高中物理第四節(jié) 牛頓第三定律學(xué)案

這是一份高中物理第四節(jié) 牛頓第三定律學(xué)案，共11頁。
第四節(jié)　牛頓第三定律[學(xué)習(xí)目標(biāo)]　1.理解作用力與反作用力的概念，知道一對作用力與反作用力和一對平衡力的區(qū)別.2.理解牛頓第三定律，并會用其解決簡單問題.一、作用力與反作用力1.力是物體與物體之間的相互作用.只要有力，就一定存在受力物體和施力物體.2.兩個物體之間的作用力總是相互的，兩個物體間的這種相互作用力稱為作用力與反作用力.二、探究作用力與反作用力的關(guān)系1.實驗1：如圖1，無論是單獨拉彈簧測力計甲還是相互對拉彈簧測力計甲和乙，都能觀察到二者的指針同時移動，穩(wěn)定后兩者指針示數(shù)相同，這說明作用力與反作用力大小相等.圖12.實驗2：如圖2，磁針A和磁針B受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方向相反，作用在同一直線上.圖23.實驗3：如圖3，兩條圖線關(guān)于橫軸對稱，說明兩力傳感器之間作用力總是大小相等、方向相反.圖3三、牛頓第三定律的表述1.牛頓第三定律：兩個物體之間的作用力F和反作用力F′總是大小相等、方向相反，作用在同一條直線上.2.條件：兩物體無論接觸與否，也無論是運動還是靜止，兩物體間的作用力與反作用力都遵循牛頓第三定律.3.對牛頓第三定律的理解：作用力與反作用力分別作用在兩個不同的物體上，它們同時產(chǎn)生、同時消失，是同種性質(zhì)的力.判斷下列說法的正誤.(1)物體間可能只有作用力，而沒有反作用力.(　×　)(2)兩個物體只有接觸才存在作用力和反作用力.(　×　)(3)物體間先有作用力，然后才有反作用力.(　×　)(4)物體間的作用力和反作用力等大、反向，可以抵消.(　×　)(5)物塊靜止放在水平桌面上，物塊所受重力和桌面對物塊的支持力是一對相互作用力.(　×　)一、對牛頓第三定律的理解導(dǎo)學(xué)探究成語“以卵擊石”是指拿蛋去碰石頭，比喻不自量力，自取滅亡.(1)以卵擊石時，卵對石頭的作用力大，還是石頭對卵的作用力大？(2)為什么會出現(xiàn)卵碎石全的不同效果？答案　(1)以卵擊石時，卵對石頭的作用力與石頭對卵的作用力是一對作用力和反作用力，根據(jù)牛頓第三定律可知，兩個力等大、反向；(2)雖然卵對石頭的作用力與石頭對卵的作用力等大，但由于兩者能承受的最大外力不同，所以會出現(xiàn)不同的作用效果.知識深化1.作用力和反作用力的三個性質(zhì)2.作用力和反作用力的四個特征等值作用力和反作用力大小總是相等的反向作用力和反作用力方向總是相反的共線作用力和反作用力總是作用在同一條直線上同性質(zhì)作用力和反作用力總是同一種類的力(即同一性質(zhì)的力) 如圖4所示，一匹馬拉著車前行，關(guān)于馬拉車的力和車?yán)R的力的大小關(guān)系，下列說法中正確的是(　　)圖4A.馬拉車的力總是大于車?yán)R的力B.馬拉車的力總是等于車?yán)R的力C.加速運動時，馬拉車的力大于車?yán)R的力D.減速運動時，馬拉車的力小于車?yán)R的力答案　B解析　馬向前拉車的力和車向后拉馬的力是一對作用力和反作用力，它們總是大小相等、方向相反、作用在同一條直線上，與運動狀態(tài)無關(guān).加速運動或者減速運動時，馬向前拉車的力都等于車向后拉馬的力，故A、C、D錯誤，B正確.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，作用力和反作用力的關(guān)系都成立.(1)不管物體的大小、形狀如何，兩物體間作用力和反作用力總是大小相等、方向相反.(2)不管物體的運動狀態(tài)如何，例如，靜止的物體之間，運動的物體之間，靜止與運動的物體之間，其作用力和反作用力總是大小相等、方向相反.(3)作用力和反作用力的產(chǎn)生和消失總是同時的.針對訓(xùn)練1　越野滑雪是冬奧會比賽項目之一，如圖5為運動員在訓(xùn)練中的照片，運動員在賽道上滑行時，關(guān)于滑雪板與賽道之間的相互作用力，下列說法正確的是(　　)圖5A.滑雪板對賽道的作用力大于賽道對滑雪板的作用力B.滑雪板對賽道的作用力小于賽道對滑雪板的作用力C.滑雪板對賽道的作用力與賽道對滑雪板的作用力大小相等D.滑雪板對賽道的作用力與賽道對滑雪板的作用力方向相同答案　C解析　滑雪板對賽道的作用力與賽道對滑雪板的作用力是一對作用力與反作用力，二者大小相等，方向相反，故C正確，A、B、D錯誤.二、一對相互作用力與一對平衡力的比較導(dǎo)學(xué)探究　如圖6所示，牧童沿水平方向拉牛，但沒有拉動.圖6(1)牛受到幾個力的作用？畫出牛受力的示意圖.(2)牛受到的幾個力中，哪些是一對平衡力？(3)指出牛受到的幾個力的反作用力.答案　(1)牛受到重力G、地面對牛的支持力FN、繩對牛的拉力F和地面對牛的靜摩擦力f，共四個力作用，受力示意圖如圖所示；(2)牛受到的重力G和地面對牛的支持力FN是一對平衡力；繩對牛的拉力F和地面對牛的靜摩擦力f是一對平衡力；(3)牛受到重力G的反作用力是牛對地球的吸引力；地面對牛的支持力FN的反作用力是牛對地面的壓力；繩對牛的拉力F的反作用力是牛對繩的拉力；地面對牛的靜摩擦力f的反作用力是牛對地面的靜摩擦力.知識深化　一對作用力和反作用力與一對平衡力的比較  內(nèi)容比較　　一對作用力和反作用力一對平衡力不同點作用對象兩個相互作用的物體同一物體依賴關(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，另一個依然可存在疊加性兩力作用效果不可疊加，不可求合力兩力作用效果可相互抵消，可疊加，可求合力，且合力為零力的性質(zhì)一定是同種性質(zhì)的力可以是同種性質(zhì)的力，也可以是不同種性質(zhì)的力相同點大小相等、方向相反、作用在同一條直線上 [深度思考]　馬拉著車向前加速運動，能否說明馬先對車施加拉力，然后車才對馬有拉力作用？車加速前進(jìn)能否說明馬對車的拉力大于車對馬的拉力？答案　都不能，因為作用力與反作用力具有同時性和等大性，與物體的受力情況、運動情況都無關(guān).(多選)(2020·北京市朝陽區(qū)期末)如圖7所示，電燈吊在天花板上，下列關(guān)于力的說法中，正確的是(　　)圖7A.燈對懸線的拉力與燈受到的重力是一對平衡力B.燈對懸線的拉力與懸線對燈的拉力是一對作用力與反作用力C.燈受到的重力與懸線對燈的拉力是一對平衡力D.燈受到的重力與懸線對天花板的拉力是一對作用力與反作用力答案　BC解析　燈對懸線的拉力與燈受到的重力作用在不同物體上，不是一對平衡力，選項A錯誤；燈對懸線的拉力與懸線對燈的拉力是一對相互作用力，選項B正確；燈受到的重力與懸線對燈的拉力是一對平衡力，選項C正確；燈受到的重力與懸線對天花板的拉力作用在不同物體上，方向均向下不是一對相互作用力，選項D錯誤.特別提醒　區(qū)分一對作用力和反作用力與一對平衡力的關(guān)鍵是：一看研究對象；二看依存關(guān)系.針對訓(xùn)練2　如圖8所示，物體靜止于水平桌面上，則(　　)圖8A.桌面對物體的支持力的大小等于物體的重力，這兩個力是一對平衡力B.物體所受的重力和桌面對它的支持力是一對作用力與反作用力C.物體對桌面的壓力就是物體的重力，這兩個力是同一種力D.物體對桌面的壓力和桌面對物體的支持力是一對平衡力答案　A解析　物體的重力是作用在物體上的力，支持力也是作用在這個物體上的力，這兩個力大小相等、方向相反，且作用在同一直線上，所以這兩個力是一對平衡力，故A正確，B錯誤；壓力不是重力，它們的施力物體、受力物體、作用點都不相同，故C錯誤；物體對桌面的壓力與桌面對物體的支持力是一對作用力與反作用力，不是平衡力，故D錯誤.三、牛頓第三定律的綜合應(yīng)用牛頓第三定律是轉(zhuǎn)換研究對象的橋梁.牛頓第三定律在受力分析、處理連接體問題中都有廣泛的應(yīng)用.當(dāng)某個力不方便直接分析或求解時，可利用牛頓第三定律轉(zhuǎn)換研究對象，通過分析或求解反作用力，從而快捷地解決問題.如圖9為馬戲團(tuán)中猴子爬桿的裝置，已知底座連同豎直桿總質(zhì)量為20 kg，猴子質(zhì)量為5 kg，現(xiàn)讓猴子沿桿以1 m/s2的加速度從桿底部加速向上爬，設(shè)猴子與桿之間的作用力為恒力，則底座對水平面的壓力為多大？(g取10 m/s2)圖9答案　255 N解析　設(shè)猴子質(zhì)量為m，桿及底座總質(zhì)量為M，猴子向上加速爬時受到沿桿向上的力為F，對猴子由牛頓第二定律得F－mg＝ma，得F＝m(g＋a)＝55 N，根據(jù)牛頓第三定律知，猴子對桿向下的力F′＝F＝55 N，所以水平面對底座的支持力為FN＝F′＋Mg＝255 N，由牛頓第三定律知底座對水平面的壓力大小為FN′＝FN＝255 N.針對訓(xùn)練3　如圖10所示為雜技“頂桿”表演，一人站在地上，肩上為一質(zhì)量為M的豎直桿，當(dāng)桿上一質(zhì)量為m的人以加速度a加速下滑時，桿對“底人”的壓力大小為(重力加速度為g)(　　)圖10A.(M＋m)gB.(M＋m)g－maC.(M＋m)g＋maD.(M－m)g答案　B解析　對桿上的人受力分析，根據(jù)牛頓第二定律得：mg－f＝ma，解得f＝mg－ma，則人對桿的摩擦力大小為：f′＝f＝mg－ma，對桿受力分析，根據(jù)共點力平衡得：FN＝Mg＋f′＝(M＋m)g－ma，由牛頓第三定律知，桿對“底人”的壓力大小FN′＝FN＝(M＋m)g－ma，故B正確，A、C、D錯誤.　　　　　　　　　　　　　　　　　　　考點一　對牛頓第三定律的理解1.(多選)關(guān)于作用力與反作用力，下列說法正確的是(　　)A.作用力是摩擦力，反作用力可能是彈力B.作用力是彈力，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.作用力是彈力，反作用力一定是彈力答案　CD解析　作用力與反作用力的性質(zhì)相同，摩擦力的反作用力一定是摩擦力，彈力的反作用力一定是彈力，故C、D正確，A、B錯誤.2.如圖1所示，狗拉著雪橇在雪道上行駛，根據(jù)牛頓運動定律可知(　　)圖1A.若加速前進(jìn)，狗拉雪橇的力大于雪橇拉狗的力B.若加速前進(jìn)，狗拉雪橇的力與雪橇拉狗的力平衡C.若減速前進(jìn)，狗拉雪橇的力小于雪橇拉狗的力D.狗拉雪橇的力與雪橇拉狗的力大小始終相等答案　D解析　無論雪橇如何運動，狗拉雪橇的力和雪橇拉狗的力是一對作用力與反作用力，因此它們始終大小相等、方向相反，雪橇的運動狀態(tài)是由雪橇所受合外力決定的，故A、B、C錯誤，D正確.3.(多選)如圖2所示，我國有一種傳統(tǒng)的民族體育項目叫作“押加”.實際上相當(dāng)于兩個人拔河，如果甲、乙兩人在“押加”比賽中，甲獲勝，則下列說法中正確的是(　　)圖2A.繩對乙的拉力大于繩對甲的拉力，所以甲獲勝B.當(dāng)甲把乙勻速拉過去時，繩對乙的拉力大小等于繩對甲的拉力大小C.當(dāng)甲把乙加速拉過去時，繩對乙的拉力大于繩對甲的拉力D.繩對乙的拉力大小始終等于繩對甲的拉力大小，只是地面對甲的摩擦力大于地面對乙的摩擦力，所以甲獲勝答案　BD解析　繩對乙的拉力和繩對甲的拉力總是大小相等，與甲、乙運動狀態(tài)無關(guān)，故B正確，A、C錯誤.地面對甲的摩擦力大于地面對乙的摩擦力，所以甲獲勝，D正確.4.下列情景中，關(guān)于力的大小關(guān)系，說法正確的是(　　)A.跳高運動員起跳時，地面對運動員的支持力大于運動員對地面的壓力B.鋼絲繩吊起貨物加速上升時，鋼絲繩對貨物的拉力大于貨物對鋼絲繩的拉力C.雞蛋撞擊石頭，雞蛋破碎，石頭對雞蛋的作用力大于雞蛋對石頭的作用力D.汽車受到地面的支持力大小始終等于地面受到汽車的壓力大小，與汽車的運動狀態(tài)無關(guān)答案　D解析　運動員對地面的壓力和地面對運動員的支持力是作用力與反作用力，二者大小相等，A錯誤；鋼絲繩對貨物的拉力與貨物對鋼絲繩的拉力為作用力與反作用力，不管貨物處于哪種狀態(tài)，二者大小都相等，B錯誤；雞蛋對石頭的力和石頭對雞蛋的力是作用力與反作用力，二者大小相等，C錯誤；汽車受到的地面的支持力和地面受到的汽車的壓力是一對作用力和反作用力，它們大小相等，方向相反，與汽車的運動狀態(tài)無關(guān)，D正確.5.人在沙灘上行走時容易下陷，則下陷過程中(　　)A.人對沙灘的壓力大于沙灘對人的支持力B.人對沙灘的壓力小于沙灘對人的支持力C.人對沙灘的壓力大小等于沙灘對人的支持力大小D.人對沙灘的壓力大小一定等于人的重力大小答案　C解析　人對沙灘的壓力和沙灘對人的支持力是作用力和反作用力，二者大小相等，方向相反，故A、B錯誤，C正確；人受重力、沙灘的支持力，人在沙灘上行走時容易下陷說明人受到的向下的重力大于向上的支持力，又人對沙灘的壓力大小等于沙灘對人的支持力大小，故D錯誤. 考點二　一對平衡力和一對作用力與反作用力的比較6.如圖3所示，人站立在體重計上，下列說法正確的是(　　)圖3A.人對體重計的壓力和體重計對人的支持力是一對平衡力B.人對體重計的壓力和體重計對人的支持力是一對作用力與反作用力C.人所受的重力和人對體重計的壓力是一對平衡力D.人所受的重力和人對體重計的壓力是一對作用力與反作用力答案　B7.(多選)如圖4所示，把一本書放在水平桌面上保持靜止，下列說法中正確的是(　　)圖4A.書對桌面的壓力是彈力，是由于桌面發(fā)生形變而產(chǎn)生的B.書對桌面的壓力在數(shù)值上等于書受到的重力C.書保持靜止是由于書對桌面的壓力與桌面對書的支持力是一對平衡力D.書對桌面的壓力與桌面對書的支持力是一對作用力和反作用力答案　BD解析　書對桌面的壓力是彈力，是由于書發(fā)生形變而產(chǎn)生的，選項A錯誤；書對桌面的壓力在數(shù)值上等于書受到的重力，選項B正確；書保持靜止是由于書的重力與桌面對書的支持力是一對平衡力，選項C錯誤；書對桌面的壓力與桌面對書的支持力是一對作用力和反作用力，選項D正確.8.(多選)如圖5所示，用水平力F把一個物體緊壓在豎直墻壁上，使其保持靜止，下列說法正確的是(　　)圖5A.水平力F與墻壁對物體的彈力是一對作用力與反作用力B.物體的重力與墻壁對物體的靜摩擦力是一對平衡力C.水平力F與物體對墻壁的壓力是一對作用力與反作用力D.物體對墻壁的壓力與墻壁對物體的彈力是一對作用力與反作用力答案　BD解析　水平力F與墻壁對物體的彈力是一對平衡力，A錯誤；物體在豎直方向上受豎直向下的重力以及墻壁對物體豎直向上的靜摩擦力，這兩個力是一對平衡力，B正確；水平力F作用在物體上，而物體對墻壁的壓力作用在墻壁上，這兩個力既不是平衡力，也不是相互作用力，C錯誤；物體對墻壁的壓力與墻壁對物體的彈力是一對作用力與反作用力，D正確.9.如圖6所示，物體A、B質(zhì)量分別是5 kg和12 kg，不計滑輪與繩間摩擦及繩的重力，整個系統(tǒng)靜止.則B對地面的摩擦力及對地面的壓力大小分別為(g取10 m/s2，sin 53°＝0.8，cos 53°＝0.6)(　　)圖6A.30 N　70 N  B.30 N　80 NC.70 N　30 N  D.80 N　30 N答案　B解析　由于A處于平衡狀態(tài)，受力分析可知繩子上的拉力T＝mAg①對物體B受力分析，如圖所示，由于B靜止，則在水平方向上有：Tcos 53°＝f②由①②兩式得地面對B的摩擦力f＝30 N對物體B，在豎直方向分析，有mBg＝Tsin 53°＋FN代入數(shù)據(jù)解得FN＝80 N由牛頓第三定律可知物體B對地面的摩擦力大小為f′＝f＝30 N，對地面的壓力大小為FN′＝FN＝80 N，故選項B正確.10.(多選)如圖7所示，三個木塊A、B、C，質(zhì)量均為m，在水平推力F作用下靜止靠在豎直的墻面上.已知A的左側(cè)是光滑的，重力加速度為g，下列說法正確的是(　　)圖7A.A對B的摩擦力豎直向下，大小是mgB.B對C的摩擦力豎直向下，大小是2mgC.C對B的摩擦力豎直向上，大小是mgD.墻對C的摩擦力豎直向上，大小是3mg答案　ABD解析　對A受力分析，B對A的摩擦力與A的重力平衡，所以B對A的摩擦力豎直向上，大小是mg，由牛頓第三定律知，A正確；對A、B、C組成的整體受力分析，墻對C的摩擦力與整體的重力平衡，所以墻對C的摩擦力豎直向上，大小是3mg，D正確；對A、B組成的整體受力分析，C對B的摩擦力與整體的重力平衡，所以C對B的摩擦力豎直向上，大小是2mg，根據(jù)牛頓第三定律知，B對C的摩擦力豎直向下，大小是2mg，B正確，C錯誤.11.質(zhì)量為M的人站在水平地面上，用繩通過光滑輕質(zhì)定滑輪將質(zhì)量為m的重物從高處放下，如圖8所示，若重物以加速度a下降(a<g)，則人對地面的壓力大小為(　　)圖8A.(M＋m)g－ma  B.M(g－a)－maC.(M－m)g＋ma  D.Mg－ma答案　C解析　設(shè)繩的拉力為T，對重物由牛頓第二定律知，mg－T＝ma，所以，繩的拉力為T＝mg－ma.對人受力分析，人受重力Mg、繩的拉力T′及地面的支持力FN而平衡，因T′＝T，又Mg＝FN＋T′，所以FN＝Mg－T′＝(M－m)g＋ma，人對地面的壓力與地面對人的支持力為一對作用力與反作用力，根據(jù)牛頓第三定律知，人對地面的壓力大小也為(M－m)g＋ma，故選C.