4.5 牛顿第三定律 [目标定位 ] 1.知道力的作用是相互的 ， 理解作用力和反作用力的概念 .2.理解牛顿第三定律的确切含义 ， 会用它解决简单的问题 .3.会区分一对平衡力与一对相互作用力． 一、作用力与反作用力 一个物体对另一个物体施加了力 ， 后一物体一定 同时 对前一物体也施加了力． 物体间相互作用的这一对力 ， 通常叫做 作用力 和 反作用力 ． 想一想： 甲、乙两个小 车上分别粘有磁铁 ， 用手按住让两小车停在水平桌面上距离适当的位置 ， 然后放开乙车 ， 我们看到在磁力的作用下乙车会运动起来．甲对乙有作用力 ， 乙对甲是否有作用力？如果有 ， 两相互作用力作用在几个物体上 ， 力的种类是否相同？ 答案 有 ， 因为力的作用是相互的．相互作用力分别作用在两个物体上 ，种类相同． 二、牛顿第三定律 1． 实验探究：作用力与反作用力的关系 图 451 把两个弹簧测力计 A 和 B 连结在一起 ， 用手拉 A， 发现两个弹簧测力计的示数 相同 ．改变拉力 ， 弹簧测力计的示数都随着 变化 ， 但两者的示数总是 相同 ，这 说明作用力和反作用力大小 相等 ， 方向 相反 ． 2． 实验结论 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 同一条直线上 ． 想一想： 拔河比赛时 ， 甲队胜了乙队 ， 是不是甲对乙的拉力大于乙对甲的拉力呢？ 答案 不是．无论哪方胜 ， 甲对乙的 拉力都等于乙对甲的拉力． 甲队胜是因为地面对甲的摩擦力大于乙对甲的拉力． 三、物体的受力分析 1． 一定质量的物体 ， 它的加速度由它所受各个力的 合力 决定．因此 ， 要了解物体的运动 ， 就必须对物体进行 受力分析 ． 2． 一对作用力和反作用力与一对平衡力的区别：一对平衡力作用在 同一 个物体上 ， 一对作用力和反作用力分别作用在 两个 物 体上；一对平衡力 不一定 (填“ 一定 ” 或 “ 不一定 ” )是同一种类的力 ， 一对作用力和反作用力 一定 (填 “ 一定 ” 或 “ 不一定 ” )是同一种类的力． 3． 一对作用力和反作用力与一对平衡力的 相似之处 ：两者都是 等大 、 反向 、作用在同一条直线上． 想一想： 一个物体受到几个力作用就一定存在几对反作用力吗？ 答案 是；每一个力都是两个物体间的相互作用 ， 所以物体受到 几个力的作用说明就有几个物体和它存在相互作用 ， 因此就有几对反作用力． 一、作用力和反作用力 1． 两个物体之间力的作用总是相互的．只要谈到一个力 ， 就一定同时存在施力物体和受力物体．施力物体同时也一定是受力物体． 2． 作用力和反 作用力总是相互依存、同时存在的，我们可以把其中的任何一个力叫做作用力，另一个力叫做反作用力． 若作用力为甲对乙的力 ， 则反作用力为乙对甲的力． 图 452 例 1 两个小球 A 和 B， 中间用弹簧连结 ， 并用细绳悬挂于天花板下 ， 如图 452 所示 ， 下面四对力中属 于作用力和反作用力的是 ( ) A． 绳对 A 的拉力和弹簧对 A 的拉力 B． 弹簧对 A 的拉力和弹簧对 B 的拉力 C． 弹簧对 B 的拉力和 B 对弹簧的拉力 D． B 的重力和弹簧对 B 的拉力 解析 作用力和反作用力是作用在相互作用的两个物体之间的力 ， 绳对 A的拉力与 A 对绳子的拉力是一对作用力和反作用力 ， A、 B均错误；弹簧对 B 的拉力和 B 对弹簧的拉力是一对作用力与反作用力 ， C正确； B 受到的重力 ， 施力物体是地球 ， 与 B 对地球的吸引力是一对作用力和反作用力 ， D错误．故选 C. 答案 C 二、对牛顿第三定律的理解 1． 表达式： F＝－ F′(负号表示方向相反 )， 负号表示作用力 F 与反作 用力 F′的方向相反． 2． 对作用力和反作用力的理解 (“ 四同 ” 和 “ 三异 ” 的关系 ) “ 四同 ” 表示： (1)同大小：大小相等． (2)同直线：作用在同一条直线上． (3)同存亡：同时产生、同时消失、同时变化． (4)同类型：作用力和 反作用力总是同一种类的力． 比如作用力是弹力、反作用力也是弹力；作用力是摩擦力、反作用力也是摩擦力；作用力是引力、反作用力也是引力． “ 三异 ” 表示： (1)反向：方向相反． (2)异体：作用在不同的物体上． (3)不同效果：在不同的物体上分别产生不同的作用效果 ， 不能相互抵消 ，因此 ， 不能认 为作用力和反作用力的合力为零． 3． 注意：作用力和反作用力的关系不仅适用于静止的物体之间 ， 也适用于相对运动的物体之间 ， 这种关系与作用力的性质、物体的质量、运动状态及作用的方式 (是静止还 是运动 )无关． 牛顿第一定律和牛顿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作用的相互性 ， 反映了物体间相互作用的规律． 图 453 例 2 如图 453 所示 ， 我国有一种传统的民族体育项目叫做 “ 押加 ” ， 实际上相当于两 个人拔河，如果甲、乙两人在押加比赛中，甲获胜，则下列说法中正确的是 ( ) A． 甲对乙的拉力大于乙对甲的拉力 ， 所以甲获胜 B． 当甲把乙匀速拉过去时 ， 甲对乙的拉力大小等于乙对甲的拉力大小 C． 当甲把乙加速拉过去 时 ， 甲对乙的拉力大于乙对甲的拉力 D． 甲对乙的拉力大小始终等于乙对甲的拉力大小 ， 只是地面对甲的摩擦力大于地面对乙的摩擦力 ， 所以甲获胜 解析 物体的运动状态是由其自身的受力情况决定的 ， 只有当物体所受的合外力不为零时 ，物体的运动状态才会改变，不论物体处于何种状态，物体间的作用力与反作用力总是大小相等、方向相反，由于它们作用在不同的物体上，其效果可以不同． 甲加速前进的原因是甲受到的地面的摩擦力大于绳子对甲的拉力；乙加速后退的原因是绳子对乙的拉力大于乙受到的地面的摩擦力；但是 ， 根据牛顿第三定律 ， 甲对乙的拉力大小始终 等于乙对甲的拉力大小． B、 D正确． 答案 BD 图 454 例 3 质量为 M 的人站在地面上 ， 用绳通过定滑轮将质量为 m 的重物从高处放下 ， 如图 454所示 ， 若重物以加速度 a下降 (ag)， 则人对地面的压力为 ( ) A． (M＋ m)g－ ma B． M(g－ a)－ ma C． (M－ m)g＋ ma D． Mg－ ma 解析 对重物 ， 设绳的拉力为 F， 由牛顿第二定律知： mg－ F＝ ma， 所以 ，绳的拉力为 F＝ mg－ ma.对人 ， 受重力、绳的拉力及地面的支持力而平衡 ， 则Mg＝ FN＋ F， 所以 FN＝ Mg－ F＝ (M－ m)g＋ ma.根据牛顿第三定律知 ， 人对地面的压力大小也为 (M－ m)g＋ ma. 答案 C 三、一对作用力与反作用力 和一对平衡力的比较 1． 两者的区别 2.简记为：作用力和反作用力是 “ 异体、同类、同存 ， 不同效 ” ；平衡力是“ 同体、可异、非同存、效果抵消 ” ． 例 4 如图 455 所示 ， 物体放在水平桌面上 ， 受到一个水平向右的拉力 F作用 ， 却仍然保持静止 ， 则下列说法中正确的是 ( ) 图 455 A． 物体受三个力作用 ， 其中有一对平衡力 B． 物体受三个力作用 ， 其中有一对作用力和反作用力 C． 物体受四个力作用 ， 其中有两对作用力和反作用力 D． 物体受四个力作用 ， 其中有两对平衡力 解析 物体受重力、桌面的支持力、水平向右的拉力 F， 根据物体处 于静止状态知 ，物体所受合外力为零，所以物体在水平方向除受水平向右的拉力 F 外 ，还必须受水平向左的摩擦力 Ff， 所以物体共受四个力的作用 ， A、 B 错误．由于作用力与反作用力是分别作用在两个不同物体上的 ， 所以物体所受的四个力中不可能构成作用力与反作用力 ， 因此 C 错误．物体水平方向上受向右的拉力和向左的摩擦力 ， 其合力为零 ， 为一对平衡力．竖直方向受重力和支持力 ， 也为一对平衡力 ， 所以 D正确． 答案 D 作用力和反作用力 1． 2013 年 12 月 2 日 ， “ 长征三号乙 ” 运载火箭点火起飞 ， 成功将 “ 嫦娥三号 ” 月球探测器成功送入太空．下面关于卫星与火箭上天的情形叙述正确的是( ) A． 火箭尾部向外喷气 ， 喷出的气体反过来对火箭产生一个反作用力 ， 从而让火箭获得了向上的推力 B． 火箭尾部喷出的气体对空 气产生一个作用力，空气的反作用力使火箭获得飞行的动力 C． 火箭飞出大气层后 ， 由于没有了空气 ， 火箭虽然向后喷气 ， 但也无法获得前进的动力 D． 卫星进入运行轨道之后 ， 与地球之间仍然存在一对作用力与反作用力 解析 火箭升空时 ， 其尾部向下喷气 ， 火箭箭体与被喷出 的气体是一对相互作用的物体．火箭向下喷气时 ， 喷出的气体同时对火箭产生向上的反作用力 ， 即为火箭上升的推动力．此动力并不是由周围的空气对火箭的反作用力提供的 ， 因而与是否飞出大气层、是否存在空气无关 ， B、 C 错误 ， A 正确．火箭运载卫星进入轨道之后 ， 卫星与地球之间依然存在相互吸引力 ， 即地球吸引卫星 ， 卫星吸引地球 ， 这是一对作用力与反作用力 ， D正确． 答案 AD 对牛顿第三定律的理解 图 456 2． 如图 456 所示 ，击球员用棒球棍回击飞过来的棒球时，球棒击棒球的力( ) A． 比球撞击球棒的力更早产生 B． 与球撞击球棒的力同时产生 C． 大于球撞击球棒的力 D． 小于球撞击球棒的力 解析 根据牛顿第三定律可知作用力反作用力总是等大、反向 ， 同时产生同时消失的 ， 故选 B. 答案 B 3． 如图 457 所示 ， 轻杆 BC 的 C 点用光滑铰链与墙壁固定 ， 杆的 B 点通过水平细绳 AB 使杆与竖直墙壁保持 30° 的夹角．若在 B 点悬挂一个定滑轮 (不计重力 )， 某人用它匀速地提起重物．已知重物的质量 m＝ 30 kg， 人的质量 M＝ 50 kg， g 取 200 3 一对作用力与反作用力和一对平衡力的 比较 4． 下列关于作用力、反作用力和一对平衡力的认识正确的 是 ( ) A． 一对平衡力的合力为零 ， 作用效果相互抵消 ， 一对作用力与反作用力的合力也为零 ， 作用效果也相互抵消 B． 作用力和反作用力同时产生、同时变化、同时消失 ， 且力的种类相同 ，平衡力的种类却不一定相同 C． 作用力和反作用力同时产生、同时变化、同时消失 ， 且一对平衡力也是如此 D． 先有作用力 ， 接着才有反作用力 ， 一对平衡力都是同时作用在同一个物体上 解析 作用力和反作用力受力物体是两个 ， 故不能求合力 ， 作用效果不能抵消 ， 故 A 错．作用力与反作用力均有同时性 ， 种 类也一定相同 ， 而平衡力不具有同时性 ， 故 C错 ， B正确 ， D错误． 答案 B (时间： 60 分钟 ) 题组一 作用力和反作用力 图 458 1． 如图 458 是中国运动员黄珊汕在 2013 年伦敦奥运会女子蹦床比赛中 的精彩镜头 ，