1、第四节第四节 牛顿第三定律牛顿第三定律 学习目标 1.理解作用力与反作用力的概念，知道一对作用力与反作用力和一对平衡力的区别.2.理解牛顿 第三定律，并会用其解决简单问题. 一、作用力与反作用力 1.力是物体与物体之间的相互作用.只要有力，就一定存在受力物体和施力物体. 2.两个物体之间的作用力总是相互的，两个物体间的这种相互作用力称为作用力与反作用力. 二、探究作用力与反作用力的关系 1.实验 1：如图 1，无论是单独拉弹簧测力计甲还是相互对拉弹簧测力计甲和乙，都能观察到二者的指针同 时移动，稳定后两者指针示数相同，这说明作用力与反作用力大小相等. 图 1 2.实验 2：如图 2，磁针 A
2、和磁针 B 受力在同一直线上且方向相反，这说明它们之间的作用力与反作用力方 向相反，作用在同一直线上. 图 2 3.实验 3：如图 3，两条图线关于横轴对称，说明两力传感器之间作用力总是大小相等、方向相反. 图 3 三、牛顿第三定律的表述 1.牛顿第三定律：两个物体之间的作用力 F 和反作用力 F总是大小相等、方向相反，作用在同一条直线上. 2.条件： 两物体无论接触与否， 也无论是运动还是静止， 两物体间的作用力与反作用力都遵循牛顿第三定律. 3.对牛顿第三定律的理解：作用力与反作用力分别作用在两个不同的物体上，它们同时产生、同时消失，是 同种性质的力. 判断下列说法的正误. (1)物体间可
3、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)物体间先有作用力，然后才有反作用力.( ) (4)物体间的作用力和反作用力等大、反向，可以抵消.( ) (5)物块静止放在水平桌面上，物块所受重力和桌面对物块的支持力是一对相互作用力.( ) 一、对牛顿第三定律的理解 导学探究 成语“以卵击石”是指拿蛋去碰石头，比喻不自量力，自取灭亡. (1)以卵击石时，卵对石头的作用力大，还是石头对卵的作用力大？ (2)为什么会出现卵碎石全的不同效果？ 答案 (1)以卵击石时，卵对石头的作用力与石头对卵的作用力是一对作用力和反作用力，根据牛顿第三定 律可知，两个
4、力等大、反向； (2)虽然卵对石头的作用力与石头对卵的作用力等大，但由于两者能承受的最大外力不同，所以会出现不同 的作用效果. 知识深化 1.作用力和反作用力的三个性质 2.作用力和反作用力的四个特征 等值 作用力和反作用力大小总是相等的 反向 作用力和反作用力方向总是相反的 共线 作用力和反作用力总是作用在同一条直线上 同性质 作用力和反作用力总是同一种类的力(即同一性质的力) 如图 4 所示，一匹马拉着车前行，关于马拉车的力和车拉马的力的大小关系，下列说法中正确的是 ( ) 图 4 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
5、 D.减速运动时，马拉车的力小于车拉马的力 答案 B 解析 马向前拉车的力和车向后拉马的力是一对作用力和反作用力，它们总是大小相等、方向相反、作用 在同一条直线上，与运动状态无关.加速运动或者减速运动时，马向前拉车的力都等于车向后拉马的力，故 A、C、D 错误，B 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，作用力和反作用力的关系都成立. (1)不管物体的大小、形状如何，两物体间作用力和反作用力总是大小相等、方向相反. (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 力和反作用力总是大小相等、方向相反
6、. (3)作用力和反作用力的产生和消失总是同时的. 针对训练 1 越野滑雪是冬奥会比赛项目之一，如图 5 为运动员在训练中的照片，运动员在赛道上滑行时， 关于滑雪板与赛道之间的相互作用力，下列说法正确的是( ) 图 5 A.滑雪板对赛道的作用力大于赛道对滑雪板的作用力 B.滑雪板对赛道的作用力小于赛道对滑雪板的作用力 C.滑雪板对赛道的作用力与赛道对滑雪板的作用力大小相等 D.滑雪板对赛道的作用力与赛道对滑雪板的作用力方向相同 答案 C 解析 滑雪板对赛道的作用力与赛道对滑雪板的作用力是一对作用力与反作用力，二者大小相等，方向相 反，故 C 正确，A、B、D 错误. 二、一对相互作用力与一对平
7、衡力的比较 导学探究 如图 6 所示，牧童沿水平方向拉牛，但没有拉动. 图 6 (1)牛受到几个力的作用？画出牛受力的示意图. (2)牛受到的几个力中，哪些是一对平衡力？ (3)指出牛受到的几个力的反作用力. 答案 (1)牛受到重力 G、 地面对牛的支持力 FN、 绳对牛的拉力 F 和地面对牛的静摩擦力 f， 共四个力作用， 受力示意图如图所示； (2)牛受到的重力 G 和地面对牛的支持力 FN是一对平衡力； 绳对牛的拉力 F 和地面对牛的静摩擦力 f 是一对 平衡力； (3)牛受到重力 G 的反作用力是牛对地球的吸引力； 地面对牛的支持力 FN的反作用力是牛对地面的压力； 绳 对牛的拉力 F
8、 的反作用力是牛对绳的拉力；地面对牛的静摩擦力 f 的反作用力是牛对地面的静摩擦力. 知识深化 一对作用力和反作用力与一对平衡力的比较 内容 比较 一对作用力和反作用力 一对平衡力 不 同 点 作用对象 两个相互作用的物体 同一物体 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、作用在同一条直线上 深度思考 马拉着车向前加速运动
9、，能否说明马先对车施加拉力，然后车才对马有拉力作用？车加速前进 能否说明马对车的拉力大于车对马的拉力？ 答案 都不能，因为作用力与反作用力具有同时性和等大性，与物体的受力情况、运动情况都无关. (多选)(2020 北京市朝阳区期末)如图 7 所示，电灯吊在天花板上，下列关于力的说法中，正确的是 ( ) 图 7 A.灯对悬线的拉力与灯受到的重力是一对平衡力 B.灯对悬线的拉力与悬线对灯的拉力是一对作用力与反作用力 C.灯受到的重力与悬线对灯的拉力是一对平衡力 D.灯受到的重力与悬线对天花板的拉力是一对作用力与反作用力 答案 BC 解析 灯对悬线的拉力与灯受到的重力作用在不同物体上，不是一对平衡力
10、，选项 A 错误；灯对悬线的拉 力与悬线对灯的拉力是一对相互作用力，选项 B 正确；灯受到的重力与悬线对灯的拉力是一对平衡力，选 项 C 正确；灯受到的重力与悬线对天花板的拉力作用在不同物体上，方向均向下不是一对相互作用力，选 项 D 错误. 特别提醒 区分一对作用力和反作用力与一对平衡力的关键是：一看研究对象；二看依存关系. 针对训练 2 如图 8 所示，物体静止于水平桌面上，则( ) 图 8 A.桌面对物体的支持力的大小等于物体的重力，这两个力是一对平衡力 B.物体所受的重力和桌面对它的支持力是一对作用力与反作用力 C.物体对桌面的压力就是物体的重力，这两个力是同一种力 D.物体对桌面的压
11、力和桌面对物体的支持力是一对平衡力 答案 A 解析 物体的重力是作用在物体上的力，支持力也是作用在这个物体上的力，这两个力大小相等、方向相 反，且作用在同一直线上，所以这两个力是一对平衡力，故 A 正确，B 错误；压力不是重力，它们的施力 物体、受力物体、作用点都不相同，故 C 错误；物体对桌面的压力与桌面对物体的支持力是一对作用力与 反作用力，不是平衡力，故 D 错误. 三、牛顿第三定律的综合应用 牛顿第三定律是转换研究对象的桥梁. 牛顿第三定律在受力分析、处理连接体问题中都有广泛的应用.当某个力不方便直接分析或求解时，可利用 牛顿第三定律转换研究对象，通过分析或求解反作用力，从而快捷地解决
12、问题. 如图 9 为马戏团中猴子爬杆的装置，已知底座连同竖直杆总质量为 20 kg，猴子质量为 5 kg，现让 猴子沿杆以 1 m/s2的加速度从杆底部加速向上爬，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) 图 9 答案 255 N 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 Fmgma，得 Fm(ga)55 N，根据牛顿第三定律知，猴子对杆向下的力 FF55 N， 所以水平面对底座的支持力为 FNFMg255 N，由牛顿第三定律知底座对水平面的压力大小为 FN FN255 N. 针对训练 3 如图 10 所示为杂技“顶杆”表演，一人站在地上，肩上为一质量为 M 的竖直杆，当杆上一质 量为 m 的人以加速度 a 加速下滑时，杆对“底人”的压力大小为(重力加速度为 g)( ) 图 10 A.(Mm)g B.(Mm)gma C.(Mm)gma D.(Mm)g 答案 B 解析 对杆上的人受力分析，根据牛顿第二定律得：mgfma，解得 fmgma，则人对杆的摩擦力大小 为：ffmgma，对杆受力分析，根据共点力平衡得：FNMgf(Mm)gma，由牛顿第三定律 知，杆对“底人”的压力大小 FNFN(Mm)gma，故 B 正确，A、C、D 错误.