高中物理第四章牛頓運動定律第四節(jié)牛頓第三定律學(xué)案粵教版必修第一冊2

第四節(jié)牛頓第三定律核心素養(yǎng)目標(biāo)新課程標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合有關(guān)作用力和反作用力的生活實例，培養(yǎng)學(xué)生獨立思考、實事求實、勇于創(chuàng)新的科學(xué)態(tài)度和團結(jié)協(xié)作的科學(xué)精神1.知道作用力與反作用力的概念，會區(qū)別一對相互作用力和一對平衡力。2．通過實驗探究，了解兩個物體間作用力與反作用力大小和方向的關(guān)系。3．會對物體進(jìn)行初步的受力分析。4．能正確表述牛頓第三定律，并應(yīng)用牛頓第三定律分析和解決實際問題知識點一作用力與反作用力[情境導(dǎo)學(xué)]1．手用力拍桌面，手給桌面施加了一個力，手有什么感覺？這一現(xiàn)象說明了什么？提示：手會感覺疼，說明手給桌面施力的同時，桌面也給手施加了力。2．水平桌面上有一排均勻排列的圓形小木棍，在上面平放一平木板，讓開動的玩具電動小車從木板的左端向右端運動，如圖所示，小車向右運動時，木板的運動狀態(tài)有怎樣的變化？此現(xiàn)象說明了什么？提示：玩具電動小車向右運動的同時，平木板向左運動。說明小車受到木板對它的摩擦力，木板也受到小車對它的摩擦力，小車和木板之間的這種相互作用力是同時發(fā)生的。3.兩輛小車載有蹄形磁鐵，讓車上蹄形磁鐵的同名磁極相對，用雙手將兩輛小車固定在距離較近的位置，如圖所示。雙手同時撤去，觀察兩輛小車的運動情況，并思考此現(xiàn)象說明了什么？提示：松手后，兩輛小車同時向相反方向運動，說明兩輛小車都受到了彼此的磁力作用。[知識梳理]1．力的作用是相互的：力是物體對物體的作用，只要有力，就一定存在著受力物體和施力物體。2．作用力與反作用力：兩個物體之間的作用力總是相互的，物體間相互作用的這一對力，通常叫作作用力與反作用力。3．探究作用力與反作用力的關(guān)系(1)實驗1：過程如圖①所示，把兩個彈簧測力計甲和乙連接在一起，用手拉甲。①F與F′是相等的；b.改變拉力，彈簧測力計的示數(shù)F與F′也都隨之改變，但兩個示數(shù)F與F′總相等。②實驗結(jié)論：作用力與反作用力大小相等、方向相反。(2)實驗2：把兩個小磁針放在桌面上，小磁針A位于圓心處，磁針B位于圓周上，如圖②所示。①實驗過程：分析磁針A和磁針B所受到磁力的方向。讓磁針B繞著磁針A在圓周上緩慢運動。在磁針B運動的過程中，觀察兩個磁針的指向，分析兩個磁針?biāo)艽帕Φ姆较?。②實驗結(jié)論：磁針A和磁針B所受磁力在同一直線上且方向相反。這說明它們之間的作用力與反作用力的方向相反，作用在同一直線上。(3)實驗3：用力傳感器替代實驗1中的彈簧測力計(如圖③所示)。在計算機上建立F-t圖像，記錄兩個傳感器的力隨時間變化的圖線。①實驗過程：在保持傳感器靜止的狀態(tài)下對拉。在傳感器運動的狀態(tài)下對拉。觀察兩條圖線(如圖④所示)，會有什么發(fā)現(xiàn)？②實驗結(jié)論：兩條圖線關(guān)于t軸對稱，如圖④所示，不管是靜止?fàn)顟B(tài)還是運動狀態(tài)，兩個力傳感器之間的作用力總是大小相等、方向相反。[初試小題]1．判斷正誤。(1)先有作用力，然后有反作用力。(×)(2)只有兩物體接觸時，才會產(chǎn)生作用力與反作用力。(×)(3)物體間可能只有作用力，而沒有反作用力。(×)(4)作用力消失，反作用力不一定消失。(×)2．對于作用力與反作用力的理解，下列說法中正確的是()A．當(dāng)作用力產(chǎn)生后，再產(chǎn)生反作用力；當(dāng)作用力消失后，反作用力才慢慢消失B．彈力和摩擦力都有反作用力，而重力無反作用力C．甲物體對乙物體的作用力是彈力，乙物體對甲物體的反作用力可以是摩擦力D．作用力與反作用力在任何情況下都不會平衡解析：選D作用力與反作用力總是同時產(chǎn)生、同時變化、同時消失的，它們之間沒有先后順序，A錯誤；任何力都有反作用力，B錯誤；作用力與反作用力一定是同種性質(zhì)的力，C錯誤；由于作用力與反作用力分別作用在兩個不同的物體上，因而它們在任何情況下都不會平衡，D正確。知識點二牛頓第三定律的表述[情境導(dǎo)學(xué)]“掰腕子”是比較臂力大小的一種常見比賽。在一次“掰腕子”比賽中，甲輕松地勝了乙，那么我們就說甲對乙的力大于乙對甲的力，這種說法對嗎？提示：不對。甲取勝的原因是甲對乙的力大于乙的承受能力，但是甲對乙的力與乙對甲的力是作用力與反作用力，大小一定相等。[知識梳理]牛頓第三定律1．內(nèi)容：兩個物體之間的作用力F與反作用力F′總是大小相等、方向相反，作用在同一條直線上。2．表達(dá)式：F＝－F′(負(fù)號表示方向相反)。[初試小題]1．判斷正誤。(1)作用力與反作用力的大小相等、方向相反、合力為零。(×)(2)物體間的作用力與反作用力一定同時產(chǎn)生、同時消失。(√)(3)物體間的作用力與反作用力一定是同性質(zhì)的力。(√)(4)物塊靜止放在桌面上，物塊所受重力和物塊對桌面的壓力是一對作用力與反作用力。(×)2．思考題。成語“以卵擊石”是指拿雞蛋去碰石頭，比喻不自量力，自取滅亡。那么是否雞蛋對石頭的力小于石頭對雞蛋的力？提示：不是，用雞蛋碰石頭時，雞蛋與石頭之間的力是一對作用力與反作用力，大小相等，只是作用效果不同而已。對牛頓第三定律的理解[問題探究]1．如圖所示，對拉的兩個彈簧測力計A、B的讀數(shù)有怎樣的關(guān)系？涉及的力哪些是作用力和反作用力以及平衡力？提示：A、B讀數(shù)相等，A拉B的力和B拉A的力為一對作用力和反作用力，人對A的拉力和B對A的拉力是一對平衡力。2．在拔河游戲中，兩個隊通過繩子中的張力作用，對彼此施加的力大小和方向怎樣？提示：大小相等、方向相反。[要點歸納]作用力和反作用力的特征與性質(zhì)特征等值：大小總是相等反向：方向總是相反共線：二者總是在同一條直線上性質(zhì)異體性：F與F′作用在兩個物體上，產(chǎn)生效果不能抵消同時性：F與F′同時產(chǎn)生、同時變化、同時消失相互性：F與F′總是成對出現(xiàn)同質(zhì)性：F與F′性質(zhì)相同普遍性：適用于任何物體，與運動狀態(tài)無關(guān)[例題1](多選)在“探究作用力與反作用力的關(guān)系”實驗中，如圖甲所示，某同學(xué)用兩個力傳感器進(jìn)行實驗，通過計算機得到圖乙。下列由圖乙得到的實驗結(jié)論中正確的是()A．兩傳感器間的作用力與反作用力大小相等B．兩傳感器間的作用力與反作用力方向相反C．兩傳感器間的作用力與反作用力同時變化D．兩傳感器間的作用力與反作用力作用在同一物體上[解析]根據(jù)題圖可知，兩傳感器間的作用力與反作用力總是大小相等，方向相反，故A、B正確；作用力與反作用力同時產(chǎn)生，同時變化，同時消失，故C正確；作用力與反作用力作用在不同的物體上，故D錯誤。[答案]ABC正確理解牛頓第三定律中“總是”的含義“總是”是強調(diào)對于任何物體，在任何情況下，作用力與反作用力的關(guān)系都成立。(1)與物體的大小、形狀無關(guān)：大物體與大物體之間、大物體與小物體之間、任何形狀的物體之間，其相互作用力總是大小相等、方向相反。(2)與物體的運動狀態(tài)無關(guān)：靜止的物體之間、運動的物體之間、靜止與運動的物體之間，其相互作用力總是大小相等、方向相反。(3)不存在先后的問題：作用力與反作用力的產(chǎn)生和消失總是同時的。兩者中若有一個力產(chǎn)生或消失，則另一個力必然同時產(chǎn)生或消失。[針對訓(xùn)練]如圖所示，吊在大廳天花板上的電扇所受重力為G，靜止時固定桿對它的拉力為F，扇葉水平轉(zhuǎn)動起來后，桿對它的拉力為F′，則()A．F＝G、F＝F′B．F＝G、F＜F′C．電扇靜止時，固定桿對它的作用力等于它對固定桿的作用力D．電扇水平轉(zhuǎn)動后，固定桿對它的作用力小于它對固定桿的作用力解析：選C電扇不轉(zhuǎn)時，顯然有F＝G，而扇葉轉(zhuǎn)動起來后，向下吹風(fēng)，對空氣有向下的作用力，根據(jù)牛頓第三定律，空氣對葉片有向上的作用力，此時桿對電扇的拉力F′＜G，得F′＜F，A、B錯誤；固定桿對電扇的作用力與電扇對固定桿的作用力為一對作用力和反作用力，故兩者總是等大反向，C正確，D錯誤。一對平衡力與一對作用力和反作用力的比較[問題探究]如圖所示，放于水平面上的木塊，受到重力G和支持力FN的作用，木塊對水平面的壓力為F壓。(1)重力G和支持力FN是相同性質(zhì)的力嗎？它們的大小、方向存在什么關(guān)系？它們是作用力與反作用力嗎？提示：重力G和支持力FN的性質(zhì)不相同，它們的大小相等、方向相反，作用在同一物體上，它們不是一對作用力與反作用力，而是一對平衡力。(2)木塊受到的支持力FN和木塊對水平面的壓力F壓是相同性質(zhì)的力嗎？它們的大小、方向存在什么關(guān)系？它們是一對平衡力嗎？提示：木塊受到的支持力FN和木塊對水平面的壓力F壓是相同性質(zhì)的力，它們的大小相等、方向相反，作用在兩個物體上，它們不是一對平衡力，而是一對作用力與反作用力。[要點歸納]相互作用力與平衡力的比較作用力和反作用力二力平衡不同點受力物體作用在兩個相互作用的物體上作用在同一物體上依賴關(guān)系相互依存，不可單獨存在，同時產(chǎn)生、同時變化、同時消失無依賴關(guān)系，撤除一個，另一個可依然存在疊加性兩力作用效果不可疊加兩力作用效果可相互抵消，可疊加力的性質(zhì)一定是同性質(zhì)的力可以是同性質(zhì)的力，也可以是不同性質(zhì)的力相同點大小相等、方向相反、作用在同一條直線上[例題2](多選)2019年1月3日10時26分，我國“嫦娥四號”探測器成功著陸在月球背面南極附近的預(yù)選著陸區(qū)，人類探測器首次登陸月球背面。在著陸過程最后階段，“嫦娥四號”開啟發(fā)動機，先懸停在距月面100m高處，再以較小速度到著陸點上方4m處，最終關(guān)閉發(fā)動機以自由落體方式完美著陸在月面，關(guān)于該探測器從距月面上方100m高處緩慢下降到著陸點上方4m處的過程中，下列說法正確的是()A．探測器受到噴射氣體的反沖力與自身重力是一對相互作用力B．探測器受到噴射氣體的反沖力與自身重力是一對平衡力C．探測器對噴射氣體的力與噴射氣體對探測器的反沖力是一對相互作用力D．探測器對噴射氣體的力與噴射氣體對探測器的反沖力大小相等[解析]噴射氣體的反沖力的受力物體是探測器，探測器自身重力的受力物體也是探測器，不是一對相互作用力，故A錯誤；探測器下降的過程中沒有說明運動的狀態(tài)，所以探測器受到噴射氣體的反沖力與自身重力不一定是一對平衡力，故B錯誤；探測器對噴射氣體的力與噴射氣體對探測器的反沖力是一對作用力與反作用力，它們大小相等，故C、D正確。[答案]CD如何區(qū)分作用力與反作用力和一對平衡力(1)看研究對象：作用力與反作用力作用在不同物體上，而一對平衡力作用在同一物體上。(2)看力的性質(zhì)：作用力和反作用力一定是同種性質(zhì)的力，平衡力則不一定是同種性質(zhì)的力。[針對訓(xùn)練]我國首次立式風(fēng)洞跳傘實驗如圖所示，風(fēng)洞噴出豎直向上的氣流將實驗者加速向上“托起”，此過程中()A．地球?qū)θ说奈腿藢Φ厍虻奈Υ笮∠嗟菳．人受到的重力和氣流對人的作用力是一對作用力和反作用力C．人受到的重力大小等于氣流對人的作用力大小D．人受到的重力與氣流對人的作用力是一對平衡力解析：選A地球?qū)θ说奈腿藢Φ厍虻奈κ且粚ψ饔昧头醋饔昧?，大小相等，故A正確；人加速向上運動，氣流對人的作用力大于人受到的重力，不是一對平衡力，故B、C、D錯誤。物體的受力分析[問題探究]滑雪運動員沿斜坡下滑的過程如圖所示，有人說：運動員受重力、斜坡的支持力、下滑力和運動員對斜坡的壓力四個力的作用，對嗎？提示：不對。運動員受重力、斜坡支持力和摩擦力，如圖所示，重力產(chǎn)生使運動員沿斜坡向下滑的效果，不是運動員受到的力，不存在下滑力。[要點歸納]1．從相互作用角度進(jìn)行受力分析的一般步驟(1)確定研究對象。(2)按重力、彈力、摩擦力的順序進(jìn)行分析。(3)畫出力的示意圖。2．判斷力是否存在的方法(1)依據(jù)力的產(chǎn)生條件：根據(jù)各種性質(zhì)的力產(chǎn)生的條件進(jìn)行判斷，如彈力產(chǎn)生的條件是相互接觸且發(fā)生彈性形變；摩擦力產(chǎn)生的條件是接觸面粗糙、相互擠壓且有相對運動或相對運動趨勢。(2)依據(jù)作用力和反作用力的關(guān)系：利用作用力和反作用力的關(guān)系來檢驗力是否存在，因為研究對象所受的每個力都有施力物體或反作用力，找不到施力物體或沒有反作用力的力是不存在的。[例題3](多選)如圖所示，在粗糙的水平面上，物體A向著彈簧運動，且使彈簧壓縮，則關(guān)于物體A的受力情況，下列說法正確的是()A．受重力、支持力、動力、摩擦力和彈簧的彈力B．受重力、支持力、摩擦力和彈簧的彈力C．彈簧的彈力是動力，而摩擦力是阻力D．彈簧的彈力和摩擦力均與物體運動方向相反[解析]選取物體A為研究對象，對它進(jìn)行受力分析可知，物體A受到重力、彈簧的彈力、水平面的支持力和摩擦力，故A錯誤，B正確。彈簧處于壓縮狀態(tài)，A受到的彈力方向向右，與運動的方向相反，所以是阻力；滑動摩擦力的方向與物體A運動的方向相反，是阻力。彈簧彈力與摩擦力的方向一致，都是水平向右的，故C錯誤，D正確。[答案] BD如何防止“添力”或“漏力”(1)防止“添力”。應(yīng)注意區(qū)分內(nèi)力和外力，區(qū)分性質(zhì)力和效果力，區(qū)分施力物體和受力物體。(2)防止“漏力”。嚴(yán)格按照重力、彈力、摩擦力、其他力的步驟進(jìn)行受力分析，明確與研究對象接觸的物體是確定接觸力的關(guān)鍵。[針對訓(xùn)練]如圖所示，物體A放在物體B上，物體B為一個斜面體，且放在粗糙的水平地面上，A、B均靜止不動，則物體B的受力個數(shù)為()A．2 B．3解析：選C將A、B視為一個整體，其水平方向無外力作用，B相對地面無運動趨勢，故地面對B無摩擦力，物體B受到重力mBg、地面支持力FN2和物體A的壓力FN1′和摩擦力f′，受力如圖所示，共有四個力，故選項C正確。1．2019年女排世界杯中，中國隊十一戰(zhàn)全勝衛(wèi)冕冠軍。在某場比賽中朱婷用手掌奮力扣球時，下列說法正確的是()A．手掌對排球的作用力與排球?qū)κ终频淖饔昧κ峭N性質(zhì)的力C．排球?qū)κ终频淖饔昧ν碛谑终茖ε徘虻淖饔昧Ξa(chǎn)生D．手掌對排球的作用力與排球?qū)κ终频淖饔昧κ且粚ζ胶饬馕觯哼xA手掌對排球的作用力與排球?qū)κ终频淖饔昧κ且粚ψ饔昧εc反作用力，性質(zhì)相同、均為彈力、大小相等、方向相反、同時產(chǎn)生、同時消失，故A正確，B、C、D錯誤。2.如圖所示，重力為G的掃地機器人在水平地板上行駛，地板對機器人的支持力為FN，機器人對地板的壓力為FN′，下列說法正確的是()A．當(dāng)掃地機器人加速行駛時，F(xiàn)N大于FN′B．當(dāng)掃地機器人減速行駛時，F(xiàn)N大于FN′C．當(dāng)掃地機器人勻速行駛時，G與FN′是一對平衡力D．無論掃地機器人如何運動，F(xiàn)N的大小和FN′的大小總相等解析：選D機器人在水平地面上行駛，地面對機器人的支持力和機器人對地面的壓力分別作用在兩個不同的物體上，是地面與機器人的相互作用力，根據(jù)牛頓第三定律知，地面對機器人的支持力與機器人對地面的壓力總是大小相等、方向相反、作用在同一條直線上，與機器人如何運動無關(guān)；當(dāng)掃地機器人勻速行駛時，G與FN是一對平衡力，故選項A、B、C錯誤，選項D正確。3．(多選)有一個木塊放在水平地面上，如圖所示，用彈簧測力計拉著細(xì)繩水平牽引木塊，彈簧測力計有示數(shù)但木塊沒有移動，以下判斷正確的是()A．涉及木塊的作用力和反作用力一共有3對B．涉及木塊的作用力和反作用力一共有4對C．木塊一共受到2對平衡力的作用D．木塊一共受到3對平衡力的作用解析：選BC涉及木塊的作用力和反作