高中物理人教版 (2019)必修 第一册第三章 相互作用——力3 牛顿第三定律导学案

这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第一册第三章 相互作用——力3 牛顿第三定律导学案，共26页。
3　牛顿第三定律[课标引领]学业质量水平要求合格性考试1.形成初步的作用力与反作用力概念,能用牛顿第三定律解决实际生活中的相关问题。2.能够通过现代仪器,设计实验,验证牛顿第三定律的正确性选择性考试1.理解牛顿第三定律内容,会应用牛顿第三定律解释日常生活中看似矛盾的现象。2.能区分平衡力与作用力、反作用力,并通过转换对象,进行问题求解。3.能正确的对物体进行受力分析 一、作用力和反作用力1.力是物体对物体的作用。只要谈到力,就一定存在着受力物体和施力物体。2.两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称为作用力和反作用力。作用力和反作用力总是互相依赖,同时存在的。我们把其中任何一个力叫作作用力,另一个力叫作反作用力。二、牛顿第三定律以卵击石,鸡蛋“粉身碎骨”,石头却“安然无恙”。是因为鸡蛋对石头的作用力小,而石头对鸡蛋的作用力大吗?答案:不是,鸡蛋与石头相撞击时,鸡蛋对石头的力与石头对鸡蛋的力是一对作用力和反作用力。根据牛顿第三定律,这两个力是大小相等的,但是蛋壳能承受的力较小,石头能承受的力较大,故鸡蛋会破碎,石头安然无恙。1.实验探究:如图,两个弹簧测力计A、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随之改变,但两个弹簧测力计的示数总是相等,这说明作用力和反作用力大小相等,方向相反。2.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,作用在同一条直线上。三、物体受力的初步分析如图所示,一位同学用水平推力F把一块木块紧压在竖直墙上,使木块处于静止状态。请在图中画出木块所受的力。在此情境中出现了几对平衡力?答案:木块受力如图所示。有两对平衡力。木块受到的重力G和木块受到墙对它的静摩擦力F静、手推木块的力F和墙对木块的弹力FN。1.分析思路:一是根据物体运动状态的变化来分析和判断其受力情况;二是根据各种力的特点,从相互作用的角度来分析物体的受力。2.常遇到的力:重力、弹力、摩擦力。3.区分某一个力的平衡力和反作用力(1)一对平衡力:作用在同一物体上的两个力,大小相等、方向相反,作用在同一条直线上,一对平衡力不一定是同一种类的力。(2)一对作用力和反作用力:同一相互作用中的两个力,分别作用在两个物体上,且同时产生,同时消失,一定是同一种类的力。1.判断(1)物体间先有作用力,然后才有反作用力。(　×　)(2)物体对桌面的压力与桌面对物体的支持力是一对相互平衡的力。(　×　)(3)受力分析时,只分析物体受到的力。(　√　)2.如图所示,假如你在静止于水面的小船上从船头走向船尾,小船会向什么方向运动?试解释这一现象。答案:小船会沿与人运动的方向相反的方向运动。当人由静止从船头走向船尾时,人与船发生相互作用,人受到的摩擦力方向从船头指向船尾,根据牛顿第三定律,船受到摩擦力的方向从船尾指向船头。由于船受到水的阻力较小,船受到的合力方向从船尾指向船头,故船的运动方向与人的运动方向相反。3.一物体悬挂在弹簧测力计上,并处于静止状态。请证明弹簧测力计的示数等于物体受到的重力的大小。答案:弹簧测力计读数等于物体对弹簧的拉力大小。设物体对弹簧的拉力大小为F,物体受到弹簧的拉力为F′,物体受到的重力为G,物体静止时,根据二力平衡条件有F′=G。F与F′是作用力和反作用力,根据牛顿第三定律F=F′,所以F=G,即弹簧测力计的示数等于物体受到的重力的大小。探究点一　对牛顿第三定律的理解“掰腕子”是比较臂力大小的一种常见比赛。在一次“掰腕子”比赛中,甲轻松地胜了乙,那么我们就说甲对乙的力大于乙对甲的力,这种说法对吗?答案:不对;甲取胜的原因是甲对乙的力大于乙的承受能力,但是甲对乙的力与乙对甲的力大小一定相等。1.表达式:F=-F′,负号表示作用力F与反作用力F′的方向相反。2.作用力与反作用力的“四同”“三异”四同等大大小总是相等共线作用在同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 [例1] 如图所示,马拉车在水平路面上前进,下列说法正确的是(　C　)A.马对车的拉力大于车对马的拉力B.马对车的拉力小于车对马的拉力C.马对车的拉力等于车对马的拉力D.只有当马车匀速前进时,马对车的拉力才等于车对马的拉力解析:马向前拉车的力和车向后拉马的力是一对作用力与反作用力,它们总是大小相等、方向相反,与运动状态没有关系,故A、B、D错误,C正确。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。(1)与物体的大小、形状无关。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。(2)与物体的运动状态无关。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。(3)不存在先后的问题。作用力与反作用力的产生和消失总是同时的。两者中若有一个力产生或消失,则另一个力必然同时产生或消失。[针对训练1] (多选)在“探究作用力与反作用力的关系”实验中,如图甲所示,某同学用两个力传感器进行实验,通过计算机得到图乙。下列由图乙得到的实验结论中正确的是(　ABC　)A.两传感器间的作用力与反作用力大小相等B.两传感器间的作用力与反作用力方向相反C.两传感器间的作用力与反作用力同时变化D.两传感器间的作用力与反作用力作用在同一物体上解析:根据图像可知,两传感器间的作用力与反作用力总是大小相等,方向相反,故A、B正确;作用力与反作用力同时产生,同时变化,同时消失,故C正确;作用力与反作用力作用在不同的物体上,故D错误。探究点二　一对平衡力与一对作用力和反作用力的比较如图所示,放于水平面上的木块受到重力G和支持力F支的作用,木块对水平面的压力为F压。(1)重力G和支持力F支的大小、方向存在什么关系?它们分别作用在什么物体上?性质相同吗?属于一对什么力?答案:G和F支大小相等、方向相反,作用在同一物体上,都作用在木块上,二者性质不同,是一对平衡力。(2)支持力F支和压力F压的大小、方向存在什么关系?它们分别作用在什么物体上?性质相同吗?属于一对什么力?答案:F支和F压大小相等、方向相反,作用在两个不同物体上,F支作用在木块上,F压作用在水平面上,二者性质相同,是一对作用力和反作用力。　一对相互作用力与一对平衡力之间的比较 一对相互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两个力分别作用在两个物体上两个力作用在同一个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,另一个可依然存在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 [例2]一根轻绳的上端悬挂在天花板上,下端挂一灯泡,则(　C　)A.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,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。[针对训练2] (多选)2019年1月3日10时26分,我国“嫦娥四号”探测器成功着陆在月球背面南极附近的预选着陆区,人类探测器首次登陆月球背面。在着陆过程最后阶段,“嫦娥四号”开启发动机,先悬停在距月面100 m高处,再以较小速度到着陆点上方4 m处,最终关闭发动机以自由落体方式完美着陆在月面,关于该探测器从距月面上方100 m高处缓慢下降到着陆点上方4 m处的过程中,下列说法正确的是(　CD　)A.探测器受到喷射气体的反冲力与自身重力是一对相互作用力B.探测器受到喷射气体的反冲力与自身重力是一对平衡力C.探测器对喷射气体的力与喷射气体对探测器的反冲力是一对相互作用力D.探测器对喷射气体的力与喷射气体对探测器的反冲力大小相等解析:探测器受到喷射气体的反冲力的受力物体是探测器,探测器自身重力的受力物体也是探测器,不是一对相互作用力,故A错误;探测器下降的过程中没有说明运动的状态,所以探测器受到喷射气体的反冲力与自身重力不一定是一对平衡力,故B错误;探测器对喷射气体的力与喷射气体对探测器的反冲力是一对相互作用力,它们大小相等,故C、D正确。探究点三　物体的受力分析如图所示是滑雪运动员沿斜坡下滑的过程,有人说:运动员受重力、斜坡的支持力、下滑力和运动员对斜坡的压力四个力的作用,对吗?答案:不对。运动员受重力、斜坡的支持力和摩擦力,如图所示,重力产生使运动员沿斜坡向下滑的效果,不是运动员受到的力,不存在下滑力。1.受力分析:把指定物体(研究对象)在特定的物理环境中受到的所有力找出来,并画出受力示意图,这就是受力分析。2.受力分析的一般顺序一般先分析重力,然后分析弹力,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;再分析摩擦力,最后是其他力。3.受力分析常用的方法(1)整体法与隔离法 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 (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。4.受力分析的步骤[例3] 如图所示,A物体沿竖直墙自由下滑,B、C、D物体均静止,各接触面均粗糙。下列说法正确的是(　C　)A.A物体受到三个力的作用B.B物体受到四个力的作用C.C物体受到三个力的作用D.D物体受到三个力的作用解析:A物体沿竖直墙自由下滑,“自由”说明A物体与竖直墙之间没有弹力和摩擦力,因此A物体只受重力作用,故A错误;B物体处于静止状态,受到重力、弹力、摩擦力三个力的作用,故B错误;C物体受到重力和两个绳子的拉力,故C正确;D物体处于静止状态,受到重力、支持力、绳子的拉力和静摩擦力四个力的作用,故D错误。受力分析要注意的五个问题(1)研究对象的受力图,通常只画出根据性质命名的力。(2)区分内力和外力:对几个物体组成的系统进行受力分析时,这几个物体间的作用力为内力,不能在受力图中出现;当把其中的某一物体单独隔离分析时,原来的内力变成外力,要画在受力图上。(3)防止“添力”:找出各力的施力物体,若没有施力物体,则该力一定不存在。(4)防止“漏力”:严格按照重力、弹力、摩擦力、其他力的步骤进行分析是防止“漏力”的有效办法。(5)受力分析时还要密切注意物体的运动状态,运用平衡条件或牛顿运动定律判定未知力的有无及方向。[针对训练3] (多选)如图所示,在粗糙的水平面上,物体A向着弹簧运动,且使弹簧压缩,则关于物体A的受力情况,下列说法正确的是(　BD　)A.受重力、支持力、动力、摩擦力和弹簧的弹力B.受重力、支持力、摩擦力和弹簧的弹力C.弹簧的弹力是动力,而摩擦力是阻力D.弹簧的弹力和摩擦力均与物体运动方向相反解析:选取A为研究对象,对它进行受力分析可知,物体A受到重力、水平面对A的支持力及摩擦力、弹簧的弹力,故选项A错误,B正确;弹簧处于压缩状态,A受到的弹力方向向右,与运动的方向相反,所以是阻力;滑动摩擦力的方向与物体A运动的方向相反,是阻力,弹簧弹力与摩擦力的方向一致,都是水平向右的,故选项C错误,D正确。自主建构教材链接教材第64页“问题”提示:他们施加给对方的力大小相等课时作业学考基础练知识点一　对牛顿第三定律的理解1.关于牛顿第三定律,下面说法中正确的是(　C　)A.两物体间先有作用力,后有反作用力B.作用力与反作用力可以是不同性质的力C.作用力与反作用力同时产生,同时消失D.作用力与反作用力的效果相互抵消解析:作用力和反作用力具有同时性,同时产生,同时变化,同时消失,故A错误,C正确;作用力和反作用力必须是同一种性质的力,故B错误;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,故其效果不能相互抵消,故D错误。2.关于力,以下说法中正确的是(　D　)A.只有接触物体之间才可能有相互作用力B.马拉车加速前进时,马拉车的力大于车拉马的力C.地球上的物体受到重力作用,这个力没有反作用力D.作用力和反作用力产生的效果没有制约关系解析:两个不接触的物体也可以产生力,例如磁铁,故A错误;马拉车的力和车拉马的力是一对作用力与反作用力,大小相等,故B错误;重力的反作用力是物体对地球的吸引力,故C错误;作用力和反作用力虽然大小相等,方向相反,作用在同一条直线上,但它们作用在两个物体上,所产生的效果没有制约关系,故D正确。3.竹蜻蜓是一种中国传统的民间儿童玩具,流传甚广。如图所示,竹蜻蜓由竹柄和“翅膀”两部分组成。玩儿时,双手一搓竹柄,然后双手松开,竹蜻蜓就会旋转着飞上天空,过一会儿落下来。松手后,关于竹蜻蜓和空气间的相互作用力,下列说法中正确的是(　C　)A.竹蜻蜓对空气的作用力大于空气对竹蜻蜓的作用力B.竹蜻蜓对空气的作用力小于空气对竹蜻蜓的作用力C.竹蜻蜓对空气的作用力等于空气对竹蜻蜓的作用力D.竹蜻蜓对空气的作用力与空气对竹蜻蜓的作用力方向相同解析:竹蜻蜓对空气的作用力与空气对竹蜻蜓的作用力是一对作用力与反作用力,根据牛顿第三定律,它们大小相等、方向相反,故选C。4.电动平衡车,又叫体感车、思维车、摄位车等。市场上主要有独轮和双轮两类。如图,一电动平衡车突然在水平面上做加速直线运动,人对平衡车的压力大小发生变化吗?为什么?解析:根据牛顿第三定律可知,人对平衡车的压力等于平衡车对人的支持力。因人在竖直面内处于平衡状态,即平衡车对人的支持力与人受到的重力二力平衡,故人对平衡车的压力不因为平衡车的加速而变化。答案:见解析知识点二　一对平衡力与一对作用力和反作用力的比较5.如图所示,人站立在体重计上,下列说法正确的是(　B　)A.人对体重计的压力和体重计对人的支持力是一对平衡力B.人对体重计的压力和体重计对人的支持力是一对作用力和反作用力C.人所受的重力和人对体重计的压力是一对平衡力D.人所受的重力和人对体重计的压力是一对作用力和反作用力解析:人对体重计的压力和体重计对人的支持力是一对作用力和反作用力,故A错误,B正确;人所受的重力和人对体重计的压力方向相同,既不是相互作用力,也不是平衡力,故C、D错误。6.划船时,船桨向后划水,船向前运动。下列说法正确的是(　D　)A.船桨对水的力大于水对船桨的力B.船桨对水的力小于水对船桨的力C.船桨对水的力和水对船桨的力是一对平衡力D.船桨对水的力和水对船桨的力是一对作用力与反作用力解析:船桨对水的力和水对船桨的力是一对作用力与反作用力,大小相等,方向相反,作用在两个物体上,不能平衡,故D正确。7.如图所示,所受重力为G的压路机在水平路面上缓慢行驶,路面对压路机的支持力为FN,压路机对路面的压力为F压,关于G、FN、F压,下列说法正确的是(　B　)A.F压大于FNB.F压与G大小相等C.F压和FN是一对平衡力D.FN和G是一对作用力和反作用力解析:路面对压路机的支持力FN和压路机对路面的压力F压是一对作用力和反作用力,FN与G是一对平衡力,故C、D错误;又由牛顿第三定律和二力平衡条件可知,F压与FN大小相等,FN与G大小相等,故F压与G大小相等,故A错误,B正确。知识点三　物体受力的初步分析8.黑板擦被竖直悬挂着的磁性黑板紧紧吸住不动,下列说法正确的是(　A　)A.黑板擦受到四个力的作用,其中有三个力的施力物体是黑板B.黑板擦与黑板间在水平方向有一对相互作用力C.磁力和弹力是一对作用力与反作用力D.摩擦力大于重力,黑板擦才不会掉下来解析:黑板擦受到四个力,重力G,施力物体是地球;支持力FN、摩擦力Ff、磁力F,这三个力的施力物体都是磁性黑板,故A正确;黑板对黑板擦有支持力,则黑板擦对黑板有压力,这两个力是一对相互作用力;黑板对黑板擦有磁力,反过来,黑板擦对黑板有大小相等的磁力,这两个力是一对相互作用力,所以水平方向有两对相互作用力,故B错误;黑板擦所受的磁力和弹力是一对平衡力,大小相等,故C错误;只有黑板擦所受的最大静摩擦力大于等于重力,黑板擦才不会掉下来,故D错误。9.下列处于静止状态的物体的受力分析图示中,正确的是(　C　)解析:A图中小球只受两个力,重力、水平面的支持力,左侧木块对小球没有弹力,如有,小球不能保持平衡,将向右运动,故A错误;B图中物体有向右运动的趋势,所受静摩擦力向左,故B错误;C图中物体受到重力、汽车的支持力,汽车向左加速运动,物体相对汽车有向右运动的趋势,受到的静摩擦力向左,故C正确;D图中小球受到挡板和斜面的支持力,方向均垂直于接触面,故D错误。选考提升练10.人静止在地面上时,人和地球间的作用力和反作用力有(　B　)A.1对  B.2对  C.3对  D.4对解析:人静止在地面上时,受到地球对人的吸引力、支持力,人对地球的吸引力与地球对人的吸引力是一对作用力和反作用力;人对地面的压力和地面对人的支持力是一对作用力和反作用力,共有2对,故B正确。11.人在沼泽地行走容易下陷,下陷时(　B　)A.人对沼泽地地面的压力大于沼泽地地面对人的支持力B.人对沼泽地地面的压力等于沼泽地地面对人的支持力C.人对沼泽地地面的压力小于沼泽地地面对人的支持力D.人的重力等于沼泽地地面对人的支持力解析:人对沼泽地地面的压力和沼泽地地面对人的支持力是作用力与反作用力,故二力一定相等,故A、C错误,B正确;对人分析,人受到重力和支持力,由于下陷,故重力大于支持力,则人的重力大于沼泽地地面对人的支持力,故D错误。12.(多选)机场常用传送带为顾客运送行李,传送带运送行李主要有水平运送和沿斜面运送两种形式,如图所示,a为水平传送带,b为倾斜传送带。当行李随传送带一起匀速运动时,下列判断正确的是(　AC　)A.a情形中的行李受到重力、支持力B.a情形中的行李受到重力、支持力和摩擦力作用C.b情形中的行李受到重力、支持力和摩擦力作用D.b情形中的行李所受支持力与重力是一对平衡力解析:因为行李匀速运动,所以a情形中行李只受重力和支持力,A正确,B错误;b情形中行李除受竖直向下的重力和垂直传送带斜向上的支持力外,还必须受到一个沿传送带向上的静摩擦力作用,C正确,D错误。13.(多选)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,则下列说法中正确的是(　BD　)A.甲对乙的拉力大小大于乙对甲的拉力大小,所以甲获胜B.当甲把乙匀速拉过去时,甲对乙的拉力大小等于乙对甲的拉力大小C.当甲把乙加速拉过去时,甲对乙的拉力大小大于乙对甲的拉力大小D.甲对乙的拉力大小始终等于乙对甲的拉力大小,只是地面对甲的摩擦力大于地面对乙的摩擦力,所以甲获胜解析:甲拉乙的力与乙拉甲的力是一对作用力与反作用力,大小相等;即不管哪个获胜,甲对乙的拉力大小始终等于乙对甲的拉力大小,只是地面对甲的摩擦力大于地面对乙的摩擦力,所以甲才能获胜,故A、C错误,B、D正确。14.画出如图中物体A所受力的示意图,并写出力的名称和施力物体:(1)物体A静止,接触面光滑;(2)A沿固定粗糙斜面上滑;(3)A沿粗糙水平面滑行;(4)接触面光滑,A静止。解析:(1)物体A受重力G、推力F、地面的支持力FN、墙壁对A向左的弹力FN′,施力物体分别是地球、推A的物体、地面、墙壁。(2)物体A受竖直向下的重力G、垂直于斜面向上的支持力FN、沿斜面向下的滑动摩擦力Ff,施力物体分别是地球、斜面、斜面。(3)物体A受重力G、支持力FN、滑动摩擦力Ff,施力物体分别是地球、水平面、水平面。(4)物体A受重力G、拉力FT、弹力FN,施力物体分别是地球、绳子、墙壁。答案:见解析15.建筑工人用如图所示的定滑轮装置运送建筑材料。质量为70.0 kg的工人站在地面上,通过定滑轮将20.0 kg的建筑材料以2 m/s的速度匀速拉升,忽略绳子和定滑轮的质量及定滑轮的摩擦,则工人对地面的压力大小为多少?(g取10 m/s2)解析:对建筑材料进行受力分析,根据二力平衡的条件有F=mg解得绳子的拉力大小F=200 N,然后对工人进行受力分析,由平衡条件得Mg=F+FN,解得地面对工人的支持力FN=500 N,根据牛顿第三定律可知,工人对地面的压力大小为500 N。答案:500 N