高中物理鲁科版 (2019)必修 第一册第4节 牛顿第三运动定律导学案

这是一份高中物理鲁科版 (2019)必修 第一册第4节 牛顿第三运动定律导学案，共11页。

知识点一 作用力与反作用力
1．定义：物体间的一对相互作用力，称为作用力和反作用力。可以把其中的任意一个力称为作用力，则另一个力就称为反作用力。
2．特点：力的作用总是相互的。相互的作用力和反作用力既可以存在于相互接触的物体之间，也可以存在于不接触的物体之间。
力的作用总是相互的，这个“总”字表示没有例外情况。
1：思考辨析(正确的画√，错误的打×)
(1)先有作用力，然后有反作用力。 (×)
(2)只有两物体接触时，才会产生作用力与反作用力。(×)
(3)物体间可能只有作用力，而没有反作用力。 (×)
知识点二 牛顿第三定律
1．内容：两个物体之间的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。
2．表达式：F＝－F′，其中F、F′分别表示作用力和反作用力，负号表示两个力的方向相反。
3．应用
(1)跳水运动员在跳板上起跳时，他对跳板的蹬力与跳板对他的弹力是一对相互作用力。
(2)火箭发射升空时，燃料燃烧产生气体，气体受力向下喷出，这些气体反过来给火箭施加了一个反作用力，把火箭送上太空。
“掰手腕”是人们常见的“娱乐比赛”活动。在一次“掰手腕”比赛中，甲战胜了乙，这能说明甲对乙的作用力大于乙对甲的作用力吗？
提示：不能。
2：思考辨析(正确的画√，错误的打×)
(1)作用力与反作用力的大小相等、方向相反、合力为零。 (×)
(2)物体间的作用力与反作用力一定同时产生、同时消失。 (√)
(3)物体间的作用力和反作用力一定是同性质的力。 (√)
考点1 作用力与反作用力
如图所示，我国有一种传统的民族体育项目叫作“押加”，实际上相当于两个人拔河，如果甲、乙两人在“押加”比赛中，甲获胜，根据上述情境，试回答以下问题：
(1)甲方的拉力一定比乙方大吗？
(2)请分析甲获胜的原因。
提示：(1)甲方的拉力一定等于乙方的拉力，因为这两个力是作用力与反作用力。
(2)甲获胜是因为地面给甲的最大静摩擦力大于地面给乙的最大静摩擦力。
1．一对作用力与反作用力的关系
作用力与反作用力作用在不同物体上，所以不能合成与分解。
2．作用力与反作用力的普适性
作用力和反作用力的关系适用于任何物体之间，与物体的运动状态无关，与参考系的选择也无关。
【典例1】 如图所示，一匹马拉着车前行，关于马拉车的力和车拉马的力，下列说法中正确的是( )
A．马拉车的力总是大于车拉马的力
B．马拉车的力总是等于车拉马的力
C．加速运动时，马拉车的力大于车拉马的力
D．减速运动时，马拉车的力小于车拉马的力
B [马拉车的力与车拉马的力是一对作用力与反作用力，根据牛顿第三定律可知：它们的大小在任何情况下都相等，与车所处运动状态无关。所以B正确，A、C、D错误。]
eq \([跟进训练])
1．如图所示是利用传感器记录的两个物体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．此图线一定是在两个物体都处于静止状态时显示出来的
B [由图线关于t轴对称可以得出：作用力与反作用力一定大小相等、方向相反，故A错误，B正确；作用力与反作用力一定作用在两个物体上，且其大小和方向的关系与物体所处的运动状态无关，所以C、D错误。]
考点2 作用力、反作用力与平衡力的比较
在如图甲中，猴子吊在空中。猴子受到重力G，还受到树枝对它的拉力F；另一方面，不但树枝在以拉力F向上拉着猴子，猴子同时也在以向下的拉力F′拉着树枝。
甲 乙
(1)上面涉及的两组力分别是什么力？
(2)这两组力有什么不同之处？
提示：(1)猴子在重力G和树枝对它的拉力F作用下保持静止，所以拉力F和重力G是一对相互平衡的力；树枝拉猴子的力F和猴子拉树枝的力F′是一对作用力与反作用力。
(2)①平衡力作用于同一物体上，作用力与反作用力作用在两个物体上；
②作用力与反作用力一定是同一种类的力，平衡力则不一定是同一种类的力；
③平衡力合力为零，相互作用力不能求合力。
【典例2】 (多选)如图所示，水平力F把一个物体紧压在竖直的墙壁上静止不动，下列说法中正确的是( )
A．作用力F跟墙壁对物体的支持力是一对作用力与反作用力
B．作用力F与物体对墙壁的压力是一对平衡力
C．物体的重力跟墙壁对物体的静摩擦力是一对平衡力
D．物体对墙壁的压力与墙壁对物体的支持力是一对作用力与反作用力
思路点拨：先对物体受力分析，找出相互平衡的力，然后找出每个力的施力物体，对施力物体的作用力是反作用力。
CD [作用力F跟墙壁对物体的支持力作用在同一物体上，大小相等、方向相反，在一条直线上，是一对平衡力，A错；作用力F作用在物体上而物体对墙壁的压力作用在墙壁上，这两个力不能成为平衡力，也不是作用力和反作用力，B错；物体在竖直方向上，受竖直向下的重力和墙壁对物体竖直向上的静摩擦力，因物体处于静止，故这两个力是一对平衡力，C对；物体对墙壁的压力与墙壁对物体的支持力，是两个物体之间的相互作用力，是一对作用力和反作用力，D对。]
辨别作用力、反作用力与平衡力的方法
eq \([跟进训练])
2．下列关于作用力、反作用力和一对平衡力的认识，正确的是( )
A．一对平衡力的合力为零，作用效果相互抵消，一对作用力与反作用力的合力也为零，作用效果也相互抵消
B．作用力和反作用力同时产生、同时变化、同时消失，且性质相同，一对平衡力的性质不一定相同
C．作用力和反作用力同时产生、同时变化、同时消失，一对平衡力也是如此
D．先有作用力，接着才有反作用力，一对平衡力却是同时作用在同一个物体上的
B [作用力与反作用力是分别作用在两个不同物体上的，作用效果不能抵消，选项A错误；作用力与反作用力具有同时性、同性质的特点，而一对平衡力不一定具有这些特点，选项B正确，C、D错误。]
考点3 牛顿第三定律的综合应用
应用牛顿第三运动定律及“转换研究对象法”求力
求解某个未知力，一般情况下优先选取该力的受力物体进行分析，但有些情况以受力物体为研究对象却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，然后应用牛顿第三运动定律间接求得该力的大小和方向。
【典例3】 质量为M的人站在地面上，用轻绳通过光滑定滑轮将质量为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
思路点拨：①“轻绳、光滑定滑轮”说明绳对重物的拉力和对人的拉力大小相等。
②求人对地面的压力可用转换对象法先求地面对人的支持力。
C [以重物为研究对象，受力分析如图甲所示。
甲 乙
由牛顿第二定律得mg－F＝ma，
所以绳子上的拉力F＝mg－ma。
以人为研究对象，受力分析如图乙所示。
由平衡条件得F＋N＝Mg
所以N＝Mg－F＝Mg＋ma－mg
由牛顿第三定律知，人对地面的压力等于地面对人的支持力，所以N′＝N＝(M－m)g＋ma。]
[母题变式]
若将上例的加速度a反向即重物以a加速上升(a＜g)且M ＞2m，求人对地面的压力大小？
[解析] 以重物为研究对象，受力分析如图甲所示。
甲
由牛顿第二定律得：
F－mg＝ma
所以绳子上的拉力
F＝mg＋ma
以人为研究对象，受力分析如图乙所示
乙
由平衡条件知：F＋N＝Mg
所以N＝Mg－F＝Mg－mg－ma
由牛顿第三定律知，人对地面的压力等于地面对人的支持力
所以N′＝N＝Mg－mg－ma。
eq \([跟进训练])
3．如图所示，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( )
A．Mg＋0.4mg B．Mg＋0.6mg
C．(M＋m)g D．Mg
B [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mg－Ff＝ma①
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：FN＝Mg＋Ff′②
由牛顿第三定律得Ff′＝Ff③
由①②③解得FN＝Mg＋0.6mg
由牛顿第三定律得底座对地面的压力大小为
FN′＝FN＝Mg＋0.6mg，方向竖直向下。故选B。]
1．(多选)下面是生活、生产中常见的事例，应用牛顿第三定律的是( )
A．小船靠划桨前进
B．帆船利用风力来航行
C．螺旋桨飞机通过螺旋桨旋转飞行
D．喷气式飞机向后喷出燃气推动飞机前进
ACD [当坐在船上的人划桨时，桨对水有向后的作用力，同时水对桨有一个反作用力向前，使得小船向前行，A正确；同理C、D正确，B错误。]
2．我国跳水运动在世界上处于领先地位。如图所示为运动员跳水前的起跳动作。下列说法正确的是( )
A．运动员蹬板的作用力大小大于板对她们的支持力大小
B．运动员蹬板的作用力大小小于板对她们的支持力大小
C．运动员所受的支持力和重力相平衡
D．运动员所受的合外力一定向上
D [运动员蹬板的作用力与板对她们的支持力是作用力和反作用力，大小相等、方向相反，A、B错；运动员起跳过程，是由静止获得速度的过程，因而有竖直向上的加速度，合外力竖直向上，运动员所受的支持力大于重力，C错，D对。]
3．下列各对力中，是相互作用力的是( )
A．悬绳对电灯的拉力和电灯的重力
B．电灯拉悬绳的力与悬绳拉电灯的力
C．悬绳拉天花板的力和电灯拉悬绳的力
D．悬绳拉天花板的力和电灯的重力
B [作用力与反作用力是两个物体之间的相互作用力，选项A、C、D都不是作用力与反作用力。]
4．(新情境题：以女孩称量体重为背景，考查牛顿第三定律)“减肥”变成了当前的时尚话题，为了保持一个“苗条”的身材，称量体重就变成了一项日常必不可少的活动。如图所示是一位女孩正在称量体重。
问题：
你能解释体重计工作的原理吗？
[解析] 对女孩进行受力分析，受重力G与体重计对她的支持力F作用，由于女孩保持静止，两者是一对平衡力，所以G＝F；另一方面，体重计给女孩支持力F的同时，女孩给体重计一个向下的压力F′作用，两者是作用力与反作用力，根据牛顿第三定律可知F＝F′；综上所述，女孩所受重力G等于她对体重计的压力F′，体重计示数就是它所受压力的大小F′，大小等于女孩重力。
[答案] 见解析
回归本节知识，自我完成以下问题：
1作用力与反作用力有什么不同点？
提示：作用在不同物体上，方向相反，作用效果不同。
2作用力与反作用力有什么相同点？
提示：大小相同，性质相同，方向共线，变化规律相同。
核心素养
学习目标
物理观念
知道力的作用是相互的，知道作用力与反作用力的概念。理解牛顿第三定律的确切含义，能用其解决简单问题。
科学思维
会用牛顿第三定律解决有关问题。会区分平衡力与作用力和反作用力。
科学探究
会通过实验探究作用力与反作用力的特点，验证牛顿第三定律，能用学过的物理术语等交流探究过程和结果。
科学态度与责任
能用牛顿第三定律正确解释日常生活中看似矛盾的现象，乐于将牛顿运动定律应用到日常生活实际中。
相
同
点
同大小
大小相同
同直线
作用在一条直线上
同时性
同时产生，同时变化，同时消失
同性质
作用力是引力，反作用力也是引力；作用力是弹力，反作用力也是弹力；作用力是摩擦力，反作用力也是摩擦力
不同点
异向
方向相反
异体
作用在不同的物体上
异效
在不同的物体上分别产生不同的作用效果，不能相互抵消，因此不能认为作用力和反作用力的合力为零
一对作用力和反作用力
一对平衡力
共同点
大小相等、方向相反，且作用在同一条直线上
不同点
作用对象
作用在两个物体上
作用在同一个物体上
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
作用在两个物体上，各自产生作用效果，故不能作为使物体平衡的条件
一对平衡力的作用效果是使物体处于平衡状态，合力为零
依赖关系
两个力一定同时产生、同时变化、同时消失，不可能单独存在
不存在依赖关系，撤除一个力时另一个力可依然存在，只是不再平衡