高中物理人教版必修一导学案：第四章第五节+牛顿第三定律

高中物理人教版必修一导学案：第四章第五节+牛顿第三定律

5 牛顿第三定律 课堂合作探究 问题导学 一、作用力与反作用力 活动与探究 1 1．把 A、B 两个弹簧测力计连接在一起，B 的一端固定。用手拉弹簧测力计，如图所 示，两个弹簧测力计的读数有什么关系？它们受力的方向有什么关系？ 2．下列关于作用力与反作用力的说法中正确的是（ ） A．先有作用力，然后有反作用力 B．作用力与反作用力的大小相等、方向相反、合力为零 C．物体间的作用力与反作用力一定同时产生、同时消失 D．只有两物体接触时，才会产生作用力与反作用力 迁移与应用 1 物体静止在斜面上，如图所示，下列说法正确的是（ ） A．物体对斜面的压力和斜面对物体的支持力是一对平衡力 B．物体对斜面的摩擦力和斜面对物体的摩擦力是一对作用力和反作用力 C．物体所受重力和斜面对物体的作用力是一对作用力和反作用力 D．物体所受重力可以分解为沿斜面向下的力和对斜面的压力 （1）相互作用 的一对力，任何一个都可以叫做作用力，而另一个叫做反作用力，所以 施力物体同时必是受力物体。 （2）作用力和反作用力一定同时产生，同时消失，没有先后之分。[来源:学科网 ZXXK] （3）作用力和反作用力总是大小相等、方向相反，这一关系与相互作用的两个物体的 大小和运动状态等都无关。 （4）作用力和反作用力一定是同种性质的力。 （5）作用力和反作用力作用在两个物体上，根本不存在相互平衡的问题。 二、牛顿第三定律 活动与探究 2 1．如图所示，一辆静止的马车，马用力拉它。有人说：根据牛顿第三定律，马拉车， 车也拉马，这两个力大小相等、方向相反，彼此平衡，所以马无论 如何也拉不动车。这个 说法的错误在哪里？ 2．作用力和反作用力与二力平衡有何区别和联系？ 3．质量分别为 40 kg 和 60 kg 的甲、乙两个小孩都穿着滑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，不计其他阻力，则两个小孩各得到怎样的加速 度？ 迁移与应用 2 如图所示，用弹簧测力计悬挂一个重 G=10 N 的金属块，使金属块部分地浸在台秤上的 水杯中（水不会溢出）。若弹簧测力计的示数变为 FT′=6 N，则台秤的示数（ ） A．保持不变 B．增加 10 N C．增加 6 N D．增加 4 N （1）牛顿第三定律：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）牛顿第三定律的数学表达式：F＝－F′（负号表示反作用力 F′与作用力 F 方向相 反）。 （3）牛顿第一定律和第二定律是对单个物体而言的，只解决了一个物体的运动规律。 牛顿第三定律揭示了力的作用的相互性，反映了物体的相互作用规律，是整个力学的基础。 三、物体的受力分析 活动与探究 3 1．如图所示，木块在粗糙斜面上匀速下滑。关于木块的受力情况，甲同学认为木块受 三个力，重力 G、弹力 FN、摩擦力 Ff；乙同学认为受四个力，除了上面三个力外，还受到 一个“下滑力”F。谁说的对呢？ 2．如图所示，物体 A 靠在竖直墙面上，在力 F 作用下，A、B 保持静止，物体 B 的受 力个数为（ ） A．2 个 B．3 个 C．4 个 D．5 个 迁移与应用 3 如图所示，质量为 M 的木板放在倾角为θ的固定光滑斜面上，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，人对木板的摩擦力多大？ （1）受力分析的一般顺序 一般先分析重力，然后分析弹力，环绕物体一周，找出跟研究对象接触的物体，并逐个 分析这些物体对研究对象是否有弹力作用；再分析摩擦力，最后是其他力。 （2）受力分析常用的方法 整体法 隔离法 概念 将加速度相同的几个物体作为一个整 体来分析的方法 将研究对象与周围物体分隔开分析的 方法 选用原则 研究系统外的物体对系统整体的作用 力或系统整体的加速度 研究系统内物体之间的相互作用力 注意问题 受力分析时不要再考虑系统内物体间 的相互作用力 一般隔离受力较少的物体 （3）受力分析的步骤 ①明确研究对象； ②隔离物体分析； ③画出受力示意图； ④检查受力分析是否有误。 当堂检测 1．下列关于作用力与反作用力以及相互平衡的两个力的说法中，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 2．用计算机辅助实验系统做验证牛顿第三定律的实验时，把两个测力探头的挂钩钩在 一起，向相反的方向拉动，显示器屏幕上显示的是两个力传感器的相互作用力随时间变化的 图象，如图所示。由图象可以得出的正确结论是（ ） A．作用力与反作用力作用在同一物体上 B．作用力与反作用力同时存在，同时消失 C．作用力与反作用力大小相等 D．作用力与反作用力方向相反 3．跳高运动员从地面起跳是由于（ ） A．地面对人的支持力大于他对地面的压力 B．运动员对地面的压力等于地面对他的支持力 C．地面对运动员的支持力大于他受的重力 D．地面对运动员的支持力等于他受的重力 4．利用牛顿第三定律，有人设计了一种交通工具，在平板车上装了一个电风扇，风扇 运转时吹出的风全部打到竖直固定在小车中间的风帆上，靠风帆受力而向前运动，如图所示。 对于这种设计，下列分析中正确的是（ ） A．根据牛顿第二定律，这种设计能使小车运行 B．根据牛顿第三定律，这种设计能使小车运行 C．这种设计不能使小车运行，因为它违反了牛顿第二定律 D．这种设计不能使小车运行，因为它违反了牛顿第三定律[来源:学科网 ZXXK] 5．一只小猫跳起来抓住悬挂在天花板上的竖直杆，如图所示，在这一瞬间悬绳断了， 设杆足够长，由于小猫继续上爬，所以小猫离地面高度不变，试求杆下降的加速度。（设小 猫质量为 m，杆的质量为 M）[来源:学&科&网 Z&X&X&K] 答案： 课堂合作探究 【问题导学】 活动与探究 1：1．答案：可以看到两弹簧测力计指针同时移动。这说明弹簧测力计 A 受到 B 的拉力 F；同时，弹簧测力计 B 受到 A 的拉力 F′。作用力与反作用力大小总是相等、 方向总是相反。 2．C 解析：作用力与反作用力是同时产生、同时消失的，故 A 错误，C 正确。由于 作用力与反作用力分别作用于两个不同的物体，所以这两个力不能相互抵消，也不能进行合 成运算，即作用力与反作用力由于作用点不同而不能求合力，故 B 错误。只要两个物体间 发生了力的作 用，就存在相互作用力，比如两块磁铁发生相互作用时就不需要接触，故 D 错误。 迁移与应用 1：B 解析：作用力和反作用力是两个物体间相互作用产生的，必是同性 质的力，而一对平衡力是作用于同一物体上两个等大、反向、共线的力，性质上无任何必然 的联系。上述各对力中，物体对斜面的压力和斜面对物体的支持力，物体对斜面的摩擦力和 斜面对物体的摩擦力，它 们同属物体和斜面间的相互作用力，分别作用在斜面 和物体上， 因此它们是两对作用力和反作用力，所以 A 错，B 对。物体所受重力是地球施加的，其反 作用力是物体对地球的吸引力，应作用在地球上，因此可知 C 错。物体本身所受重力，无 论如何分解，各分力都应作用在物体本身上，而不能作用在斜面上形成对斜面的压力，D 错。 活动与探究 2：1．答案：取马为研究对象，其水平方向受力情况如图所示。F1 为地面 施给马的静摩擦力，方向向前，F 为车施给马的向后的拉力，对于马来说，只要 F1≥F，马 即可向前。 若取车为研究对象，车在水平方向也受到两个力作用，即马施给车向前的拉力 F′、地 面施给车的向后的摩擦力 F2，但由于在车未被拉动前，F2 是静摩擦力，它随 F′的增大而增 大，但永远不会大于 F′，当拉力 F′大于或等于静摩擦力的最大值时，车 就向前运动。 若取马和车整体为研究对象时，马拉车的力 F′与车拉马的力 F 属于内力，此时系统在 水平方向只受到两个外力：地面施给马的向前的静摩擦力 F1（与马对地面的水平作用力是 相互作用的一对力）和地面施给车的向后的摩擦力 F2，显然只要马与地的水平作用力大于 车与地面间的最大静摩擦力，马就可拉车前进。 2．答案：作用力与反作用力和二力平衡的比较 作用力与反作用力 二力平衡 共同点 大小相等、方向相反、且作用在同一条直线上 不 同 点 作用对象 两个力分别作用在两个 物体上 两个力作用在同一个物体上 作用时间 同时产生，同时变化，同 时消失，不可单独存在 不一定同时产生或消失 力的性质 一定是同性质的力 不一定是同性质的力 作用效果 因为一对作用力与反作 用力作用在两个物体上， 各自产生作用效果，故不 能求合力 一对平衡力的作用效果是使物体处 于平衡状态，合力为零 3．答案：3 m/s2 和 2 m/s2 二者加速度方向相反 解析：两个小孩之间的作用力是作用力与反作用力关系，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大小都为 120 N。根据牛顿第二定律 F＝ma 知， a1＝ F m1 ＝120 40 m/s2＝3 m/s2，a2＝ F m2 ＝120 60 m/s2＝2 m/s2，二者加速度方向相反。 迁移与应用 2：D 解析：金属块浸入水中后，水对金属块产生浮力 F，由弹簧测力计 的示数知，浮力的大小为 F＝G－FT′＝（10－6） N＝4 N。根据牛顿第三定律，金属块对水 也施加一个反作用力 F′，其大小 F′＝F＝4 N，通过水和杯的传递，对台秤产生附加压力， 所以，台秤的示数增加 4 N。 活动与探究 3：1．答案：甲同学说法正确。 对物体进行受力分析如图所示，只要分析每个力产生的原因和施力物体，问题就清楚了。 重力 G 产生的原因是地球对木块的吸引，施力物体是地球，方向竖直向下；弹力 FN 产生的 原因是斜面与木块的接触处发生了形变， 斜面要恢复原状，因而对斜面产生一个垂直斜面 向上的支持力，施力物体是斜面；摩擦力 Ff 产生的原因是木块与斜面接触，且相对于斜面 向下滑动，因而斜面对木块产生一个沿斜面向上的摩擦力，施力物体是斜面；至于“下滑力” F，找不到力产生的原因，也找不到施力物体，所以它不是一个单独存在的力。所以甲同学 的说法正确。 2．C 解析：以 A、B 整体为研究对象进行受力分析可知，整体只受竖直向下的重力和 竖直向上的力 F 作用，如图甲所示，墙壁对 A 无作用力。对 A 进行受力分析如图乙所示。 再以 B 为研究对象，结合牛顿第三定律，其受力情况如图丙所示，要保持 B 静止，B 应受 到重力、压力、摩擦力、力 F，共 4 个力的作用。 迁移与应用3：答案：见解析 解析：选 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）gsin θ＝（M＋m）a，得 a＝gsin θ。 选人为研究对象，设木板对人的摩擦力为 Ff，方向沿斜面向下，受力分析如图乙所示。 由牛顿第二定律得：mgsin θ＋Ff＝ma，又 a＝gsin θ。可得 Ff＝0，由牛顿第三定律得：人对 木板的摩擦力也为零。 【当堂检测】 1．AC 2．BCD 3．C 4．D 5．答案：M＋m M g，方向竖直向下