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5　牛顿第三定律
[学习目标]　
1.理解作用力和反作用力的概念。2.能正确表述牛顿第三定律,并能用它分析解决实际问题。3.会区分一对平衡力与一对相互作用力。4.会对物体进行受力分析。
探究·必备知识
「探究新知」
知识点一　作用力与反作用力
两个物体间相互作用的 叫作作用力和反作用力。我们把这一对力中的任一个叫作作用力,则另一个力就叫作这个力的 力。
一对力
反作用
知识点二　牛顿第三定律
1.内容
两个物体之间的作用力和反作用力总是大小 、方向 ,作用在同一条直线上。
2.表达式
F= ,式中负号表示作用力与反作用力方向 。
相等
相反
-F′
相反
「新知检测」
1.思考判断
(1)相互作用的一对力中,称哪一个力为作用力是任意的。(　 　)
(2)作用力和反作用力的受力物体是同一物体。(　 　)
(3)只有静止的两个物体相互作用时,作用力和反作用力才大小相等。(　 )
(4)作用力和反作用力一定是同一性质的力。(　 　)
(5)先有作用力后有反作用力。(　 　)
(6)作用在两个物体上,大小相等、方向相反,且在一条直线上的两个力一定是作用力和反作用力。(　 　)
√
×
×
√
×
×
2.思维探究
(1)如图,穿冰鞋的甲、乙两人静止在水平冰面上,甲用力猛推乙,乙向前方运动了起来,那么甲的运动状态是什么情况呢 为什么会出现这种现象
提示:(1)甲向后运动。因为力的作用是相互的,乙对甲也有反方向的力的作用使甲运动了起来。
(2)“掰腕子”是比较臂力大小的一种常见比赛。在一次“掰腕子”比赛中,甲轻松地胜了乙,那么我们就说甲对乙的力大于乙对甲的力,这种说法对吗
提示:(2)不对。甲取胜的原因是甲对乙的力大于乙的承受能力,但是甲对乙的力与乙对甲的力是作用力与反作用力,大小一定相等。
(3)如图所示,一名同学用水平推力F把一块木块紧压在竖直墙上,使木块处于静止状态。请在图中画出木块所受的力。在此情境中出现了几对平衡力
提示:(3)木块受力如图所示。有两对平衡力,木块受到的重力G和木块受到墙对它的静摩擦力f静、手推木块的力F和墙对木块的弹力N。
突破·关键能力
要点一　对牛顿第三定律的理解
「情境探究」
(1)如图所示,对拉的两个弹簧测力计A、B的读数有怎样的关系 涉及的力,哪些是作用力和反作用力 哪些是平衡力
【答案】 (1)A、B读数相等,A拉B的力和B拉A的力为一对作用力和反作用力,A对钩的拉力和B对钩的拉力是一对平衡力。
(2)在拔河游戏中,两个队通过绳子中的张力作用,对彼此施加的力大小和方向怎样
【答案】 (2)大小相等、方向相反。
1.对作用力和反作用力的理解
(1)三个性质。
「要点归纳」
(2)四个特征。
等值 作用力和反作用力大小总是相等的
反向 作用力和反作用力方向总是相反的
共线 作用力和反作用力总是作用在同一条直线上
同性质 作用力和反作用力的性质总是相同的
2.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。
(1)与物体的大小、形状无关。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。
(2)与物体的运动状态无关。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。
(3)不存在先后的问题。作用力与反作用力的产生和消失总是同时的。二者中若有一个力产生或消失,则另一个力必然同时产生或消失。
[例1] 汽车拉着拖车在平直的公路上运动,下列说法正确的是(　　)
[A]汽车能拉着拖车向前是因为汽车对拖车的拉力大于拖车对汽车的拉力
[B]汽车先对拖车施加拉力,然后才产生拖车对汽车的拉力
[C]匀速前进时,汽车对拖车的拉力等于拖车受到的阻力;加速前进时,地面对汽车向前的作用力(牵引力)大于拖车对它的拉力
[D]匀速前进时,汽车对拖车的拉力等于拖车向后拉汽车的力;加速前进时,汽车向前拉拖车的力大于拖车向后拉汽车的力
C
【解析】 汽车对拖车的拉力等于拖车对汽车的拉力,是一对作用力与反作用力,与汽车的运动状态无关,故A、D错误;汽车对拖车施加拉力与拖车对汽车的拉力,同时产生,故B错误;匀速前进时,汽车对拖车的拉力等于拖车受到的阻力;加速前进时,地面对汽车向前的作用力(牵引力)大于拖车对它的拉力,故C正确。
牛顿第一定律的理解注意点
(1)首先确定的是“一对相互作用力”间的关系。
(2)公式F=-F′中的“-”号表示该相互作用力中两力方向相反;若其中一力为正值,则另一力为负值。
·规律方法·
[针对训练1] 如图所示,两个小球A和B,中间用弹簧连接,并用细绳悬于天花板下,下列四对力中,属于一对作用力与反作用力的是(　　)
[A]B受到的重力和弹簧对B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]细绳对A的拉力和弹簧对B的拉力
C
【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,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,与弹簧对B的拉力是二力平衡,故A错误;弹簧对A的拉力和A对弹簧的拉力是相互作用力,故B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,故C正确;细绳对A的拉力与A对细绳的拉力是一对作用力和反作用力,故D错误。
要点二　一对平衡力与一对作用力和反作用力的比较
「情境探究」
如图所示,放于水平面上的木块,受到重力G和支持力N的作用,木块对水平面的压力为F压。
(1)重力G和支持力N是相同性质的力吗 它们的大小、方向存在什么关系 它们是作用力与反作用力吗
【答案】 (1)重力G和支持力N的性质不相同,它们的大小相等、方向相反,作用在同一物体上,它们不是一对作用力与反作用力,而是一对平衡力。
(2)木块受到的支持力N和木块对水平面的压力F压是相同性质的力吗 它们的大小、方向存在什么关系 它们是一对平衡力吗
【答案】 (2)木块受到的支持力N和木块对水平面的压力F压是相同性质的力,它们的大小相等、方向相反,作用在两个物体上,它们不是一对平衡力,而是一对作用力与反作用力。
相互作用力与平衡力的比较
「要点归纳」
项目 作用力和反作用力 平衡力
不同点 受力 物体 作用在两个相互作用的物体上 作用在同一物体上
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,撤除一个力,另一个力可依然存在,只是不再平衡
叠加性 两力作用效果不可叠加 两个力的作用效果可相互抵消,可叠加
力的 性质 一定是同性质的力 可以是同性质的力,也可以是不同性质的力
相同点 大小 方向 大小相等、方向相反、 作用在同一条直线上
[例2] 跳水一直是我国的优势项目,如图所示,一运动员站在 3 m 跳板上,图中F1表示运动员对跳板的弹力,F2表示跳板对运动员的弹力,G为运动员的重力,则(　　)
[A]先有F1后有F2
[B]因运动员离开跳板前不是静止或者做匀速运动,所以F2可能大于F1
[C]F1和F2大小相等、方向相反,是一对平衡力
[D]运动员静止站立在跳板上,F2与G是一对平衡力
D
【解析】 F1和F2作用在不同物体上,是一对相互作用力,大小相等、方向相反、同时产生同时消失,故A、B、C错误;运动员静止站立在跳板上,F2与G是一对平衡力,故D正确。
区别作用力、反作用力和平衡力的方法
区别作用力、反作用力和平衡力最简单的方法是看作用点,一对平衡力的作用点一定作用在同一个物体上,而作用力、反作用力的作用点一定分别作用在两个物体上,且是同一相互作用产生的。
·规律方法·
[针对训练2] 在立式风洞跳伞实验中,风洞喷出竖直向上的气流将实验者加速向上“托起”,在此过程中(　　)
[A]地球对人的吸引力和人对地球的吸引力大小相等
[B]实验者受到的重力和实验者受气流的力是一对作用力和反作用力
[C]实验者受到的重力大小等于气流对实验者的作用力大小
[D]实验者受到的重力与气流对实验者的作用力是一对平衡力
A
【解析】 地球对人的吸引力和人对地球的吸引力是一对作用力和反作用力,大小相等,故A正确;实验者加速向上运动,气流对实验者的作用力大于实验者受到的重力,不是一对平衡力,故B、C、D错误。
要点三　物体的受力分析
「情境探究」
如图所示是滑雪运动员沿斜坡下滑的过程。有人说,运动员受重力、斜坡的支持力、下滑力和运动员对斜坡的压力四个力的作用。这个说法对吗
【答案】 不对。运动员受重力、斜坡的支持力和摩擦力,如图所示。重力产生使运动员沿斜坡向下滑的效果,下滑力不是运动员受到的力,不存在下滑力。
1.受力分析
把指定物体(研究对象)在特定的物理环境中受到的所有力找出来,并画出受力示意图,这就是受力分析。
2.受力分析的一般顺序
一般先分析重力,然后分析弹力,环绕物体一周,找出跟研究对象接触的物体,并逐个分析这些物体对研究对象是否有弹力作用;再分析摩擦力,最后是其他力。
「要点归纳」
3.受力分析常用的方法
(1)整体法与隔离法。
项目 整体法 隔离法
概念 将加速度相同的几个物体作为一个整体来分析的方法 将研究对象与周围物体分隔开分析的方法
选用 原则 研究系统外的物体对系统整体的作用力 研究系统内物体之间的相互作用力
注意 事项 受力分析时不要再考虑系统内物体间的相互作用力 一般隔离受力较少的物体
(2)假设法。在受力分析时,若不能确定某力是否存在,可先对其作出存在或不存在的情况假设,然后再就该力存在与否对物体运动状态影响的不同来判断该力是否存在。
4.受力分析的步骤
[例3] 粗糙的长方体木块A、B叠加在一起,放在水平地面上,B木块在水平向右拉力的作用下保持静止。下列说法正确的是(　　)
[A]A受到的重力和A对B的压力是同一个力
[B]A受到重力、支持力和静摩擦力三个力的作用
[C]A、B两个木块受力个数之比为2∶5
[D]B受到的重力和地面对B的支持力是一对平衡力
C
【解析】 A受到的重力和A对B的压力作用在两个不同的物体上,不是同一个力,故A错误;分别对A和B进行受力分析,A受到重力和B对A的支持力2个力的作用,B受到重力、地面对B的支持力、A对B的压力、水平拉力、地面对B的静摩擦力5个力作用,故B错误,C正确;在竖直方向B受到3个力的作用,B受到的重力和地面对B的支持力不是一对平衡力,故D错误。
如何防止“添力”或“漏力”
(1)防止“添力”。应注意区分内力和外力,区分性质力和效果力,区分施力物体和受力物体。
(2)防止“漏力”。严格按照重力、弹力、摩擦力、其他力的步骤进行受力分析,明确与研究对象接触的物体是确定接触力的关键。
·规律方法·
[针对训练3] (多选)如图所示,两小球a、b通过轻杆连接斜靠在静止的车厢里,两小球处于静止状态,则(　 　)
[A]a球可能受到三个力的作用
[B]a球一定受到三个力的作用
[C]b球一定受到三个力的作用
[D]b球一定受到四个力的作用
AD
【解析】 对于a球,一定受到重力、杆的支持力、车厢向右的支持力这三个力的作用,车厢的摩擦力可能有,也可能没有,选项A正确,B错误;对于b球,一定受到重力、车厢向上的支持力、轻杆的弹力、车厢的摩擦力这四个力的作用,选项C错误,D正确。
提升·核心素养
「模型·方法·结论·拓展」
牛顿第三定律的普适性
1.定律对于任何物体,在任何条件下都是成立的。
2.定律适用于物体间所有性质的力。
[示例] 如图所示是磁悬浮地球仪,地球仪依靠它与底座之间的磁力悬浮在底座的正上方保持静止。已知地球仪的质量为m,底座的质量为M,重力加速度为g,则底座对水平地面的作用力大小为(　　)
[A]0 [B]mg
[C]Mg [D](m+M)g
D
【解析】 将地球仪和底座看作整体,整体受到的重力为(m+M)g,支持力为N,满足N=(m+M)g,根据牛顿第三定律可知,底座对水平地面的作用力大小为(m+M)g,选项D正确。
「科学·技术·社会·环境」
火箭升空
火箭升空靠燃料燃烧产生的高温高压燃气从尾部喷出,火箭对喷出的燃气有一个作用力,反过来喷出的气体给火箭一个反作用力从而推动火箭前进。原始的火箭是用引火物附在弓箭头上,然后射到敌人身上引起焚烧的一种箭矢。现代的火箭是以热气流高速向后喷出,利用产生的反作用力向前运动的推进装置,如图所示。它自身携带燃烧剂与氧化剂,不依赖空气中的氧助燃,既可在大气中,又可在大气外层飞行。现代火箭可作为快速远距离运输工具,可以用来发射卫星和投送武器。
[示例] 火箭是世界上先进的运载工具,它是利用喷射燃烧的气体获得动力的。不计空气阻力,在火箭竖直加速升空时,下列叙述正确的是(　　)
[A]喷出的气体对火箭的推力与火箭对喷出气体的推力是一对作用力和反作用力
[B]喷出的气体对火箭的推力与火箭所受重力是一对作用力和反作用力
[C]喷出的气体对火箭的推力大于火箭对喷出气体的推力
[D]喷出的气体对火箭的推力等于火箭所受重力
A
【解析】 火箭尾部喷出气体,火箭对气体产生推力,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,两力大小相等,是一对作用力和反作用力,故A正确,C错误;喷出的气体对火箭的推力与火箭所受重力不是作用力和反作用力,故B错误;火箭加速上升,喷出的气体对火箭的推力与火箭自身所受重力不相等,故D错误。
检测·学习效果
1.游泳时手和脚向后划水的力与水向前推手和脚的力,它们大小相等,方向相反,在一条直线上,因此(　　)
[A]它们是一对平衡力
[B]它们是一对作用力和反作用力
[C]它们作用效果互相抵消
[D]以上说法都是错的
B
【解析】 游泳时手和脚向后划水的力与水向前推手和脚的力,它们是一对作用力和反作用力,作用在不同的对象上,所以它们作用效果不可以互相抵消。
2.一只鸟落在了树枝上休息,树枝被压弯,鸟处于静止状态。下列说法正确的是(　　)
[A]鸟对树枝的弹力是由树枝发生形变产生的
[B]鸟对树枝的压力与树枝对鸟的支持力是一对作用力与反作用力
[C]鸟对树枝的压力与树枝对鸟的支持力是一对平衡力
[D]树枝发生了弯曲,是因为鸟对树枝的压力大于树枝对鸟的支持力
B
【解析】 鸟对树枝的弹力是由鸟发生形变产生的,故A错误;鸟对树枝的压力与树枝对鸟的支持力,是一对作用力与反作用力,两者大小总是相等的,故B正确,C、D错误。
3.如图,a、b两物体通过跨过光滑定滑轮的细线连在一起,它们均处于静止状态。有关两物体的受力情况正确的是(　　)
[A]a受4个力作用,其中弹力有1个
[B]a受4个力作用,其中弹力有3个
[C]b受2个力作用,其中弹力有2个
[D]b受2个力作用,其中弹力有1个
D
【解析】 对于a,物体a受到绳子向右上的拉力,有向右的运动趋势,物体a保持静止状态,可知地面对a有向左的静摩擦力,则地面对物体a一定有支持力,故物体a受到4个力作用,分别为重力、绳子的拉力、地面的支持力和静摩擦力,其中支持力和拉力都是弹力,有2个弹力,故A、B错误;b处于静止状态,受到重力和绳子的拉力2个力的作用,其中绳子的拉力属于弹力,故C错误,D正确。
4.(多选)某同学乘坐商场的自动扶梯从一楼到二楼,之后又乘坐另一侧的扶梯从二楼回到一楼。扶梯的侧视图如图所示,电梯的运行速度不变。对该同学向上和向下乘坐扶梯的两个过程,下列说法正确的是(　　 )
[A]向上运动的过程,电梯对人的支持力大于人对电梯的压力
[B]向上运动的过程,人受2个力的作用
[C]该同学稳定地站在扶梯上后向上运动的支持力与向下运动的支持力相同
[D]该同学稳定地站在扶梯上后向上运动的摩擦力方向
与向下运动的摩擦力方向相反
BC
【解析】 电梯对人的支持力与人对电梯的压力是一对相互作用力,则电梯对人的支持力大小等于人对电梯的压力,故A错误;电梯的运行速度不变,即该同学做匀速直线运动,根据平衡条件可知,人受到支持力与重力2个力的作用,故B正确,D错误;结合上述可知,人所受支持力与重力平衡,即该同学稳定地站在扶梯上后向上运动的支持力与向下运动的支持力相同,故C正确。
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[学习目标]　1.理解作用力和反作用力的概念。2.能正确表述牛顿第三定律,并能用它分析解决实际问题。3.会区分一对平衡力与一对相互作用力。4.会对物体进行受力分析。
探究新知
知识点一　作用力与反作用力
　两个物体间相互作用的一对力叫作作用力和反作用力。我们把这一对力中的任一个叫作作用力,则另一个力就叫作这个力的反作用力。
知识点二　牛顿第三定律
1.内容
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。
2.表达式
F=-F′,式中负号表示作用力与反作用力方向相反。
新知检测
1.思考判断
(1)相互作用的一对力中,称哪一个力为作用力是任意的。(　√　)
(2)作用力和反作用力的受力物体是同一物体。(　×　)
(3)只有静止的两个物体相互作用时,作用力和反作用力才大小相等。(　×　)
(4)作用力和反作用力一定是同一性质的力。(　√　)
(5)先有作用力后有反作用力。(　×　)
(6)作用在两个物体上,大小相等、方向相反,且在一条直线上的两个力一定是作用力和反作用力。(　×　)
2.思维探究
(1)如图,穿冰鞋的甲、乙两人静止在水平冰面上,甲用力猛推乙,乙向前方运动了起来,那么甲的运动状态是什么情况呢 为什么会出现这种现象
(2)“掰腕子”是比较臂力大小的一种常见比赛。在一次“掰腕子”比赛中,甲轻松地胜了乙,那么我们就说甲对乙的力大于乙对甲的力,这种说法对吗
(3)如图所示,一名同学用水平推力F把一块木块紧压在竖直墙上,使木块处于静止状态。请在图中画出木块所受的力。在此情境中出现了几对平衡力
提示:(1)甲向后运动。因为力的作用是相互的,乙对甲也有反方向的力的作用使甲运动了起来。
(2)不对。甲取胜的原因是甲对乙的力大于乙的承受能力,但是甲对乙的力与乙对甲的力是作用力与反作用力,大小一定相等。
(3)木块受力如图所示。有两对平衡力,木块受到的重力G和木块受到墙对它的静摩擦力
f静、手推木块的力F和墙对木块的弹力N。
要点一　对牛顿第三定律的理解
情境探究
(1)如图所示,对拉的两个弹簧测力计A、B的读数有怎样的关系 涉及的力,哪些是作用力和反作用力 哪些是平衡力
(2)在拔河游戏中,两个队通过绳子中的张力作用,对彼此施加的力大小和方向怎样
【答案】 (1)A、B读数相等,A拉B的力和B拉A的力为一对作用力和反作用力,A对钩的拉力和B对钩的拉力是一对平衡力。
(2)大小相等、方向相反。
要点归纳
1.对作用力和反作用力的理解
(1)三个性质。
(2)四个特征。
等值 作用力和反作用力大小总是相等的
反向 作用力和反作用力方向总是相反的
共线 作用力和反作用力总是作用在同一条直线上
同性质 作用力和反作用力的性质总是相同的
2.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。
(1)与物体的大小、形状无关。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。
(2)与物体的运动状态无关。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。
(3)不存在先后的问题。作用力与反作用力的产生和消失总是同时的。二者中若有一个力产生或消失,则另一个力必然同时产生或消失。
[例1] 汽车拉着拖车在平直的公路上运动,下列说法正确的是(　　)
[A]汽车能拉着拖车向前是因为汽车对拖车的拉力大于拖车对汽车的拉力
[B]汽车先对拖车施加拉力,然后才产生拖车对汽车的拉力
[C]匀速前进时,汽车对拖车的拉力等于拖车受到的阻力;加速前进时,地面对汽车向前的作用力(牵引力)大于拖车对它的拉力
[D]匀速前进时,汽车对拖车的拉力等于拖车向后拉汽车的力;加速前进时,汽车向前拉拖车的力大于拖车向后拉汽车的力
【答案】 C
【解析】 汽车对拖车的拉力等于拖车对汽车的拉力,是一对作用力与反作用力,与汽车的运动状态无关,故A、D错误;汽车对拖车施加拉力与拖车对汽车的拉力,同时产生,故B错误;匀速前进时,汽车对拖车的拉力等于拖车受到的阻力;加速前进时,地面对汽车向前的作用力(牵引力)大于拖车对它的拉力,故C正确。
牛顿第一定律的理解注意点
(1)首先确定的是“一对相互作用力”间的关系。
(2)公式F=-F′中的“-”号表示该相互作用力中两力方向相反;若其中一力为正值,则另一力为负值。
[针对训练1] 如图所示,两个小球A和B,中间用弹簧连接,并用细绳悬于天花板下,下列四对力中,属于一对作用力与反作用力的是(　　)
[A]B受到的重力和弹簧对B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]细绳对A的拉力和弹簧对B的拉力
【答案】 C
【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,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,与弹簧对B的拉力是二力平衡,故A错误;弹簧对A的拉力和A对弹簧的拉力是相互作用力,故B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,故C正确;细绳对A的拉力与A对细绳的拉力是一对作用力和反作用力,故D错误。
要点二　一对平衡力与一对作用力和反作用力的比较
情境探究
如图所示,放于水平面上的木块,受到重力G和支持力N的作用,木块对水平面的压力为
F压。
(1)重力G和支持力N是相同性质的力吗 它们的大小、方向存在什么关系 它们是作用力与反作用力吗
(2)木块受到的支持力N和木块对水平面的压力F压是相同性质的力吗 它们的大小、方向存在什么关系 它们是一对平衡力吗
【答案】 (1)重力G和支持力N的性质不相同,它们的大小相等、方向相反,作用在同一物体上,它们不是一对作用力与反作用力,而是一对平衡力。
(2)木块受到的支持力N和木块对水平面的压力F压是相同性质的力,它们的大小相等、方向相反,作用在两个物体上,它们不是一对平衡力,而是一对作用力与反作用力。
要点归纳
相互作用力与平衡力的比较
项目 作用力和反作用力 平衡力
不同点 受力 物体 作用在两个相互作用的物体上 作用在同一物体上
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,撤除一个力,另一个力可依然存在,只是不再平衡
叠加 性 两力作用效果不可叠加 两个力的作用效果可相互抵消,可叠加
力的 性质 一定是同性质的力 可以是同性质的力,也可以是不同性质的力
相同点 大小 方向 大小相等、方向相反、 作用在同一条直线上
[例2] 跳水一直是我国的优势项目,如图所示,一运动员站在 3 m 跳板上,图中F1表示运动员对跳板的弹力,F2表示跳板对运动员的弹力,G为运动员的重力,则(　　)
[A]先有F1后有F2
[B]因运动员离开跳板前不是静止或者做匀速运动,所以F2可能大于F1
[C]F1和F2大小相等、方向相反,是一对平衡力
[D]运动员静止站立在跳板上,F2与G是一对平衡力
【答案】 D
【解析】 F1和F2作用在不同物体上,是一对相互作用力,大小相等、方向相反、同时产生同时消失,故A、B、C错误;运动员静止站立在跳板上,F2与G是一对平衡力,故D正确。
区别作用力、反作用力和平衡力的方法
区别作用力、反作用力和平衡力最简单的方法是看作用点,一对平衡力的作用点一定作用在同一个物体上,而作用力、反作用力的作用点一定分别作用在两个物体上,且是同一相互作用产生的。
[针对训练2] 在立式风洞跳伞实验中,风洞喷出竖直向上的气流将实验者加速向上“托起”,在此过程中(　　)
[A]地球对人的吸引力和人对地球的吸引力大小相等
[B]实验者受到的重力和实验者受气流的力是一对作用力和反作用力
[C]实验者受到的重力大小等于气流对实验者的作用力大小
[D]实验者受到的重力与气流对实验者的作用力是一对平衡力
【答案】 A
【解析】 地球对人的吸引力和人对地球的吸引力是一对作用力和反作用力,大小相等,故A正确;实验者加速向上运动,气流对实验者的作用力大于实验者受到的重力,不是一对平衡力,故B、C、D错误。
要点三　物体的受力分析
情境探究
如图所示是滑雪运动员沿斜坡下滑的过程。有人说,运动员受重力、斜坡的支持力、下滑力和运动员对斜坡的压力四个力的作用。这个说法对吗
【答案】
不对。运动员受重力、斜坡的支持力和摩擦力,如图所示。重力产生使运动员沿斜坡向下滑的效果,下滑力不是运动员受到的力,不存在下滑力。
要点归纳
1.受力分析
把指定物体(研究对象)在特定的物理环境中受到的所有力找出来,并画出受力示意图,这就是受力分析。
2.受力分析的一般顺序
一般先分析重力,然后分析弹力,环绕物体一周,找出跟研究对象接触的物体,并逐个分析这些物体对研究对象是否有弹力作用;再分析摩擦力,最后是其他力。
3.受力分析常用的方法
(1)整体法与隔离法。
项目 整体法 隔离法
概念 将加速度相同的几个物体作为一个整体来分析的方法 将研究对象与周围物体分隔开分析的方法
选用 原则 研究系统外的物体对系统整体的作用力 研究系统内物体之间的相互作用力
注意 事项 受力分析时不要再考虑系统内物体间的相互作用力 一般隔离受力较少的物体
(2)假设法。在受力分析时,若不能确定某力是否存在,可先对其作出存在或不存在的情况假设,然后再就该力存在与否对物体运动状态影响的不同来判断该力是否存在。
4.受力分析的步骤
[例3] 粗糙的长方体木块A、B叠加在一起,放在水平地面上,B木块在水平向右拉力的作用下保持静止。下列说法正确的是(　　)
[A]A受到的重力和A对B的压力是同一个力
[B]A受到重力、支持力和静摩擦力三个力的作用
[C]A、B两个木块受力个数之比为2∶5
[D]B受到的重力和地面对B的支持力是一对平衡力
【答案】 C
【解析】 A受到的重力和A对B的压力作用在两个不同的物体上,不是同一个力,故A错误;分别对A和B进行受力分析,A受到重力和B对A的支持力2个力的作用,B受到重力、地面对B的支持力、A对B的压力、水平拉力、地面对B的静摩擦力5个力作用,故B错误,C正确;在竖直方向B受到3个力的作用,B受到的重力和地面对B的支持力不是一对平衡力,故D错误。
如何防止“添力”或“漏力”
(1)防止“添力”。应注意区分内力和外力,区分性质力和效果力,区分施力物体和受力物体。
(2)防止“漏力”。严格按照重力、弹力、摩擦力、其他力的步骤进行受力分析,明确与研究对象接触的物体是确定接触力的关键。
[针对训练3] (多选)如图所示,两小球a、b通过轻杆连接斜靠在静止的车厢里,两小球处于静止状态,则(　　)
[A]a球可能受到三个力的作用
[B]a球一定受到三个力的作用
[C]b球一定受到三个力的作用
[D]b球一定受到四个力的作用
【答案】 AD
【解析】 对于a球,一定受到重力、杆的支持力、车厢向右的支持力这三个力的作用,车厢的摩擦力可能有,也可能没有,选项A正确,B错误;对于b球,一定受到重力、车厢向上的支持力、轻杆的弹力、车厢的摩擦力这四个力的作用,选项C错误,D正确。
模型·方法·结论·拓展
牛顿第三定律的普适性
1.定律对于任何物体,在任何条件下都是成立的。
2.定律适用于物体间所有性质的力。
[示例] 如图所示是磁悬浮地球仪,地球仪依靠它与底座之间的磁力悬浮在底座的正上方保持静止。已知地球仪的质量为m,底座的质量为M,重力加速度为g,则底座对水平地面的作用力大小为(　　)
[A]0 [B]mg
[C]Mg [D](m+M)g
【答案】 D
【解析】 将地球仪和底座看作整体,整体受到的重力为(m+M)g,支持力为N,满足N=(m+M)g,根据牛顿第三定律可知,底座对水平地面的作用力大小为(m+M)g,选项D正确。
科学·技术·社会·环境
火箭升空
　　火箭升空靠燃料燃烧产生的高温高压燃气从尾部喷出,火箭对喷出的燃气有一个作用力,反过来喷出的气体给火箭一个反作用力从而推动火箭前进。原始的火箭是用引火物附在弓箭头上,然后射到敌人身上引起焚烧的一种箭矢。现代的火箭是以热气流高速向后喷出,利用产生的反作用力向前运动的推进装置,如图所示。它自身携带燃烧剂与氧化剂,不依赖空气中的氧助燃,既可在大气中,又可在大气外层飞行。现代火箭可作为快速远距离运输工具,可以用来发射卫星和投送武器。
[示例] 火箭是世界上先进的运载工具,它是利用喷射燃烧的气体获得动力的。不计空气阻力,在火箭竖直加速升空时,下列叙述正确的是(　　)
[A]喷出的气体对火箭的推力与火箭对喷出气体的推力是一对作用力和反作用力
[B]喷出的气体对火箭的推力与火箭所受重力是一对作用力和反作用力
[C]喷出的气体对火箭的推力大于火箭对喷出气体的推力
[D]喷出的气体对火箭的推力等于火箭所受重力
【答案】 A
【解析】 火箭尾部喷出气体,火箭对气体产生推力,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,两力大小相等,是一对作用力和反作用力,故A正确,C错误;喷出的气体对火箭的推力与火箭所受重力不是作用力和反作用力,故B错误;火箭加速上升,喷出的气体对火箭的推力与火箭自身所受重力不相等,故D错误。
1.游泳时手和脚向后划水的力与水向前推手和脚的力,它们大小相等,方向相反,在一条直线上,因此(　　)
[A]它们是一对平衡力
[B]它们是一对作用力和反作用力
[C]它们作用效果互相抵消
[D]以上说法都是错的
【答案】 B
【解析】 游泳时手和脚向后划水的力与水向前推手和脚的力,它们是一对作用力和反作用力,作用在不同的对象上,所以它们作用效果不可以互相抵消。
2.一只鸟落在了树枝上休息,树枝被压弯,鸟处于静止状态。下列说法正确的是(　　)
[A]鸟对树枝的弹力是由树枝发生形变产生的
[B]鸟对树枝的压力与树枝对鸟的支持力是一对作用力与反作用力
[C]鸟对树枝的压力与树枝对鸟的支持力是一对平衡力
[D]树枝发生了弯曲,是因为鸟对树枝的压力大于树枝对鸟的支持力
【答案】 B
【解析】 鸟对树枝的弹力是由鸟发生形变产生的,故A错误;鸟对树枝的压力与树枝对鸟的支持力,是一对作用力与反作用力,两者大小总是相等的,故B正确,C、D错误。
3.如图,a、b两物体通过跨过光滑定滑轮的细线连在一起,它们均处于静止状态。有关两物体的受力情况正确的是(　　)
[A]a受4个力作用,其中弹力有1个
[B]a受4个力作用,其中弹力有3个
[C]b受2个力作用,其中弹力有2个
[D]b受2个力作用,其中弹力有1个
【答案】 D
【解析】 对于a,物体a受到绳子向右上的拉力,有向右的运动趋势,物体a保持静止状态,可知地面对a有向左的静摩擦力,则地面对物体a一定有支持力,故物体a受到4个力作用,分别为重力、绳子的拉力、地面的支持力和静摩擦力,其中支持力和拉力都是弹力,有2个弹力,故A、B错误;b处于静止状态,受到重力和绳子的拉力2个力的作用,其中绳子的拉力属于弹力,故C错误,D正确。
4.(多选)某同学乘坐商场的自动扶梯从一楼到二楼,之后又乘坐另一侧的扶梯从二楼回到一楼。扶梯的侧视图如图所示,电梯的运行速度不变。对该同学向上和向下乘坐扶梯的两个过程,下列说法正确的是(　　)
[A]向上运动的过程,电梯对人的支持力大于人对电梯的压力
[B]向上运动的过程,人受2个力的作用
[C]该同学稳定地站在扶梯上后向上运动的支持力与向下运动的支持力相同
[D]该同学稳定地站在扶梯上后向上运动的摩擦力方向与向下运动的摩擦力方向相反
【答案】 BC
【解析】 电梯对人的支持力与人对电梯的压力是一对相互作用力,则电梯对人的支持力大小等于人对电梯的压力,故A错误;电梯的运行速度不变,即该同学做匀速直线运动,根据平衡条件可知,人受到支持力与重力2个力的作用,故B正确,D错误;结合上述可知,人所受支持力与重力平衡,即该同学稳定地站在扶梯上后向上运动的支持力与向下运动的支持力相同,故C正确。
课时作业
(分值:70分)
单选题每题4分,多选题每题6分。
1.下列说法正确的是(　　)
[A]物体间不可能只有作用力,而没有反作用力
[B]一对作用力与反作用力的合力为零
[C]一对作用力与反作用力的性质可以不同
[D]先有作用力,然后才有反作用力
【答案】 A
【解析】 作用力和反作用力总是成对出现的,则物体间不可能只有作用力,而没有反作用力,A正确;一对作用力与反作用力因作用在两个物体上,则不能求合力,B错误;一对作用力与反作用力的性质一定相同,C错误;作用力和反作用力总是同时产生,同时消失的,D错误。
2.(多选)如图所示,一只小鸟停在水平树枝上静止不动。下列说法正确的是(　　)
[A]小鸟受到的重力与树枝对小鸟的支持力是一对平衡力
[B]小鸟对树枝的压力与树枝对小鸟的支持力是一对平衡力
[C]小鸟受到的重力与小鸟对树枝的压力是一对相互作用力
[D]小鸟对树枝的压力与树枝对小鸟的支持力是一对相互作用力
【答案】 AD
【解析】 小鸟静止在水平树枝上,小鸟受到的重力与树枝对小鸟的支持力作用在同一物体上,等大、反向、共线,是一对平衡力,故A正确;小鸟对树枝的压力与树枝对小鸟的支持力作用在不同的物体上,等大、反向、共线,是一对相互作用力,故B错误,D正确;小鸟受到的重力与小鸟对树枝的压力分别作用在两个物体上,即不是一对平衡力,也不是一对相互作用力,故C错误。
3.在一次学校组织的拔河比赛中,各班级的队伍都拼尽全力展现班级风采,争取赢得比赛。假设甲、乙两队与地面的动摩擦因数相同,认为最大静摩擦力等于滑动摩擦力,拔河所用绳子的重力不计,两队的拉力都水平沿绳,最终甲队获得胜利。下列说法正确的是(　　)
[A]甲队对绳的拉力与绳对甲队的拉力是一对平衡力
[B]甲队对绳的拉力与乙队对绳的拉力是一对相互作用力
[C]最终甲队取得胜利,说明甲队的拉力大于乙队的拉力
[D]甲队能赢得“拔河”比赛的胜利,是因为甲队的质量比乙队大
【答案】 D
【解析】 甲队对绳的拉力与绳对甲队的拉力是一对相互作用力,A错误;甲队对绳的拉力与乙队对绳的拉力是一对平衡力,B错误;同一根绳上的拉力大小处处相等,即甲队的拉力等于乙队的拉力,C错误;甲队能赢得“拔河”比赛的胜利,是因为甲队的质量比乙队大,与地面的最大静摩擦力较大,D正确。
4.(多选)如图所示,吊在天花板上的电扇所受重力为G,静止时固定杆对它的拉力为F,扇叶水平转动后,固定杆对它的拉力为F′,则(　　)
[A]F=G,F=F′
[B]F=G,F>F′
[C]电扇静止时,固定杆对它的作用力等于它对固定杆的作用力
[D]扇叶水平转动后,固定杆对它的作用力小于它对固定杆的作用力
【答案】 BC
【解析】 电扇静止时,有F=G,而扇叶水平转动后,向下吹风,对空气有向下的作用力,根据牛顿第三定律,空气对扇叶有向上的作用力,此时固定杆对电扇的拉力F′5.如图所示,甲、乙两人在冰面上“拔河”,两人中间位置处有一分界线,约定先使对方过分界线者赢。若绳子质量不计,冰面完全光滑,下列说法正确的是(　　)
[A]甲对绳的拉力与绳对甲的拉力是一对平衡力
[B]甲对绳的拉力与乙对绳的拉力是一对作用力与反作用力
[C]若甲的质量比乙大,则乙将赢得“拔河”比赛的胜利
[D]若甲的质量比乙大,则甲将赢得“拔河”比赛的胜利
【答案】 D
【解析】 甲对绳的拉力与绳对甲的拉力是一对作用力与反作用力,A错误;甲对绳的拉力与乙对绳的拉力同时作用在同一物体(绳子)上,不是作用力与反作用力,B错误;根据牛顿第三定律可知,两人受到的力大小相等,由牛顿第二定律有a=,可知质量大的加速度小,则若甲的质量比乙大,则甲的加速度较小,乙的加速度较大,乙会先越过分界线,故甲将赢得“拔河”比赛的胜利,C错误,D正确。
6.如图,铁质的棋盘竖直放置,每个棋子都是一个小磁铁,能吸在棋盘上,不计棋子之间的相互作用力,则每个棋子和棋盘之间相互作用力数为(　　)
[A]2对 　 　　　[B]3对
[C]4对 　 　　　[D]5对
【答案】 B
【解析】 棋子受到重力G、棋盘面的吸引力F、弹力N和静摩擦力f,共四个力作用,除了重力,其余3个力的施力物体都是棋盘,所以每个棋子和棋盘之间共有3对相互作用力,故B正确,A、C、D错误。
7.引体向上是一项健身运动。该运动的规范动作是:两手正握单杠,由身体悬垂开始,上拉时,下颚须超过单杠面;下放时,两臂放直,不能曲臂。如图这样上拉下放,重复动作。关于做引体向上动作时人的受力,下列判断正确的是(　　)
[A]在加速上拉过程中,单杠对人的作用力大于人对单杠的作用力
[B]在加速下放过程中,单杠对人的作用力与人对单杠的作用力大小相等
[C]悬垂静止时,单杠对人的作用力与人对单杠的作用力是一对平衡力
[D]在加速下放过程中,某瞬间人可能不受力的作用
【答案】 B
【解析】 无论是加速上拉过程,还是加速下放过程,还是悬垂静止中,单杠对人的作用力总等于人对单杠的作用力,是一对相互作用力,与人的运动状态无关,A、C错误,B正确;在加速下放过程中,人可能只受到一个重力的作用,也可能受重力和单杠施加的作用力,不可能不受力的作用,故D错误。
8.如图,三个相同的物块叠放在水平地面上,各接触面水平且各接触面间均不光滑。现用一水平向右的力F作用在物块a上,三个物块仍然保持静止,则下列说法正确的是(　　)
[A]b对c的摩擦力方向向右
[B]a对b的摩擦力方向向右
[C]b所受重力与a对b的弹力是一对平衡力
[D]地面对a的摩擦力与a对地面的摩擦力是一对相互作用力
【答案】 D
【解析】 以c为研究对象,若c受b的摩擦力,则其水平方向受力不平衡,所以c不受摩擦力,故A错误;以b、c为研究对象,若b、c受到a的摩擦力,则其水平方向受力不平衡,所以a、b间不存在摩擦力,故B错误;以b为研究对象,受重力,c对b的压力以及a对b的弹力,处于平衡状态,根据平衡条件可知,a对b的弹力大小等于b所受重力和c对b的压力的大小之和,所以b所受的重力和a对b的弹力不相等,不是一对平衡力,故C错误;地面对a的摩擦力与a对地面的摩擦力是一对相互作用力,故D正确。
9.(多选)玻璃房逐渐受到人们的青睐,大玻璃窗户的清洁可由“自动擦窗机器人”完成。某自动擦窗机器人的质量为1.5 kg,它的“腹部”有吸盘。自动擦窗机器人的真空泵将吸盘内的空气向外抽出后,它能牢牢地吸在竖直玻璃上,g取10 N/kg。则下列说法符合事实的是(　　)
[A]此时摩擦力等于15 N
[B]若真空泵继续向外抽气,则自动擦窗机器人受到的摩擦力将变大
[C]此时机器人对玻璃的压力和玻璃对机器人的支持力是一对相互作用力
[D]当自动擦窗机器人竖直向下运动时,若真空泵继续向外抽气,则自动擦窗机器人受到的摩擦力将变大
【答案】 ACD
【解析】 擦窗机器人静止在竖直玻璃上,在竖直方向,由二力平衡可得f=mg=15 N,故A正确;当自动擦窗机器人不动时,受到的摩擦力为静摩擦力,所以真空泵继续向外抽气,自动擦窗机器人受到的重力不变,由平衡条件可知摩擦力也不变,故B错误;此时机器人对玻璃的压力和玻璃对机器人的支持力是一对相互作用力,故C正确;当自动擦窗机器人竖直向下运动时,受到的摩擦力为滑动摩擦力,若真空泵继续向外抽气,则压力增大,根据滑动摩擦力公式f=μN,则自动擦窗机器人受到的摩擦力将变大,故D正确。
10.物体b在水平推力F作用下,将物体a挤压在竖直墙壁上,如图所示,a、b处于静止状态。关于a、b两物体的受力情况,下列说法正确的是(　　)
[A]b共受到三个力的作用
[B]a共受到四个力的作用
[C]a受到墙壁摩擦力的大小不随F的增大而增大
[D]若撤去F,物体a和b沿竖直墙壁下滑时,物体b受到两个力的作用
【答案】 C
【解析】 隔离物体b分析,受重力、推力、支持力和a对b向上的静摩擦力,共4个力,故A错误;隔离物体a分析,受重力、b对a的压力和向下的摩擦力、墙壁的支持力和向上的摩擦力,共5个力,故B错误;将a、b看作整体,竖直方向根据平衡条件可得a受到墙壁摩擦力的大小等于a和b的重力之和,所以a受到墙壁摩擦力的大小不随F的增大而增大,故C正确;若撤去F,物体a和b沿竖直墙壁下滑时,a和b之间没有弹力,也没有摩擦力,a与墙之间没有弹力,也没有摩擦力,所以物体a和b都是只受到重力作用,故D错误。
11.关于网球运动中蕴含的力学知识,若忽略空气阻力,下列说法正确的是(　　)
[A]球在空中飞行时,受重力和推力的作用
[B]球撞击球拍时,球拍对球的力的大小等于球对球拍的力的大小
[C]球撞击球拍时,球拍对球的作用力与球所受到的重力是一对平衡力
[D]球撞击球拍时,球拍受到球的作用力等于球所受到的重力
【答案】 B
【解析】 球在空中飞行时,只受重力作用,不受推力,故A错误;球撞击球拍时,由牛顿第三定律可知,球拍对球的力的大小等于球对球拍的力的大小,故B正确;球拍对球的作用力与球所受到的重力方向不在同一直线上,不是一对平衡力,且两者大小未知,故C、D错误。
12.(10分)画出各图中物体A所受力的示意图,并写出力的名称和施力物体:(1)物体A静止,接触面
光滑;(2)A沿固定粗糙斜面上滑;(3)A沿粗糙水平面滑行;(4)接触面光滑,A静止。
【答案】 见解析
【解析】 (1)物体A受重力G、推力F、地面的支持力N、墙壁对A向左的弹力N1,施力物体分别是地球、推A的物体、地面、墙壁。
(2)物体A受竖直向下的重力G、垂直于斜面向上的支持力N、沿斜面向下的滑动摩擦力f,施力物体分别是地球、斜面、斜面。
(3)物体A受重力G、支持力N、滑动摩擦力f,施力物体分别是地球、水平面、水平面。
(4)物体A受重力G、拉力T、弹力N,施力物体分别是地球、绳子、墙壁。
13.(10分)电动平衡车,又叫体感车、思维车等。市场上主要有独轮和双轮两类。
(1)如图所示的电动平衡车突然在水平面上做加速直线运动,人对平衡车的压力大小是否发生变化
(2)人站在电动平衡车上与平衡车一起做匀速直线运动,人和平衡车的总质量为75 kg,求电动平衡车对地面的压力大小(g取9.8 N/kg)。
【答案】 (1)不发生变化　(2)735 N
【解析】 (1)根据牛顿第三定律可知人对平衡车的压力等于平衡车对人的支持力。因人在竖直面内处于平衡状态,即平衡车对人的支持力与人所受的重力大小相等、方向相反,则人对平衡车的压力不因为平衡车在水平面上的加速运动而变化。
(2)在竖直方向上,人和平衡车所受的重力和支持力是一对平衡力,则人和平衡车所受支持力大小为FN=Mg=75 kg×9.8 N/kg=735 N,根据牛顿第三定律,电动平衡车对地面的压力大小为735 N。

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