要點一 作用力與反作用力
在物理學中,把物體間的這一對相互作用力稱為作用力與反作用力?。
要點二 牛頓第三定律
在長期研究的基礎上,牛頓總結(jié)并提出了牛頓第三運動定律,簡稱牛頓第三定律:兩個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?。
?以下對作用力及反作用力的理解正確嗎?
(1)相互作用的一對力中,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,因為作用力和反作用力分別作用在兩個物體上,不能進行力的合成。
深刻理解作用力和反作用力
(1)三個特征:
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物體上。
②同時性,即作用力和反作用力同時產(chǎn)生,同時變化,同時消失。
③相互性,即作用力和反作用力總是相互的、成對出現(xiàn)的。
④同性性,即二者性質(zhì)總是相同的。
探究點一 作用力與反作用力
我們知道,物體間的作用是相互的,一個物體對另一個物體施加力的作用,這個物體同時也受到另一物體對它的作用。這種相互作用有什么規(guī)律呢?先思考以下問題:
1.圖中,在平靜的水面上,靜止的船頭站立著一個人,現(xiàn)在人從船頭走到船尾,會發(fā)生什么現(xiàn)象?
提示 小船會向后退一段距離。
2.將充了氣的氣球釋放,當氣流從氣球中噴出時,氣球的運動狀態(tài)是什么樣的?
提示 氣球向相反的方向運動。
1.作用力與反作用力
所有現(xiàn)象表明,無論兩個物體是否相互接觸,當一個物體對另一個物體施加力的作用時,一定同時受到另一個物體的力的作用,我們把以上兩個作用力分別叫作作用力與反作用力。
2.施力物體同時也是受力物體
例 甲、乙兩人參加拔河比賽時的場景如圖所示,下列說法正確的是( )
A.若甲贏,則甲對繩子的拉力大小大于繩子對甲的拉力大小
B.不論誰贏,甲對繩子的拉力大小均等于繩子對甲的拉力大小
C.甲受到的重力與支持力是一對作用力和反作用力
D.甲受到的摩擦力與繩子的拉力是一對作用力和反作用力
答案 B 甲對繩子的拉力和繩子對甲的拉力為作用力和反作用力,故二者大小一定相等,與誰贏無關(guān),故A錯誤,B正確;甲受到的重力與支持力是一對平衡力,不是作用力和反作用力,故C錯誤;在水平方向上,甲受到的摩擦力與繩子的拉力是一對平衡力,故D錯誤。
解題感悟
要注意明確作用力和反作用力涉及兩個物體,兩個作用力性質(zhì)相同,但作用在兩個不同的物體上,產(chǎn)生的作用效果不同;而一對平衡力只涉及一個物體,是其他兩個不同物體對一個物體的作用力,其性質(zhì)可能不同,但兩個力的合力為零;要注意正確區(qū)分二者的區(qū)別。
1.有人設計了一種交通工具,在平板車上裝了一個電風扇,風扇運轉(zhuǎn)時吹出的風全部打到豎直固定在小車中間的風帆上,靠風帆受力而向前運動,如圖所示。對于這種設計,下列分析中正確的是( )
A.根據(jù)牛頓第二定律,這種設計能使小車運行
B.根據(jù)牛頓第三定律,這種設計能使小車運行
C.這種設計不能使小車運行,分析其原因需要用到牛頓第二定律和牛頓第三定律
D.這種設計不能使小車運行,分析其原因只需要用到牛頓第三定律,與牛頓第二定律無關(guān)
答案 D 以整體為研究對象,整體不受外力,因此這種設計不能使小車運行;根據(jù)牛頓第三定律可知,風扇對風帆有一個力的作用,同時風帆對風扇有一個反作用力,所以這種設計不能使小車運行,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,不計空氣阻力,則木板P的受力個數(shù)為( )
A.3個 B.4個
C.5個 D.6個
答案 C 由于P、Q一起勻速下滑,取P、Q整體為研究對象,則沿斜面方向整體受力平衡,從而可知斜面對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個力的作用。故選項C正確。
探究點二 牛頓第三運動定律
1.牛頓第三定律
(1)內(nèi)容:兩個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)系與物體的運動狀態(tài)無關(guān),與參考系的選取無關(guān)。
2.作用力與反作用力的“四同”和“三異”
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,外表看起來和別處沒有區(qū)別,但是特別松軟,人一旦踩上去,就會慢慢沉下去,最終窒息而亡。當人踩上去之后下列說法正確的是( )
A.人對沼澤地的壓力小于沼澤地對人的支持力
B.人對沼澤地的壓力等于沼澤地對人的支持力
C.人對沼澤地的壓力等于人受到的重力
D.人對沼澤地的壓力小于人受到的重力
答案 BD 人對沼澤地的壓力和沼澤地對人的支持力是作用力和反作用力,二者大小相等。對人受力分析可知,人受重力和支持力,人最終下沉,是因為重力大于支持力,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0.5 kg,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L0=10 cm,勁度系數(shù)k=100 N/m。當A、B磁鐵均處于靜止狀態(tài)時,彈簧的長度為L=11 cm。不計地磁場對磁鐵的作用和磁鐵與彈簧間的相互作用力,求B磁鐵對地面的壓力大小。(g取10 N/kg)
答案 9 N
解析 設B磁鐵對A磁鐵的作用力為F
因mg=5 N>k(L-L0)=1 N,故F豎直向上
A磁鐵受力分析如圖1所示,有k(L-L0)+F=mg
解得F=4 N
由牛頓第三定律得A磁鐵對B磁鐵的作用力
F'=F=4 N,方向豎直向下
B磁鐵受力如圖2所示,有FN=mg+F'
解得:FN=9 N
由牛頓第三定律得B磁鐵對地面的壓力
F壓=FN=9 N
探究點三 相互作用力與平衡力
一對作用力和反作用力與一對平衡力的比較
1.如圖所示,人靜止站在體重秤上,下列說法中正確的是( )
A.人對體重秤的壓力和體重秤對人的支持力是一對平衡力
B.人對體重秤的壓力和體重秤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秤的壓力是一對平衡力
D.人所受的重力和人對體重秤的壓力是一對作用力與反作用力
答案 B 人對體重秤的壓力和體重秤對人的支持力是一對作用力與反作用力,故A錯誤,B正確。人所受的重力和人對體重秤的壓力既不是一對平衡力,也不是一對作用力與反作用力,故C、D錯誤。
2.如圖所示,物體靜止于水平桌面上,則( )
A.物體對桌面的壓力就是物體的重力,這兩個力是同一種力
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.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
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 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,作用點在物體上,A錯誤;重力和物體對地球的吸引力是一對作用力與反作用力,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,B錯誤,C正確;物體對桌面的壓力和桌面對物體的支持力是一對作用力與反作用力,D錯誤。
1.如圖所示,一運動員站在3 m跳板上,圖中F1表示人對跳板的彈力,F2表示跳板對人的彈力,則( )
A.先有F1后有F2
B.一旦人離開跳板,F2立即消失,F1依舊存在
C.F1和F2大小相等、方向相反,是一對相互作用力
D.因人離開跳板前具有向上的加速度,所以F2大于F1
答案 C 人對跳板的彈力F1和跳板對人的彈力F2是一對作用力與反作用力,它們大小相等,方向相反,作用在不同物體上,同時產(chǎn)生,同時消失,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,木板與地面間的動摩擦因數(shù)為μ1,木塊與木板間的動摩擦因數(shù)為μ2,木板一直靜止,則地面受木板的摩擦力大小為( )
A.μ2mg B.μ1Mg
C.μ1(m+M)g D.μ1Mg+μ2mg
答案 A 對木塊受力分析,受重力、木板的支持力和向左的滑動摩擦力,設此滑動摩擦力為f1,則有f1=μ2FN,FN=mg,故f1=μ2mg;再對木板受力分析,受到重力、木塊對木板向下的壓力、木塊對其向右的滑動摩擦力、地面對木板的支持力及向左的靜摩擦力,設此靜摩擦力為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錯誤。
3.(★)如圖所示,用彈簧測力計懸掛一個重力為G=10 N的金屬塊,使金屬塊部分浸在臺秤上的水杯中(水不會溢出)。若彈簧測力計的示數(shù)變?yōu)镕T=6 N,則臺秤的示數(shù)( )
A.保持不變 B.增加10 N
C.增加6 N D.增加4 N
答案 D 金屬塊浸入水中后,水對金屬塊產(chǎn)生浮力F,由彈簧測力計的示數(shù)知,浮力的大小F=G-FT=(10-6) N=4 N。根據(jù)牛頓第三定律,金屬塊對水也施加一個反作用力F',其大小F'=F=4 N,方向向下,所以臺秤的示數(shù)增加4 N。
拔河,古稱為“牽鉤”,誕生于距今2 400年前春秋戰(zhàn)國時期的楚國,是一種雙方等同人數(shù)通過互拉拔河繩以進行對抗的比賽。勝負的判定看哪一隊先將對方拉向該隊且使拔河繩上的標志點超過所定的界限。拔河比賽曾于1900年至1920年五次出現(xiàn)在奧運會上,現(xiàn)在是世界運動會的正式競賽項目之一。
1.如圖所示,拔河比賽的結(jié)果是甲隊取得勝利。在整體向左加速的過程中,甲、乙兩隊對繩子拉力的大小分別為F甲、F乙,繩子的質(zhì)量忽略不計,則下列說法正確的是( )
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乙是一對作用力與反作用力
答案 B 甲隊對繩子的拉力與繩子對甲隊的拉力是一對作用與反作用力,它們大小相等、方向相反;乙隊對繩子的拉力與繩子對乙隊的拉力是一對作用與反作用力,它們大小相等、方向相反;由二力平衡可知甲隊對繩子的拉力等于乙隊對繩子的拉力,即F甲=F乙,因F甲與F乙都是作用在繩子上的力,故不是一對作用力與反作用力。故選B。
2.(多選)2020年12月,學校在鐘樓前舉行了拔河比賽,師生積極參與,營造了奮力拼搏、團結(jié)向上的良好氛圍,師生受到了鍛煉,豐富了校園文化生活。針對甲、乙兩組拔河比賽的場景,不計繩重,從物理學的角度分析,下列說法正確的是 ( )
A.比賽時,選體重較大的運動員,能增大對地面的壓力
B.比賽時,運動員身體后傾,兩腿彎曲,可以降低重心
C.比賽時,受到地面摩擦力較大的一組最終獲勝
D.比賽時,拉力較大的一組最終獲勝
答案 ABC 因為物體間力的作用是相互的。對于拔河的兩個隊,甲對乙施加了多大拉力,乙對甲也同時產(chǎn)生一樣大小的拉力。可見,雙方之間的拉力并不是決定勝負的因素,哪邊能獲勝就取決于哪邊的摩擦力大,C正確, D錯誤;隊員的體重越重,對地面的壓力越大,摩擦力也會增大,A正確;身體向后傾,同時彎腿,可以降低重心,是借助對方的拉力來增大對地面的壓力,其目的都是盡量增大地面對腳底的摩擦力,B正確。課標解讀
課標要求
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.學會正確受力分析。
1.物理觀念:通過學習,形成比較完整的力學中的相互作用這一物理觀念。
2.科學思維:能通過對具體問題的分析,理解一對相互作用力和一對平衡力的本質(zhì)內(nèi)涵。
3.科學探究:能根據(jù)作用力與反作用力的定義設計實驗,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.科學態(tài)度與責任:認識到物理學是基于人類有意識的探究而形成的對自然現(xiàn)象的描述與解釋并需要接受實踐的檢驗。
項目
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
同時產(chǎn)生、同時變化、同時消失,不能認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
項目
一對作用力和反作用力
一對平衡力
不
同
點
作用對象
兩個力分別作用在相互作用的兩個物體上
兩個力作用在同一個物體上
涉及物體
兩個物體
一個物體
力的性質(zhì)
兩個力的性質(zhì)一定相同
兩個力的性質(zhì)不一定相同
作用效果
兩個力分別作用在兩個獨立物體上,各自獨立產(chǎn)生作用效果
兩個力共同的作用效果是使物體處于平衡態(tài)
依賴關(guān)系
兩個力一定同時產(chǎn)生、變化、消失,不可能單獨存在
不存在依賴關(guān)系,撤除一個力時,另一個力可依然存在,只是受力不再平衡
共同點
大小相等、方向相反、作用在同一條直線上

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