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第四章 牛顿运动定律
第四节 牛顿第三定律
如果我们拿鸡蛋去撞击石头，蛋壳会被击碎而石头无损。是不是石头作用于鸡蛋的力大于鸡蛋作用于石头上的力？在高速路上发生的小汽车与大货车相撞的交通事故中，常常看到小汽车损毁严重。是不是大货车撞小汽车的力大于小汽车撞大货车的力？学了本节内容，我们就可以回答这两个问题了。
作用力与反作用力
力是物体与物体之间的相互作用。只要有力，就一定存在受力物体和施力物体。仔细观察下面的实验，看一看对于力有没有新的认识。
观察与思考
1.手用力拍桌面，手给桌面施加了一个力，手有什么感觉？这一现象说明了什么
2.水平桌面上有一排均匀排列的圆形小木棍，在上面放一平木板。让开动的玩具电动小车从木板的左端向右端运动，如图1所示。小车向右运动时，木板的运动状态有怎样的变化？此现象说明了什么
3.两辆小车载有蹄形磁铁，让车上蹄形磁铁的同名磁极相对，用双手将两辆小车固定在距离较近的位置，如图2所示，双手同时撤去，观察两辆小车的运动情况，并思考此现象说明了什么。
小车在一排圆形木棍上面的木板上行驶
载有蹄形磁铁的两辆小车
手拍桌面，手会感觉疼，说明手给桌面施力的同时，桌面也给手施加了力。
玩具电动小车向右运动的同时，平木板向左运动。说明小车受到木板对它的摩擦力，木板也受到小车对它的摩擦力。小车和木板之间的这种相互作用力是同时发生的。
由图2的实验可以看到，松手后，两辆小车同时向相反方向运动，说明两辆小车都受到了彼此的磁力作用。
观察和实验都表明，无论是否接触，两个物体之间的作用力总是相互的，一个物体对另一物体有作用力时，同时也受到另一物体对它的作用力，它们总是成对出现的。我们把两个物体间的这种相互作用力称为作用力与反作用力。那么，作用力与反作用力之间有什么关系呢
探究作用力与反作用力的关系
我们走路时，脚对地面有一个向后的作用力，地面给脚个向前的反作用力；用锤子钉钉子，如图所示，锤子给铁钉一个作用力，铁钉同时给锤子一个反作用力。
用锤子钉钉子
不难发现，两个相互平衡的力是作用在同一物体上的；而作用力与反作用力则是分别作用在两个不同的物体上。
下面我们通过实验，探究作用力与反作用力的大小和方向的关系。
实验与探究
实验 1：在水平桌面上把两个弹簧测力计甲、乙的挂钩钩在一起。改变实验条件，观察两个弹簧测力计上的示数。
(1) 固定弹簧测力计乙的一端，用手拉弹簧测力计甲，如图所示，观察两测力计指针移动情况及其示数变化情况。改变手拉弹簧测力计甲的力，重复上述实验。
用弹簧测力计探究作用力与反作用力
(2) 弹簧测力计甲、乙都不固定，用手在水平桌面上相互对拉甲、乙，观察两测力计指针移动情况及其示数变化情况。
用弹簧测力计探究作用力与反作用力
实验2：把两个小磁针放在桌面上，磁针A 位于圆心处，磁针B位于圆周上，如图所示。
(1) 分析磁针A和磁针B所受到磁力的方向。
(2) 让磁针B绕着磁针A在圆周上缓慢运动。在磁针B运动的过程中，观察两个磁针的指向，分析两个磁针所受磁力的方向。
两磁针之间的相互作用力的方向
实验3：用力传感器替代实验1中的弹簧测力计(如图1所示)。在计算机上建立 F-t 图像，记录两个传感器的力随时间变化的图线。
在保持传感器静止的状态下对拉。
(2) 在传感器运动的状态下对拉。观察两条图线 (如图2所示)，会有什么发现
图1 用力传感器显示作用力与反作用力
图2 由计算机显示的两传感器钩子的受力情况
在实验1中，无论是单独拉弹簧测力计甲还是相互对拉弹簧测力计甲和乙，都能观察到二者的指针同时移动，甲的指针向左移动，乙的指针向右移动，稳定后两者指针指示的示数都相同。这说明甲、乙弹簧测力计间的作用力与反作用力的大小相等。
在实验2中，磁针A和磁针B所受磁力在同一直线上且方向相反。这说明它们之间的作用力与反作用力的方向相反，作用在同一直线上。
在实验3中，两条图线关于t轴对称，如图2所示，不管是静止状态还是运动状态，两个力传感器之间的作用力总是大小相等、方向相反。
牛顿第三定律的表述
大量的观察和实验表明，两个物体之间的作用力F和反作用力 F’总是大小相等、方向相反，作用在同一条直线上。这就是牛顿第三定律。即
F= -F’
无论接触与否，也无论是运动还是静止，两物体间的作用力和反作用力都遵循牛顿第三定律，作用力与反作用力分别作用在两个不同的物体上，它们同时产生、同时消失，是同种性质的力。
牛顿第三定律不仅揭示了两个物体之间相互作用的规律，而且为解决力学问题时转换研究对象提供了理论基础。它拓宽了牛顿第二定律的应用范围，是牛顿力学中不可分割的重要组成部分。
例如，求一本书对桌面的压力的大小，往往以书为研究对象，根据二力平衡求出桌面对书的支持力的大小(如图1所示)，再根据牛顿第三定律确定书对桌面的压力的大小 (如图2所示)。因为书对桌面的压力与桌面对书的支持力是一对作用力和反作用力。
图1 书的受力情况
图2 书对桌面的压力与桌面对书的支持力
讨论与交流
有人认为，在拔河比赛中，既然双方的作用力与反作用力的大小相等，应该不可能分出胜负，实际上却总有一方获胜。这是否违背了牛顿第三定律？如果让比赛的一方坐在船上，另一方站在岸上进行比赛，结果又会如何？那么，取胜的决定因素是什么？
取胜决定因素是双方以外的物体对他们施加的外力，外力大的一方胜。
作用力与反作用力与一对平衡力的区别
作用力与反作用力 一对平衡力
相同点 大小相等、方向相反、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
力的种类 一定是同性质的力 不一定是同性质的力
作用效果 各自产生作用效果，不能求合力 合力为零
完成课后相关练习
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