1、第第 4 4 节节 牛顿第三运动定律牛顿第三运动定律 学习目标要求 核心素养和关键能力 1.能区分一对平衡力与相互作用力。 2.理解牛顿第三运动定律的内容，能用牛顿 第三运动定律解释生产生活中的相关现象， 解决一些实际问题。 3.能根据作用力与反作用力的定义设计实 验，探究作用力与反作用力的大小、方向的 关系。 1.科学思维 综合应用牛顿第二运动定律和牛顿 第三运动定律对动力学问题进行分 析和推理，获得结论。能利用牛顿 运动定律的相关证据表达自己的观 点。 2.关键能力 分析推理能力。 一、作用力与反作用力 作用力与反作用力：一个物体对另一个物体施加作用力，这个物体同时也受到另 一个物体对它产
2、生的作用力。把物体间的这一对相互作用力，称为作用力与反作 用力。其中任意一个力称为作用力，另一个力则称为反作用力。作用力和反作用 力总是相互依赖、同时存在的。 【判一判】 (1)有的力可能只有受力物体，没有施力物体。() (2)两个物体只有接触才存在作用力和反作用力。() (3)物体间不可能只有作用力，而没有反作用力。() (4)先有作用力，然后才有反作用力。() 二、牛顿第三运动定律及其意义 牛顿第三运动定律 (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：FF。 (3)意义： 揭示了物体之间相互作用的规律， 使人们不仅可研究单个物体的运动
3、， 还可以把存在相互作用的各个物体的运动联系起来进行研究。 【想一想】 成语“以卵击石”是指拿蛋去碰石头。比喻不自量力，自取灭亡。那么是否蛋对 石头的力小于石头对蛋的力？ 答案 不是， 以卵击石时， 卵与石之间的力是一对作用力与反作用力， 大小相等， 只是作用效果不同而已。 【判一判】 (1)作用力与反作用力总是大小相等、方向相反。() (2)一对作用力与反作用力的性质可以不同。() (3)一对作用力与反作用力的合力为零。() 探究 1 牛顿第三运动定律的理解及应用 情境导入 如图所示，两个弹簧测力计对拉，它们的读数相等吗？ 答案 相等 归纳拓展 1牛顿第三运动定律表达式：FF，式中的“”号表
4、示作用力与反作用力 方向相反。 2牛顿第三运动定律的重要意义 牛顿第三运动定律全面揭示了作用力和反作用力的关系， 可归纳为三个性质和四 个特征。 (1)三个性质 (2)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在同一条直线上 同性质 作用力和反作用力性质总是相同的 温馨提示 牛顿第三运动定律中的“大小相等， 方向相反”表现在以下三个方面 (1)与物体的种类、大小和形状无关。 (2)与物体的运动状态无关。 (3)与另一个物体受不受其他力无关。 【例 1】 关于牛顿第三运动定律，下面说法中正确的是( ) A两物体间先有作用力，后
5、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合力等于零 答案 C 解析 牛顿第三运动定律告诉我们相互作用力具有等大、反向、共线，但作用于 两个物体上的特点，并且作用力与反作用力一定同时变化且为同种性质的力。因 此上述选项中正确的只有 C。 【针对训练 1】 (2021 浙江高一月考)如图甲所示，某同学做“探究作用力与反 作用力的关系”实验，手握住力传感器 1，使传感器 1 拉动传感器 2 及小车。电 脑屏幕显示 F1、F2的图像如图乙所示，下列说法正确的是( ) A图像显示的是一对平衡力的关系 B图像显示的是一对相互作用力的关系
6、C小车只有做匀速直线运动时才能得到该图像 D小车做加速运动时，一定有 F1F2 答案 B 解析 根据图线可以得出的结论是这两个力总是大小相等，方向相反，由于它们 分别作用在传感器 1 和传感器 2 两个物体上，所以是一对作用力与反作用力，故 A 错误，B 正确；分别作用在传感器 1 和传感器 2 两个物体上的两个力与小车的 运动无关，这两个力总是大小相等，故 C、D 错误。 探究 2 作用力与反作用力的理解以及和一对平衡力的比较 情境导入 如图所示，在水平桌面上放置一个重为 G 的茶杯，试分析茶杯受到哪几个力的 作用？这几个力的反作用力分别是什么力？这几个力中哪些力是平衡力？ 答案 茶杯受到重
7、力 G 和桌面对它的支持力 N 这两个力的作用。重力 G 的反作 用力是茶杯对地球的吸引力，支持力 N 的反作用力是茶杯对桌面的压力。茶杯 受到的重力 G 和桌面对茶杯的支持力 N 是一对平衡力。 归纳拓展 1对作用力与反作用力的理解 (1)只要有力发生，就一定有受力物体和施力物体。 (2)物体间力的作用是相互的，说明力是成对出现的。 (3)作用力与反作用力是相对的，如果定义其中一个力是作用力，则另一个力就 是反作用力。 2作用力与反作用力和一对平衡力的比较 作用力与反作用力 一对平衡力 共同点 大小相等，方向相反，作用在同一直线上 不 同 作用对象 作用在两个物体上 作用在同一个物体上 作用
8、时间 同时产生，同时变化，同时消不一定同时产生、 变化或消失， 点 失，不可单独存在 可以单独存在，只是不再平衡 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，故不能求合力 一对平衡力的作用效果是使物 体处于平衡状态，合力为零 【例 2】 现有一台落地电风扇放在水平地面上，该电风扇运行时，调节它的“摇 头”旋钮可改变风向，但风向一直水平，若电风扇在地面上不发生移动，下列说 法正确的是( ) A电风扇受到 5 个力的作用 B地面对电风扇的摩擦力的大小和方向都不变 C空气对电风扇的作用力与地面对电风扇的摩擦力大小相等 D电
9、风扇对空气的作用力与地面对电风扇的摩擦力互相平衡 答案 C 解析 电风扇受到重力、支持力、空气的作用力及静摩擦力，故 A 错误；由于 电风扇平衡，故空气对电风扇的作用力与静摩擦力大小相等，而风的方向是改变 的，故静摩擦力的方向是改变的，故 B 错误，C 正确；电风扇对空气的作用力与 地面对风扇的摩擦力不作用在同一物体上，不是一对平衡力，故 D 错误。 【针对训练 2】 (2021 张家口市宣化一中高一期末)如图所示，将一手机静止放 在水平桌面上，则以下说法正确的是( ) A桌面对它支持力的大小等于它所受的重力，这两个力是一对平衡力 B它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它对
10、桌面的压力就是它所受的重力 D它对桌面的压力和桌面对它的支持力是一对平衡力 答案 A 解析 桌面对手机的支持力大小等于手机的重力，两者是平衡力，故 A 正确，B 错误；手机对桌面的压力和手机所受的重力大小相等，方向相同，但是这两个力 不是同一性质的力，故 C 错误；手机对桌面的压力和桌面对它的支持力是一对 作用力与反作用力，故 D 错误。 探究 3 用转换研究对象法对物体受力分析 求解某个力的大小和方向，一般情况下选取该力的受力物体进行分析，但有些情 况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，进而应用牛顿第三运动定律求得该力的大小和方向。 【例 3】 如图所示
11、，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，g 为重力加速度，则底座对地面的压力为 ( ) AMg0.4mg BMg0.6mg C(Mm)g DMg 答案 B 解析 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 f，则有 mgfma 滑杆和底座受力如图乙所示， 受重力 Mg、支持力 N，猴子对杆的摩擦力 f 由三力平衡得 NMgf 由牛顿第三运动定律得 ff 由解得 NMg0.6mg 由牛顿第三运动定律得底座对地面的压力大小为 NNMg0.6mg，方向竖直向下。故选项 B 正确。 【问题质疑】 作
12、用力与反作用力总是大小相等，方向相反，这个结论的成立是否需要条件？与 物体的运动状态是否有关系？“总是”二字， 其实已经说明了牛顿第三运动定律 的成立不需要条件，与物体的运动状态没有关系，可是为什么我们有时感觉胜者 对败者的力要大于败者对胜者的力，石头对鸡蛋的力大于鸡蛋对石头的力呢？ 【题目示例】 1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，如果绳的质量不计，且保持水平，甲、乙两人在“押加”比赛中，甲 获胜，则下列说法中正确的是( ) A甲对乙的拉力始终大于乙对甲的拉力 B当甲把乙加速拉过去时，甲对乙的拉力大于乙对甲的拉力 C只有甲把乙匀速拉过去时，甲对乙的
13、拉力大小才等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 2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 【题例解答】 1答案 D 解析 甲、乙通过绳子比赛，因绳子质量不计，可以认为甲、乙直接相互作用， 则甲拉乙的力与乙拉甲的力是一对作用力与反作用力，大小始终相等，与运动状 态无关，故 A、B、
14、C 错误；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，只是当地面对甲的摩擦力大于地面对乙的摩擦力，甲才能获胜， D 正确。 2答案 C 解析 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， 方向相反，A、B 错误；红军陷入淤泥中，是因为红军受重力和支持力作用，重 力大于支持力，产生向下的加速度，C 正确，D 错误。 【题后感悟】 对作用力反作用力大小造成错觉的原因， 很大程度上是混淆了两物体间的相互作 用力与一个物体受到的两个力。马拉车，相互作用力指的是马对车的力和车对马 的力，车受到的两个力指的车受到的拉力和阻力。加速、减速、匀速情况下，马 对车的力与车
15、对马的力的大小总是相等， 车的运动状态改变是因为车受到的拉力 与阻力大小不同， 合外力不同， 绝对不是因为马对车的力与车对马的力大小不等。 1 (牛顿第三运动定律的理解)用牛顿第三运动定律判断下列说法正确的是( ) A轮船的螺旋桨旋转时，向后推水，水同时给螺旋桨一个反作用力，推动轮船 前进 B甲、乙两人拔河时，甲对绳子的拉力与乙对绳子的拉力是一对作用力与反作 用力 C马拉车前进，只有马对车的拉力大于车对马的拉力时，车才能前进 D一个作用力和它的反作用力的合力为零 答案 A 解析 轮船之所以前进是因为螺旋桨旋转时给水一个向后的推力， 水同时给螺旋 桨一个向前的推力，从而推动轮船前进，故 A 正确
16、；甲、乙两人拔河时，甲对 绳子的拉力与绳子对甲的拉力是一对作用力与反作用力； 乙对绳子的拉力与绳子 对乙的拉力是一对作用力与反作用力，选项 B 错误；只有当马对车的拉力大于 车受到的阻力时，车才能启动，但马拉车的力和车拉马的力是一对作用力和反作 用力，大小总是相等的，故 C 错误；作用力与反作用力作用在两个物体上，不 能求合力，选项 D 错误。 2(作用力与反作用力的理解)(2021 安徽合肥市第八中学高一期末)如图，无人 机在竖直方向加速上升，关于无人机和空气间的相互作用，下列说法正确的是 ( ) A无人机对空气的作用力大于空气对无人机的作用力 B无人机对空气的作用力小于空气对无人机的作用力
17、 C无人机对空气的作用力等于空气对无人机的作用力 D无人机对空气的作用力与空气对无人机的作用力方向相同 答案 C 解析 无人机对空气的作用力与空气对无人机的作用力是一对作用力和反作用 力，大小相等，方向相反，作用在一条直线上，故选项 C 正确。 3(作用力和反作用力与一对平衡力的比较)(多选)如图所示，人沿水平方向拉牛 (可视为质点)，但没有拉动。下列说法正确的是( ) A绳拉牛的力小于牛拉绳的力 B绳拉牛的力与牛拉绳的力是一对作用力与反作用力 C绳拉牛的力与地面对牛的摩擦力是一对平衡力 D绳拉牛的力与地面对牛的摩擦力是作用力与反作用力 答案 BC 解析 绳拉牛的力与牛拉绳的力是一对作用力与反
18、作用力，总是等大反向，选项 A、 D 错误， B 正确； 水平方向， 绳拉牛的力与地面对牛的摩擦力是一对平衡力， 选项 C 正确。 4(转换研究对象法)(2021 江西省会昌中学高一月考)如图所示，用弹簧测力计 悬挂一个重 G10 N 的金属块，使金属块一部分浸在台秤上的水杯中(水不会溢 出)。若弹簧测力计的示数变为 T6 N，则台秤的示数比金属块没有浸入水前 ( ) A增加 4 N B增加 10 N C增加 6 N D保持不变 答案 A 解析 金属块部分浸入水中后， 水对金属块产生浮力 F， 由弹簧测力计的示数知， 浮力的大小为 FGT(106) N4 N，根据牛顿第三运动定律可知，金属块 对水施加一个反作用力 F，其大小 FF4 N，所以台秤的示数增加 4 N，故 A 正确，B、C、D 错误。
