鲁科版 (2019)必修 第一册第4节 牛顿第三运动定律导学案

这是一份鲁科版 (2019)必修 第一册第4节 牛顿第三运动定律导学案，共14页。




[学生用书P99]





一、作用力与反作用力


物体间的一对相互作用力，叫做作用力和反作用力．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．


二、牛顿第三运动定律


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，负号表示两个力方向相反．





思维辨析


(1)作用力与反作用力可以作用在同一物体上．( )


(2)作用力与反作用力的作用效果不能抵消．( )


(3)作用力和反作用力总是大小相等，方向相反．( )


(4)人走在松软的土地上下陷时，人对地面的压力大于地面对人的支持力．( )


(5)作用力和反作用力同时产生、变化、消失，不分先后．( )


提示：(1)× (2)√ (3)√ (4)× (5)√


基础理解


拔河比赛时，甲队胜了乙队，是不是甲对绳的拉力大于乙对绳的拉力呢？甲队胜利的原因是什么？


提示：不是 无论哪队胜，甲对绳的拉力大小都等于乙对绳的拉力大小．甲队胜是因为地面对甲的摩擦力大于地面对乙的摩擦力．





对牛顿第三运动定律的理解[学生用书P100]


问题导引


1．如图所示，两个弹簧测力计对拉，它们的读数相等吗？彼此间的拉力方向有什么关系？





2．马拉车前进，此时马拉车的力是否大于车拉马的力？二者的方向有什么关系？





[要点提示] 1.大小相等，方向相反且在同一条直线上．


2．否．马拉车的力等于车拉马的力．方向相反且在同一条直线上．


【核心深化】


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”








关键能力1 对作用力与反作用力的理解


关于物体间的作用力和反作用力，下列说法正确的是( )


A．只有两物体质量相等时它们间的作用力和反作用力大小才相等


B．作用力和反作用力的作用效果可相互抵消


C．作用力和反作用力可以不同时产生


D．作用力和反作用力的方向一定相反


[解析] 作用力与反作用力大小相等、方向相反、作用在两个物体上、同时产生、同时消失．由上述描述知D对．


[答案] D


关键能力2 对牛顿第三运动定律的理解





如图所示，甲、乙两人在冰面上“拔河”．两人中间位置处有一分界线，约定先使对方过分界线者为赢．若绳子质量不计，冰面可看成光滑，则下列说法中正确的是( )


A．甲对绳的拉力与绳对甲的拉力是一对平衡力


B．甲对绳的拉力与乙对绳的拉力是作用力与反作用力


C．若甲的质量比乙大，则甲能赢得“拔河”比赛的胜利


D．若乙收绳的速度比甲快，则乙能赢得“拔河”比赛的胜利


[思路点拨] 该拔河比赛中取胜的关键是看谁的加速度小，加速度小者在相同时间内通过的位移小．


[解析] 甲对绳的拉力与绳对甲的拉力是作用力与反作用力，故选项A错误；甲对绳的拉力与乙对绳的拉力作用在同一物体上，不是作用力与反作用力，故选项B错误；设绳子的张力为F，则甲、乙两人受到绳子的拉力大小相等，均为F，若m甲>m乙，则由a＝eq \f(F,m)得，a甲

[答案] C


eq \a\vs4\al()


正确理解牛顿第三运动定律中“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，其相互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，其相互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．


关键能力3 牛顿第三运动定律的应用





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 kg的工人站在地面上，通过定滑轮将20 kg的建筑材料以0.5 m/s2的加速度拉升，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(g取10 m/s2)( )


A．510 N B．490 N


C．890 N D．910 N


[思路点拨] 解此题可按以下思路：


(1)对建筑材料受力分析，应用牛顿第二定律列方程求绳子拉力．


(2)对工人受力分析，由平衡条件列方程，并结合牛顿第三定律求人对地面的压力．





[解析] 对工人和建筑材料分别受力分析如图所示，F1为绳拉建筑材料的力，F2为地面对工人的支持力，F′1为绳对工人的拉力，mg、Mg分别为建筑材料和工人的重力．


由牛顿第二定律得F1－mg＝ma，①


由平衡条件得F2＋F′1＝Mg，②


结合牛顿第三定律得F1＝F′1，③


联立①②③式并代入数据解得F2＝490 N.


由牛顿第三定律得，工人对地面的压力大小为490 N，故选B.


[答案] B


【达标练习】





1．关于马拉车的下列说法正确的是( )


A．马拉车不动，是因为马拉车的力小于车拉马的力


B．马拉车前进，是因为马拉车的力大于车拉马的力


C．不论车如何运动，马拉车的力大小总等于车拉马的力


D．只有当马拉车不动或马拉车匀速前进时，马拉车的力大小才等于车拉马的力


解析：选C.马拉车时，不论车如何运动，马拉车的力与车拉马的力都是一对相互作用力，二者总是大小相等的，故选项C正确，A、B、D错误．


2.





(2019·吉林高一期末)李娜是我国著名的网球运动员，如图所示是李娜比赛中击球一瞬间的图片，她在用网球拍打击飞过来的网球时，网球拍打击网球的力( )


A．比球撞击拍的力产生得迟


B．与球撞击球拍的力同时产生


C．比球撞击球拍的力大得多


D．比球撞击球拍的力稍小些


解析：选B.用网球拍打击飞过来的网球过程中，网球拍打击网球的力与球撞击球拍的力是一对作用力与反作用力，根据牛顿第三运动定律得知，两个力是同时产生的，大小相等，方向相反，故B正确，A、C、D错误．


3.





(2019·江西新余高一模拟)家用吊扇对悬挂点有拉力作用，在正常转动时吊扇对悬挂点的拉力与它不转动相比( )


A．变大 B．变小


C．不变 D．无法判断


解析：选B.因为正常转动时，风扇对空气有一个向下的力，根据作用力与反作用力，空气对风扇有一个向上的力，因为风扇在竖直方向是静止的，所以合力为0；在风扇不转时，G＝F拉，在风扇转动时，G＝F′拉＋F空气，因为G是不变的，所以F′拉

相互作用力与平衡力的比较[学生用书P101]


问题导引


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？


(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？


[要点提示] (1)G和F支大小相等、方向相反，作用在同一物体上，二者性质不同，是一对平衡力．


(2)F支和F压大小相等、方向相反，作用在两个不同物体上，二者性质相同，是一对作用力和反作用力．


【核心深化】


对作用力、反作用力和一对平衡力的比较


(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．水平力F跟墙壁对物体的压力是一对作用力与反作用力


B．物体的重力跟墙壁对物体的静摩擦力是一对平衡力


C．水平力F与物体对墙壁的压力是一对作用力与反作用力


D．物体对墙壁的压力与墙壁对物体的压力是一对作用力与反作用力


[思路点拨] 本题考查对平衡力和作用力与反作用力的概念的理解，以及它们之间的区别和联系，掌握它们之间的关系是处理本题的关键．


[解析] 水平力F跟墙壁对物体的压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，选项A错误；水平力F作用在物体上，而物体对墙壁的压力作用在墙壁上，这两个力既不是平衡力，也不是相互作用力，选项C错误；物体在竖直方向上受竖直向下的重力以及墙壁对物体竖直向上的静摩擦力，由于物体处于静止状态，故这两个力是一对平衡力，选项B正确；物体对墙壁的压力与墙壁对物体的压力是两个物体间的相互作用力，是一对作用力与反作用力，选项D正确．


[答案] BD


eq \a\vs4\al()


区分作用力、反作用力与平衡力的技巧


判断一对力是否是作用力和反作用力，主要看两个方面：一是看作用点，作用力和反作用力应分别作用在相互作用的两个物体上；二是看产生的原因，作用力和反作用力是由于相互作用而产生的，一定是同一种性质的力．


(2019·江苏泰州高一期末)磁性黑板擦吸附在竖直的黑板平面上静止不动时，黑板擦受到的磁力( )


A．小于它受到的弹力


B．大于它受到的弹力


C．与它受到的弹力是一对作用力与反作用力


D．与它受到的弹力是一对平衡力


解析：选D.黑板擦由于受到黑板的磁力而使彼此产生了弹力形变，产生了弹力；由二力平衡可知，磁力应等于黑板对黑板擦的弹力，故磁力与弹力为平衡力，A、B错误，D正确；作用力与反作用力是同种性质的力，黑板擦对黑板的弹力与黑板对黑板擦的弹力是作用力与反作用力，故C错误．





[随堂检测][学生用书P102]


1．(多选)(2019·哈尔滨高一检测)关于作用力与反作用力，下列说法正确的是( )


A．作用力与反作用力总是大小相等，方向相反，因而合力为零


B．作用力与反作用力是同一性质的力


C．因为地球质量大于物体质量，所以地球对物体的作用力大于物体对地球的反作用力


D．作用力与反作用力是同时产生，同时消失


解析：选BD.作用力与反作用力作用在两个物体上，不能求合力；作用力与反作用力总是大小相等、方向相反，同时产生，同时变化，同时消失，性质相同，故选项B、D正确，选项A、C错误．


2．(2019·上海市六校联考)如图所示，两车厢的质量相同，其中一个车厢内有一人拉动绳子使两车厢相互靠近，若不计绳子质量及车厢与轨道间的摩擦，下列对于哪个车厢里有人的判断是正确的( )





A．绳子的拉力较大的那一端车厢里有人


B．先开始运动的车厢里有人


C．后到达两车中点的车厢里有人


D．不去称量质量无法确定哪个车厢有人


解析：选C.根据牛顿第三运动定律，两车之间的拉力大小相等，故A错误；有拉力后，两车同时受到拉力，同时开始运动，故B错误；两车之间的拉力大小相等，根据牛顿第二定律，总质量大，加速度小，由s＝eq \f(1,2)at2，相同时间内位移小，后到达中点，即后到达两车中点的车厢里有人，故C正确，D错误．


3．如图所示，一个箱子放在水平地面上，箱内有一固定的竖直杆，在杆上套着一个环，箱和杆总质量是M，环的质量为m，已知环沿着杆加速下滑，环与杆间的摩擦力大小为Ff，则此时箱子对地面的压力为( )





A．Mg B．(M＋m)g


C．(M＋m)g－Ff D．Mg＋Ff


解析：选D.取箱子为研究对象，它受向下的重力Mg、环给它向下的摩擦力Ff和地面的支持力FN三个力的作用而平衡，FN＝Mg＋Ff，由牛顿第三运动定律知，箱子对地面的压力大小F′N＝FN＝Mg＋Ff，D正确．


4．利用牛顿第三运动定律，有人设计了一种交通工具，在平板车上装了一个电风扇，风扇运转时吹出的风全部打到竖直固定在小车中间的风帆上，靠风帆受力而向前运动，如图所示．对于这种设计，下列分析中正确的是( )





A．根据牛顿第二运动定律，这种设计能使小车运行


B．根据牛顿第三运动定律，这种设计能使小车运行


C．这种设计不能使小车运行，因为它违反了牛顿第二运动定律


D．这种设计不能使小车运行，因为它违反了牛顿第三运动定律


解析：选D.风扇吹出的风吹到风帆上时，根据牛顿第三运动定律，风会给风扇一个反作用力，因此对于整个装置而言，作用力和反作用力是内力，小车不会运动，故选D.


[课时作业][学生用书P151(单独成册)]


一、单项选择题


1．(2019·汕头高一检测)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，平衡力的性质却不一定相同


C．两个物体相碰时，由于作用力和反作用力大小相等，两物体损坏的程度一定相同


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


解析：选B.作用力与反作用力作用在两个不同的物体上，作用效果不能抵消，A错误；作用力与反作用力具有同时性、性质相同的特点，平衡力不一定具备这些特点，B正确，D错误；不同的物体受到相同大小的力产生的效果不一定相同，故C错误．


2．一物体受绳的拉力作用由静止开始前进，先做加速运动，然后改做匀速运动，最后做减速运动，则下列说法中正确的是( )


A．加速前进时，绳拉物体的力大于物体拉绳的力


B．减速前进时，绳拉物体的力小于物体拉绳的力


C．只有匀速前进时，绳拉物体的力与物体拉绳的力大小相等


D．不管物体如何前进，绳拉物体的力与物体拉绳的力大小总相等


解析：选D.绳拉物体的力与物体拉绳的力是一对作用力与反作用力的关系，不论物体处于什么状态，两者大小总是相等，物体处于匀速、加速、减速状态是由受到的拉力和摩擦力的大小关系决定的，故D对．





3．(2019·浙江嘉兴高一期末)2018年11月16日第五届世界互联网大会在乌镇开幕，同时全球首个机器人智能停车场落户乌镇，该智能泊车机器人可完成2 000 kg汽车的升举、搬运、旋转、下放，2分钟帮你停好车，停车时驾驶员将车开入车库交互区，感应器辅助驾驶员将车准确停放在车架上，智能停车系统为泊车机器人规划泊车位置并规划最优路径，泊车机器人水平托起车辆后由交互区驶出进行车辆停泊，如图所示，在泊车机器人水平托起车辆做匀速直线运动的过程中，下列说法正确的是( )


A．汽车受到与运动方向相反的静摩擦力作用


B．汽车受到的重力与支持力是作用力与反作用力


C．汽车受到的支持力大于重力


D．汽车所受合力为零


解析：选D.泊车机器人水平托起车辆做匀速直线运动的过程中，加速度为零，合外力为零，水平方向不受摩擦力，故A错误，D正确；汽车竖直方向受力平衡，汽车受到的重力与支持力是一对平衡力，大小相等，方向相反，故B、C错误．


4．(2019·福州高一检测)《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，A、B、D错误．


5．在滑冰场上，甲、乙两个小孩分别坐在滑冰板上，原来静止，在相互猛推一下后，他们分别向相反的方向运动．假定两板与冰面间的动摩擦因数相同．已知甲的质量小于乙的质量，则( )


A．在推的过程中，甲推乙的力小于乙推甲的力


B．在推的过程中，甲推乙的时间小于乙推甲的时间


C．在分开后，甲的加速度的大小小于乙的加速度的大小


D．在分开后，甲在冰面上滑行的距离比乙在冰面上滑行的距离远


解析：选D.根据牛顿第三运动定律可知，甲推乙的力和乙推甲的力大小相等，作用时间也相等，选项A、B错误；由于两板与冰面间的动摩擦因数相同，由μmg＝ma得a＝μg，所以分开后甲、乙的加速度大小相等，选项C错误；由于甲的质量小，相互作用时甲所受的合力一直大于乙所受的合力，所以分开时甲的速率大于乙的速率，并且分开后甲、乙的加速度大小相等，由v2＝2ax得，分开后甲滑行的距离比乙滑行的距离远，选项D正确．


6．(2019·江苏启东中学质检)在春天，河水边上的湿地是松软的，人在这些湿地上行走时很容易下陷，此时( )


A．人对湿地地面的压力大于湿地地面对人的支持力


B．人对湿地地面的压力等于湿地地面对人的支持力


C．人对湿地地面的压力小于湿地地面对人的支持力


D．无法确定


解析：选B.人对湿地地面的压力和湿地地面对人的支持力是一对作用力和反作用力，故大小相等，选项B正确．


二、多项选择题


7．(2019·德州高一检测)关于作用力与反作用力，下列说法正确的是( )


A．作用力是摩擦力，反作用力可能是弹力


B．作用力是弹力，反作用力可能是摩擦力


C．作用力是摩擦力，反作用力一定是摩擦力


D．作用力是弹力，反作用力一定是弹力


解析：选CD.作用力与反作用力的性质相同，摩擦力的反作用力也是摩擦力，弹力的反作用力也是弹力，故C、D正确，A、B错误．


8．如图所示，把一本书放在水平桌面上保持静止，下列说法中正确的是( )





A．书对桌面的压力是弹力，是由于桌面发生形变而产生的


B．书对桌面的压力在数值上等于书受到的重力


C．书保持静止是由于书对桌面的压力与桌面对书的支持力是一对平衡力


D．书对桌面的压力与桌面对书的支持力是一对作用力和反作用力


解析：选BD.书对桌面的压力是弹力，是由于书发生形变而产生的，选项A错误；书对桌面的压力在数值上等于书受到的重力，选项B正确；书保持静止是由于书的重力与桌面对书的支持力是一对平衡力，选项C错误；书对桌面的压力与桌面对书的支持力是一对作用力和反作用力，选项D正确．


9．如图所示，小车放在水平地面上，甲、乙二人用力向相反方向拉小车，不计小车与地面之间的摩擦力，下列说法正确的是( )





A．甲拉小车的力和乙拉小车的力是一对作用力和反作用力


B．小车静止时甲拉小车的力和乙拉小车的力是一对平衡力


C．若小车加速向右运动，小车拉甲的力等于甲拉小车的力


D．若小车加速向右运动，乙拉小车的力大于小车拉乙的力


解析：选BC.甲拉小车的力和乙拉小车的力作用在同一物体上，不是作用力和反作用力，A错误；不计小车与地面之间的摩擦力，小车静止时受到两个拉力而处于平衡状态，这两个拉力是一对平衡力，B正确；小车拉甲的力跟甲拉小车的力是作用力和反作用力，两力大小是相等的，C正确；同理，D错误．





10．如图所示，足球场上，足球受到运动员头部的作用力改变了足球的运动方向，运动员的头部受到了足球的作用力，感到疼痛．关于这两个力的说法正确的是( )


A．运动员对足球的作用力大于足球对运动员的作用力


B．这两个力为作用力与反作用力


C．运动员对足球的作用力比足球对运动员的作用力更早产生


D．这两个力一定会同时消失


解析：选BD.运动员对足球的作用力与足球对运动员的作用力是作用力与反作用力，总是大小相等、方向相反、同时产生、同时消失，故A、C错误，B、D正确．


三、非选择题





11．如图所示，一个质量为m＝2 kg的均匀小球，放在倾角θ＝37°的光滑斜面上．若球被与斜面垂直的光滑挡板挡住，处于平衡状态．求小球对挡板和斜面的压力．(g＝10 m/s2，sin 37°＝0.6，cs 37°＝0.8)


解析：对小球进行受力分析，设挡板和斜面对小球的支持力分别为FN1、FN2，则


FN1＝mgsin θ＝12 N


FN2＝mgcs θ＝16 N


根据牛顿第三运动定律可知挡板和斜面对小球的支持力与小球对挡板和斜面的压力大小相等、方向相反，则


F′N1＝FN1＝12 N，方向垂直于挡板向下，


F′N2＝FN2＝16 N，方向垂直于斜面向下．


答案：12 N，垂直于挡板向下 16 N，垂直于斜面向下





12．如图所示为马戏团中猴子爬杆的装置．已知底座连同直杆总质量为20 kg，猴子质量为5 kg，现让猴子沿杆以1 m/s2的加速度从杆底部向上爬，设猴子与杆之间的作用力为恒力，则底座对水平面的压力为多大？(g取10 m/s2)


解析：设猴子质量为m，杆及底座总质量为M，猴子向上加速爬时受到沿杆向上的力为F，对猴子由牛顿第二定律得F－mg＝ma，得F＝m(g＋a)＝55 N，根据牛顿第三运动定律知，猴子对杆向下的力F′＝F＝55 N，所以底座对水平面的压力为FN＝F′＋Mg＝255 N.


答案：255 N





学习目标
核心素养形成脉络
1.知道力的作用是相互的，并了解作用力、反作用力的概念．


2．理解牛顿第三运动定律的含义．


3．会用牛顿第三运动定律解决简单问题．


4．会区分平衡力和作用力与反作用力．
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
一对作用力与反作用力
一对平衡力
作用对象
两个力分别作用在不同的物体上
两个力作用在同一物体上
涉及物体
两个力涉及两个物体
两个力涉及三个物体
叠加特点
不可以求合力，两个力的作用效果不能抵消，不可叠加
可以求合力，且合力一定为零，两个力的作用效果相互抵消，可叠加
力的性质
两个力的性质一定相同
两个力的性质不一定相同
作用效果
两个力的作用效果各自独立，分别表现在相互作用的两个物体上
两个力共同作用的效果是使物体处于平衡状态
依赖关系
两个力一定同时产生、同时变化、同时消失，不可单独存在
一个力的产生、变化、消失不一定影响另一个力，不存在依赖关系
共同点
大小相等，方向相反，作用在同一条直线上