人教版 (新课标)必修15 牛顿第三定律学案设计

牛顿第三定律

一、作用力和反作用力

跳水运动员用力踩跳板后，是什么力将运动员弹向空中？

提示：跳板对运动员的反作用力。

1．力是物体对物体的作用，只要谈到力，就一定存在受力物体和施力物体。

2．两个物体之间的作用总是相互的。施力物体同时也一定是受力物体。物体间相互作用的这一对力叫作作用力和反作用力。

3．作用力和反作用力总是相互依存、同时存在的，我们可以把其中的任何一个力叫作作用力，另一个力叫作反作用力。

二、牛顿第三定律

歇后语：鸡蛋砸石头——不自量力。

石头对鸡蛋的作用力大于鸡蛋对石头的作用力吗？

提示：石头对鸡蛋的作用力等于鸡蛋对石头的作用力。

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′，负号表示两力的方向相反。

3．意义：揭示了物体间力的作用的相互性，明确了相互作用力的关系。

三、物体的受力分析

1．受力分析的顺序：重力、弹力和摩擦力。

2．受力分析中常见的三种力：

(1)物体间可能只有作用力，而没有反作用力。(×)

(2)两个物体只有接触才存在作用力和反作用力。(×)

(3)作用力施加之后才会产生反作用力，即反作用力总比作用力落后一些。(×)

(4)作用力和反作用力大小相等、方向相反，作用在一条直线上，因此它们的合力为零。(×)

(5)物块静止放在桌面上，物块所受重力和物块对桌面的压力是一对作用力和反作用力。(×)

知识点一　作用力和反作用力的“四同”和“三异”

提醒：在使用上述内容时一定要注意，必须是相互作用力才有上述关系，也就是说上述条件可以证明两个力是相互作用力，也可以通过相互作用力得到上述内容。

(1)利用船桨向后拨水，水对船桨的力方向如何？

(2)船做加速、减速、匀速运动时，对上述结果是否有影响？

提示：(1)方向与船桨对水的力的方向相反，即向前。

(2)运动状态对相互作用力没有影响，始终大小相等，方向相反。

【典例】锤头敲玻璃，玻璃被打碎，而锤头未碎。对于这一现象，下列说法正确的是(　　)

A．锤头对玻璃的作用力大于玻璃对锤头的作用力，所以玻璃才碎裂

B．玻璃对锤头的作用力大于锤头对玻璃的作用力，只是由于锤头比玻璃能够承受更大的力才没有碎裂

C．锤头和玻璃之间的作用力是等大的，只是由于锤头比玻璃能够承受更大的力才没有碎裂

D．因为不清楚锤头和玻璃的其他受力情况，所以无法判断它们之间的相互作用力的大小

【解析】选C。锤头对玻璃的作用力与玻璃对锤头的作用力是一对作用力与反作用力，总是大小相等，方向相反，作用在不同物体上，因物体对力的承受能力不同，所以产生的作用效果不同，故C正确，A、B、D均错误。

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，其作用力与反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，其作用力与反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。

1．下列说法中正确的是(　　)

A．当作用力产生后，再产生反作用力；当作用力消失后，反作用力才慢慢消失

B．弹力和摩擦力都有反作用力，而重力无反作用力

C．甲物体对乙物体的作用力是弹力，乙物体对甲物体的作用力可以是摩擦力

D．作用力和反作用力在任何情况下都不会平衡

【解析】选D。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，它们同时产生，同时变化，同时消失，A、B错。作用力和反作用力必然是同种性质的力，甲物体对乙物体的作用力是弹力，乙物体对甲物体的作用力也是弹力，C错。作用力与反作用力大小相等，方向相反，作用在同一条直线上，作用在两个物体上，在任何情况下都不会平衡，D正确。

2．如图所示，一对父子掰手腕，父亲让儿子获胜。若父亲对儿子的力记为F1，儿子对父亲的力记为F2，则(　　)

A．F2＞ F1　　　　  B．F1和F2大小相等

C．F1先于F2产生     D．F1后于F2产生

【解析】选B。父子掰手腕，父亲对儿子的力与儿子对父亲的力为一对相互作用力，二者大小相等，且同时产生，同时消失。故B正确，A、C、D错误。

【加固训练】

1．一小车受绳的拉力作用由静止开始前进，先做加速运动，然后改为匀速运动，再改为减速运动，则下列说法正确的是(　　)

A．加速前进时，绳拉小车的力大于小车拉绳的力

B．减速前进时，绳拉小车的力大于小车拉绳的力

C．只有匀速前进时，绳拉小车的力与小车拉绳的力大小才相等

D．不管小车如何前进，绳拉小车的力与小车拉绳的力大小总相等

【解析】选D。绳拉小车的力与小车拉绳的力是一对作用力与反作用力，不论小车加速、减速还是匀速运动，两力始终大小相等、方向相反，D正确，A、B、C错误。

2．《水浒传》第七回“花和尚倒拔垂杨柳”中有这样一个情节：“众泼皮嫌一株绿杨树上的乌鸦叫。鲁智深相了一相，走到树前，把直裰脱了，用右手向下，把身倒缴着，却把左手拔住上截，把腰只一趁，将那株绿杨树带根拔起。”对这段话中描述的力学知识，理解正确的是(　　)

A．鲁智深对绿杨树施加了力，而绿杨树对鲁智深没有力的作用

B．鲁智深对绿杨树施加的力大于绿杨树对鲁智深施加的力

C．鲁智深对绿杨树施加的力等于绿杨树对鲁智深施加的力

D．条件不足，不能判断出鲁智深对绿杨树的力与绿杨树对鲁智深的力之间的关系

【解析】选C。鲁智深对绿杨树施加的力与绿杨树对鲁智深施加的力是作用力与反作用力，大小始终相等，故选项C正确，选项A、B、D错误。

知识点二　作用力、反作用力和平衡力的比较

提醒：(1)一对平衡力是作用在同一个物体上的。

(2)一对作用力与反作用力是作用在两个相互作用的物体上的。

(3)作用力与反作用力的性质一定相同。

一吊灯通过导线固定在屋顶上，该吊灯共受到几个力？这两个力是相互作用力吗？它们的反作用力分别是什么？

提示：受到重力和导线的拉力。不是相互作用力，是一对平衡力。重力的反作用力为灯对地球的吸引力，导线对灯的拉力的反作用力为灯对导线的拉力。

【典例】(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

【审题误区】(1)匀速是平衡状态，所以就形成了多组相等的力，容易对选项出现的力造成错误的分析。

(2)在考虑重力时往往容易忽视它的施力物体是地球，容易把它与木箱对地面的压力混淆。

【解析】选B、C。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，物体静止于一斜面上，则下列说法中正确的是(　　)

A．物体所受的重力和斜面对物体的支持力是一对平衡力

B．物体对斜面的压力和斜面对物体的支持力是一对平衡力

C．物体所受的重力和斜面对物体的支持力是一对作用力和反作用力

D．物体对斜面的摩擦力和斜面对物体的摩擦力是一对作用力和反作用力

【解析】选D。物体所受的重力和斜面对物体的支持力不在一条直线上，不是平衡力，故A错误；物体对斜面的压力和斜面对物体的支持力是一对相互作用力，故B错误；重力属于万有引力，而支持力属于弹力，一对作用力和反作用力的性质必须相同，故C错误；物体对斜面的摩擦力和斜面对物体的摩擦力是物体与斜面间的作用力和反作用力，故D正确。

2. (2021·黄冈高一检测)2020年环法自行车赛在当地时间9月20日晚时落下帷幕，在选手骑自行车的过程中，存在着多对作用力和反作用力。下列说法正确的是(　　)

A．车先对地面产生压力，然后地面才对车产生支持力

B．车对地面的压力和地面对车的支持力是一对平衡力

C．人骑车加速前进，人对车的作用力的大小等于车对人的作用力的大小

D．车转弯减速过程中，车对地面的摩擦力大于地面对车的摩擦力

【解析】选C。作用力与反作用力同时产生，同时变化，同时消失，故A项错误；车对地面的压力和地面对车的支持力作用在不同的物体上，作用效果不能抵消，不能合成，所以不是一对平衡力，故B项错误；人骑车加速前进，根据牛顿第三定律，可知人对车的作用力与车对人的作用力是作用力与反作用力，大小相等，方向相反，故C项正确；车转弯减速过程中，车对地面的摩擦力与地面对车的摩擦力始终大小相等，故D项错误。

【加固训练】

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，一不小心就会陷入到淤泥中，这是因为(　　)

A．红军给地面的压力大于地面给红军的支持力

B．地面给红军的支持力大于红军给地面的压力

C．地面给红军的支持力小于红军受的重力

D．地面给红军的支持力等于红军受的重力

【解析】选C。红军对地面的压力与地面对红军的支持力是作用力和反作用力，大小相等，反向相反，A、B错误；红军陷入淤泥中，是因为红军受重力和支持力，重力大于支持力，产生向下的加速度，C正确，D错误。

知识点三　受力分析的步骤

1．受力分析的一般顺序：

一般先分析重力，然后分析弹力，环绕研究对象一周，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，再分析摩擦力，最后分析其他力。

2．受力分析常用的方法——整体法和隔离法：

提醒：一般情况下多个物体组成的系统运动状态一致时，受力分析时采用整体法。

3．受力分析的步骤：

板擦吸在了白板上，那么板擦受不受摩擦力？为什么？板擦一共受几个力？

提示：板擦受摩擦力作用，竖直方向摩擦力等于重力。

板擦一共受到四个力作用，分别是重力、吸引力、支持力、摩擦力。

【典例】(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

【解析】选A、D。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，在竖直方向上受到的重力和支持力平衡，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。

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。

1．(母题追问)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受摩擦力的情况如何？

【解析】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。

答案：见解析

2．(教材二次开发·P82做一做改编)如教材图4.5－4，用传感器显示作用力和反作用力中墙对左侧传感器的作用力多大？为什么？

【解析】墙对左侧传感器的作用力等于两传感器间的作用力，因为墙对左侧传感器的作用力与左侧传感器对墙的作用力为相互作用力，大小相等，而左侧传感器受力平衡，所以墙对左侧传感器的作用力等于两传感器间的作用力。

答案：见解析

3.如图所示，两个等大、反向的水平力F分别作用在物体A和B上，A、B两物体均处于静止状态。若各接触面与水平地面平行，则A、B两物体各受几个力(假设水平地面光滑)(　　)

A．3个，4个　  B．4个，4个

C．4个，5个      D．4个，6个

【解析】选C。对物体A受力分析：竖直方向上受两个力：重力和支持力；水平方向受两个力：水平力F和B对A的摩擦力，即物体A共受4个力的作用；对物体B受力分析：竖直方向上受3个力的作用：重力、地面的支持力、A对B的压力；水平方向受两个力作用：水平力F和A对B向右的摩擦力，即物体B共受5个力的作用，故C项正确。

【加固训练】

1．如图所示，质量为m的木块，被水平力F紧压在倾角为θ＝60°的墙面上处于静止状态。则关于木块的受力情况、墙面对木块的作用力(压力与摩擦力的合力)，下列说法不正确的是(　　)

A．墙面对木块一定有压力

B．墙面对木块一定有摩擦力

C．墙面对木块的作用力大小为F

D．墙面对木块的作用力大小为

【解析】选C。木块受到重力和水平力F后，墙面对木块一定有压力，也一定有沿斜面向上的摩擦力，否则不能平衡，故A、B正确；木块受重力、支持力、推力和静摩擦力平衡，受力如图，根据多个共点力平衡的特点可知，墙壁的支持力和摩擦力的合力一定与重力和F的合力大小相等，方向相反，所以墙面对木块的作用力为，故C错误，D正确。

2. (多选)将一物块分成相等的A、B两部分靠在一起，下端放置在地面上，上端用绳子拴在天花板上，绳子处于竖直伸直状态，整个装置静止。则(　　)

A．绳子上拉力可能为零

B．地面受的压力可能为零

C．地面与物块间可能存在摩擦力

D．A、B之间可能存在摩擦力

【解析】选A、D。若A受到重力、支持力和摩擦力而平衡，则绳子拉力为零，A、D对。地面肯定对B有支持力，即B一定对地面有压力，B错。绳子竖直，A、B相对地面无运动趋势，B与地面间无摩擦力，C错。

【拓展例题】考查内容：牛顿第三定律的应用

【典例】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，如图所示，若重物以加速度a下降(a<g)，则人对地面的压力为(　　)

A．(M＋m)g－ma　  B．M(g－a)－ma

C．(M－m)g＋ma     D．Mg－ma

【解析】选C。对重物，设绳的拉力为FT，由牛顿第二定律知：mg－FT＝ma，所以，绳的拉力为FT＝mg－ma。对人受力分析，受重力、绳的拉力及地面的支持力而平衡，则Mg＝FN＋FT，所以FN＝Mg－FT＝(M－m)g＋ma。根据牛顿第三定律知，人对地面的压力大小也为(M－m)g＋ma。

鸡蛋碰石头，鸡蛋破碎，而石头完好无损，说明石头对鸡蛋的作用力大，而鸡蛋对石头的作用力小。

探究：(1)这一判断对吗？为什么？

(2)为什么鸡蛋破碎而石头完好无损？

【解析】(1)不对。石头对鸡蛋的作用力和鸡蛋对石头的作用力是相互作用力，二者大小相等。

(2)二者虽然大小相等，鸡蛋破碎而石头完好无损是因为二者承受能力不同。

答案：见解析

重力为G的压路机在水平地面上缓慢行驶。

探究：(1)此过程一共有几组相互作用力？分别是哪些？

(2)此过程一共有几组平衡力？分别是哪些？

【解析】(1)3对，第一对是压路机对地面的压力和地面对压路机的支持力，第二对是地面对压路机的摩擦力和压路机对地面的摩擦力，第三对是压路机的重力和压路机对地球的吸引力

(2)2对，第一对是压路机的重力和地面的支持力，第二对是地面对压路机的摩擦力和压路机的驱动力

答案：见解析

1．猴子吊在空中静止，下列说法正确的是(　　)

A.猴子受的拉力施力物体是猴子

B．猴子受的重力施力物体是树枝

C．猴子处于静止状态受两个力

D．树枝对猴子的拉力与猴子对树枝的拉力是一对平衡力

【解析】选C。猴子受的拉力施力物体是树枝，故选项A错误；猴子受的重力施力物体是地球，故选项B错误；猴子处于静止状态受重力和树枝的拉力两个力，故选项C正确；树枝对猴子的拉力与猴子对树枝的拉力是一对作用力和反作用力，故选项D错误。

【加固训练】

撑杆跳高是一项技术性很强的体育运动，完整的过程可以简化成三个阶段：持杆助跑、撑杆起跳上升、越杆下落。撑杆跳高的过程中包含很多物理知识，下列说法正确的是(　　)

A.持杆助跑过程，重力的反作用力是地面对运动员的支持力

B．撑杆起跳上升阶段，弯曲的撑杆对人的作用力大于人对撑杆的作用力

C．撑杆起跳上升阶段，弯曲的撑杆对人的作用力大小等于人对撑杆的作用力大小

D．最高点手已离开撑杆，运动员还能继续越过横杆，是因为受到了一个向前的冲力

【解析】选C。重力是由于地球的吸引而产生的，所以任意过程中，其反作用力均为人对地球的引力，故A错误；弯曲的撑杆对人的作用力和人对撑杆的作用力是相互作用力，故撑杆起跳上升阶段，弯曲的撑杆对人的作用力等于人对撑杆的作用力，故B错误、C正确；最高点手已离开撑杆，运动员还能继续越过横杆，是因为人具有惯性，而没有受到冲力作用，故D错误。

2. (多选)如图所示，质量均为m的两木块a与b叠放在水平地面上，a、b分别受到两个水平拉力的作用，两力大小均为F，两木块保持静止状态，则(　　)

A．a、b之间一定存在静摩擦力

B．b与地面之间一定存在静摩擦力

C．b与地面之间一定不存在静摩擦力

D．地面对b的支持力一定大于2mg

【解析】选A、C。由于两木块静止，对a进行受力分析可知，a受向右的拉力作用而有向右的运动趋势，故a一定受到b对a的静摩擦力作用，选项A正确；对a、b整体分析可知，整体受水平方向上的拉力的合力为零，故b与地面间没有摩擦力，选项B错误，C正确；对a、b整体分析可知，竖直方向受力平衡，故地面对b的支持力一定等于2mg，选项D错误。

3．吊在教室内的吊扇重力是G，静止时固定杆对它的拉力为F，扇叶水平转动后，杆对它的拉力为F′，则 (　　)

A．F＝F′＝G

B．F＝G, F′>F

C．F＝G，F′<F

D．F′＝G，F′ >F

【解析】选C。电风扇静止时受到的重力和固定杆对它的拉力是一对平衡力，即F＝G；扇叶水平转动起来后，推动空气向下流动，由牛顿第三定律可知电扇受到的风的反作用力向上，则有：F′＋T′＝G，故F>F′，故C项正确。

4.如图所示，A、B两物体紧靠着放在粗糙水平面上，A、B之间接触面光滑，在水平推力F作用下两物体一起加速运动，物体A恰好离开地面，则物体A的受力个数为(　　)

A．3　　　　B．4　　　　C．5　　　　D．6

【解析】选A。物体A恰好离开地面，地面对A没有支持力，也没有摩擦力，则A受到重力、F和B对A的支持力共3个力作用，故选A。

5. (教材二次开发·【问题与练习】T7变式题)A、B长方体木块叠放在一起，放在水平桌面上，B木块受到一个水平的力的牵引，A、B一起向右加速，问A、B木块受哪几个力？

【解析】A受三个力作用：重力、B对A的支持力、B给A的水平向右的摩擦力；B受到6个力的作用，B受到重力、水平向右的力F、A对B的压力、地面对B的支持力、地面对B水平向左的摩擦力、A对B的水平向左的摩擦力。

答案：见解析