牛顿第三定律的实际应用赏析
山东 崔洪文
纵观近几年的高考物理试题,理论联系实际问题越来越多,成为高考试题的一大特色. 本文就牛顿第三定律的实际应用例析如下:
1. 在日常生活中
例1. 日常生活中打鸡蛋时总是用鸡蛋与较硬物体的一条棱相碰,将鸡蛋打碎,而高级厨师在打鸡蛋时,总是用一个鸡蛋去打击另一个鸡蛋,假若两鸡蛋的抗破强度是相同的,以下观点最合理的是: ( )
A. 主动打击的鸡蛋更易破
B. 被打击的鸡蛋更易破
C. 两个鸡蛋一样容易破
D. 无法确定哪个鸡蛋更易破
解析:如图1(甲)所示,假设右侧的鸡蛋以一定的速度v向左运动并与另一鸡蛋相碰,则它们间必存在相互作用的一对作用力和反作用力;对左侧鸡蛋而言,它在右侧鸡蛋的打击下受到一个向左的作用力F',若该力大于其抗破强度,就会被击破;而右侧的鸡蛋,由于整体向左运动,受到打击而突然停下时,其中的液体蛋清由于惯性而继续向左运动,给蛋壁一个向左的作用力F1,同时左侧蛋壳还给它一个向右的撞击力F,如图1(乙)所示,由于F和F1两个力的方向相反,其合力就较小,当合力小于鸡蛋的抗破强度时就完好不碎,故在作用力不是太大的情况下应选B答案.
点评:本题以学生比较熟悉的打鸡蛋为背景,考查惯性的概念和牛顿第三定律的应用.
2. 在生产中
例2. 在高空工作时,作业人员站在墙边的高架窄板上,必须面壁站立,而不能背对墙站立否则在弯腰时很容易从架板上摔下来,这里包含的物理知识是: ( )
A. 面向外很容易眼晕,导致恐高症
B. 万一摔倒可以扶着墙壁
C. 防止弯腰时臀部碰墙,受到墙的反作用力,而向外摔去
D. 下面有保护网,这种要求是不必要的
解析:只有C符合作用力与反作用力关系的物理原理,人在弯腰时,臀迅速后移,很容易对墙产生一个较大作用力,而墙的反作用力使人向外摔去. 所以C项对.
点评:本题通过高空建筑的作业人员,考查作用力与反作用力的特点及学以致用的能力.
3. 在体育中
例3. 第十四届国际泳联世界锦标赛会徽和吉祥物发布仪式,于
解析:如图2表示人在自由泳时,下肢在某一时刻的动作:右脚向下打水,左脚向上打水. 由于双脚与水的作用面是倾斜的,双脚对水的作用力是斜向后的,根据牛顿第三定律可知双脚所受水的反作用力P和Q是斜向前的. P的分力为P1和P2,而Q的分力为Q1和Q2,其中P1和Q1都是向前的分力,也就是下肢获得的推进力.
点评:本题围绕游泳比赛项目“自由泳”进行命题,立意新颖,涉及受力分析和牛顿第三定律,正确的分解双脚受到水的作用力是解题的关键.
4. 在现代科技中
例4.
A. 火箭尾部向外喷气,喷出的气体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,因而B、C错误,A项正确;当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,卫星也吸引地球,这也是一对作用力与反作用力,故D项正确.
点评:此题以我国第二颗“北斗导航卫星”立意命题,情景新颖,具有时代气息,考查作用力和反作用力的应用.