【金识源】2014年秋高中物理4.5牛顿第三定律学案新人教版必修1

14.5牛顿第三定律当人从船上跳上岸时，船却向后退去；火箭点火发射时，我们会看到喷出的火舌，实质上是高温高压的气体．船和火箭是如何获得前进的动力的呢？这两个例子说明了力的作用具有什么特点？作用力与反作用力的特点1．同时：作用力与反作用力总是成对出现的，同时产生，同时变化，同时消失．2．同性：作用力与反作用力产生的机理相同，因此一定是同种性质的力．例如：物体受的支持力与其反作用力(物体对支持面的压力)均属于弹力．3．异体：作用力与反作用力分别作用在不同的物体上，各自产生效果，永远也不存在相互抵消、两力平衡的问题．4．对称：作用力与反作用力是对称的，等大，共线反向；作用力也可叫反作用力，作用力的施力物体和受力物体同时也是反作用力的受力物体和施力物体．如A作用B与B作用A“对称”．作用力、反作用力与平衡力的比较内容作用力与反作用力一对平衡力性质始终为同性质的力不一定是同性质的力作用对象作用在两个不同的物体上作用在同一个物体上依赖关系相互依存、不会单独存在、同生共灭、瞬时对应、同时变化不一定同时产生、同时消失、同时变化叠加作用效果各自产生，不可叠加，不可以求合力效果必然抵消、合力为零共性大小相等、方向相反、作用在同一条直线上牛顿第三定律的理解1．物体间各种形式的作用都是相互的，作用力与反作用力总是同时产生、同时变化、同时消失．(出现、存在、消失的时间相同)2．作用力与反作用力总是大小相等(大小相同)，方向相反，作用在同一条直线上(方向不同)．3．作用力与反作用力是同一性质的力．(性质相同)4．作用力与反作用力是分别作用在两个物体上的(作用的对象不同)，既不能合成，也不能抵消，分别作用在各自的物体上产生各自的作用效果(作用效果不同)．也就是作用力与2反作用力一定具有：“等大、反向、共线、同时、同性、异物”性．牛顿三定律的区别与联系牛顿第一定律牛顿第二定律牛顿第三定律区别公式F合＝maF＝－F′意义加深了对力的认识，指出了力是物体运动状态发生改变的原因，即力是产生加速度的原因揭示了加速度是力作用的结果，揭示了力、质量、加速度的定量关系揭示了物体间力的作用的相互性，明确了相互作用力的关系研究方法根据理想实验归纳总结得出，不能直接用实验验证用控制变量法研究F、m、a之间的关系，可用实验验证由实际现象归纳总结得出，可用实验验证联系牛顿三个定律是一个整体，是动力学的基础一、牛顿第三定律的理解例1一个大人跟一个小孩站在水平地面上手拉手比力气，结果大人把小孩拉过来了．对这个过程中作用于双方的力的关系，不正确的说法是()A．大人拉小孩的力一定比小孩拉大人的力大B．大人与小孩间的拉力是一对作用力、反作用力C．大人拉小孩的力与小孩拉大人的力大小一定相等D．只有在大人把小孩拉动的过程中，大人的力才比小孩的力大，在可能出现的短暂相持过程中，两人的拉力一样大解析作用力与反作用力总是大小相等的，大人与小孩手拉手比力气时，无论是在相持阶段还是小孩被大人拉过来的过程中，大人拉小孩的力与小孩拉大人的力的大小总是相等的，所以说法B、C项正确，故选A、D项．答案AD(1)牛顿第三定律是对力的相互性和物质性的进一步完善，是牛顿运动定律的重要组成部分．(2)作用力与反作用力总是等大反向共线且作用于不同的物体上，相互依存，同生同灭，性质相同．(3)作用力与反作用力由于作用于不同的物体上，其产生的效果(如形变及产生加速度)可能不同，这是由物体的自身属性和物体所受的其他力决定的，并非作用力与反作用力大小不等.3二、相互作用力与平衡力例2在天花板上用竖直悬绳吊一重为G的电风扇，电风扇静止时受几个力作用，这些力的反作用力是哪些力？这些力的平衡力是哪些力？如果电风扇在匀速转动呢？解析对静止的电风扇受力分析如图甲所示，电风扇受两个力：重力G、悬绳拉力F.根据牛顿第三定律可知，重力G的反作用力就是电风扇对地球的吸引力；F的反作用力是电风扇对悬绳的拉力．电风扇受到的重力G和悬绳的拉力F正好是一对平衡力．对匀速转动的电风扇受力分析如图乙所示，电风扇受三个力作用：重力G、悬绳的拉力F1及空气向上的作用力F2.根据牛顿第三定律，重力的施力物体是地球，那么重力G的反作用力就是电风扇对地球的吸引力；F1的施力物体是悬绳，所以F1的反作用力是电风扇对悬绳的拉力；F2的施力物体是空气，所以F2的反作用力是电风扇对空气的压力．电风扇受到的重力G与绳的拉力F1和空气作用力F2的合力是一对平衡力．答案见解析三、牛顿运动定律的综合应用例3如图4－5－2所示，质量为M的木板放在倾角为θ的光滑斜面上，一个质量为m的人站在木板上，若人相对于木板静止，木板的加速度为多大，人对板的摩擦力多大？解析先以M、m为一整体，受力分析如图甲所示，取沿斜面向下为正方向，由牛顿第二定律得：(M＋m)gsinθ＝(M＋m)aa＝gsinθ4以人为研究对象，设木板对人的摩擦力为F人，方向沿斜面向下，受力分析如图乙所示．由牛顿第二定律得：mgsinθ+F人=ma且a=gsinθ.可得F人=0，由牛顿第三定律得：人对板的摩擦力也为零．答案gsinθ0(1)牛顿第三定律经常与牛顿第二定律结合起来处理一些综合性问题．(2)求一个力时，可以通过转换研究对象的方法先求出这个力的反作用力，再根据牛顿第三定律求出这个力.1.在拔河比赛中，下列各因素对获胜有利的是()A．对绳的拉力大于对方B．对地面的最大静摩擦力大于对方C．手对绳的握力大于对方D．质量大于对方答案B2．下列关于牛顿第三定律的说法正确的是()A．作用力先于反作用力产生，反作用力是由作用力引起的B．作用力变化时，反作用力也必然同时发生变化C．任何一个力的产生必涉及两个物体D．一对作用力和反作用力的合力必定为零答案BC3．人起跳时，人与地球间的作用力与反作用力有()A．1对B．2对C．3对D．4对答案B解析人起跳时，人受到地球对人的弹力和人的重力作用，这两个力分别对应人对地球的压力和人对地球的吸引力，故人在起跳时，与地球的相互作用力有2对．4．春天，河边上的湿地很松软，人在湿地上行走时容易下陷，在人下陷时()5A．人对湿地地面的压力就是他受的重力B．人对湿地地面的压力大于湿地地面对他的支持力C．人对湿地地面的压力等于湿地地面对他的支持力D．人对湿地地面的压力小于湿地地面对他的支持力答案C解析人对湿地地面的压力和湿地地面对他的支持力是一对作用力和反作用力，故大小相等，选项C正确．5．关于作用力与反作用力以及相互平衡的两个力的下列说法中，正确的是()A．作用力与反作用力一定是同一性质的力B．作用力与反作用力大小相等、方向相反，因而可以互相抵消C．相互平衡的两个力的性质，可以相同，也可以不同D．相互平衡的两个力大小相等、方向相反，同时出现、同时消失答案AC解析一对作用力和反作用力一定是同性质的力，且等大反向，但分别作用于两个不同物体上，因而两个力不能合成、不能抵消，A对，B错．一对平衡力是作用于同一物体上等大、反向、共线的两个力，性质可能相同，也可能不同，一个力变化时另一个力可以不变，故C正确，D错．6．一物体受绳的拉力作用由静止开始前进，先做加速运动，然后改为匀速运动，最后改做减速运动，则下列说法中正确的是()A．加速前进时，绳拉物体的力大于物体拉绳的力B．减速前进时，绳拉物体的力小于物体拉绳的力C．只有匀速前进时，绳拉物体的力与物体拉绳的力大小相等D．不管物体如何前进，绳拉物体的力与物体拉绳的力大小总相等答案D7．蛙泳(如图4－5－3甲)时，双脚向后蹬水，水受到向后的作用力，则人体受到向前的反作用力，这就是人体获得的推进力，但是在自由泳(如图4－5－3乙)时，下肢上下打水，为什么却能获得向前的推进力呢？6答案见解析解析自由泳时，人的双腿总是交替上下打水，在此过程中，双脚与水的作用力是倾斜的，如右图所示，某时刻右脚向下打水，左脚向上打水，则受F1、F2的作用，将F1、F2沿水平和竖直方向分解，得F1′和F2′作用，则F1′+F2′就是人体获得向前的推进力．单位制的应用例1质量为1.5t的汽车在前进中遇到的阻力是车重的0.05倍，汽车在水平地面上做匀加速直线运动时，5s内速度由36km/h增至54km/h.求汽车所受牵引力的大小．(g取10m/s2)答案2.25×103N解析因v＝v0＋at，F－Ff＝ma故F＝ma＋Ff＝m(v－v0)t＋0.05mg已知v0＝36km/h＝10m/s，v＝54km/h＝15m/s，t＝5s，m＝1.5t＝1.5×103kg，代入以上数据，计算得F＝1.5×103×(15－10)5N＋0.05×1.5×103×10N＝2.25×103N.拓展探究现有下列物理量或单位，按下面的要求填空：①密度②米/秒③牛顿④加速度⑤质量⑥秒⑦厘米⑧长度⑨时间⑩千克A．属于物理量的有：____________；B．在国际单位制中，作为基本单位的物理量有：____________；C．在国际单位制中属基本单位的有____________，属导出单位的有____________．答案A．①④⑤⑧⑨B．⑤⑧⑨C．⑥⑩②③解析A．属于物理量的有密度、加速度、质量、长度、时间．B.在国际单位制中，作为基本单位的物理量有七个，这其中有质量、长度、时间三个．C.国际单位制中的基本单位有七个，这其中有时间的单位秒、质量的单位千克．属于国际单位制中导出单位的有米/7秒、牛顿．1．物理量与物理单位不同．物理量是能够定量地反映客观事物的主要属性和共同特征的物理概念，每一个物理量都可以用“数值×单位”来表述，单位不同，其数值也不同．可见物理单位是完整描述物理量的一部分．2．一个物理量的单位如果用两个或两个以上的基本单位的符号表示，这个物理量的单位一定是导出单位．如速度：m/s，密度：kg/m3等．但是用一个符号表示的单位不一定是基本单位，如米(m)是基本单位，而牛顿(N)却是导出单位．3．物理计算问题中给出的各物理量的单位不一定是统一的国际单位，一般先将其换算成统一的国际单位，这样在计算过程中就不必将单位一一代入进行运算，只要在计算的数值后面加上相应的单位即可.相互作用力与平衡力面上，在下列各对力中，属于作用力与反作用力的有()A．P所受的重力和Q对P的支持力B．P所受的重力和P对Q的压力C．P对Q的压力和Q对P的支持力D．Q对桌面的压力和桌面对Q的支持力答案CD解析P所受重力的施力物体是地球，Q对P的支持力的施力物体是Q，它们是一对平衡力，A错误．P对Q的压力的施力物体是P，受力物体是Q，P所受的重力和P对Q的压力大小相等，方向相同，但不是同一个力，它们不是一对作用力与反作用力，B错误．P对Q的压力和Q对P的支持力都是弹力，它们分别作用于Q和P，是一对作用力与反作用力，C正确．Q对桌面的压力和桌面对Q的支持力都是弹力，分别作用于桌面和Q，受力物体分别是桌面和Q，施力物体分别是Q和桌面，它们是一对作用力与反作用力，D正确．拓展探究上例中，属于平衡力的有()答案A1．判断一对力是否是作用力与反作用力的途径：①作用力与反作用力不可能作用于同一个物体上．②性质不同的两个力不可能是作用力与反作用力．③作用力与反作用力的施力物体和受力物体互换，即两个力涉及两个物体．82．作用力与反作用力和一对平衡力的区别：①受力对象：前者是两个物体，后者为同一物体．②依赖关系：前者相互依存，不可能单独存在，同时产生，同时消失，后者无依赖关系，撤除一个，另一个可以依然存在，只是不再平衡．③力的性质：前者一定是同一性质，后者可以是同一性质，也可以不是同一性质．④叠加性：前者两力分别作用于两个物体，分别对两个不同物体产生效果，作用效果不可叠加，不会抵消，两力无所谓合力，后者两力作用效果可以叠加，可以抵消，两力的合力为零.牛顿第三定律和牛顿第二定律的综合应用图4－4、5－2例3如图4－4、5－2所示，甲船及人的总质量为m1，乙船及人的总质量为m2，已知m1＝2m2，甲、乙两船上的人各拉着水平轻绳的一端对绳施力，设甲船上的人施力为F1，乙船上的人施力F2.甲、乙两船原来都静止在水面上，不考虑水对船的阻力，甲船产生的加速度大小为a1，