牛頓第三定律

1、第5節(jié) 牛頓第三定律理解領(lǐng)悟 牛頓第一定律和牛頓第二定律解決了單個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)和力之間的關(guān)系，但自然界的物體是相互聯(lián)系、相互影響、相互作用的。一個(gè)物體在受到其他物體作用的同時(shí)，也會(huì)對其他物體有作用，牛頓第三定律就是研究物體之間的相互作用的關(guān)系的。只有充分地研究物體間的相互作用，才能比較全面地認(rèn)識(shí)物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，牛頓的第一、第二、第三定律才能構(gòu)成比較全面地反映機(jī)械運(yùn)動(dòng)規(guī)律的一套定律?；A(chǔ)級1 從實(shí)際現(xiàn)象看作用力與反作用力手拉彈簧，彈簧受到手的拉力，手也受到彈簧的拉力；人推桌子，會(huì)感到桌子也在推人；坐在一只船上的人用力推另一只船，另一只船也要推前一只船；地球上的物體受到地球的吸引，地球也在受著地面上

2、的物體的吸引。種種現(xiàn)象表明，物體間的作用是相互的，一個(gè)物體對另一個(gè)物體施加了力，后一物體一定同時(shí)對前一物體也施加了力，物體之間的相互作用力總是成對出現(xiàn)的。我們把其中的一個(gè)力叫做作用力，另一個(gè)力就叫做反作用力。2 實(shí)驗(yàn)探究作用力與反作用力的關(guān)系教材中把兩個(gè)彈簧測力計(jì)連接在一起，將一個(gè)彈簧測力計(jì)固定，用手拉另一個(gè)彈簧測力計(jì)，可以看到兩個(gè)彈簧測力計(jì)的讀數(shù)同時(shí)變化，且始終相等，而它們之間的相互作用力的方向是相反的。有些同學(xué)認(rèn)為，上述實(shí)驗(yàn)中兩個(gè)彈簧測力計(jì)是相互接觸的，相互接觸的物體間的相互作用力大小相等、方向相反，但不接觸的物體之間的相互作用是否也有同樣的結(jié)論呢？我們可以再做這樣的實(shí)驗(yàn)：在水中放兩個(gè)相同

3、的軟木塞，木塞上各放一個(gè)相同的小磁鐵，當(dāng)同名磁極相對時(shí)，相互排斥，兩木塞向相反方向運(yùn)動(dòng)；當(dāng)異名磁極相對時(shí)，相互吸引，做相向運(yùn)動(dòng)?？梢?，相互不接觸的物體間的作用也是相互的。從兩個(gè)木塞運(yùn)動(dòng)的對稱性還可以定性地看出，兩磁鐵的相互作用力也是大小相等、方向相反的。3 用傳感器探究作用力與反作用力的關(guān)系本節(jié)教材“做一做”欄目介紹了用傳感器探究作用力與反作用力關(guān)系的實(shí)驗(yàn)，建議盡可能創(chuàng)造條件做一做。兩個(gè)傳感器同時(shí)連接在計(jì)算機(jī)上，計(jì)算機(jī)屏幕上可以記錄下兩個(gè)傳感器相互作用力的大小和方向。實(shí)驗(yàn)表明，牛頓第三定律所闡明的作用力與反作用力的關(guān)系，不僅適用于靜止物體之間，也適用于運(yùn)動(dòng)物體之間，即這種關(guān)系與物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無

4、關(guān)，與參考系的選擇也無關(guān)。4 對牛頓第三定律的理解兩個(gè)物體之間的作用力和反作用力總是大小相等，方向相反，作用在用一條直線上。這就是牛頓第三定律。用公式表示，即 F=F(負(fù)號表示方向相反)。對牛頓第三定律應(yīng)從以下幾點(diǎn)加以理解： 異體性 作用力與反作用力是兩個(gè)物體間的相互作用，所以這一對力是作用在兩個(gè)物體上，而不是作用在同一物體上，它們產(chǎn)生的作用效果永遠(yuǎn)不會(huì)抵消。 同時(shí)性 這一對力總是大小相等，方向相反，作用在一條直線上。有作用力，就有反作用力，它們總是成對出現(xiàn)的，同時(shí)產(chǎn)生、同時(shí)變化、同時(shí)消失。 同一性 作用力與反作用力必定是同一性質(zhì)的力，即如果作用力是彈力，則反作用力也是彈力；如果作用力是摩擦力

5、，則反作用力也是摩擦力。推薦精選 普遍性 物體間的相互作用力可以是接觸力，也可以是非接觸力。作用力與反作用力的關(guān)系適用于靜止物體之間，也適用于運(yùn)動(dòng)物體之間，與物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無關(guān)，與參考系的選擇也無關(guān)。在經(jīng)典力學(xué)討論的范圍，牛頓第三定律有其普遍意義。5 作用力與反作用力跟一對平衡力的區(qū)別作用力與反作用力跟一對平衡力均是大小相等，方向相反，作用在同一條直線上。然而，它們畢竟是有區(qū)別的： 作用對象 作用力與反作用力分別作用在兩個(gè)物體上，而一對平衡力則是作用在同一物體上。 依賴關(guān)系 作用力與反作用力相互依賴，同時(shí)產(chǎn)生、同時(shí)變化、同時(shí)消失；而構(gòu)成一對平衡力的兩個(gè)力可以單獨(dú)存在，當(dāng)一個(gè)力消失時(shí)，另一個(gè)力可

6、以繼續(xù)存在。 力的性質(zhì) 作用力與反作用力一定是同種性質(zhì)的力，而一對平衡力可以是兩種不同性質(zhì)的力。 作用效果 作用力與反作用力各有各的作用效果，不能相互抵消；而在不考慮物體的形變時(shí)，一對平衡力的作用效果可以相互抵消。6 牛頓第三定律在生產(chǎn)和生活中的應(yīng)用教材列舉了一些在生活和生產(chǎn)中應(yīng)用牛頓第三定律的例子。例如：劃船時(shí)槳向后推水，水就向前推槳；輪船的螺旋槳旋轉(zhuǎn)時(shí)向后推水，水同時(shí)給螺旋槳一個(gè)反作用力；汽車發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)，由于輪胎與地面間的摩擦，車輪向后推地面，地面就給車輪一個(gè)向前的反作用力，這就是牽引力。其實(shí)，我們平時(shí)走路，由于鞋底與地面間的摩擦，腳向后推地面，地面就給腳一個(gè)反作用力，使人向前行進(jìn)

7、。你還能舉出這方面更多的例子嗎？7 對“說一說”欄目問題的回答本節(jié)教材“說一說”欄目提出了下列問題：一個(gè)瘦弱的男子與一個(gè)大力士“掰腕子”，兩手之間的作用力和反作用力一樣大嗎？若兩者一樣大，大力士怎么會(huì)贏呢？根據(jù)牛頓第三定律，作用力與反作用力大小相等，瘦弱的男子與大力士兩手之間的相互作用力肯定是一樣大的。大力士會(huì)贏的原因是，他對瘦弱男子的作用力超過了瘦弱男子所能承受的力。發(fā)展級8. 牛頓第三定律的適用范圍牛頓運(yùn)動(dòng)定律是建立在絕對時(shí)空以及與此相適應(yīng)的超距作用基礎(chǔ)上的。所謂超距作用，是指分離個(gè)物體間不需要任何介質(zhì)，也不需要時(shí)間來傳遞它們之間的相互作用。也就是說，相互作用以無窮大的速度傳遞。除了上述觀

8、點(diǎn)以外，在牛頓的時(shí)代人們了解的相互作用，如萬有引力、磁石之間的磁力以及相互接觸物體之間的作用力，都是沿著相互作用的物體的連線方向，而且相互作用的物體的運(yùn)動(dòng)速度都在常速范圍內(nèi)。在這種情況下，牛頓才實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了第三定律。但是隨著人們對物體間的相互作用的認(rèn)識(shí)的發(fā)展，19世紀(jì)發(fā)現(xiàn)了電與磁之間的聯(lián)系，建立了電場、磁場的概念；除了靜止電荷之間有沿著連線方向相互作用的庫侖力外，發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)電荷還要受到磁場力即洛倫茲力的作用；運(yùn)動(dòng)電荷又將激發(fā)磁場，因此兩個(gè)運(yùn)動(dòng)電荷之間存在相互作用，而電磁作用是通過電磁場以有限的速度（光速c）來傳遞的。物理學(xué)的深入發(fā)展，暴露出牛頓第三定律并不是對一切相互作用都是適用的。如果說靜止電

9、荷之間的庫侖相互作用是沿著二電荷的連線方向，靜電作用可當(dāng)作以“無窮大速度”傳遞的超距作用，因而牛頓第三定律仍適用的話，那么，對于運(yùn)動(dòng)電荷之間的相互作用，牛頓第三定律就不適用了。實(shí)驗(yàn)證明，對于以電磁場為媒介傳遞的近距作用，總存在著時(shí)間的推遲。對于存在推遲效應(yīng)的相互作用，牛頓第三定律顯然是不適用的。實(shí)際上，只有對于沿著二物連線方向的作用（稱為有心力），并可以不計(jì)這種作用傳遞時(shí)間（即可看作直接的超距作用）的場合中，牛頓第三定律才有效。推薦精選應(yīng)用鏈接 本節(jié)課的應(yīng)用主要涉及對牛頓第三定律的正確理解，運(yùn)用牛頓第三定律對實(shí)際問題的解釋，以及作用力與反作用力跟一對平衡力的辨析?；A(chǔ)級例1 一個(gè)物體靜止地放在

10、水平桌面上，物體對桌面的壓力等于物體的重力，這是因?yàn)椋?）A. 它們是一對平衡力 B. 它們是一對作用力和反作用力C. 它們既是平衡力又是相互作用力 D. 以上說法都不對提示 明確平衡力和相互作用力的意義。解析 物體對桌面的壓力和桌面對物體的支持力是一對作用力和反作用力，壓力大小等于支持力的大小。物體的重力和桌面對物體的支持力是一對平衡力，重力的大小等于支持力的大小。根據(jù)數(shù)學(xué)公理，等于第三個(gè)量的兩個(gè)量相等，所以物體對桌面的壓力等于物體的重力。正確選項(xiàng)為D。點(diǎn)悟 物體對桌面的壓力作用在桌面上，物體的重力作用在物體上，不是作用在同一物體上的力談不上平衡力。壓力是彈力，與物體的重力性質(zhì)不相同，不可能

11、是一對作用力和反作用力。例2 關(guān)于車?yán)R、馬拉車 的問題，下列說法中正確的是（ ）A. 馬拉車不動(dòng)，是因?yàn)轳R拉車的力小于車?yán)R的力B. 馬拉車前進(jìn)，是因?yàn)轳R拉車的力大于車?yán)R的力C. 馬拉車不論車動(dòng)還是不動(dòng)，馬拉車的力的大小總是等于車?yán)R的力的大小D. 馬拉車不動(dòng)或車勻速前進(jìn)時(shí)，才是馬拉車的力與車?yán)R的力大小相等提示 根據(jù)牛頓第三定律作出判斷。解析 馬拉車和車?yán)R的力是一對作用力和反作用力，大小始終相等。正確選項(xiàng)為C。點(diǎn)悟 由牛頓第三定律可知，馬拉車和車?yán)R的力是一對作用力和反作用力，大小始終相等，毋庸置疑。而車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化，是由車受到的合外力決定的。當(dāng)馬拉車的力較小時(shí)，拉力與車受到地面的

12、摩擦力大小相等，車保持靜止；當(dāng)馬拉車的力大于車所受到的地面摩擦力時(shí)，車就開始起動(dòng)并加速前進(jìn)。例3 以卵擊石，雞蛋“粉身碎骨”，但石頭卻“安然無恙”，是不是雞蛋對石頭的作用力小，而石頭對雞蛋的作用力大呢?提示 應(yīng)用牛頓第三定律進(jìn)行判斷，注意蛋殼與石頭承受力大小的區(qū)別。(a)解析 雞蛋與石頭相撞擊時(shí)，雞蛋對石頭的作用力和石頭對雞蛋的作用力是一對作用力與反作用力，根據(jù)牛頓第三定律，這一對力的大小是相等的。至于為什么“蛋碎”而“石全”，那是因?yàn)榈皻ず褪^的承受力不一樣，蛋殼所能承受的力遠(yuǎn)小于石頭所能承受的力，所以在大小相等的力的作用下，才產(chǎn)生蛋破而石頭不碎的結(jié)果。點(diǎn)悟 蛋破與否不僅與其受力有關(guān)，還與其

13、承受能力有關(guān)，不能根據(jù)“蛋破而石不碎得出“雞蛋受到石頭的作用力大于雞蛋對石頭的作用力”的錯(cuò)誤結(jié)論。對于生活中的一些物理現(xiàn)象，不能憑想當(dāng)然主觀臆斷，必須運(yùn)用相應(yīng)的物理規(guī)律進(jìn)行認(rèn)真分析。圖430例4 如圖430所示，在臺(tái)秤上放大半容器水，臺(tái)秤示數(shù)為50N。另用掛在支架上的彈簧秤懸掛一邊長為10cm的正方體金屬塊，當(dāng)把金屬塊平穩(wěn)地浸入水中深4cm而未觸及容器底部時(shí)，彈簧秤的示數(shù)為多少？臺(tái)秤的示數(shù)會(huì)不會(huì)發(fā)生變化？（已知金屬塊的密度為推薦精選3×103kg/m3，g取10m/s2。）提示 分析金屬塊的受力情況，并注意浮力的反作用力。解析 浸入水中的金屬塊所受重力 N=30N，浮力 &

14、#160; N=4N，故彈簧秤的示數(shù)為   FT=GF=30N4N=26N。臺(tái)秤的示數(shù)由于金屬塊所受浮力的反作用力增加了F=F=4N。點(diǎn)悟 本題中的金屬塊未觸及容器的底部，很容易遺漏浮力的反作用力，而誤認(rèn)為臺(tái)秤的示數(shù)不會(huì)發(fā)生變化。要知道任何物體之間的作用力都是相互的，有作用力必有反作用力，浮力也不例外。發(fā)展級圖431例5 置于水平面上的小車上，有一彎折成角度的細(xì)桿，如圖431所示，其另一端固定了一個(gè)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(shí)，小球?qū)?xì)桿的作用力多大？方向如何？提示 小球?qū)?xì)桿的作用力很難直接求出，可先求出細(xì)桿對小球的作用力，再根據(jù)牛頓第三定律求

15、小球?qū)?xì)桿的作用力。FyFFxmg圖432解析 以小球?yàn)檠芯繉ο?，小球受重力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432所示。由牛頓第二定律可知 Fymg=0, Fx=ma，故細(xì)桿對小球的作用力，。由牛頓第三定律可得，小球?qū)?xì)桿的作用力的大小為  F=，方向與豎直方向成角斜向右下方。點(diǎn)悟 本題給我們的一大啟示是：當(dāng)某個(gè)力難以直接求出時(shí)，可設(shè)法先求出它的反作用力，再根據(jù)牛頓第三定律求出這個(gè)力。另外，有的同學(xué)會(huì)錯(cuò)誤地認(rèn)為細(xì)桿對小球的作用力F一定是沿細(xì)桿方向的。產(chǎn)生這種錯(cuò)誤的原因是沒有區(qū)分細(xì)繩和細(xì)桿對小球作用力的特點(diǎn)。細(xì)繩的拉

16、力一定沿著細(xì)繩的收縮方向，而細(xì)桿的作用力就不一定沿著細(xì)桿方向（除非是“二力桿件”，即只有兩端受力的桿件）。例如當(dāng)小球的加速度為0時(shí)，細(xì)桿對小球的作用力就與重力平衡，大小為mg，方向豎直向上。圖433BA例6 如圖433所示，兩個(gè)質(zhì)量均為m的物塊A、B疊放在一個(gè)直立著的、勁度系數(shù)為k的輕彈簧上面而靜止。今用一豎直向下的力壓物塊A，彈簧又縮短了推薦精選l（仍在彈性限度內(nèi)）而靜止。若突然撤去此力，則在撤去此力的瞬間A對B的壓力多大？提示 采用整體法和隔離法，應(yīng)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律求解。解析 對A、B整體，未用力壓A時(shí)彈簧的壓縮量為x，則根據(jù)二力平衡條件和胡克定律有 2mg=kx。設(shè)用力F向下壓A時(shí)，對A、

17、B整體的靜止?fàn)顟B(tài)有 F+2mg=k(x+l)。突然撤去F的瞬間，對A、B整體，因重力和彈力不變，其合力向上，加速度向上，有k(x+l)2mg=2ma；對物體A有  FNmg=ma。聯(lián)立解得B對A的支持力 FN= mg+。根據(jù)牛頓第三定律，A對B的壓力大小也為mg+，方向豎直向下。點(diǎn)悟 在求解連接體問題時(shí)，特別要注意運(yùn)用牛頓第三定律來分析物體的受力情況。課本習(xí)題解讀p.88問題與練習(xí)圖434FGFN1. 涉及木箱和地球的作用力和反作用力有兩對，一對是木箱受到的重力和木箱吸引地球的力，另一對是木箱受到地面對它的支持力和木箱對地面的壓力。木箱受到的是重力和支持力，地球受到的是木箱

18、對它的引力和壓力。2. 如圖434所示，物體靜止地放在臺(tái)式彈簧秤上，物體受到重力G和支持力FN的作用，因?yàn)槲矬w處于平衡狀態(tài)，故GFN=0，G=FN。臺(tái)式彈簧秤受到物體對它的壓力F，物體受到的支持力與彈簧秤受到的壓力為一對作用力于反作用力，根據(jù)牛頓第三定律，F(xiàn)N和F大小相等、方向相反，故F的大小與G相等。3. 當(dāng)你輕輕地推巨石時(shí)，你和巨石同時(shí)受到大小相等、方向相反的力的作用，你和巨石均由靜止?fàn)顟B(tài)變?yōu)檫\(yùn)動(dòng)，兩者分離后均做勻速直線運(yùn)動(dòng)，但兩者的速度不一定相同。如果巨石放在地面上，結(jié)果會(huì)不同。如果巨石與地面間的摩擦力足夠大，你將推不動(dòng)巨石。只有當(dāng)你給巨石的力大于巨石受到的最大靜摩擦力時(shí)，巨石才能運(yùn)動(dòng)起

19、來。圖435FBAFABF阻BA4. 題中情景的草圖如圖435所示。(1) 因?yàn)锳拉B勻速運(yùn)動(dòng)，即物體處于平衡狀態(tài)，因此B車廂所受的合力為0，故 FAB=。而FAB與是一對相互作用力，根據(jù)牛頓第三定律，它們大小相等、方向相反。(2) 因?yàn)锳拉B加速行駛，根據(jù)牛頓第二定律 FAB=ma，所以 FAB。而FAB與FBA是一對相互作用力，根據(jù)牛頓第三定律，它們大小相等、方向相反。由牛頓第二定律 FAB=ma，推薦精選 FAB=ma+=4.0×103×0.3N+2.0×103 N=3.2×103 N。由牛頓第三定律，F(xiàn)AB

20、與FBA是一對相互作用力，它們大小相等、方向相反，即 FAB=FBA=3.2×103 N。 5. 小強(qiáng)沒有注意到，相互平衡的兩個(gè)力是作用在同一物體上的，而作用力與反作用力是分別作用在發(fā)生相互作用的兩個(gè)物體上的，它們不可能是相互平衡的力。練習(xí)鞏固（45）基礎(chǔ)級1. 關(guān)于作用力與反作用力，下列說法中正確的是（ ）A. 物體相互作用時(shí)，先有作用力，后有反作用力B. 作用力與反作用力一定是同種性質(zhì)的力C. 作用力和反作用力總是同時(shí)作用在相互作用的兩個(gè)物體上D. 兩物體相互作用時(shí)，作用力可能大于反作用力2汽車?yán)宪囋谒焦飞涎刂本€加速行駛，根據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)定律可知（ ）A. 汽車?yán)?/p>

21、車的力大于拖車?yán)嚨牧. 汽車?yán)宪嚨牧Φ扔谕宪嚴(yán)嚨牧. 汽車?yán)宪嚨牧Υ笥谕宪囀艿降淖枇. 汽車?yán)宪嚨牧Φ扔谕宪囀艿降淖枇?. 物體放在水平桌面上，則（ ）A. 桌面對物體 支持力與物體的重力大小相等，這兩個(gè)禮物是一對平衡力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. 物體對桌面的壓力就是物體的重力D. 物體度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4. 下列說法中正確的是（ ）A. 起重機(jī)用鋼索加速吊起貨物時(shí)，鋼索對貨物的拉力大于貨物對鋼索的拉力B. 子彈能射入木塊是因?yàn)樽訌棇δ緣K的力大于子彈隊(duì)木塊的阻力C. 大人和小孩相撞時(shí)，大人對小孩的撞擊力大于小孩對大人的撞擊力D. 將圖釘撳入木板，圖釘對木板的力和木板對圖釘?shù)淖枇Υ笮∈窍嗟鹊?. 人走路時(shí)，人和地球之間的作用力和反作用力的對數(shù)共有（ ）A. 1對