2022年高中物理魯科版必修1教學(xué)案：第6章 第3節(jié) 牛頓第三定律(含解析)

2022年高中物理魯科版必修1教學(xué)案：第6章 第3節(jié) 牛頓第三定律(含解析)1.兩物體間的任何性質(zhì)的作用力總是相互的，物體間的這一對(duì)力叫作用力和反作用力，其中任意一個(gè)叫作用力，另一個(gè)叫反作用力。2作用力與反作用力有“三同”和“三不同”，“三同”是大小相同，性質(zhì)相同，產(chǎn)生、存在、消失的時(shí)間相同；“三不同”是指方向不同，作用對(duì)象不同，作用效果不同。3作用力和反作用力與平衡力不同，最明顯的區(qū)別是作用對(duì)象不同，作用力、反作用力作用在兩個(gè)不同的物體上，效果不能抵消，平衡力作用在同一物體上，效果可以抵消。一、作用力與反作用力1定義物體間的一對(duì)相互作用力，叫做作用力和反作用力。可以把其中的任意一個(gè)力叫做作用力，則另一個(gè)力就叫做反作用力。2特點(diǎn)力的作用總是相互的。相互的作用力和反作用力既可以存在于相互接觸的物體之間，也可以存在于不接觸的物體之間。二、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，作用在一條直線(xiàn)上。2表達(dá)式FF，其中F、F分別表示作用力和反作用力。負(fù)號(hào)表示兩個(gè)力方向相反。1自主思考判一判(1)力是物體對(duì)物體的作用，施力物體同時(shí)也是受力物體。()(2)作用力和反作用力的受力物體是同一物體。(×)(3)作用力和反作用力的合力為零。(×)(4)一個(gè)人在用力打拳，可見(jiàn)一個(gè)力可以只有施力物體沒(méi)有受力物體。(×)(5)先有作用力后有反作用力。(×)(6)作用力與反作用力一定是同性質(zhì)的力。()2合作探究議一議(1)“葉落歸根”這一自然現(xiàn)象說(shuō)明了樹(shù)葉受到了地球的吸引力作用，樹(shù)葉對(duì)地球有沒(méi)有反作用力？提示：有，樹(shù)葉對(duì)地球的吸引力。(2)如圖6­3­1所示，甲、乙兩同學(xué)想通過(guò)測(cè)力計(jì)A、B的讀數(shù)來(lái)比較出誰(shuí)的力氣大，這有可能嗎？圖6­3­1提示：不可能。因?yàn)閮蓚€(gè)測(cè)力計(jì)的示數(shù)始終相同。(3)“掰腕子”是比較臂力大小的一種常見(jiàn)比賽。在一次“掰腕子”比賽中，甲輕松地勝了乙，是否是因?yàn)榧讓?duì)乙的作用力大于乙對(duì)甲的作用力？提示：不是。甲、乙兩手間的力為作用力與反作用力，根據(jù)牛頓第三定律可知，這兩個(gè)力大小相等，甲之所以勝了乙，那是因?yàn)榧资滞竽艹惺艿牧Υ笥谝沂滞竽艹惺艿牧?。作用力與反作用力的理解1如圖6­3­2所示，一個(gè)大人甲跟一個(gè)小孩乙站在水平地面上手拉手比力氣，結(jié)果大人把小孩拉過(guò)來(lái)了。對(duì)這個(gè)過(guò)程中作用于雙方的力的關(guān)系，正確的說(shuō)法是()圖6­3­2A大人拉小孩的力一定比小孩拉大人的力大B大人與小孩間的拉力是一對(duì)作用力與反作用力C大人拉小孩的力與小孩拉大人的力的合力一定為零D只有在大人把小孩拉動(dòng)的過(guò)程中，大人的力才比小孩的力大，有可能出現(xiàn)的短暫相持過(guò)程中，兩人的拉力一樣大解析：選B大人拉小孩與小孩拉大人構(gòu)成一對(duì)相互作用力，它們之間的關(guān)系滿(mǎn)足牛頓第三定律，所以二者永遠(yuǎn)大小相等，方向相反，兩力作用在不同的人身體上，不能求合力，小孩被拉動(dòng)是因?yàn)樗艿睦Υ笥谒苣Σ亮Φ木壒?。故選項(xiàng)B正確。2下列各對(duì)力中，是相互作用力的是()A懸繩對(duì)電燈的拉力和電燈的重力B電燈拉懸繩的力與懸繩拉電燈的力C懸繩拉天花板的力和電燈拉懸繩的力D懸繩拉天花板的力和電燈的重力解析：選B作用力與反作用力是兩個(gè)物體之間的相互作用力，選項(xiàng)A、C、D都不是作用力與反作用力。3(多選)馬拉車(chē)運(yùn)動(dòng)時(shí)，設(shè)馬對(duì)車(chē)的作用力為F，車(chē)對(duì)馬的作用力為F。關(guān)于F和F的說(shuō)法正確的是()AF和F是一對(duì)作用力和反作用力B當(dāng)馬與車(chē)做加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，F(xiàn)>FC當(dāng)馬與車(chē)做減速運(yùn)動(dòng)時(shí)，F(xiàn)<FD無(wú)論馬與車(chē)做什么運(yùn)動(dòng)，F(xiàn)和F的大小總是相等的解析：選AD馬與車(chē)之間的兩個(gè)力作用在兩個(gè)物體上，是一對(duì)相互作用力，這兩個(gè)力大小一定相等，故A、D項(xiàng)正確；車(chē)做加速(減速)運(yùn)動(dòng)的原因是馬拉車(chē)的力大于(小車(chē))車(chē)所受的阻力，故B、C項(xiàng)錯(cuò)誤。作用力、反作用力與平衡力的比較作用力、反作用力與平衡力之間最直觀的不同就是受力物體不同。作用力和反作用力平衡力相同點(diǎn)大小相等、方向相反、作用在同一直線(xiàn)上不同點(diǎn)受力物體作用在不同物體上作用在同一物體上性質(zhì)相同不一定相同依存關(guān)系同時(shí)產(chǎn)生、同時(shí)變化、同時(shí)消失，相互依存，不可單獨(dú)存在無(wú)依存關(guān)系，撤銷(xiāo)其中一個(gè)，另一個(gè)仍可存在，只是不再平衡疊加性不可疊加求合力，兩力作用效果不會(huì)抵消可以疊加求合力，合力為零，兩力作用效果相互抵消典例 (多選)如圖6­3­3所示，水平力F把一個(gè)物體緊壓在豎直的墻壁上靜止不動(dòng)，下列說(shuō)法中正確的是()圖6­3­3A作用力F跟墻壁對(duì)物體的支持力是一對(duì)作用力與反作用力B作用力F與物體對(duì)墻壁的壓力是一對(duì)平衡力C物體的重力跟墻壁對(duì)物體的靜摩擦力是一對(duì)平衡力D物體對(duì)墻壁的壓力與墻壁對(duì)物體的支持力是一對(duì)作用力與反作用力思路點(diǎn)撥先對(duì)物體受力分析，找出相互平衡的力，然后找出每個(gè)力的施力物體，對(duì)施力物體的作用力是反作用力。解析作用力F跟墻壁對(duì)物體的支持力作用在同一物體上，大小相等、方向相反，在一條直線(xiàn)上，是一對(duì)平衡力，A錯(cuò)。作用力F作用在物體上而物體對(duì)墻壁的壓力作用在墻壁上，這兩個(gè)力不能成為平衡力，也不是作用力和反作用力，B錯(cuò)。物體在豎直方向上，受豎直向下的重力和墻壁對(duì)物體豎直向上的靜摩擦力，因物體處于靜止，故這兩個(gè)力是一對(duì)平衡力，C對(duì)。物體對(duì)墻壁的壓力與墻壁對(duì)物體的支持力，是兩個(gè)物體之間的相互作用力，是一對(duì)作用力和反作用力，D對(duì)。答案CD辨別作用力、反作用力與平衡力的方法1下列關(guān)于作用力、反作用力和一對(duì)平衡力的認(rèn)識(shí)，正確的是()A一對(duì)平衡力的合力為零，作用效果相互抵消，一對(duì)作用力與反作用力的合力也為零，作用效果也相互抵消B作用力和反作用力同時(shí)產(chǎn)生、同時(shí)變化、同時(shí)消失，且性質(zhì)相同，一對(duì)平衡力的性質(zhì)不一定相同C作用力和反作用力同時(shí)產(chǎn)生、同時(shí)變化、同時(shí)消失，一對(duì)平衡力也是如此D先有作用力，接著才有反作用力，一對(duì)平衡力卻是同時(shí)作用在同一個(gè)物體上的解析：選B作用力與反作用力是分別作用在兩個(gè)不同物體上的，作用效果不能抵消，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；作用力與反作用力具有同時(shí)性、同性質(zhì)的特點(diǎn)，而一對(duì)平衡力不一定具有這些特點(diǎn)，選項(xiàng)B正確，C、D錯(cuò)誤。2.如圖6­3­4所示，物體處于靜止?fàn)顟B(tài)，下列說(shuō)法中正確的是()圖6­3­4A繩對(duì)物體的拉力和物體對(duì)繩的拉力是一對(duì)作用力與反作用力B物體的重力和物體對(duì)繩的拉力是一對(duì)平衡力C物體的重力和繩對(duì)物體的拉力是一對(duì)作用力與反作用力D物體的重力的反作用力作用在繩上解析：選A繩對(duì)物體的拉力和物體對(duì)繩的拉力作用在相互作用的兩個(gè)物體上，且大小相等、方向相反，符合作用力與反作用力的條件，故選項(xiàng)A正確；物體的重力作用在物體上，物體對(duì)繩的拉力作用在繩上，作用對(duì)象不同，不是一對(duì)平衡力，故選項(xiàng)B錯(cuò)誤；物體的重力與繩對(duì)物體的拉力是一對(duì)平衡力，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤；物體的重力的反作用力作用在地球上，而非作用在繩上，故選項(xiàng)D錯(cuò)誤。牛頓第三定律與牛頓第二定律的綜合典例質(zhì)量為M的人站在地面上，用繩通過(guò)定滑輪將質(zhì)量為m的重物從高處放下，如圖6­3­5所示，若重物以加速度a下降(ag)，則人對(duì)地面的壓力為()圖6­3­5A(Mm)gmaBM(ga)maC(Mm)gmaDMgma思路點(diǎn)撥解答本題可按以下流程分析： 解析以m為研究對(duì)象，受力分析如圖甲所示。由牛頓第二定律得mgFma，所以繩子上的拉力Fmgma。甲以人為研究對(duì)象，受力分析如圖乙所示：乙由平衡條件得FNMg所以NMgFMgmamg由牛頓第三定律知，人對(duì)地面的壓力等于地面對(duì)人的支持力所以NN(Mm)gma。答案C在有些問(wèn)題中，若直接求解某一個(gè)力很困難，可以轉(zhuǎn)換研究對(duì)象，先求該力的反作用力，然后根據(jù)牛頓第三定律得到要求的力的大小和方向。1.如圖6­3­6所示，用彈簧測(cè)力計(jì)懸掛一個(gè)重10 N的金屬塊?，F(xiàn)使金屬塊部分浸在臺(tái)秤上的水杯中(水沒(méi)有溢出)，若彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)變?yōu)? N，則臺(tái)秤的示數(shù)()圖6­3­6A保持不變B增加10 NC增加6 N D增加4 N解析：選D金屬塊浸入水中后，水對(duì)金屬塊產(chǎn)生浮力F，由平衡條件可知，浮力的大小為FGT10 N6 N4 N。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F4 N，故臺(tái)秤的示數(shù)增加4 N，選項(xiàng)D正確。2如圖6­3­7所示，底座A上裝有0.5 m長(zhǎng)的直立桿，底座和桿的總質(zhì)量為M0.2 kg，桿上套有質(zhì)量為0.05 kg的小環(huán)B，它與桿之間有摩擦。當(dāng)環(huán)從底座上以4 m/s的初速度飛起時(shí)，剛好能到達(dá)桿頂而沒(méi)有脫離直立桿，取g10 m/s2。求在環(huán)升起的過(guò)程中底座對(duì)水平面的壓力為多大？圖6­3­7解析：對(duì)小環(huán)上升的過(guò)程進(jìn)行受力分析，小環(huán)受重力mg和直立桿對(duì)其產(chǎn)生的滑動(dòng)摩擦力f的作用，設(shè)小環(huán)的加速度大小為a，由牛頓第二定律得fmgma，又小環(huán)的初速度v4 m/s，直立桿長(zhǎng)度為s0.5 m，小環(huán)向上做勻減速運(yùn)動(dòng)，由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式得0v22as，聯(lián)立解得a16 m/s2，f0.3 N。根據(jù)牛頓第三定律可知，小環(huán)給直立桿一個(gè)豎直向上的滑動(dòng)摩擦力f。因?yàn)闂U和底座整體受力平衡，受力分析得NfMg，所以N1.7 N，根據(jù)牛頓第三定律知，底座對(duì)水平面的壓力大小為1.7 N。答案：1.7 N 1下列敘述中正確的是()A作用力與反作用力可能是不同性質(zhì)的力B作用力與反作用力總是同時(shí)產(chǎn)生，同時(shí)消失C作用力與反作用力有時(shí)可以是平衡力D作用力與反作用力方向一定是相同的解析：選B據(jù)作用力與反作用力的同性質(zhì)和同時(shí)性可知，作用力與反作用力的性質(zhì)一定相同，且同時(shí)產(chǎn)生，同時(shí)消失，A錯(cuò)誤，B正確；作用力與反作用力總是大小相等，方向相反，作用在兩個(gè)物體上，故它們不可能是平衡力，C、D錯(cuò)誤。2足球比賽中，運(yùn)動(dòng)員用力將球踢出，在此過(guò)程中()A運(yùn)動(dòng)員先給足球作用力，足球隨后給運(yùn)動(dòng)員反作用力B運(yùn)動(dòng)員給足球的作用力大于足球給運(yùn)動(dòng)員的反作用力C運(yùn)動(dòng)員給足球的作用力與足球給運(yùn)動(dòng)員的反作用力方向相反D運(yùn)動(dòng)員給足球的作用力與足球給運(yùn)動(dòng)員的反作用力是一對(duì)平衡力解析：選C運(yùn)動(dòng)員給足球作用力的同時(shí)足球給運(yùn)動(dòng)員反作用力，這兩個(gè)力大小相等、方向相反、作用在兩個(gè)物體上，故不是平衡力，C正確，A、B、D錯(cuò)誤。3磁性黑板擦吸附在豎直的黑板平面上靜止不動(dòng)時(shí)，關(guān)于黑板擦的受力情況，下列敘述中正確的是()A黑板擦受到的磁力與它受到的重力是一對(duì)平衡力B黑板擦受到的磁力與它受到的彈力是一對(duì)作用力與反作用力C黑板擦受到的磁力與它受到的摩擦力性質(zhì)相同D黑板擦受到的摩擦力與它受到的重力是一對(duì)平衡力解析：選D黑板對(duì)磁性黑板擦的吸引力與磁性黑板擦的重力不是作用在同一條直線(xiàn)上，且兩個(gè)力的大小不一定相等，不符合二力平衡的條件，A錯(cuò)誤；黑板擦受到黑板的磁力與它受到的黑板的彈力，兩個(gè)力的大小相等、方向相反、作用在同一條直線(xiàn)上、作用在同一物體上，符合平衡力的條件，故B錯(cuò)誤；黑板擦受到的磁力與它受到的摩擦力性質(zhì)不同，C錯(cuò)誤；黑板擦的重力與黑板對(duì)它的摩擦力，兩個(gè)力的大小相等、方向相反、作用在一條直線(xiàn)上、作用在一個(gè)物體上，符合二力平衡的條件，故D正確。4如圖1所示，是利用傳感器記錄的兩個(gè)物體間的作用力和反作用力變化圖線(xiàn)，根據(jù)圖線(xiàn)可以得出的結(jié)論是()圖1A作用力大時(shí)，反作用力小B作用力和反作用力的方向總是相反的C作用力和反作用力是作用在同一個(gè)物體上的D此圖線(xiàn)一定是在兩個(gè)物體都處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)顯示出來(lái)的解析：選B由圖線(xiàn)關(guān)于t軸對(duì)稱(chēng)可以得出：作用力與反作用力一定大小相等、方向相反，故A錯(cuò)誤，B正確；作用力與反作用力一定作用在兩個(gè)物體上，且其大小和方向的關(guān)系與物體所處的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān)，所以C、D均錯(cuò)誤。5下面關(guān)于宇宙飛船和火箭上天的情況敘述正確的是()A火箭尾部向外噴氣，噴出的氣體對(duì)火箭產(chǎn)生一個(gè)向上的推力B火箭的推力是由于噴出的氣體對(duì)空氣產(chǎn)生一個(gè)作用力，空氣的反作用力作用于火箭而產(chǎn)生的C火箭飛出大氣層后，由于沒(méi)有了空氣，火箭雖向后噴氣也不會(huì)產(chǎn)生推力D以上說(shuō)法都不對(duì)解析：選A火箭尾部向外噴氣，給噴出的氣體一個(gè)作用力，而噴出的氣體給火箭一個(gè)反作用力，火箭就是受到這個(gè)反作用力(推力)，才克服空氣阻力向前飛行的，故A正確。6人站在地面上，先將兩腿彎曲，再用力蹬地，就能跳離地面，人能跳起離開(kāi)地面的原因是()A人對(duì)地球的作用力大于地球?qū)θ说囊地面對(duì)人的作用力大于人對(duì)地面的作用力C地面對(duì)人的作用力大于地球?qū)θ说囊人除受地面的彈力外，還受到一個(gè)向上的力解析：選C對(duì)人受力分析：人受到地面給人的彈力和重力，因?yàn)閺椓Υ笥谥亓Γ匀四芴稹?物體靜止于水平桌面上，則()A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)力是同一種性質(zhì)的力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)平衡力解析：選A物體和桌面受力情況如圖所示。因物體處于平衡狀態(tài)，且N與G作用于同一物體，因此N和G是一對(duì)平衡力，故A正確。因作用力和反作用力分別作用在兩個(gè)物體上，故B錯(cuò)。因壓力是彈力，而彈力與重力是性質(zhì)不同的兩種力，故C錯(cuò)。支持力和壓力是由于物體與桌面相互作用(擠壓)而產(chǎn)生的，因此N和N是一對(duì)作用力和反作用力，故D錯(cuò)。8跳高運(yùn)動(dòng)員從地面上起跳的瞬間，下列說(shuō)法中正確的是()A運(yùn)動(dòng)員對(duì)地面的壓力小于運(yùn)動(dòng)員受到的重力B地面對(duì)運(yùn)動(dòng)員的支持力等于運(yùn)動(dòng)員對(duì)地面的壓力C地面對(duì)運(yùn)動(dòng)員的支持力大于運(yùn)動(dòng)員對(duì)地面的壓力D運(yùn)動(dòng)員對(duì)地面的壓力大小等于運(yùn)動(dòng)員受到的重力解析：選B運(yùn)動(dòng)員和地面之間發(fā)生相互作用時(shí)滿(mǎn)足牛頓第三定律，C、D選項(xiàng)錯(cuò)；運(yùn)動(dòng)員能離開(kāi)地面是因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)員在離開(kāi)前具有向上的加速度，即地面對(duì)運(yùn)動(dòng)員的支持力大于運(yùn)動(dòng)員本身的重力，根據(jù)牛頓第三定律可知，地面對(duì)運(yùn)動(dòng)員的支持力與運(yùn)動(dòng)員對(duì)地面的壓力等大，故A錯(cuò)誤，B正確。9一個(gè)重400 N的木箱放在大磅秤上，木箱內(nèi)有一個(gè)質(zhì)量為60 kg的人，站在小磅秤上。如果人用力推木箱頂板，則小磅秤和大磅秤上的示數(shù)F1、F2的變化情況是 ()AF1增大，F(xiàn)2減小BF1減小，F(xiàn)2不變CF1增大，F(xiàn)2增大 DF1增大，F(xiàn)2不變解析：選D以木箱整體為研究對(duì)象，受重力和大磅秤給它的支持力而保持平衡，故F2不變。以人為研究對(duì)象，推木箱頂板前，人只受重力和小磅秤給他的支持力，而推頂板后，頂板給人一個(gè)向下的反作用力，人受力如圖所示，顯然F1要增大，D正確。10(多選)重物A用一根輕彈簧懸于天花板下，畫(huà)出重物和彈簧的受力圖如圖2所示。關(guān)于這四個(gè)力的以下說(shuō)法正確的是()圖2AF3與F4是一對(duì)平衡力BF1的反作用力是F3CF1的施力物體是彈簧DF1與F2是一對(duì)作用力與反作用力解析：選ABCF3與F4是一對(duì)平衡力，A正確；F1的反作用力是F3，B正確；F1的施力物體是彈簧，C正確；F1與F2是作用在重物上的兩個(gè)力即重力和拉力，是一對(duì)平衡力，D錯(cuò)誤。11建筑工人用如圖3所示的定滑輪裝置運(yùn)送建筑材料。質(zhì)量為70.0 kg的工人站在地面上，通過(guò)定滑輪將20.0 kg的建筑材料以0.50 m/s2的加速度拉升，忽略繩子和定滑輪的質(zhì)量及定滑輪與繩之間的摩擦，則工人對(duì)地面的壓力大小為多少？(g取10 m/s2)圖3解析：對(duì)于建筑材料，Tmgma對(duì)于人，NTMg，聯(lián)立解得N490 N，由牛頓第三定律可知，工人對(duì)地面的壓力NN490 N。答案：490 N12如圖4所示，在傾角為的固定光滑斜面上，有一用繩子拴著的長(zhǎng)木板，木板上趴著一只老鼠。已知木板的質(zhì)量是老鼠質(zhì)量的兩倍，當(dāng)繩子突然斷開(kāi)時(shí)，老鼠立即沿著板向上爬，以保持其相對(duì)斜面的位置不變。此木板沿斜面下滑的加速度為多少？圖4解析：設(shè)老鼠的質(zhì)量為m，則木板的質(zhì)量為2m。老鼠處于靜止?fàn)顟B(tài)，受力如圖甲所示。由平衡條件得fmgsin 木板受力如圖乙所示。由牛頓第二定律得f2mgsin 2ma其中ff聯(lián)立得agsin 。答案：gsin