六升七 物理牛顿第三定律课｜认识作用力反作用力

六升七物理牛顿第三定律课｜认识作用力反作用力演讲人04/牛顿第三定律的正式表述与核心要点03/作用力与反作用力的概念界定02/明确作用力与反作用力的基本概念01/课程导入与学习目标06/牛顿第三定律的实际应用05/易混概念辨析：作用力反作用力vs平衡力08/课堂总结与拓展07/课堂巩固练习目录各位同学，大家好！我是你们的物理老师。在正式开始今天的课程之前，我想先问大家几个生活里的小问题：当你用手使劲拍一下课桌，你的手会不会感觉到疼？当你坐在小船上用桨向后划水，小船会不会向前走？当你跳高起跳时用力蹬地，是不是能跳得更高？这些我们每天都能接触到的现象，背后都藏着一个非常重要的物理规律——今天我们就一起来学习牛顿第三定律中关于作用力与反作用力的知识。01课程导入与学习目标1生活中的力现象观察我在备课的时候特意收集了几个大家非常熟悉的实例，咱们一起来看看：1生活中的力现象观察1.1实例1：手拍课桌当你用手拍打课桌时，课桌会发出响声，同时你的手掌会有明显的疼痛感。很多同学一开始会觉得“是我先打了桌子，所以桌子才会让我疼”，但这里其实藏着一个被忽略的力。1生活中的力现象观察1.2实例2：划船前进咱们学校旁边的公园就有脚踏船，大家有没有注意过划船的动作？船桨向后划水的时候，水会给桨一个向前的力，推着小船往前走。如果只是桨向后划，没有水的反作用力，小船根本动不了。1生活中的力现象观察1.3实例3：火箭发射去年国庆阅兵的时候，大家应该都看过火箭发射的直播吧？火箭底部会喷出大量的高温高压气体，这些气体向下冲，火箭却能向上飞，这显然不是单方面的力能做到的。1生活中的力现象观察1.4实例4：正常走路咱们每天都要走路，你有没有想过为什么脚向后蹬地，人就能向前走？其实是地面给了脚一个向前的反作用力，推着我们前进。2引发核心思考通过这几个例子，大家有没有发现一个共性：任何一个力的产生，都不是单个物体的单方面行为。当一个物体对另一个物体施加力的时候，另一个物体也一定会同时对这个物体施加一个力。这就是我们今天要探究的核心——作用力与反作用力。3本节课的学习目标为了让大家彻底搞懂这个知识点，我们今天会完成这几个学习任务：02明确作用力与反作用力的基本概念明确作用力与反作用力的基本概念通过实验验证相互作用力的大小、方向关系掌握牛顿第三定律的完整内容与核心要点清晰区分作用力反作用力与之前学过的平衡力了解这个定律在生活、体育和工业中的实际应用03作用力与反作用力的概念界定1力的本质回顾在学习新内容之前，我们先回忆一下之前学过的力的定义：力是物体对物体的作用。只要有力存在，就一定有两个物体：一个是施加力的施力物体，另一个是受到力的受力物体。比如手拍课桌的时候，手是施力物体，课桌是受力物体，这个时候我们把手对课桌的力叫做“作用力”。2作用力与反作用力的正式定义当两个物体之间发生相互作用时，比如A物体对B物体施加了一个力，那么B物体同时也会对A物体施加一个力。我们把其中任意一个力叫做作用力，那么另一个与它对应的力就叫做反作用力。2作用力与反作用力的正式定义2.1实例对应还是用手拍课桌的例子：手对课桌的向下的压力就是作用力，那么课桌对手的向上的弹力就是反作用力。这两个力是同时产生、同时消失的，没有先后之分。2作用力与反作用力的正式定义2.2易混点提醒很多同学会把“作用力”和“反作用力”当成两个固定的称呼，但其实它们是相对的。如果我们把课桌对手的力叫做作用力，那么手对课桌的力就变成了反作用力，两者的称呼可以互换，没有绝对的先后。3实验探究：验证相互作用力的关系光靠生活例子还不够严谨，我们可以通过一个简单的实验来直观验证作用力与反作用力的关系。我之前在课堂上带大家做过这个实验，当时很多同学都觉得自己的感受和实验结果不一样，后来反复验证才真正信服。3实验探究：验证相互作用力的关系3.1实验器材准备我们需要准备两个量程相同的弹簧测力计（一般选5N量程就足够）、铁架台、细绳，还有一个平整的桌面。3实验探究：验证相互作用力的关系3.2实验操作步骤首先将两个弹簧测力计调零：把它们平放在桌面上，轻轻拉动拉环，让指针回到零刻度线处，确保测量准确。将其中一个弹簧测力计甲固定在铁架台上，用细绳将另一个弹簧测力计乙挂在甲的挂钩上，确保两个测力计的轴线在同一条直线上。缓慢拉动乙的拉环，沿水平方向匀速拉动，不要用力过猛，观察两个测力计的示数。多次改变拉动的力度，从1N到4N不等，每次都记录两个测力计的示数，你会发现不管拉多大的力，两个测力计的示数始终完全相等。交换两个测力计的位置，让乙固定在铁架台上，甲挂在乙的挂钩上，重复上述实验，结果依然相同。3实验探究：验证相互作用力的关系3.3实验现象分析当我们拉乙的时候，乙对甲施加了一个拉力，甲也对乙施加了一个拉力。从示数来看，两个力的大小完全相等；从方向来看，甲受到的拉力是向左的，乙受到的拉力是向右的，两个力方向相反，并且作用在同一条直线上。3实验探究：验证相互作用力的关系3.4实验结论通过这个实验，我们可以得到一个初步的结论：相互作用的两个力，大小相等、方向相反，并且作用在同一条直线上。04牛顿第三定律的正式表述与核心要点1牛顿第三定律的经典表述在实验结论的基础上，英国物理学家牛顿在1687年出版的《自然哲学的数学原理》中，将这个规律总结为完整的物理定律，也就是我们今天要学习的牛顿第三定律：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，且作用在同一条直线上。2牛顿第三定律的三个核心要点为了避免大家混淆，我们把定律拆分成三个核心要点来理解：2牛顿第三定律的三个核心要点2.1要点1：同时性作用力与反作用力必须同时产生、同时变化、同时消失，不存在先后顺序。举例说明：当手接触课桌的瞬间，手对课桌的压力和课桌对手的弹力同时产生；当手离开课桌的瞬间，两个力同时消失。误区纠正：很多同学会觉得“我先用力打桌子，桌子才会还手”，这其实是错误的，两个力是同步发生的，没有任何延迟。2牛顿第三定律的三个核心要点2.2要点2：异体性这是牛顿第三定律最关键的一个特点：作用力与反作用力分别作用在两个不同的物体上，绝不会作用在同一个物体上。举例说明：手对课桌的力作用在课桌上，课桌对手的力作用在手上，两个力的受力物体完全不同，这也是它和后面我们要讲的平衡力的核心区别。2牛顿第三定律的三个核心要点2.3要点3：同性质作用力与反作用力的物理性质必须完全相同。比如如果作用力是弹力，那么反作用力也一定是弹力；如果作用力是摩擦力，反作用力也一定是摩擦力。举例说明：手拍课桌的两个力都是弹力（因为是物体发生弹性形变产生的力），划船时桨对水的摩擦力和水对桨的摩擦力也都是摩擦力，火箭喷气时的两个力都是气体的弹力。误区纠正：不能出现“弹力和摩擦力作为一对作用力反作用力”的情况，两者的性质必须完全一致。3牛顿第三定律的适用范围这个定律适用于所有的相互作用，不管是静止的物体还是运动的物体，不管是固体、液体还是气体，甚至是太空中的真空环境，牛顿第三定律都成立。比如在太空中两个宇航员相互推一下，两个人都会向相反的方向运动，这就是牛顿第三定律的典型应用。05易混概念辨析：作用力反作用力vs平衡力易混概念辨析：作用力反作用力vs平衡力这部分是今天课程的难点，也是考试的高频考点，很多同学都会在这里出错。我在教学的时候发现，只要把这两个概念的区别用实例对比清楚，大家就能很快掌握。1先明确两者的相同点在正式对比之前，我们先看一下它们的相同之处：两者都满足大小相等、方向相反、作用在同一条直线上，这也是很多同学混淆的原因。2核心区别对比我们从四个维度来对比这两个概念：2核心区别对比2.1区别1：受力物体数量作用力反作用力：作用在两个不同的物体上，比如手拍课桌的两个力，一个在手上，一个在课桌上。平衡力：作用在同一个物体上，比如放在水平桌面上的书，桌面对书的支持力和书的重力都作用在书上，这两个力让书保持静止状态。2核心区别对比2.2区别2：施力物体的来源作用力反作用力：两个力的施力物体恰好是对方。比如手对课桌的力的施力物体是手，受力物体是课桌；课桌对手的力的施力物体是课桌，受力物体是手，两者互为施力和受力物体。平衡力：两个力的施力物体来自不同的地方。比如书的重力的施力物体是地球，桌面对书的支持力的施力物体是桌子，两者的施力物体不是对方。2核心区别对比2.3区别3：同时性与依存性作用力反作用力：同时产生、同时消失，一方消失另一方也立刻消失。比如把课桌拿走，课桌对手的力消失的同时，手对课桌的力也消失了。平衡力：不一定同时消失。比如把桌子拿走，书的重力依然存在（地球对书的引力），但桌面对书的支持力消失了，这时候两个力就不再平衡，书会下落。2核心区别对比2.4区别4：对物体运动状态的影响作用力反作用力：两个力分别作用在不同的物体上，各自影响自己受力物体的运动状态。比如马对车的拉力影响车的运动状态，车对马的拉力影响马的运动状态。平衡力：两个力作用在同一个物体上，共同影响这个物体的运动状态。比如书受到的重力和支持力平衡，所以书保持静止。3典型实例对比为了让大家更清楚，我们用放在水平桌面上的书来举例：3典型实例对比3.1平衡力实例：书的重力与桌面对书的支持力01受力物体：都作用在书上02施力物体：重力的施力物体是地球，支持力的施力物体是桌子03同时性：桌子拿走后，支持力消失，但重力依然存在运动状态影响：两个力共同让书保持静止4.3.2作用力反作用力实例：书对桌面的压力与桌面对书的支持力运动状态影响：压力影响桌面的形变，支持力影响书的运动状态0403同时性：同时产生同时消失受力物体：压力作用在桌面上，支持力作用在书上，两个不同的物体0102施力物体：压力的施力物体是书，支持力的施力物体是桌子，互为对方4常见误区纠正很多同学会有一个错误的认知：“马拉车的时候，马对车的力比车对马的力大，所以车才能前进”。这其实是完全错误的，马对车的拉力和车对马的拉力是一对作用力反作用力，它们的大小始终相等。那为什么车会前进呢？其实是因为车受到的拉力大于地面给车的摩擦力，所以车会向前加速；而马受到的地面摩擦力大于车对马的拉力，所以马也能跟着车一起运动。这里的关键是，两个相互作用的力分别作用在不同的物体上，影响运动状态的是每个物体受到的合力，而不是相互作用的两个力本身。06牛顿第三定律的实际应用牛顿第三定律的实际应用学习了这么多理论知识，我们来看看这个定律在我们的生活和生产中都有哪些实际应用，其实我们身边到处都是牛顿第三定律的身影。1生活中的日常应用1.1划船与游泳刚才我们提到的划船例子，船桨向后划水，水对桨的反作用力推动船前进；游泳的时候，手和脚向后划水，水对身体的反作用力推动人向前游动，这都是牛顿第三定律的直接应用。1生活中的日常应用1.2跳高与跳远跳高运动员起跳时，会用力蹬地，脚对地面施加一个向下的力，地面给脚一个向上的反作用力，这个力大于运动员的重力，所以运动员能向上加速起跳；跳远运动员助跑后蹬地，也是利用了地面的反作用力来获得更大的起跳速度。1生活中的日常应用1.3汽车行驶汽车的轮胎和地面之间的摩擦力，其实也是一对作用力反作用力。轮胎对地面施加一个向后的摩擦力，地面给轮胎一个向前的反作用力，这个力就是汽车前进的动力。如果没有地面的摩擦力，比如在冰面上开车，轮胎会打滑，汽车就无法前进。2体育项目中的应用2.1拔河比赛很多同学都玩过拔河比赛，大家可能觉得“力气大的一方拉的力更大”，但其实拔河的双方的拉力是一对作用力反作用力，大小始终相等。那为什么一方会赢呢？其实是因为赢的一方受到的地面最大静摩擦力大于对方的拉力，而输的一方的拉力大于自己的地面最大静摩擦力，所以会被对方拉过去。2体育项目中的应用2.2篮球运动篮球运动员运球的时候，球对地面施加一个向下的力，地面给球一个向上的反作用力，让球弹起来；投篮的时候，手对篮球施加一个向前的力，篮球也会对手施加一个向后的力，这就是为什么投篮后手会有向后的触感。3工业与航天中的应用3.1喷气式飞机与火箭喷气式飞机和火箭的飞行原理完全一样，都是利用牛顿第三定律。飞机的发动机向后喷出高速气流，气流对飞机施加一个向前的反作用力，推动飞机前进；火箭则是通过燃烧室燃烧燃料，产生高温高压气体，从尾部喷口向下喷出，气体对火箭施加一个向上的反作用力，推动火箭飞向太空。这也是为什么火箭不需要翅膀就能在太空中飞行的原因，因为太空中没有空气，翅膀无法提供升力，但火箭通过喷气获得反作用力就能前进。3工业与航天中的应用3.2起重机与吊索起重机吊起重物的时候，吊索对重物施加一个向上的拉力，重物对吊索施加一个向下的拉力，这一对作用力反作用力的大小等于重物的重力，所以只要吊索的承重能力足够，就能把重物吊起来。07课堂巩固练习课堂巩固练习学习了这么多内容，我们来做几道练习题巩固一下今天的知识点：1选择题下列属于作用力与反作用力的是（）在右侧编辑区输入内容A.书的重力与桌面对书的支持力在右侧编辑区输入内容B.书对桌面的压力与桌面对书的支持力在右侧编辑区输入内容D.马拉车时，马对车的拉力与车受到的摩擦力答案：BC解析：A选项是平衡力，D选项两个力的施力物体不同，不是相互作用的力。关于牛顿第三定律，下列说法正确的是（）C.人走路时，脚对地面的摩擦力与地面对脚的摩擦力在右侧编辑区输入内容1选择题A.先有作用力，后有反作用力B.作用力与反作用力大小相等，方向相反，作用在同一物体上C.作用力与反作用力的性质一定相同D.只有静止的物体之间的相互作用才符合牛顿第三定律答案：C解析：A选项错误，两个力同时产生；B选项错误，作用在不同物体上；D选项错误，运动的物体也符合。2简答题3241为什么在太空中宇航员不能像在地球上一样走路？答：小明对墙施加了一个向前的力，根据牛顿第三定律，墙对小明施加了一个向后的反作用力，这个力让小明向后退。答：因为太空中没有空气和地面，宇航员无法获得地面的反作用力，所以只能通过推动其他物体来移动，比如空间站的扶手。小明用手推墙，他为什么会向后退？08课堂总结与