新教材高中物理第5章牛頓運(yùn)動(dòng)定律第4節(jié)牛頓第三運(yùn)動(dòng)定律學(xué)案

第4節(jié)牛頓第三運(yùn)動(dòng)定律課標(biāo)解讀課標(biāo)要求素養(yǎng)要求1.知道力的作用是相互的,知道作用力和反作用力的概念。2.理解牛頓第三定律的含義,并能用它解釋生活中的現(xiàn)象。3.能區(qū)分作用力、反作用力與平衡力。4.學(xué)會(huì)正確受力分析。1.物理觀念:通過(guò)學(xué)習(xí),形成比較完整的力學(xué)中的相互作用這一物理觀念。2.科學(xué)思維:能通過(guò)對(duì)具體問(wèn)題的分析,理解一對(duì)相互作用力和一對(duì)平衡力的本質(zhì)內(nèi)涵。3.科學(xué)探究:能根據(jù)作用力與反作用力的定義設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),探究作用力與反作用力的大小、方向和作用線有怎樣的關(guān)系。4.科學(xué)態(tài)度與責(zé)任:認(rèn)識(shí)到物理學(xué)是基于人類有意識(shí)的探究而形成的對(duì)自然現(xiàn)象的描述與解釋并需要接受實(shí)踐的檢驗(yàn)。要點(diǎn)一作用力與反作用力在物理學(xué)中,把物體間的這一對(duì)相互作用力稱為作用力與反作用力?。要點(diǎn)二牛頓第三定律在長(zhǎng)期研究的基礎(chǔ)上,牛頓總結(jié)并提出了牛頓第三運(yùn)動(dòng)定律,簡(jiǎn)稱牛頓第三定律:兩個(gè)物體之間的作用力與反作用力大小相等,方向相反,作用在同一條直線上?。?以下對(duì)作用力及反作用力的理解正確嗎?(1)相互作用的一對(duì)力中,產(chǎn)生的作用效果一定是相同的。(2)作用力與反作用力一定是同性質(zhì)的力。提示(1)錯(cuò)誤。(2)正確。?由于作用力和反作用力大小相等、方向相反、作用在同一條直線上,所以它們的合力為零,這種理解正確嗎?提示不正確,因?yàn)樽饔昧头醋饔昧Ψ謩e作用在兩個(gè)物體上,不能進(jìn)行力的合成。深刻理解作用力和反作用力(1)三個(gè)特征:①等值,即大小總是相等的。②反向,即方向總是相反的。③共線,即二者總是在同一直線上。(2)四種性質(zhì):①異體性,即作用力和反作用力是分別作用在彼此相互作用的兩個(gè)物體上。②同時(shí)性,即作用力和反作用力同時(shí)產(chǎn)生,同時(shí)變化,同時(shí)消失。③相互性,即作用力和反作用力總是相互的、成對(duì)出現(xiàn)的。④同性性,即二者性質(zhì)總是相同的。探究點(diǎn)一作用力與反作用力我們知道,物體間的作用是相互的,一個(gè)物體對(duì)另一個(gè)物體施加力的作用,這個(gè)物體同時(shí)也受到另一物體對(duì)它的作用。這種相互作用有什么規(guī)律呢?先思考以下問(wèn)題:1.圖中,在平靜的水面上,靜止的船頭站立著一個(gè)人,現(xiàn)在人從船頭走到船尾,會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象?提示小船會(huì)向后退一段距離。2.將充了氣的氣球釋放,當(dāng)氣流從氣球中噴出時(shí),氣球的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是什么樣的?提示氣球向相反的方向運(yùn)動(dòng)。1.作用力與反作用力所有現(xiàn)象表明,無(wú)論兩個(gè)物體是否相互接觸,當(dāng)一個(gè)物體對(duì)另一個(gè)物體施加力的作用時(shí),一定同時(shí)受到另一個(gè)物體的力的作用,我們把以上兩個(gè)作用力分別叫作作用力與反作用力。2.施力物體同時(shí)也是受力物體例甲、乙兩人參加拔河比賽時(shí)的場(chǎng)景如圖所示,下列說(shuō)法正確的是 ()A.若甲贏,則甲對(duì)繩子的拉力大小大于繩子對(duì)甲的拉力大小B.不論誰(shuí)贏,甲對(duì)繩子的拉力大小均等于繩子對(duì)甲的拉力大小C.甲受到的重力與支持力是一對(duì)作用力和反作用力D.甲受到的摩擦力與繩子的拉力是一對(duì)作用力和反作用力答案B甲對(duì)繩子的拉力和繩子對(duì)甲的拉力為作用力和反作用力,故二者大小一定相等,與誰(shuí)贏無(wú)關(guān),故A錯(cuò)誤,B正確;甲受到的重力與支持力是一對(duì)平衡力,不是作用力和反作用力,故C錯(cuò)誤;在水平方向上,甲受到的摩擦力與繩子的拉力是一對(duì)平衡力,故D錯(cuò)誤。解題感悟要注意明確作用力和反作用力涉及兩個(gè)物體,兩個(gè)作用力性質(zhì)相同,但作用在兩個(gè)不同的物體上,產(chǎn)生的作用效果不同;而一對(duì)平衡力只涉及一個(gè)物體,是其他兩個(gè)不同物體對(duì)一個(gè)物體的作用力,其性質(zhì)可能不同,但兩個(gè)力的合力為零;要注意正確區(qū)分二者的區(qū)別。1.有人設(shè)計(jì)了一種交通工具,在平板車上裝了一個(gè)電風(fēng)扇,風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)吹出的風(fēng)全部打到豎直固定在小車中間的風(fēng)帆上,靠風(fēng)帆受力而向前運(yùn)動(dòng),如圖所示。對(duì)于這種設(shè)計(jì),下列分析中正確的是 ()A.根據(jù)牛頓第二定律,這種設(shè)計(jì)能使小車運(yùn)行B.根據(jù)牛頓第三定律,這種設(shè)計(jì)能使小車運(yùn)行C.這種設(shè)計(jì)不能使小車運(yùn)行,分析其原因需要用到牛頓第二定律和牛頓第三定律D.這種設(shè)計(jì)不能使小車運(yùn)行,分析其原因只需要用到牛頓第三定律,與牛頓第二定律無(wú)關(guān)答案D以整體為研究對(duì)象,整體不受外力,因此這種設(shè)計(jì)不能使小車運(yùn)行;根據(jù)牛頓第三定律可知,風(fēng)扇對(duì)風(fēng)帆有一個(gè)力的作用,同時(shí)風(fēng)帆對(duì)風(fēng)扇有一個(gè)反作用力,所以這種設(shè)計(jì)不能使小車運(yùn)行,分析其原因只需要用到牛頓第三定律,與牛頓第二定律無(wú)關(guān)。故選D。2.L形木板P(上表面光滑)放在固定斜面上,質(zhì)量為M。輕質(zhì)彈簧一端固定在木板上,另一端與放置于木板上表面質(zhì)量為m的滑塊Q相連,如圖所示。若P、Q一起沿斜面勻速下滑,不計(jì)空氣阻力,則木板P的受力個(gè)數(shù)為 ()A.3個(gè)B.4個(gè)C.5個(gè)D.6個(gè)答案C由于P、Q一起勻速下滑,取P、Q整體為研究對(duì)象,則沿斜面方向整體受力平衡,從而可知斜面對(duì)P有沿斜面向上的摩擦力。而P、Q間接觸面光滑,則Q必受到彈簧向上的彈力,所以隔離P可知P受重力、斜面摩擦力、斜面的彈力、彈簧的彈力、Q的壓力,共5個(gè)力的作用。故選項(xiàng)C正確。探究點(diǎn)二牛頓第三運(yùn)動(dòng)定律1.牛頓第三定律(1)內(nèi)容:兩個(gè)物體之間的作用力和反作用力總是大小相等,方向相反,作用在同一條直線上。(2)表達(dá)式:F=F'(式中的“”表示方向相反)。(3)重要意義:定量地反映出物體間相互作用時(shí)彼此施力所遵循的規(guī)律,即作用力和反作用力的規(guī)律。(4)適用范圍:牛頓第三定律是個(gè)普適定律,它的成立不受條件限制,作用力與反作用力的關(guān)系與物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān),與參考系的選取無(wú)關(guān)。2.作用力與反作用力的“四同”和“三異”項(xiàng)目作用力與反作用力的關(guān)系四同等大總是大小相等共線作用在同一條直線上同時(shí)同時(shí)產(chǎn)生、同時(shí)變化、同時(shí)消失,不能認(rèn)為先有作用力后有反作用力同種類一定是同一種類的力,不同種類的力不可能是作用力和反作用力的關(guān)系三異反向方向相反不同物體作用在兩個(gè)不同的物體上效果不同在不同的物體上分別產(chǎn)生不同的作用效果,不能相互抵消1.(多選)有一種沼澤地,它是一種水坑上面漂滿浮土的泥沼地,外表看起來(lái)和別處沒(méi)有區(qū)別,但是特別松軟,人一旦踩上去,就會(huì)慢慢沉下去,最終窒息而亡。當(dāng)人踩上去之后下列說(shuō)法正確的是 ()A.人對(duì)沼澤地的壓力小于沼澤地對(duì)人的支持力B.人對(duì)沼澤地的壓力等于沼澤地對(duì)人的支持力C.人對(duì)沼澤地的壓力等于人受到的重力D.人對(duì)沼澤地的壓力小于人受到的重力答案BD人對(duì)沼澤地的壓力和沼澤地對(duì)人的支持力是作用力和反作用力,二者大小相等。對(duì)人受力分析可知,人受重力和支持力,人最終下沉,是因?yàn)橹亓Υ笥谥С至?而支持力和壓力大小相等,故壓力小于重力。2.如圖所示,兩塊小磁鐵質(zhì)量均為0.5kg,A磁鐵用輕質(zhì)彈簧吊在天花板上,B磁鐵在A磁鐵正下方的地板上,彈簧的原長(zhǎng)L0=10cm,勁度系數(shù)k=100N/m。當(dāng)A、B磁鐵均處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí),彈簧的長(zhǎng)度為L(zhǎng)=11cm。不計(jì)地磁場(chǎng)對(duì)磁鐵的作用和磁鐵與彈簧間的相互作用力,求B磁鐵對(duì)地面的壓力大小。(g取10N/kg)答案9N解析設(shè)B磁鐵對(duì)A磁鐵的作用力為F因mg=5N>k(LL0)=1N,故F豎直向上A磁鐵受力分析如圖1所示,有k(LL0)+F=mg解得F=4N由牛頓第三定律得A磁鐵對(duì)B磁鐵的作用力F'=F=4N,方向豎直向下B磁鐵受力如圖2所示,有FN=mg+F'解得:FN=9N由牛頓第三定律得B磁鐵對(duì)地面的壓力F壓=FN=9N探究點(diǎn)三相互作用力與平衡力一對(duì)作用力和反作用力與一對(duì)平衡力的比較項(xiàng)目一對(duì)作用力和反作用力一對(duì)平衡力不同點(diǎn)作用對(duì)象兩個(gè)力分別作用在相互作用的兩個(gè)物體上兩個(gè)力作用在同一個(gè)物體上涉及物體兩個(gè)物體一個(gè)物體力的性質(zhì)兩個(gè)力的性質(zhì)一定相同兩個(gè)力的性質(zhì)不一定相同作用效果兩個(gè)力分別作用在兩個(gè)獨(dú)立物體上,各自獨(dú)立產(chǎn)生作用效果兩個(gè)力共同的作用效果是使物體處于平衡態(tài)依賴關(guān)系兩個(gè)力一定同時(shí)產(chǎn)生、變化、消失,不可能單獨(dú)存在不存在依賴關(guān)系,撤除一個(gè)力時(shí),另一個(gè)力可依然存在,只是受力不再平衡共同點(diǎn)大小相等、方向相反、作用在同一條直線上1.如圖所示,人靜止站在體重秤上,下列說(shuō)法中正確的是 ()A.人對(duì)體重秤的壓力和體重秤對(duì)人的支持力是一對(duì)平衡力B.人對(duì)體重秤的壓力和體重秤對(duì)人的支持力是一對(duì)作用力與反作用力C.人所受的重力和人對(duì)體重秤的壓力是一對(duì)平衡力D.人所受的重力和人對(duì)體重秤的壓力是一對(duì)作用力與反作用力答案B人對(duì)體重秤的壓力和體重秤對(duì)人的支持力是一對(duì)作用力與反作用力,故A錯(cuò)誤,B正確。人所受的重力和人對(duì)體重秤的壓力既不是一對(duì)平衡力,也不是一對(duì)作用力與反作用力,故C、D錯(cuò)誤。2.如圖所示,物體靜止于水平桌面上,則 ()A.物體對(duì)桌面的壓力就是物體的重力,這兩個(gè)力是同一種力B.物體所受的重力和桌面對(duì)它的支持力是一對(duì)作用力與反作用力C.桌面對(duì)物體的支持力的大小等于物體的重力,這兩個(gè)力是一對(duì)平衡力D.物體對(duì)桌面的壓力和桌面對(duì)物體的支持力是一對(duì)平衡力答案C壓力不是重力,壓力的施力物體是物體,受力物體是桌面,作用點(diǎn)在桌面上,而重力的施力物體是地球,受力物體是物體本身,作用點(diǎn)在物體上,A錯(cuò)誤;重力和物體對(duì)地球的吸引力是一對(duì)作用力與反作用力,物體的重力是作用在物體上的力,支持力也是作用在這個(gè)物體上的力,這兩個(gè)力大小相等、方向相反且作用在同一直線上,所以這兩個(gè)力是一對(duì)平衡力,B錯(cuò)誤,C正確;物體對(duì)桌面的壓力和桌面對(duì)物體的支持力是一對(duì)作用力與反作用力,D錯(cuò)誤。1.如圖所示,一運(yùn)動(dòng)員站在3m跳板上,圖中F1表示人對(duì)跳板的彈力,F2表示跳板對(duì)人的彈力,則 ()A.先有F1后有F2B.一旦人離開(kāi)跳板,F2立即消失,F1依舊存在C.F1和F2大小相等、方向相反,是一對(duì)相互作用力D.因人離開(kāi)跳板前具有向上的加速度,所以F2大于F1答案C人對(duì)跳板的彈力F1和跳板對(duì)人的彈力F2是一對(duì)作用力與反作用力,它們大小相等,方向相反,作用在不同物體上,同時(shí)產(chǎn)生,同時(shí)消失,故選C。2.如圖所示,質(zhì)量為m的木塊在靜止的質(zhì)量為M的木板上向右滑行,木板與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ1,木塊與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ2,木板一直靜止,則地面受木板的摩擦力大小為 ()A.μ2mgB.μ1MgC.μ1(m+M)gD.μ1Mg+μ2mg答案A對(duì)木塊受力分析,受重力、木板的支持力和向左的滑動(dòng)摩擦力,設(shè)此滑動(dòng)摩擦力為f1,則有f1=μ2FN,FN=mg,故f1=μ2mg;再對(duì)木板受力分析,受到重力、木塊對(duì)木板向下的壓力、木塊對(duì)其向右的滑動(dòng)摩擦力、地面對(duì)木板的支持力及向左的靜摩擦力,設(shè)此靜摩擦力為f2,根據(jù)二力平衡條件,則有f1=f2,因此f2=μ2mg,再根據(jù)牛頓第三定律可知,地面受到木板的摩擦力大小為μ2mg,A正確,B、C、D錯(cuò)誤。3.(★)如圖所示,用彈簧測(cè)力計(jì)懸掛一個(gè)重力為G=10N的金屬塊,使金屬塊部分浸在臺(tái)秤上的水杯中(水不會(huì)溢出)。若彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)變?yōu)镕T=6N,則臺(tái)秤的示數(shù) ()A.保持不變B.增加10NC.增加6ND.增加4N答案D金屬塊浸入水中后,水對(duì)金屬塊產(chǎn)生浮力F,由彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)知,浮力的大小F=GFT=(106)N=4N。根據(jù)牛頓第三定律,金屬塊對(duì)水也施加一個(gè)反作用力F',其大小F'=F=4N,方向向下,所以臺(tái)秤的示數(shù)增加4N。拔河,古稱為“牽鉤”,誕生于距今2400年前春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期的楚國(guó),是一種雙方等同人數(shù)通過(guò)互拉拔河繩以進(jìn)行對(duì)抗的比賽。勝負(fù)的判定看哪一隊(duì)先將對(duì)方拉向該隊(duì)且使拔河繩上的標(biāo)志點(diǎn)超過(guò)所定的界限。拔河比賽曾于1900年至1920年五次出現(xiàn)在奧運(yùn)會(huì)上,現(xiàn)在是世界運(yùn)動(dòng)會(huì)的正式競(jìng)賽項(xiàng)目之一。1.如圖所示,拔河比賽的結(jié)果是甲隊(duì)取得勝利。在整體向左加速的過(guò)程中,甲、乙兩隊(duì)對(duì)繩子拉力的大小分別為F甲、F乙,繩子的質(zhì)量忽略不計(jì),則下列說(shuō)法正確的是 ()A.F甲>F乙B.F甲=F乙C.F甲比F乙先產(chǎn)生D.F甲與F乙是一對(duì)作用力與反作用力答案B甲隊(duì)對(duì)繩子的拉力與繩子對(duì)甲隊(duì)的拉力是一對(duì)作用與反作用力,它們大小相等、方向相反;乙隊(duì)對(duì)繩子的拉力與繩子對(duì)乙隊(duì)的拉力是一對(duì)作用與反作用力,它們大小相等、方向相反;由二力平衡可知甲隊(duì)對(duì)繩子的拉力等于乙隊(duì)對(duì)繩子的拉力,即F甲=F乙,因F甲與F乙都是作用在繩子上的力,故不是一對(duì)作用力與反作用力。故選B。2.(多選)2020年12月,學(xué)校在鐘樓前舉行了拔河比賽,師生積極參與,營(yíng)造了奮力拼搏、團(tuán)結(jié)向上的良好氛圍,師生受到了鍛煉,豐富了校園文化生活。針對(duì)甲、乙兩組拔河比賽的場(chǎng)景,不計(jì)繩重,從物理學(xué)的角度分析,下列說(shuō)法正確的是 ()A.比賽時(shí),選體重較大的