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2021-2022学年高中物理 第6章 力与运动 第3节 牛顿第三定律教案 鲁科版必修1

2021-2022学年高中物理 第6章 力与运动 第3节 牛顿第三定律教案 鲁科版必修1

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- 9 -

第3节　牛顿第三定律
[学习目标]　1．[物理观念]知道力的作用是相互的，知道作用力和反作用力的概念．　2．[科学思维与科学方法]理解牛顿第三定律的含义，并能用它解释生活中的现象．　3．[科学思维与科学方法]知道作用力、反作用力与平衡力的区别．

一、作用力与反作用力
1．定义：物体间的一对相互作用力，叫作作用力和反作用力．可以把其中的任意一个力叫作作用力，则另一个力就叫作反作用力．
2．特点：力的作用总是相互的．相互的作用力和反作用力既可以存在于相互接触的物体之间，也可以存在于不接触的物体之间．
二、牛顿第三定律
1．内容：两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等，方向相反，作用在一条直线上．
2．表达式：F＝－F′，其中F、F′分别表示作用力和反作用力．负号表示两个力方向相反．

1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)力是物体对物体的作用，施力物体同时也是受力物体． (√)
(2)作用力和反作用力的受力物体是同一物体． (×)
(3)作用力和反作用力的合力为零． (×)
(4)一个人在用力打拳，可见一个力可以只有施力物体没有受力物体． (×)
(5)先有作用力后有反作用力． (×)
(6)作用力与反作用力一定是同性质的力． (√)
2．关于作用力和反作用力，下列说法中正确的有(　　)
A．凡是大小相等、方向相反、作用在同一直线上且分别作用在两个物体上的两个力，必定是一对作用力和反作用力
B．弹力和摩擦力总有其反作用力，重力没有反作用力
C．作用力和反作用力总是同时产生，但不一定同时消失
D．相互作用的物体，无论接触与否，运动状态如何，牛顿第三定律都是适用的
D　[任何力都有反作用力，重力的反作用力作用于地球上；牛顿第三定律反映了物体间相互作用的普遍规律，与物体是否接触及运动状态无关．作用力、反作用力同时产生、同时消失．]
3．在某校一次拔河比赛结束后，获胜班级的队员小明，在接受校广播站小记者采访时说：“我们班获得胜利的关键是我们拉对手的力总能大于他们拉我们的力，我们是最棒的！”
想一想，小明的关于获胜原因的分析是否具有科学道理？

解析：小明的分析是没有科学道理的，因为两队进行拔河比赛，彼此作用于对方的力是属于作用力与反作用力，始终都是大小相等的，小明所在班级能够获胜的原因是由于他们与地面之间的静摩擦力大于对手班级对他们的拉力．
答案：没有科学道理

作用力与反作用力
1．作用力与反作用力
(1)四同
(2)三异
2．作用力、反作用力与平衡力

作用力和反作用力
平衡力
相同点
大小相等、方向相反、作用在同一直线上
不同点
受力物体
作用在不同物体上
作用在同一物体上
性质
相同
不一定相同
依存关系
同时产生、同时变化、同时消失，相互依存，不可单独存在
无依存关系，撤销其中一个，另一个仍可存在，只是不再平衡
叠加性
不可叠加求合力，两力作用效果不会抵消
可以叠加求合力，合力为零，两力作用效果相互抵消
【例1】　(多选)如图所示，水平力F把一个物体紧压在竖直的墙壁上静止不动，下列说法中正确的是(　　)

A．作用力F跟墙壁对物体的支持力是一对作用力与反作用力
B．作用力F与物体对墙壁的压力是一对平衡力
C．物体的重力跟墙壁对物体的静摩擦力是一对平衡力
D．物体对墙壁的压力与墙壁对物体的支持力是一对作用力与反作用力
思路点拨：先对物体受力分析，找出相互平衡的力，然后找出每个力的施力物体，对施力物体的作用力是反作用力．
CD　[作用力F跟墙壁对物体的支持力作用在同一物体上，大小相等、方向相反，在一条直线上，是一对平衡力，A错．作用力F作用在物体上而物体对墙壁的压力作用在墙壁上，这两个力不能成为平衡力，也不是作用力和反作用力，B错．物体在竖直方向上，受竖直向下的重力和墙壁对物体竖直向上的静摩擦力，因物体处于静止，故这两个力是一对平衡力，C对．物体对墙壁的压力与墙壁对物体的支持力，是两个物体之间的相互作用力，是一对作用力和反作用力，D对．]

辨别作用力、反作用力与平衡力的方法

[跟进训练]
1．下列关于作用力、反作用力和一对平衡力的认识，正确的是(　　)
A．一对平衡力的合力为零，作用效果相互抵消，一对作用力与反作用力的合力也为零，作用效果也相互抵消
B．作用力和反作用力同时产生、同时变化、同时消失，且性质相同，一对平衡力的性质不一定相同
C．作用力和反作用力同时产生、同时变化、同时消失，一对平衡力也是如此
D．先有作用力，接着才有反作用力，一对平衡力却是同时作用在同一个物体上的
B　[作用力与反作用力是分别作用在两个不同物体上的，作用效果不能抵消，选项A错误；作用力与反作用力具有同时性、同性质的特点，而一对平衡力不一定具有这些特点，选项B正确，C、D错误．]
2．在滑冰场上，甲、乙两小孩分别坐在滑冰板上，原来静止不动，在相互猛推一下后分别向相反方向运动，假定两板与冰面间的动摩擦因数相同，已知甲在冰上滑行的距离比乙远，这是由于(　　)
A．在推的过程中，甲推乙的力小于乙推甲的力
B．在推的过程中，甲推乙的时间小于乙推甲的时间
C．在刚分开时，甲的初速度大于乙的初速度
D．在分开后，甲的加速度的大小小于乙的加速度的大小
C　[甲、乙相互推的过程中作用力和反作用力一定大小相等，且作用时间也一定相同，故选项A、B错误；由于两板与冰面间的动摩擦因数相同，故二者的加速度也相等，都等于μg，故选项D错误；甲在冰上滑行的距离比乙远，一定是刚分开时甲的初速度大于乙的初速度，故选项C正确．]

牛顿第三定律
1．牛顿第三定律的公式表达：F＝－F′．负号表示两者方向相反，等号表示两者大小相等．
2．牛顿第三定律的物理意义：揭示了物体之间相互作用的规律，反映了作用力和反作用力的大小、方向特点，揭示了相互作用的物体间的联系．
3．应用牛顿第三定律应注意的问题
(1)定律中的“总是”说明对于任何物体，在任何条件下牛顿第三定律都是成立的．
(2)牛顿第三定律说明了作用力和反作用力中，若一个产生或消失，则另一个必然同时产生或消失，否则就违背了“相互关系”．
【例2】　质量为M的人站在地面上，用轻绳通过光滑定滑轮将质量为m的重物从高处放下，如图所示，若重物以加速度a下降(a＜g)，则人对地面的压力为(　　)

A．(M＋m)g－ma B．M(g－a)－ma
C．(M－m)g＋ma D．Mg－ma
思路点拨：①“轻绳、光滑定滑轮”说明绳对重物的拉力和对人的拉力大小相等．
②求人对地面的压力可用转换对象法先求地面对人的支持力．
C　[以重物为研究对象，受力分析如图甲所示．
由牛顿第二定律得mg－F＝ma，
所以绳子上的拉力F＝mg－ma．
以人为研究对象，受力分析如图乙所示．

甲　　　　　乙
由平衡条件得F＋N＝Mg
所以N＝Mg－F＝Mg＋ma－mg
由牛顿第三定律知，人对地面的压力等于地面对人的支持力
所以N′＝N＝(M－m)g＋ma．]

牛顿第三定律的适用范围
牛顿第三定律不仅适用于固体间的相互作用，也同样适用于气体和液体间的相互作用，而且与作用力的性质、作用方式(接触或不接触)、物体的质量大小、运动状态及参考系的选择均无关．

[跟进训练]
3．质量分别为40 kg和60 kg的两个小孩都穿着冰鞋站在溜冰场的冰面上，其中一个小孩用120 N的水平力推另一个小孩，则两个小孩各得到怎样的加速度？
解析：两个小孩之间的力是作用力与反作用力的关系，根据牛顿第三定律知两力大小相等、方向相反，故两小孩受到对方的力的大小都为120 N．
根据牛顿第二定律F＝ma，知
a1＝＝ m/s2＝3 m/s2
a2＝＝ m/s2＝2 m/s2
两者加速度方向相反．
答案：3 m/s2和2 m/s2，二者加速度方向相反
4．如图所示，底座A上装有0.5 m长的直立杆，底座和杆的总质量为M＝0.2 kg，杆上套有质量为0.05 kg的小环B，它与杆之间有摩擦．当环从底座上以4 m/s的初速度飞起时，刚好能到达杆顶而没有脱离直立杆，取g＝10 m/s2．求在环升起的过程中底座对水平面的压力为多大？

解析：对小环上升的过程进行受力分析，小环受重力mg和直立杆对其产生的滑动摩擦力f的作用，设小环的加速度大小为a，由牛顿第二定律得f＋mg＝ma，
又小环的初速度v＝4 m/s，直立杆长度为s＝0.5 m，
小环向上做匀减速运动，由运动学公式得0－v2＝－2as，
联立解得a＝16 m/s2，f＝0.3 N．
根据牛顿第三定律可知，小环给直立杆一个竖直向上的滑动摩擦力f′．
因为杆和底座整体受力平衡，受力分析得N＋f′＝Mg，所以N＝1.7 N．
根据牛顿第三定律知，底座对水平面的压力大小为1.7 N．
答案：1.7 N

1．[物理观念]作用力与反作用力．
2．[科学思维]作用力与反作用力和平衡力的对比，牛顿第三定律的应用．

1．(多选)下面是生活、生产中常见的事例，应用牛顿第三定律的是(　　)
A．小船靠划桨前进
B．帆船利用风力来航行
C．螺旋桨飞机通过螺旋桨旋转飞行
D．喷气式飞机向后喷出燃气推动飞机前进
ACD　[当坐在船上的人划桨时，桨对水有向后的作用力，同时水对桨有一个反作用力向前，使得小船向前行，A正确．同理C、D正确，B错误．]
2．我国跳水运动在世界上处于领先地位．如图所示为运动员跳水前的起跳动作．下列说法正确的是(　　)

A．运动员蹬板的作用力大小大于板对她们的支持力大小
B．运动员蹬板的作用力大小小于板对她们的支持力大小
C．运动员所受的支持力和重力相平衡
D．运动员所受的合外力一定向上
D　[运动员蹬板的作用力与板对她们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；运动员起跳过程，是由静止获得速度的过程，因而有竖直向上的加速度，合外力竖直向上，运动员所受的支持力大于重力，C错，D对．]
3．下列各对力中，是相互作用力的是(　　)
A．悬绳对电灯的拉力和电灯的重力
B．电灯拉悬绳的力与悬绳拉电灯的力
C．悬绳拉天花板的力和电灯拉悬绳的力
D．悬绳拉天花板的力和电灯的重力
B　[作用力与反作用力是两个物体之间的相互作用力，选项A、C、D都不是作用力与反作用力．]
4．人站在地面上，先将两腿弯曲，再用力蹬地，就能跳离地面，人能跳起离开地面的原因是(　　)
A．人对地球的作用力大于地球对人的引力
B．地面对人的作用力大于人对地面的作用力
C．地面对人的作用力大于地球对人的引力
D．人除受地面的弹力外，还受到一个向上的力
C　[对人受力分析：人受到地面给人的弹力和重力，因为弹力大于重力，所以人能跳起．]