课程解读

一、学习目标：

1. 知道力的作用是相互的，知道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，会用它解决有关问题。

3. 会区分平衡力与作用力和反作用力。

4. 会利用牛顿运动定律解决两类动力学基本问题。

二、重点、难点：

重点：

1. 对牛顿第三定律的理解及应用.

2. 掌握应用牛顿运动定律解决问题的基本思路和方法

难点：

1. 作用力、反作用力与平衡力的区别

2. 物体的受力和运动状态的分析、处理实际问题时物理情景的建立

三、考点分析：

牛顿运动定律是经典力学的基础，它在科学研究和生产技术中有着广泛的应用。本讲在前两讲探究和总结牛顿第二定律的基础上，结合日常生活中出现的问题，展示了用牛顿第二定律解决实际力学问题的基本思路和方法，以及相互作用力在实际生活中的应用。

内容和要求	考点细目	出题方式
对牛顿第三定律的理解	知道相互作用力的特点及在实际生活中的应用	解释题，选择题
相互作用力与平衡力	知道两者的联系与区别	选择题
动力学两类基本问题	处理的思路及方法	选择题、计算题
分析方法	正交分解法的应用	选择题、计算题

知识梳理

一、作用力与反作用力

力是物体对物体的相互作用。只要谈到力，就一定存在受力物体和施力物体。

观察和实验表明：

1. 两个物体之间的作用总是相互的。

2. 一个物体对另一个物体施加了力，后一个物体一定同时对前一个物体也施加了力。

3. 物体间相互作用的这一对力，通常叫做作用力和反作用力。

二、牛顿第三定律

实验：探究作用力与反作用力的关系

把A、B两个弹簧测力计连接在一起，B的一端固定，用手拉弹簧测力计A。如上图所示，可以看到两个弹簧测力计的指针同时移动。这时，弹簧测力计A受到B的拉力，弹簧测力计B则受到A的拉力F。F与F’的关系是否有变化？

1. 大小：作用力与反作用力的大小相等。

2. 方向：作用力与反作用力的方向相反，在一条直线上。

◆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，作用在一条直线上。

◆相互作用力的特点：

1. 作用力与反作用力分别作用在两个物体上，各自产生的效果不能相互抵消。

2. 作用力与反作用力性质相同。

3. 作用力与反作用力同时产生、同时变化、同时消失。

4. 作用力与反作用力总是大小相等、方向相反，并作用在一条直线上，与物体的运动状态无关。

◆相互作用力与平衡力

		作用力和反作用力	平衡力
相同点		等大，反向，共线
不同点	作用对象	两个物体（异物）	同一个物体
	性质	一定相同（同性）	不一定相同
	作用时间	同时产生同时消失（同时）	不一定同时产生同时消失
	力的效果	不能抵消	互相抵消

三. 利用牛顿运动定律解答的两类动力学基本问题

1. 牛顿运动定律确定了运动和力的关系，使我们能够把物体的受力情况和运动情况联系起来，由此用牛顿运动定律解决的问题可分为两类：

a. 已知物体的受力情况，确定物体的运动情况。

b. 已知物体的运动情况，求解物体的受力情况

2. 用牛顿运动定律解决两类问题的基本思路

已知物体的受力情况求得a据s、v₀、v_t、t

已知物体的运动情况求得物体的受力情况

◆动力学问题的求解步骤

1. 选对象；

2. 分析力；分析运动

3. 建坐标；

4. 分解力；

5. 列方程；（运动学，牛顿第二定律）

6. 解“联立”。

典型例题

知识点一：对牛顿第三定律的理解

例1. 跳高运动员从地面上起跳的瞬间，下列说法中正确的是（　　）

A. 运动员对地面的压力大于运动员受到的重力

B. 地面对运动员的支持力大于运动员受到的重力

C. 地面对运动员的支持力大于运动员对地面的压力

D. 运动员对地面的压力等于运动员受到的重力

正确答案：AB

解答过程：作用力与反作用力在任何情况下，总是大小相等的，但决定物体运动的是物体的合外力大小和方向。

变式训练：一物体受绳拉力的作用，由静止开始前进，先做加速运动，然后改为匀速运动，再改为减速运动，下列说法正确的是（）

A. 加速前进时，绳拉物体的力大于物体拉绳的力

B. 减速前进时，绳拉物体的力小于物体拉绳的力

C. 只有匀速前进时，绳拉物体的力才与物体拉绳的力大小相等

D. 不管物体如何前进，绳拉物体的力与物体拉绳的力大小总相等

正确答案：D

解答过程：作用力、反作用力总是大小相等、方向相反，并作用在同一条直线上。与相互作用的物体所处的状态没有关系。

知识点二：相互作用力与平衡力

例2. 物体放在水平桌面上，则下列说法中正确的是（）

A. 桌面对物体的支持力的大小等于物体的重力，它们是一对平衡力

B. 物体所受的重力和桌面对它的支持力，是一对作用力与反作用力

C. 物体对桌面的压力就是物体的重力，这两个力是同种性质的力

D. 物体对桌面的压力与桌面对物体的支持力是一对平衡力

正确答案：A

解答过程：平衡力作用在同一物体上，且大小相等、方向相反，作用力与反作用力分别作用在两个物体上，性质相同，具有同时性。

变式训练1：重物A用一根轻弹簧悬挂静止于天花板下，画出重物和弹簧的受力图如图所示。关于这四个力的以下说法正确的是（）

A. F₁的反作用力是F₄　　 B. F₂的反作用力是F₃

C. F₁的施力物体是弹簧　 D. F₃的施力物体是物体A

E. F₁与F₂是一对作用力与反作用力

正确答案：CD

解答过程：F₁的反作用力是F₅、F₂的反作用力是地球受到的力，F₁与F₂是一对平衡力。

变式训练2：用水平力F将木块M紧压在竖直的墙壁上，如下图所示。若以N表示墙壁对木块的弹力，R表示木块对墙壁的压力，下列对F、N、R的判断中哪一个是正确的（）

A. N和R的合力为零 B. F和N是一对平衡力

C. N和R是性质不同的力 D. F和N是作用力与反作用力

正确答案：B

解答过程：N与R是相互作用力不是平衡力，性质相同，作用在两个物体上。F与N是一对平衡力，故正确选项为B。

知识点三：牛顿运动定律的应用1—已知物体的受力情况确定物体的运动情况

例3. 质量为10kg的物体放在水平面上，物体与水平面间的动摩擦因数为0.2，如果用大小为40N，方向斜向上与水平方向的夹角为37°的恒力，使物体沿水平面向右运动，求（1）物体运动的加速度大小；（2）若物体由静止开始运动，需要多长时间速度达到8.4m/s，物体的位移多大？

正确答案：1.68m/s²，5s，21m

解答过程：

解：（1）以物体为研究对象，首先对物体进行受力分析，如下图所示。建立平面直角坐标系把外力沿两坐标轴方向分解。设向右为正方向，依据牛顿第二定律列方程：

　　整理后得到：

　　代入相关数据解得：物体运动的加速度大小=1.68m/s²

　　（2）因为物体做匀加速直线运动，所以根据运动学公式可知：

　　∵

∴物体运动的时间为：

　　∵

　　∴物体的位移大小为：m

说明：

（1）这是一道已知物体的受力情况，确定物体的运动情况的题。

（2）本题中物体受4个力的作用（大于3个力的作用），一般在处理力的关系时用正交分解法。

（3）支持力不是外力在竖直方向上的分力；重力大小不等于地面给予的支持力。

变式训练3：2005年10月12日9时，我国“神舟”六号载人飞船在酒泉卫星发射中心由长征2F运载火箭成功发射升空.若长征2F运载火箭和飞船起飞时的总质量为1.0×10⁵kg，火箭起飞时的推动力为3.0×10⁶ N，运载火箭发射塔高160m，求：

（1）假设火箭起飞时的推动力不变，忽略空气阻力和火箭质量的变化，则运载火箭经多长时间飞离发射塔；

（2）这段时间内飞船中的宇航员费俊龙对座椅的压力是多大（费俊龙的质量为65kg）？

正确答案：（1）4.0 s （2）1.95×10³ N

解答过程：（1）以运载火箭和飞船整体为研究对象，它们起飞时所受的合力为F－Mg，根据牛顿第二定律，起飞时的加速度：a=m/s²=20 m/s²。

运载火箭飞离发射塔的时间：t=s=4.0 s.

（2）以费俊龙为研究对象，设座椅对他的支持力为F_N，由牛顿第二定律有：

F_N－mg=ma，F_N=ma+mg=65×（10+20）N=1.95×10³ N

根据牛顿第三定律，费俊龙对座椅的压力：F_N′=F_N=1.95×10³ N.

总之：根据牛顿第二定律从物体的受力情况确定运动情况，在实际中有重要的应用。指挥宇宙飞船飞行的科学工作者，根据飞船的受力情况可以确定飞船在任意时刻的速度和位置。他们解决问题的思路和我们在前面讲的一样，只是计算很复杂，要用电子计算机才行。

知识点四：牛顿运动定律的应用2—已知物体运动情况确定物体受力情况

例4. 一个空心小球从距离地面16m的高处由静止开始落下，经2s小球落地，已知球的质量为0.4kg，求它下落过程中所受空气阻力多大？（=10m/s²）

正确答案：0.8N

解答过程：以空心小球为研究对象，根据它的运动情况可知，其下落时加速度大小为：

说明小球在下落过程中受到向上的空气阻力作用，小球的受力情况如图所示

　　依据牛顿第二定律可知：

　　∴小球所受空气阻力大小为：N

变式训练4：质量为m=20 kg的物体，初速度为10 m/s，在大小恒定的水平外力F的作用下，沿水平面做直线运动.0—2.0 s内F与运动方向相反，2.0 s—4.0 s内F与运动方向相同，物体的速度－时间图象如图所示，已知g取10 m/s²。求物体与水平面间的动摩擦因数。

正确答案：0.2

解答过程：由图象可知：0—2.0s内，物体做匀减速运动，加速度大小a₁=5 m/s²，根据牛顿第二定律有：F+μmg=ma₁，得F=ma₁－μmg

2.0—4.0 s内，物体在负方向上做匀加速运动，

加速度大小a₂=1m/s²，F－μmg=ma₂，F=ma₂+μmg

所以ma₁－μmg=ma₂+μmg，

提分技巧

1. 牛顿第三定律提示了力的作用的相互性，即两个物体间只要有力的作用，就必然成对出现即作用力与反作用力，理解这种相互作用关系，对解决受力分析问题有很大帮助。另外，在求解某力大小时，可以通过转换研究对象分析该力的反作用力从而求解。

2. 无论哪类问题，正确理解题意、把握条件、分清过程是解题的前提，正确分析物体受力情况和运动情况是解题的关键，加速度始终是联系运动和力的纽带、桥梁。可画方框图如下：

3. 全面分析研究对象的运动情况，画出运动过程示意简图（含物体所在位置、速度方向、加速度方向等）。特别注意：若所研究运动过程的运动性质、受力情况并非恒定不变时，则要把整个运动过程分成几个不同的运动阶段详细分析。每个运动阶段是一种性质的运动。要弄清各运动阶段之间的联系（如前一运动阶段的末速度就是后一运动阶段的初速度等）。

4. 注意：在求解过程中，要选准公式、正确运算、简洁、规范。要先求出所求物理量的文字表达式再代入数字进行计算。各量统一用国际单位制单位。各已知量的单位不必一一写出，在数字后面直接写上所求量的国际单位制单位即可。

预习导学

一、预习新知

第四章：牛顿运动定律复习

二、预习点拨

1. 复习牛顿三定律的具体含义及应用

2. 动力学两类基本问题的思维方法及解题思路

3. 简单的连接体问题，超失重问题，及斜面上物体的受力分析及动力学问题

同步练习（答题时间：45分钟）

1. 下列说法正确的是（　　）

A. 凡是大小相等、方向相反、分别作用在两个物体上的两个力必定是一对作用力与反作用力

B. 凡是大小相等、方向相反、作用在同一物体上的两个力必定是一对作用力与反作用力

C. 作用力与反作用力大小相等、方向相反，作用在同一直线上，因此这两个力平衡

D. 相互作用的一对力，究竟称哪一个力为作用力是任意的

2. 以卵击石，鸡蛋“粉身碎骨”，而石头“安然无恙”。对于这一过程的描述，下列说法正确的是（）

A. 在以卵击石的过程中，鸡蛋“粉身碎骨”说明石头对鸡蛋的作用力大，所以鸡蛋碎了

B. 在以卵击石的过程中，石头“安然无恙”说明鸡蛋对石头的力小，所以石头“安然无恙”

C. 在以卵击石的过程中，石头对鸡蛋的作用力与鸡蛋对石头的作用力，二者大小相等

D. 以卵击石的过程中，石头“安然无恙”而鸡蛋“粉身碎骨”是因为蛋壳能承受的力远小于石头所能承受的力

3. 如图所示，P和Q叠放在一起，静止在水平桌面上。在下列各对力中属于作用力与反作用力的是（　　）

A. P所受的重力和Q对P的支持力

B. Q所受的重力和Q对P的支持力

C. P对Q的压力和Q对P的支持力

D. Q对桌面的压力和桌面对Q的支持力

4. 2005年10月12日，“神舟”六号成功发射并成功返回，再次证明了我国在航天领域的实力。下面关于飞船和火箭上天情况的叙述正确的是（　　）

A. 火箭尾部向外喷气，喷出的气体对火箭产生一个向上的推力

B. 火箭受的推力是由于喷出的气体对空气产生一个作用力，空气的反作用力作用于火箭而产生的

C. 火箭飞出大气层后，由于没有了空气，火箭虽向后喷气也不会产生推力

D. 飞船进入轨道后和地球间存在一对作用力与反作用力

5. 一物块从粗糙斜面底端，以某一初速度开始向上滑行，到达某位置后又沿斜面下滑到底端，则物块在此运动过程中

A. 上滑时的摩擦力小于下滑时的摩擦力

B. 上滑时的加速度小于下滑时的加速度

C. 上滑时的初速度小于下滑时的末速度

D. 上滑时的时间小于下滑时的时间

6. 如图所示，位于光滑固定斜面上的小物块P受到一水平向右的推力F的作用。已知物块P沿斜面加速下滑。现保持F的方向不变，使其减小，则加速度（）

A. 一定变小

B. 一定变大

C. 一定不变

D. 可能变小，可能变大，也可能不变

7. 马拉车的力大于车拉马的力吗？

8. 人在跑步的时候，人和地球间有多少对作用力与反作用力？

9. 如图所示，质量为M＝60kg的人通过光滑的定滑轮用绳拉着m＝20kg的物体；当物体以加速度a＝5m/s²上升时，人对地面的压力为多少？（g取10m/s²）

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10. 如图所示，质量m=2kg的物体静止在水平地面上，物体与水平地面的滑动摩擦因数μ＝0.25。现对物体施加大小F=10N与水平方向夹角为θ＝37°的斜向上的拉力，使物体向右做匀加速直线运动。已知sin37°=0.6，cos37°=0.8，取g=10m/s²，求物体第5s末的速度及5s内的位移各为多少。