人教版高中物理必修一3.3 牛顿第三定律(解析版) 讲义

2020-2021学年高一物理卓越同步讲义（新教材人教A版必修第一册）

第三章 相互作用--力

第3节 牛顿第三定律

一、知识点归纳

知识点一 对牛顿第三定律的理解

1．表达式：F＝－F′，负号表示作用力F与反作用力F′的方向相反．

2．作用力与反作用力的“四同”“三异”

作用力与反作用力关系

四

同 等大 大小总是相等

共线 作用在一条直线上

同时 同时产生、同时变化、同时消失

同性质 同一性质的力

三

异 异向 方向相反

异体 作用在不同的物体上

异效 效果不能相互抵消，不能认为合力为零

知识点二 相互作用力与平衡力的比较

1．作用力和反作用力与平衡力的比较

内容

比较 作用力和反作用力 平衡力

不 作用对象 作用在两个相互作用的物体作用在同一物体上 同

点 上

依赖关系 相互依存，不可单独存在，同时产生，同时变化，同时消失 无依赖关系，撤除一个，另一个依然可存在

叠加性 两力作用效果不可叠加，不可求合力 两力作用效果可相互抵消，可叠加，可求合力，且合力为零

力的性质 一定是同种性质的力 可以是同种性质的力，也可以是不同种性质的力

相同点 大小相等、方向相反、作用在一条直线上

2.区分作用力、反作用力和平衡力的方法

区分作用力、反作用力和平衡力，最简单的方法是看涉及的物体个数．

(1)作用力与反作用力只涉及两个相互作用的物体，是甲物体对乙物体的关系．

(2)平衡的一对力涉及三个物体，即两个施力物体同时作用在一个受力物体上．

知识点三 物体的受力分析

1．受力分析的步骤

2．对绳、杆、弹簧模型的受力分析

(1)为了使问题简化，题目中会出现一些带有某种暗示的提法，如“轻绳”“轻杆”暗示不考虑绳与杆的重力；“光滑面”暗示不考虑摩擦力；“滑轮”“光滑挂钩”暗示两侧细绳中的拉力相等． (2)物体不涉及转动问题，可将所有受到的力画到一个共同作用点上，一般画在重心上；若涉及物体转动，则力的作用点实际在哪就画在哪．

(3)静摩擦力产生的条件中相对运动的趋势要由研究对象受到的其他力来确定．例如，放在倾角为θ的粗糙斜面上的物体A，当作用一个沿着斜面向上的拉力F时，物体A处于静止状态．从一般的受力分析方法可知A一定受重力G、斜面支持力FN和拉力F，但静摩擦力可能沿斜面向下，可能沿斜面向上，也可能恰好是0.

二、题型分析

题型一 对作用力与反作用力的理解

【例1】(2019-2020学年·三门峡期末)在探究作用力和反作用力的关系实验中，把A、B两个轻质弹簧测力计连接在一起，B的一端固定，用手拉测力计A，如图(a)所示．可以看到两个测力计的指针同时移动．稳定后，测力计A受到B的拉力F′，测力计B受到测力计A的拉力F.

(1)B弹簧秤放大如图(b)所示，读数F为________N；

(2)F和F′的关系为________；

(3)手对弹簧秤A的拉力大小为________N.

【答案】(1)4.00 (2)等值反向或相互作用力 (3)4.00

【解析】(1)根据弹簧测力计的读数的方法可知，弹簧测力计的读数为4.00 N；(2)测力计A受到B的拉力F′，测力计B受到测力计A的拉力F，可知F和F′的关系为相互作用力；(3)根据一对平衡力的特点可知，手对弹簧秤A的拉力大小与A受到B的拉力F′大小相等，所以也是4.00 N.

【变式】(2019-2020学年·丰台月考)《荀子·议兵》中写道：“经桀作尧，譬之若以卵投石，以指绕沸．”，其中“以卵击石”意思为拿鸡蛋去碰石头．比喻不估计自己的力量，自取灭亡．从物理学的角度看鸡蛋与石头相碰，下列说法中正确的是( )

A．石头对鸡蛋的力大于鸡蛋对石头的力

B．石头对鸡蛋的力小于鸡蛋对石头的力 C．石头对鸡蛋的力与鸡蛋对石头的力大小相等

D．石头对鸡蛋的力与鸡蛋对石头的力方向相同

【答案】C.

【解析】：鸡蛋碰石头，鸡蛋被碰破，而石头却完好无损，不是因为鸡蛋受到的力大，而是因为鸡蛋的硬度小，它们受到的力是相互作用力，根据牛顿第三定律，相互作用的两个力，大小相等，方向相反，故A、B、D错误，C正确．

题型二 对牛顿第三定律的理解

【例2】(2019-2020学年·上海学业考试)关于牛顿第三定律，下面说法中正确的是( )

A．两物体间先有作用力，后有反作用力 B．作用力与反作用力可以是不同性质的力

C．作用力与反作用力同时产生，同时消失 D．作用力与反作用力的合力等于零

【答案】C

【解析】作用力和反作用力具有同时性，同时产生，同时变化，同时消失，故A错误，C正确；作用力和反作用力必须是同一种性质的力，故B错误；作用力与反作用力大小相等，方向相反，作用在同一条直线上，作用在两个物体上，故其效果不能相互抵消，也不能进行力的合成，故D错误．

【方法总结】正确理解牛顿第三定律中“总是”的含义

“总是”是强调对于任何物体，在任何情况下，作用力与反作用力的关系都成立．对此，我们可以从以下几个方面理解．

(1)不管物体的大小、形状如何，例如，大物体与大物体之间，大物体与小物体之间，任何形状的物体之间，其相互作用力总是大小相等、方向相反的．

(2)不管物体的运动状态如何，例如，静止的物体之间，运动的物体之间，静止与运动的物体之间，其相互作用力总是大小相等、方向相反的．

(3)作用力与反作用力的产生和消失是同时的．两者中若有一个产生或消失，则另一个必然同时产生或消失．

【变式】．(2019-2020学年·咸阳期末)对于牛顿第三定律的理解，下列说法正确的是( )

A．重力没有反作用力 B．作用力与反作用力一定同时产生

C．物体加速运动时，作用力总是大于反作用力

D．作用力与反作用力总是等大的，所以任何情况下都能平衡

【答案】B.

【解析】：重力的反作用力为物体对地球的吸引力，故A错误；作用力和反作用力同时产生，同时变化，同时消失，故B正确；作用力和反作用力总是大小相等方向相反，故C错误；作用力和反作用力总是大小相等方向相反，作用在两个物体上，在任何情况下都不能平衡，故D错误．

题型三 相互作用力与平衡力的比较

【例3】(2019-2020学年·淮安期末)2019年1月3日10时26分，我国“嫦娥四号”探测器成功着陆在月球背面南极附近的预选着陆区，人类探测器首次登陆月球背面．在着陆过程最后阶段，“嫦娥四号”先悬停在距月面100 m高处，再缓慢下降到着陆点上方4 m处，最终关闭发动机以自由落体方式完美着陆在月面，关于该探测器从距月面上方100 m高处缓慢下降到着陆点上方4 m处的过程中，下列说法正确的是( )

A．探测器受到喷射气体的反冲力与自身重力是一对相互作用力

B．探测器受到喷射气体的反冲力与自身重力是一对平衡力

C．探测器对喷射气体的力与喷射气体对探测器的反冲力合力为零

D．探测器对喷射气体的力与喷射气体对探测器的反冲力大小相等

【答案】D

【解析】探测器受到喷射气体的反冲力的受力物体是探测器，探测器自身重力的受力物体也是探测器，不是一对相互作用力，故A错误；探测器缓慢下降的过程中没有说明运动的状态，所以探测器受到喷射气体的反冲力与自身重力不一定是一对平衡力，故B错误；探测器对喷射气体的力与喷射气体对探测器的反冲力是一对作用力与反作用力，不能合成，故C错误；探测器对喷射气体的力与喷射气体对探测器的反冲力是一对作用力与反作用力，大小相等，故D正确．

【变式】(2019-2020学年·江苏泰州中学期末)磁性黑板擦吸附在竖直的黑板平面上静止不动时，黑板擦受到的磁力( ) A．小于它受到的弹力 B．大于它受到的弹力

C．与它受到的弹力是一对作用力与反作用力 D．与它受到的弹力是一对平衡力

【答案】D.

【解析】：黑板擦由于受到黑板的磁力而使彼此发生了弹性形变，产生了弹力；由二力平衡可知，磁力应等于黑板对黑板擦的弹力，故磁力与弹力为平衡力，A、B错误，D正确；作用力与反作用力是同种性质的力，黑板擦对黑板的弹力与黑板对黑板擦的弹力才是作用力与反作用力，故C错误．

题型四 受力分析

【例4】如图所示，物体A放在物体B上，物体B为一个斜面体，且放在粗糙的水平地面上，A、B均静止不动，则物体B的受力个数为( )

A．2 B．3

C．4 D．5

【答案】C

【解析】对物体A受力分析，如图a所示；由于A、B均静止，故可将A、B视为一个整体，其水平方向无外力作用，B相对地面也就无运动趋势，故地面对B无摩擦力，受力如图b所示；对物体B受力分析，如图c所示，共有四个力，选项C正确．

【方法总结】如何防止“多力”或“丢力”

(1)防止“多力”的有效途径是找出力的施力物体，若某力有施力物体则它实际存在，无施力物体则它不存在．另外合力与分力不要重复分析．

(2)按正确的顺序(即一重、二弹、三摩擦、四其他)进行受力分析是保证不“丢力”的有效措施．

【变式】(多选)如图所示，两个相似的斜面体A、B在竖直向上的力F的作用下静止靠在竖直粗糙墙壁上．关于斜面体A和B的受力情况，下列说法正确的是( )

A．A一定受到四个力 B．B可能受到四个力

C．B与墙壁之间一定有弹力和摩擦力 D．A与B之间一定有摩擦力

【答案】AD.

【解析】：对A、B整体受力分析，如图甲所示，受到向下的重力和向上的推力F，由平衡条件可知B与墙壁之间不可能有弹力，因此也不可能有摩擦力，故C错；对B受力分析如图乙所示，其受到重力、A对B的弹力及摩擦力而处于平衡状态，故B只能受到三个力，B错；对A受力分析，如图丙所示，受到重力、推力、B对A的弹力和摩擦力，共四个力，A、D对．

三、课堂检测

1．(2019-2020学年·北京学业考试)第24届冬季奥林匹克运动会将在2022年由北京市和张家口市联合举办．越野滑雪是比赛项目之一，如图为中国运动员在训练中的照片，运动员在赛道上滑行时，关于滑雪板与赛道之间的相互作用力，下列说法正确的是( )

A．滑雪板对赛道的作用力大于赛道对滑雪板的作用力

B．滑雪板对赛道的作用力小于赛道对滑雪板的作用力

C．滑雪板对赛道的作用力与赛道对滑雪板的作用力大小相等

D．滑雪板对赛道的作用力与赛道对滑雪板的作用力方向相同