力大小总是相等的，只是人的手腕的承受能力有差异。(2)成语“以卵击石”是指拿蛋去碰石头。比喻不估计自己的力量，自取灭亡。那么是否蛋碰石头的力小于石头碰蛋的力呢？提示不是，以卵击石时，卵与石之间的力是一种作用力与反作用力，大小相等，只是效果不同而已。三、物体的受力分析阅读教材第8384页“物体的受力分析”部分，了解受力分析的意义，知道对物体进行受力分析的一般步骤。1受力分析及意义(1)任何物体的加速度都是由它所受各个力的合力决定，要了解物体的运动就必须对它的受力情况进行分析。(2)受力分析就是要分析研究对象受到的力。2受力分析的步骤(1)明确研究对象，可以是某个物体、物体的一部分或某个作用点，也可以是几个物体组成的整体。(2)按照先重力、再弹力、后摩擦力、最后其他力的顺序，逐个确定物体受到哪些力的作用。(3)依据物体受到的各个力的方向，画出受力示意图，为了便于观察，物体所受的各个力集中画在同一个作用点上。思维拓展如图所示是滑雪运动员沿斜坡下滑的过程，有人说运动员受到了下滑力的作用，你认为这种说法对吗？提示不对。运动员沿斜坡下滑过程中受到竖直向下的重力，垂直斜坡向上的弹力，沿斜坡向上的摩擦力，根本就不存在下滑力。运动员沿斜坡下滑的原因是合力作用的效果。预习完成后，请把你疑惑的问题记录在下面的表格中问题1问题2问题3正确理解牛顿第三定律要点归纳1牛顿第三定律表达式：FF，式中的“”号表示作用力与反作用力方向相反。2作用力和反作用力的理解(1)三个性质(2)四个特征等值作用力和反作用力大小总是相等的反向作用力和反作用力方向总是相反的共线作用力和反作用力总是在同一条直线上同性质作用力和反作用力性质总是相同的3.牛顿第三定律的适用范围牛顿第三定律是个普遍规律。所阐明的作用力与反作用力的关系不仅适用于静止的物体之间，也适用于相对运动的物体之间，这种关系与作用力性质、物体质量大小、作用方式(接触还是不接触)、物体运动状态及参考系的选择均无关。 精典示例例1 如图1所示，甲、乙两人在冰面上“拔河”。两人中间位置处有一分界线，约定先使对方过分界线者为赢。若绳子质量不计，冰面可看成光滑的，则下列说法正确的是()图1A甲对绳的拉力与绳对甲的拉力是一对平衡力B甲对绳的拉力与乙对绳的拉力是作用力与反作用力C若甲的质量比乙的大，则甲能赢得“拔河”比赛的胜利D若乙收绳的速度比甲的快，则乙能赢得“拔河”比赛的胜利思路点拨解答本题时应把握以下三点：(1)作用力与反作用力分别作用在两个物体上，并且总是大小相等，方向相反，作用在同一直线上。(2)一对平衡力作用在同一个物体上。(3)该拔河比赛中取胜的关键是加速度小，在相等的时间内位移小。解析根据牛顿第三定律知甲对绳的拉力与绳对甲的拉力是一对作用力与反作用力，选项A错误；因为甲对绳的拉力和乙对绳的拉力都作用在绳上，故选项B错误；绳对甲、乙的拉力大小相等，由于甲的质量大，加速度小，相同时间内的位移小，故甲会胜利，选项C正确，D错误。答案C正确理解牛顿第三定律中“总是”的含义“总是”是强调对于任何物体，在任何情况下，作用力与反作用力的关系都成立。对此，我们可以从以下几个方面理解。(1)不管物体的大小、形状如何，例如，大物体与大物体之间，大物体与小物体之间，任何形状的物体之间，其相互作用力总是大小相等、方向相反的。(2)不管物体的运动状态如何，例如，静止的物体之间，运动的物体之间，静止与运动的物体之间，其相互作用力总是大小相等、方向相反的。(3)作用力与反作用力的产生和消失总是同时的。两者中若有一个产生或消失，则另一个必然同时产生或消失。针对训练1 关于马拉车的下列说法正确的是()图2A马拉车不动，是因为马拉车的力小于车拉马的力B马拉车前进，是因为马拉车的力大于车拉马的力C不论车如何运动，马拉车的力大小总等于车拉马的力D只有当马拉车不动或马拉车匀速前进时，马拉车的力大小才等于车拉马的力解析马拉车时，不论车如何运动，马拉车的力与车拉马的力都是一对相互作用力，二者总是大小相等的，故C对，A、B、D错。答案C一对作用力与反作用力和一对平衡力的比较要点归纳作用力与反作用力平衡力共同点大小相等，方向相反，作用在同一直线上不同点作用对象作用在两个物体上作用在同一个物体上作用时间同时产生，同时变化，同时消失，不可单独存在不一定同时产生、变化或消失，可以单独存在，只是不再平衡力的性质一定是同性质的力不一定是同性质的力作用效果因为一对作用力与反作用力作用在两个物体上，各自产生作用效果，故不能求合力一对平衡力的作用效果是使物体处于平衡状态，合力为零精典示例例2 一根轻绳的上端悬挂在天花板上，下端挂一灯泡，则()图3A灯泡受的重力和灯泡对绳的拉力是一对平衡力 B灯泡受的重力和绳对灯泡的拉力是一对作用力和反作用力C灯泡对绳的拉力和绳对灯泡的拉力是一对作用力和反作用力 D绳对天花板的拉力和天花板对绳的拉力是一对平衡力 思路点拨(1)作用力和反作用力与平衡力的比较：作用力和反作用力的关系：等大、反向、共线，作用在_上。一对平衡力的关系：等大、反向、共线，作用在_上。答案两个物体一个物体(2)作用力和反作用力与平衡力分别涉及几个物体，它们的关系是怎样的？提示作用力和反作用力涉及相互作用的两个物体，相平衡的两个力涉及三个物体，是两个物体对研究对象施加力的作用。解析灯泡受的重力和绳对灯泡的拉力是一对平衡力，选项A、B错误；灯泡对绳的拉力和绳对灯泡的拉力是一对作用力和反作用力，绳对天花板的拉力和天花板对绳的拉力是一对作用力和反作用力，选项C正确，选项D错误。 答案C(1)作用力与反作用力和一对平衡力的共同点是等大、反向、共线。(2)区分作用力与反作用力和一对平衡力的要点看研究对象：作用力与反作用力作用在不同物体上，而一对平衡力作用在同一物体上。看依存关系：作用力与反作用力同生同灭，相互依存，而一对平衡力则彼此没有依存关系。针对训练2 如图4所示，人静止站在测力计上，下列说法中正确的是()图4A人对测力计的压力和测力计对人的支持力是一对平衡力B人对测力计的压力和测力计对人的支持力是一对作用力与反作用力C人所受的重力和人对测力计的压力是一对平衡力D人所受的重力和人对测力计的压力是一对作用力与反作用力解析人对测力计的压力和测力计对人的支持力是一对作用力与反作用力，故A错误，B正确；人所受的重力和人对测力计的压力，既不是一对平衡力，也不是作用力与反作用力，故C、D错误。答案B转换研究对象法对物体受力分析要点归纳求解某个力的大小和方向，一般情况下选取该力的受力物体进行分析，但有些情况不便于直接求解该力时，可先通过转换研究对象，求解其反作用力的大小和方向，进而应用牛顿第三定律求得该力的大小和方向。精典示例例3 如图5所示，滑杆和底座静止在水平地面上，质量为M，一质量为m的猴子沿杆以0.4g的加速度加速下滑，则底座对地面的压力为()图5AMg0.4mgBMg0.6mgC(Mm)gDMg思路点拨(1)根据牛顿第三定律转换研究对象，把求解压力转换为求解支持力。(2)把求解猴子对杆向下的摩擦力转换为求解杆对猴子向上的摩擦力。解析以猴子为研究对象，分析猴子的受力如图甲所示：竖直方向受重力mg和杆对猴子的摩擦力Ff，则有mgFfma 滑杆和底座受力如图乙所示，受重力Mg、支持力FN，猴子对杆的摩擦力Ff三力平衡：FNMgFf由牛顿第三定律得FfFf由解得FNMg0.6mg由牛顿第三定律得底座对地面的压力为FNFNMg0.6mg，方向竖直向下。故选B。答案B针对训练3 物块A和B的质量分别为m1和m2，并叠放在质量为m的水平桌面上，如图6所示。下列说法中正确的是()图6A桌子受到A和B的作用力，它们的合力等于(m1m2)gB桌子受到B对它的作用，作用力的大小等于m2gC地面对桌子的作用力的大小等于(m1m2m)gD桌子受到重力作用，大小等于(m1m2m)g解析以桌子为研究对象，它受到三个力作用，分别是重力mg，地面对桌子的支持力FN1，物体B对桌面的压力FN2。 由于桌子静止，所以FN1mgFN2。再以A、B作为一个整体进行受力分析，受到两个力的作用，分别是重力(m1m2)g和桌面的支持力FN2，又因为FN2(m1m2)g，根据牛顿第三定律知FN2FN2(m1m2)g，所以FN1(mm1m2)g，故C对，A、B、D都错。答案C1(多选)在排球比赛中，运动员用手掌将排球奋力击出。关于排球与运动员手掌之间的作用力，下列说法正确的是()A排球对运动员手掌的作用力大于运动员手掌对排球的作用力B排球对运动员手掌的作用力和运动员手掌对排球的作用力大小相等 C排球对运动员手掌的作用力比运动员手掌对排球的作用力产生稍晚D排球对运动员手掌的作用力和运动员手掌对排球的作用力同时消失解析排球对运动员手掌的作用力与运动员手掌对排球的作用力是一对作用力和反作用力，大小相等，同时产生，同时消失，故B、D对。答案BD2某同学沿水平方向用力推一文具盒，使其在水平面上做匀速直线运动，下列说法中正确的是 ()A文具盒对桌面的压力和文具盒所受的重力是一对平衡力B桌面对文具盒的支持力和文具盒对桌面的压力是一对平衡力C手对文具盒的推力和桌面对文具盒的摩擦力是一对作用力和反作用力D桌面对文具盒的摩擦力和文具盒对桌面的摩擦力是一对作用力和反作用力 解析一对平衡力的受力物体是同一物体，而文具盒对桌面的压力受力物体是桌面，A错误；B中的受力物体分别是文具盒和桌面，B错误；C项中的两个力不是作用在同一物体上，而且也不是相互作用的两个力，C错误；D项中的两个力符合作用力与反作用力的条件，D正确。答案D3(多选)重物A用一根轻弹簧悬于天花板下，画出重物和弹簧的受力图如图7所示。关于这四个力的以下说法正确的是()图7AF1的反作用力是F4BF2的反作用力是F3CF1的施力物体是弹簧DF3的施力物体是物体A解析F1是指弹簧对重物A的拉力，F3是指重物A对弹簧的拉力，F4是指天花板对弹簧的拉力，F2为重物A的重力。F1的反作用力是F3。故A错误；F2的反作用力是物体对地球的引力，故B错误；F1是物体受到的弹簧的拉力，施力物体是弹簧。故C正确；F3是弹簧受到的物体A的拉力，F3的施力物体是物体A，故D正确。答案CD4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8所示，若重物以加速度a下降(ag)，则人对地面的压力大小为()图8A(Mm)gmaBM(ga)maC(Mm)gmaDMgma解析 对重物，设绳的拉力为FT，由牛顿第二定律知：mgFTma，所以，绳的拉力为FTmgma。对人受力分析，受重力、绳的拉力及地面的支持力而平衡，则MgFNFT，所以FNMgFT(Mm)g