人教版 (新课标)必修15 牛顿第三定律学案

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一、牛顿第三定律
1．力是物体对物体的作用，一个力一定存在着受力物体和施力物体．
2．力的作用总是相互的，物体间相互作用的这一对力互称作用力和反作用力．
3．实验探究
如图所示，把两个弹簧测力计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都随之改变，但两个示数总相等，这说明作用力和反作用力大小相等，方向相反．
4．牛顿第三定律
(1)内容：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．
(2)表达式：F＝－F′.(负号表示方向相反)
二、物体的受力分析
1．受力分析的物理意义：一个物体如何运动，它的加速度的大小是由物体所受各个力的合力决定的．因此，要了解物体的运动，就必须对它的受力情况进行分析．
2．力学中三种常见作用力
(1)重力：任何物体都受重力，方向竖直向下．
(2)弹力：两个相互接触的物体相互挤压，就会产生弹力，其方向与接触面垂直．
(3)摩擦力：当接触面粗糙且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，其方向与接触面相切．
1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)
(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)作用力与反作用力的合力为零．(×)
(5)受力分析时，只分析物体受到的力．(√)
2．关于作用力与反作用力的说法中，正确的是( )
A．作用力与反作用力的性质不一定相同
B．作用力与反作用力的大小相等、方向相反，它们的作用效果可以抵消
C．书静止在水平桌面上，书受到的重力和桌面对书的支持力是一对作用力与反作用力
D．大人和小孩掰手腕，虽然小孩输了，但是小孩给大人的力等于大人给小孩的力
D [作用力和反作用力同性质，同大小，作用在不同物体上，因此效果不能抵消．故A、B、C错，D对．]
3．下列说法正确的是( )
A．起重机用钢索加速吊起货物时，钢索对货物的力大于货物对钢索的力
B．子弹能射入木块是因为子弹对木块的力大于木块对子弹的阻力
C．大人与小孩相撞时，大人对小孩的撞击力大于小孩对大人的撞击力
D．将图钉按入木板，图钉对木板的力和木板对图钉的力大小是相等的
D [钢索对货物的力与货物对钢索的力是一对作用力与反作用力，总是大小相等，选项A错误；子弹对木块的力与木块对子弹的力是一对作用力与反作用力，选项B错误；大人对小孩的撞击力与小孩对大人的撞击力是一对作用力与反作用力，总是大小相等，选项C错误；图钉对木板的力和木板对图钉的力是一对作用力与反作用力，大小相等，选项D正确．]
1．牛顿第三定律表达式：F＝－F′，式中的“－”号表示作用力与反作用力方向相反．
2．作用力与反作用力的“四同”“三异”
3.作用力、反作用力与平衡力的比较
【例1】 (多选)将一木箱置于粗糙的水平地面上，现用一水平绳拉着木箱匀速前进，则( )
A．木箱所受到的拉力和水平地面对木箱的摩擦力是一对作用力与反作用力
B．木箱对水平地面的压力和水平地面对木箱的支持力是一对作用力与反作用力
C．木箱所受的重力和水平地面对木箱的支持力是一对平衡力
D．木箱对水平地面的压力和水平地面对木箱的支持力是一对平衡力
BC [木箱匀速前进，木箱所受到的拉力和水平地面对木箱的摩擦力是一对平衡力；木箱所受的重力和水平地面对木箱的支持力是一对平衡力．木箱对水平地面的压力和水平地面对木箱的支持力是一对作用力与反作用力．所以选项B、C正确，A、D错误．]
区分作用力、反作用力和平衡力的方法
区分作用力、反作用力和平衡力，最简单的方法是看涉及的物体的个数．
(1)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．
(2)平衡的一对力涉及三个物体，即两个施力物体同时作用在一个受力物体上．
1．如图所示，质量为m的物体静止在倾角为θ的斜面上，为了说明它对斜面的摩擦力大小等于mgsin θ，应涉及下列哪些知识( )
①力的合成与分解；②物体的平衡条件；③牛顿第三定律；④牛顿第一定律．
A．①② B．①③ C．②③④ D．①②③
D [物体受竖直向下的重力mg，平行于斜面向上的摩擦力Ff和垂直于斜面向上的支持力FN，将重力沿斜面和垂直斜面正交分解，则在沿斜面方向和垂直于斜面方向上分别满足二力平衡，则Ff＝mgsin θ，根据牛顿第三定律可知，它对斜面的摩擦力大小等于mgsin θ，选项D正确．]
1.受力分析的一般顺序
一般先分析重力；再分析弹力，环绕物体一周，找出跟研究对象接触的物体，并逐个分析这些物体对研究对象是否有弹力作用；然后分析摩擦力，对凡有弹力作用处逐一进行分析；最后是其他力．
2．受力分析常用的方法
(1)整体法与隔离法
(2)假设法：在受力分析时，若不能确定某力是否存在，可先对其作出存在或不存在的情况假设，然后再就该力存在与否对物体运动状态影响的不同来判断该力是否存在．
3．受力分析的步骤
【例2】 (多选)如图所示，放在水平地面上的物体M上叠放着物体m，m与M之间有一处于压缩状态的弹簧，整个装置处于静止状态，则下列关于m和M的受力情况分析正确的是( )
A．m给M向左的摩擦力 B．M给m向左的摩擦力
C．地面对M的摩擦力向右 D．地面对M无摩擦力作用
思路点拨：①整个装置处于静止状态，说明m和M所受的合力均为零．
②处于压缩状态的弹簧对m有向左的弹力．
AD [对m受力分析，m受到重力、支持力、水平向左的弹力和M对m向右的摩擦力，根据作用力与反作用力的关系，则m对M的摩擦力向左，A正确，B错误；对整体受力分析，在竖直方向上受到重力和支持力平衡，若地面对M有摩擦力，则整体不能平衡，故地面对M无摩擦力作用，C错误，D正确．故选A、D.]
上例中，若将压缩状态的弹簧改为伸长状态的弹簧，则m和M的受摩擦力情况如何？
[提示] m给M向右的摩擦力，M给m向左的摩擦力，地面对M无摩擦力作用．
判断力是否存在的三种方法
(1)根据各种性质的力产生的条件进行判断．
(2)依据作用力和反作用力的关系：因为研究对象所受的每个力都有施力物体或反作用力，找不到施力物体或没有反作用力的力是不存在的．
(3)依据物体所处的运动状态：对有些力是否存在，或力的方向难以确定时，可依据物体所处的运动状态，运用物体的平衡条件或牛顿运动定律来判断．
2．下列“画阴影”的物体受力分析正确的是( )
B [图A中球静止在光滑平面上，合力为零，球不受斜向右上方的支持力，A错误；图B中小球静止在斜面上，要使其合力为零，球只受重力和绳的拉力，B正确；图C中物体沿粗糙斜面向上冲，摩擦力的方向沿斜面向下，C错误；图D中两物体一起匀速向右，所受合外力为零，上面的物体，不受水平摩擦力作用，D错误．]
1．红军在长征时，遇到的环境十分恶劣．在过草地时，有的地方看上去是草，而下面可能就是淤泥，人一不小心就会陷入淤泥中，这是因为( )
A．人给地面的压力大于地面给人的支持力
B．地面给人的支持力大于人给地面的压力
C．地面给人的支持力小于人受的重力
D．地面给人的支持力等于人受的重力
C [人对地面的压力与地面对人的支持力是作用力和反作用力，大小相等，方向相反，选项A、B错误．人陷入淤泥中，是因为人受重力和支持力，重力大于支持力，产生向下的加速度，选项C正确，D错误．]
2．如图所示是利用计算机记录的卫星发射时火箭和卫星之间的作用力和反作用力的变化图线，根据图线可以得出的结论是( )
A．作用力大时，反作用力小
B．作用力和反作用力的方向总是相反的
C．作用力和反作用力是作用在同一个物体上的
D．牛顿第三定律在物体处于非平衡状态时不再适用
B [图象中的两条图线对应的纵坐标大小相等、符号相反，故A错误，B正确；作用力与反作用力作用在两个相互作用的物体上，C错误；在任何情况下，两物体之间的作用力和反作用力都遵守牛顿第三定律，D错误．]
3．一根轻质弹簧竖直悬挂一小球，小球和弹簧的受力如图所示，下列说法正确的是( )
A．F1的施力者是弹簧 B．F2的反作用力是F3
C．F3的施力者是地球 D．F4的反作用力是F1
B [F1是小球的重力，其施力物体是地球，选项A错误．F2是弹簧对小球的拉力，F3是小球对弹簧的拉力，两力是一对作用力与反作用力，选项B正确．F3是小球对弹簧的拉力，所以F3的施力物体是小球，选项C错误．F4与F1没有直接关系，不是一对作用力与反作用力，选项D错误．]
对牛顿第三定律的理解
作用力与反作用力关系
四同
等大
大小总是相等
共线
作用在一条直线上
同时
同时产生、同时变化、同时消失
同性质
同一性质的力
三异
异向
方向相反
异体
作用在不同的物体上
异效
效果不能相互抵消，不能认为合力为零
内容
作用力和反作用力
平衡力
不同点
作用
对象
作用在两个相互作用的物体上
作用在同一物体上
依赖
关系
相互依存，不可单独存在，同时产生，同时变化，同时消失
无依赖关系，撤除一个，另一个依然可存在
叠加
性
两力作用效果不可叠加，不可求合力
两力作用效果可相互抵消，可叠加，可求合力，且合力为零
力的
性质
一定是同种性质的力
可以是同种性质的力，也可以是不同种性质的力
相同点
大小相等、方向相反、作用在一条直线上
物体的受力分析
整体法
隔离法
概念
将加速度相同的几个物体作为一个整体来分析的方法
将研究对象与周围物体分隔开分析的方法
选用原则
研究系统外的物体对系统整体的作用力或系统整体的加速度
研究系统内物体之间的相互作用力
注意问题
受力分析时不要再考虑系统内物体间的相互作用力
一般隔离受力较少的物体
课堂小结
知识脉络
1.力是物体之间的相互作用，若把其中一个力称为作用力，则另一个力称为反作用力．
2．两个物体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．
3．作用力和反作用力一定作用在相互作用的两个物体上，且力的性质相同．
4．作用力和反作用力同时产生，同时变化，同时消失．
5．受力分析一般要按照一定顺序分析，避免多力和漏力问题.