2019-2020年高中物理教科版必修1教學(xué)案：第三章 第4節(jié) 牛頓第三定律(含解析).doc

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2019-2020年高中物理教科版必修1教學(xué)案：第三章 第4節(jié) 牛頓第三定律(含解析) 　　　　　　　　　　　　　　　　1．相互作用在物體間的兩個力互稱為作用力和反 作用力。 2．兩個物體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。 3．作用力和反作用力一定作用在相互作用的兩個物體上，且力的性質(zhì)相同。 4．作用力和反作用力同時產(chǎn)生，同時變化，同 時消失。 一、作用力與反作用力 1．力的相互性 力是物體對物體的作用，一個力一定同時存在著受力物體和施力物體。 2．作用力和反作用力：兩個物體間相互作用的一對力，其中的任一個叫作用力，另一個就叫反作用力。 二、牛頓第三定律 1．內(nèi)容：兩個物體之間的作用力(F)和反作用力(F′)總是大小相等、方向相反，且作用在同一條直線上。 2．公式：F＝－F′，其中F、F′分別表示作用力與反作用力，“負(fù)號”表示作用力與反作用力的方向相反。 3．理解：作用力和反作用力分別作用在兩個不同的物體上，它們總是性質(zhì)相同的兩個力，且同時存在，同時變化，同時消失。 三、反沖現(xiàn)象 1．定義：當(dāng)物體中的一部分向某方向拋出時，其余部分就會同時向相反方向運動的現(xiàn)象。 2．實例：火箭升空，槍發(fā)射子彈，烏賊的游動等。 1．自主思考——判一判 (1)一個物體受幾個力作用，則一定存在幾個反作用力。(√) (2)兩個物體只有接觸才存在作用力和反作用力。() (3)相互作用的一對力中，稱哪一個力為作用力是任意的。(√) (4)只要大小相等、方向相反的同一條直線上的兩個力就是一對作用力和反作用力。() (5)作用力是彈力，反作用力可能是摩擦力。() (6)手槍發(fā)射子彈時，當(dāng)子彈飛離槍筒后，子彈與槍身不再存在作用力。(√) 2．合作探究——議一議 (1)“掰手腕”是比較臂力大小的一種常見比賽。在一次“掰手腕”比賽中，甲輕松地戰(zhàn)勝了乙，是否是因為甲對乙的作用力大于乙對甲的作用力？ [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，這兩個力大小相等，甲之所以勝了乙，那是因為甲手腕能承受的力大于乙手腕能承受的力。 (2)中國現(xiàn)在已經(jīng)是探索地外星球的第三軟著陸國家，將來還可能建立月球基地。試想直升機(jī)能否作為月球上的交通工具？ [提示]　月球上沒有空氣，直升機(jī)無法依靠螺旋槳得到升力，無法飛行。 (3)先把一個力傳感器固定在物體上，兩個傳感器的鉤子相互鉤在一起。鉤子受力的大小隨時間變化的情況可由計算機(jī)屏幕顯示，如圖341所示，分析計算機(jī)屏幕顯示的圖像，可得出怎樣的結(jié)論？ 圖341 [提示]　分析計算機(jī)屏幕顯示的圖像，可得出兩個物體之間的作用力和反作用力在任何時刻總是大小相等、方向相反的結(jié)論。 對牛頓第三定律的理解 1．作用力和反作用力的3個特征和4種性質(zhì) (1)3個特征 ①等大：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)4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相互性：即作用力和反作用力總是相互的、成對出現(xiàn)的。 ③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。 ④同性性：即二者性質(zhì)總是相同的。 2．作用力與反作用力和平衡力的比較 作用力與反作用力 平衡力 共同點 大小相等、方向相反、作用在同一直線上 不同點 受力 物體 兩個相互作用的物體 同一個物體 作用 時間 同時產(chǎn)生，同時變化，同時消失，不可單獨存在 不一定同時產(chǎn)生或消失 力的 性質(zhì) 相同 不一定相同 作用 效果 作用在兩個物體上，各自產(chǎn)生作用效果，不能求合力 一對平衡力的合力為零，作用效果抵消 [典例]　如圖342所示，甲、乙兩人在冰面上“拔河”。兩人中間位置處有一分界線，約定先使對方過分界線者為贏。若繩子質(zhì)量不計，冰面可看成光滑的，則下列說法正確的是(　　) 圖342 A．甲對繩的拉力與繩對甲的拉力是一對平衡力 B．甲對繩的拉力與乙對繩的拉力是作用力與反作用力 C．若甲的質(zhì)量比乙的大，則甲能贏得“拔河”比賽的勝利 D．若乙收繩的速度比甲的快，則乙能贏得“拔河”比賽的勝利 [審題指導(dǎo)]　解答本題時應(yīng)把握以下三點： (1)繩子質(zhì)量不計； (2)冰面可看成光滑的； (3)該拔河比賽中取勝的關(guān)鍵是加速度小，在相等的時間內(nèi)位移小。 [解析]　根據(jù)牛頓第三定律知甲對繩的拉力與繩對甲的拉力是一對作用力與反作用力，選項A錯誤；因為甲對繩的拉力和乙對繩的拉力都作用在繩上，故選項B錯誤；繩對甲、乙的拉力大小相等，由于甲的質(zhì)量大，加速度小，相同時間內(nèi)的位移小，故甲會勝利，選項C正確，D錯誤。 [答案]　C 一對作用力和反作用力與一對平衡力的最直觀的區(qū)別是平衡力作用在同一個物體上，作用力和反作用力作用在兩個物體上；還可以看兩個力的性質(zhì)是否相同來判斷。 　　　　 1.如圖343所示，一匹馬拉著車前行，關(guān)于馬拉車的力和車?yán)R的力的大小關(guān)系，下列說法中正確的是(　　) 圖343 A．馬拉車的力總是大于車?yán)R的力 B．馬拉車的力總是等于車?yán)R的力 C．加速運動時，馬拉車的力大于車?yán)R的力 D．減速運動時，馬拉車的力小于車?yán)R的力 解析：選B　馬向前拉車的力和車向后拉馬的力是一對作用力與反作用力，它們總是大小相等、方向相反，加速運動或者減速運動時，馬向前拉車的力都等于車向后拉馬的力，故A、C、D錯誤，B正確。 2．(多選)如圖344所示，P、Q疊放在一起，靜止在水平桌面上，在下列各對力中，屬于作用力和反作用力的有(　　) 圖344 A．P所受的重力和Q對P的支持力 B．Q所受的重力和Q對P的支持力 C．P對Q的壓力和Q對P的支持力 D．Q對桌面的壓力和桌面對Q的支持力 解析：選CD　作用力和反作用力一定是兩個物體之間的相互作用力，并且大小相等，方向相反，同時產(chǎn)生同時消失，滿足牛頓第三定律；而平衡力是同一個物體受到的兩個力，不會同時產(chǎn)生和消失。P所受到的重力和Q對P的支持力，很顯然，這兩個力都作用在一個物體P上，它們是一對平衡力，故A錯誤；作用力和反作用力是同時產(chǎn)生同時消失的，當(dāng)把P從Q的上面去掉之后，Q對P的支持力沒了，但Q受到的重力仍然存在，所以它們不是作用力和反作用力，故B錯誤；P對Q的壓力和Q對P的支持力，它們是兩個物體之間的相互作用力，是一對作用力和反作用力，故C正確；Q對桌面的壓力和桌面對Q的支持力，它們是兩個物體之間的相互作用力，是一對作用力和反作用力，故D正確。 牛頓第三定律的應(yīng)用 [典例]　如圖345所示，質(zhì)量為M的平板小車放在傾角為θ的光滑斜面上(斜面固定)，一質(zhì)量為m的人在車上沿平板向下運動時，小車恰好靜止，求人的加速度。 圖345 [審題指導(dǎo)] (1)小車靜止，合力為零，人對小車有沿斜面向上的摩擦力。 (2)小車對人有沿斜面向下的摩擦力，對人受力分析求得合外力，再由牛頓第二定律可求人的加速度。 [解析]　小車靜止在斜面上，對小車進(jìn)行受力分析如圖甲所示，根據(jù)合力為零得f′－Mgsin θ＝0， 人的受力情況如圖乙所示，根據(jù)牛頓第二定律得f＋mgsin θ＝ma， 根據(jù)牛頓第三定律得f′＝f，解得a＝gsin θ。 [答案]　gsin θ 在對物體進(jìn)行受力分析、應(yīng)用牛頓第二定律解題時，如果涉及作用力與反作用力，應(yīng)明確指出應(yīng)用牛頓第三定律的過程，否則，解題過程不完整且可能因此失分?！　　　? 1.如圖346所示，質(zhì)量為m1的木棒用細(xì)線懸掛在天花板上，套在木棒上的質(zhì)量為m2的金屬環(huán)正以加速度a沿木棒加速下滑，此時懸掛木棒的細(xì)線對天花板的拉力大小為(　　) 圖346 A．(m1＋m2)g B．m1g＋m2a C．(m1－m2)g＋m2a D．(m1＋m2)g－m2a 解析：選D　對金屬環(huán)受力分析，金屬環(huán)受到重力和木棒給的向上的摩擦力，根據(jù)牛頓第二定律可得：m2g－f＝m2a，對木棒受力分析，木棒受到重力、拉力、金屬環(huán)給的向下的摩擦力，因為金屬環(huán)和木棒間的摩擦力是一對相互作用力，所以大小相等，木棒靜止，所以有m1g＋f＝T，兩式聯(lián)立可得T＝(m1＋m2)g－m2a，D正確。 2.置于水平面上的小車上，有一彎折成角度α的細(xì)桿，如圖347所示，細(xì)桿另一端固定了一個質(zhì)量為m的小球。當(dāng)小車以加速度a向左加速前進(jìn)時，小球?qū)?xì)桿的作用力為多大？方向如何？ 圖347 解析：以小球為研究對象，小球受到重力mg和細(xì)桿對它的作用力F，將F沿水平方向和豎直方向分解，水平分力為Fx，豎直分力為Fy，如圖所示。由牛頓第二定律可知 Fy－mg＝0，F(xiàn)x＝ma， 故細(xì)桿對小球的作用力 F＝＝＝m， θ＝arctan＝arctan＝arctan， 由牛頓第三定律可得，小球?qū)?xì)桿的作用力的大小為F′＝F＝m， 方向與豎直方向夾角為arctan，斜向右下方。 答案：m　方向與豎直方向夾角為arctan，斜向右下方 1．關(guān)于兩個物體間作用力與反作用力的下列說法中，正確的是(　　) A．有作用力才有反作用力，因此先有作用力后產(chǎn)生反作用力 B．作用力與反作用力的性質(zhì)一定相同 C．作用力與反作用力只存在于相互接觸的兩個物體之間 D．只有兩個物體處于平衡狀態(tài)中，作用力與反作用力才大小相等 解析：選B　作用力與反作用力總是大小相等，方向相反，同時產(chǎn)生同時消失，是同一性質(zhì)的力，兩個物體不相互接觸也可以產(chǎn)生作用力與反作用力，兩個物體處于平衡狀態(tài)和非平衡狀態(tài)，作用力與反作用力大小均相等，故選項B正確。 2．以卵擊石，雞蛋碎，石頭完好無損，以下判斷正確的是(　　) A．雞蛋碎了，說明雞蛋受到的撞擊力大 B．石頭完好無損，說明石頭受到的撞擊力小 C．雞蛋和石頭受到的撞擊力一樣大 D．必須用儀器檢測才知道誰受到的撞擊力大 解析：選C　“以卵擊石”，雞蛋被碰破，而石頭卻完好無損，不是因為雞蛋受到的力大，而是因為雞蛋的硬度小，它們受到的力是相互作用力，相互作用的兩個力，大小一定相等，故選C。 3．(多選)飛船是一種運送航天員、貨物到達(dá)太空并能安全返回的一次性使用的航天器；火箭可作為快速遠(yuǎn)距離的運載工具。下面關(guān)于飛船和火箭升空情況的敘述正確的是(　　) A．火箭尾部向外噴氣，噴出的氣體對火箭產(chǎn)生一個向上的推力 B．火箭受的推力是由于噴出的氣體對空氣產(chǎn)生一個作用力，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，由于沒有了空氣，火箭雖向后噴氣，也不會產(chǎn)生推力 D．飛船進(jìn)入軌道后，和地球間存在一對作用力和反作用力 解析：選AD　火箭尾部向外噴氣，給噴出的氣體一個作用力，而噴出的氣體給火箭一個反作用力，火箭就是因為受到這個反作用力(推力)，才克服空氣阻力向前飛行的，A正確，B、C錯誤；飛船進(jìn)入軌道后，與地球間存在相互吸引的作用力，D正確。 4．人站在地面上，先將兩腳彎曲，再用力蹬地，向上跳離地面。人能跳離地面的原因是(　　) A．人對地面的作用力大于地面對人的作用力 B．地面對人的作用力大于人對地面的作用力 C．地面對人的作用力大于人的重力 D．人除受地面的彈力外，還受到一個向上的力 解析：選C　人用力蹬地時，人對地面的作用力和地面對人的作用力是一對作用力與反作用力，大小相等，方向相反。之所以會跳離地面是因為地面對人的作用力大于人的重力，故C正確。 5.如圖1所示，吊在大廳天花板上的電扇所受重力為G，靜止時固定桿對它的拉力為F，扇葉水平轉(zhuǎn)動起來后，桿對它的拉力為F′，則(　　) 圖1 A．F＝G、F＝F′ B．F＝G、F＜F′ C．電扇靜止時，固定桿對它的作用力等于它對固定桿的作用力 D．電扇水平轉(zhuǎn)動后，固定桿對它的作用力小于它對固定桿的作用力 解析：選C　電扇不轉(zhuǎn)時，顯然有F＝G，而扇葉轉(zhuǎn)動起來后，向下吹風(fēng)，對空氣有向下的作用力，根據(jù)牛頓第三定律，空氣對葉片有向上的作用力，此時桿對電扇的拉力F′＜G，得F′＜F，A、B錯誤；固定桿對電扇的作用力與電扇對固定桿的作用力為一對作用力和反作用力，故兩者總是等大反向，C正確，D錯誤。 6.如圖2所示，有人用一簇氣球通過繩使一座小屋成功升空，成為“會飛的小屋”。下列說法正確的是(　　) 圖2 A．小屋受到繩的拉力和小屋對繩的拉力是一對作用力和反作用力 B．小屋受到繩的拉力和小屋所受重力是一對作用力和反作用力 C．小屋對繩的拉力和小屋所受重力是一對作用力和反作用力 D．小屋對繩的拉力和小屋所受重力是一對平衡力 解析：選A　小屋受到繩的拉力和小屋對繩的拉力是一對作用力和反作用力，故A正確；小屋受到繩的拉力和小屋所受重力的受力物體都是小屋，不是作用力和反作用力，故B錯誤；小屋對繩的拉力的施力物體是小屋，受力物體是繩子，小屋所受重力的施力物體是地球，受力物體是小屋，不是作用力和反作用力，也不是平衡力，故C、D錯誤。 7．如圖3所示，臺秤上放一個裝有水的容器，有一個金屬球掛在彈簧測力計下面，現(xiàn)將金屬球浸沒在水中，比較在金屬球浸入水中前、后的情況(　　) 圖3 A．彈簧測力計的示數(shù)減小，臺秤的示數(shù)不變 B．彈簧測力計的示數(shù)不變，臺秤的示數(shù)增加 C．彈簧測力計的示數(shù)減小，臺秤的示數(shù)增大，且減少的示數(shù)等于增加的示數(shù) D．彈簧測力計的示數(shù)增大，臺秤的示數(shù)減小，且增加的示數(shù)等于減少的示數(shù) 解析：選C　當(dāng)金屬球浸入水中后，受到向上的浮力作用，故彈簧測力計的示數(shù)減小；由牛頓第三定律，在水對球有向上的浮力的同時，金屬球?qū)λ邢蛳碌淖饔昧?，這兩個力大小相等，方向相反，故使得臺秤的示數(shù)增大，且彈簧秤減少的示數(shù)等于臺秤增加的示數(shù)，選項C正確。 8.建筑工人用如圖4所示的定滑輪裝置運送建筑材料。質(zhì)量為70.0 kg的工人站在地面上，通過定滑輪將20.0 kg的建筑材料以0.500 m/s2的加速度拉升，忽略繩子和定滑輪的質(zhì)量及定滑輪的摩擦，則工人對地面的壓力大小為(g取10 m/s2)(　　) 圖4 A．510 N　　　　　　　 　B．490 N C．890 N D．910 N 解析：選B　對建筑材料進(jìn)行受力分析，根據(jù)牛頓第二定律有F－mg＝ma，得繩子的拉力大小F＝210 N；然后對人進(jìn)行受力分析，由平衡條件得Mg＝F＋N，得地面對人的支持力N＝490 N，根據(jù)牛頓第三定律可知，人對地面的壓力大小為490 N。 9．在滑冰場上，甲、乙兩小孩分別坐在滑冰板上，原來靜止不動，在相互猛推一下后分別向相反方向運動。假定兩板與冰面間的動摩擦因數(shù)相同，已知甲在冰上滑行的距離比乙遠(yuǎn)，這是由于(　　) A．在推的過程中，甲推乙的力小于乙推甲的力 B．在推的過程中，甲推乙的時間小于乙推甲的時間 C．在剛分開時，甲的初速度大于乙的初速度 D．在分開后，甲的加速度的大小小于乙的加速度的大小 解析：選C　在推的過程中，甲推乙的力和乙推甲的力是一對作用力和反作用力，根據(jù)牛頓第三定律，作用力和反作用力大小相等，方向相反，故A錯誤；作用力與反作用力具有等時性，故B錯誤；分開后，兩人受到的合力都是摩擦力，根據(jù)牛頓第二定律，a＝，所以甲、乙的加速度大小相等，由運動學(xué)公式－2μgx＝0－v2知，剛分開時，甲的初速度大于乙的初速度，故C正確，D錯誤。 10.將重力均為G的兩個磁環(huán)A、B先后套在光滑的木支架上，并使兩磁環(huán)相對面的極性相同，此時可以看到上方的磁環(huán)A“懸浮”在空中，如圖5所示。設(shè)磁環(huán)B對木支架底座的壓力為F1；B對A的排斥力為F2，關(guān)于這些力的大小關(guān)系正確的是(　　) 圖5 A．F1＞2G　F2＝G B．F1＝2G　F2＝G C．F1＞2G　F2＞G D．F1＝2G　F2＞G 解析：選B　對于磁環(huán)A，受到重力G和磁環(huán)B對磁環(huán)A的排斥力F2，根據(jù)平衡條件可知，F(xiàn)2＝G；對于磁環(huán)B，受到重力G、磁環(huán)A對磁環(huán)B的排斥力F2′及木支架底座對磁環(huán)B的支持力F1′的作用，根據(jù)平衡條件得，F(xiàn)1′＝F2′＋G，根據(jù)作用力與反作用力關(guān)系知F1＝F2＋G，則有F1＝2G，選項B正確。 11．一個質(zhì)量為75 kg的人，站立在水平地面上，某一瞬間突然豎直跳起，已知剛跳起時速度為3.0 m/s，起跳時間為0.5 s，求此人在起跳瞬間對地面的壓力的平均值。(人的運動近似看做勻加速運動，g取10 m/s2) 解析：以人為研究對象，人在起跳瞬間只受到重力和支持力，如圖所示。起跳瞬間，人的運動可等效成初速度為零的勻加速運動，其加速度為a＝＝ m/s2＝6 m/s2 據(jù)牛頓第二定律得N－mg＝ma 故N＝m(g＋a)＝75(10＋6)N＝1 200 N 據(jù)牛頓第三定律知，人對地面的平均壓力為1 200 N，方向與N方向相反，豎直向下。 答案：1 200 N　豎直向下 12.如圖6所示，跨過定滑輪的細(xì)繩的一端掛一吊板，另一端被吊板上的人拉住，已知人的質(zhì)量為70 kg，吊板的質(zhì)量為10 kg，繩及定滑輪的質(zhì)量、滑輪的摩擦均可不計，取重力加速度g＝10 m/s2。當(dāng)人以440 N的力拉繩時，人與吊板的加速度和人對吊板的壓力分別為多少？ 圖6 解析：以人和吊板組成的整體為研究對象，人以440 N的力拉繩時，該整體受到兩個向上的拉力均為440 N，受到重力的大小為700 N＋100 N＝800 N，其合力為880 N－800 N＝80 N，由牛頓第二定律F＝ma，得a＝1.0 m/s2。再以人為研究對象，人受到重力mg＝700 N，受到吊板的支持力N及繩對其向上的拉力T＝440 N，由牛頓第二定律得T＋N－mg＝ma，解得N＝330 N。根據(jù)牛頓第三定律，人對吊板的壓力N′與吊板對人的支持力等大反向，故N′＝330 N。 答案：1.0 m/s2　330 N