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111 廣東省肇慶市實(shí)驗(yàn)中學(xué)高一物理 作用力與反作用力 學(xué)案 " 三、【課前自主學(xué)習(xí)】 牛頓第三定律的提出 牛頓當(dāng)時(shí)提出的第三定律內(nèi)容：每一個(gè)作用總有一個(gè)相等反作用和它對(duì)抗；或者說，兩物體彼此之間的相互作用永遠(yuǎn)相等，并且各指向其對(duì)方。 牛頓第三定律的提出，可以說是牛頓對(duì)力學(xué)發(fā)展的一個(gè)最具有創(chuàng)造性的貢獻(xiàn)。雖然人們?cè)谇捌趯?duì)于碰撞的研究和動(dòng)量守恒定律的發(fā)現(xiàn)已經(jīng)接觸到了第三定律的實(shí)質(zhì)，但是迪卡爾和惠更斯等人都沒有發(fā)現(xiàn)這個(gè)定律。牛頓不僅注意到一個(gè)機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)總量保持不變的現(xiàn)象，而且更深入一步分析了系統(tǒng)內(nèi)部動(dòng)量傳遞的關(guān)系。從而發(fā)現(xiàn)了一個(gè)孤立的物體本身完全不能施力也不能受力，只有當(dāng)兩物體發(fā)生相互作用時(shí)才產(chǎn)生力的這一令人驚奇的事情。這個(gè)定律的確立指出了每一個(gè)力都有其反作用力，從而對(duì)力的概念作了完整的概括。 （一）知識(shí)點(diǎn)1：作用力與反作用力 力是________對(duì)__________的作用，一個(gè)物體對(duì)另一物體有作用力時(shí)，同時(shí)也受到另一物體對(duì)它的作用力，我們把兩個(gè)物體間的這種相互作用力稱為________________，把其中一個(gè)力叫做______，另一個(gè)力叫做_________．一個(gè)物體，另一個(gè)物體，作用力與反作用力，作用力，反作用力 【問題探究】高一(1)班和(2)班舉行拔河比賽，最終(1)班取得了勝利．賽后曉軍和小偉就比賽中的取勝關(guān)鍵做了相關(guān)假設(shè)． 曉軍：“(1)班同學(xué)用力較大，所以贏得了比賽．” 小偉：“兩個(gè)班同學(xué)在比賽中用力的大小是一樣的，但是(1)班對(duì)地面的摩擦力利用的較好，所以贏了比賽．” 你認(rèn)為誰的觀點(diǎn)正確？說明理由． 答案：小偉的觀點(diǎn)正確．拔河的時(shí)候，雙方施加的力是作用力與反作用力，二者大小相等，方向相反，作用在拔河繩這條直線上，拔河所借用的主要是鞋子與地面間的摩擦力． （二）知識(shí)點(diǎn)2：牛頓第三定律 1．內(nèi)容：兩個(gè)物體之間的作用力與反作用力總是________、_________，作用在__________，這個(gè)規(guī)律稱為牛頓第三定律．大小相等，方向相反，同一直線上 2．表達(dá)式：________.F＝－F′ （三）知識(shí)點(diǎn)3：作用力與反作用力和一對(duì)平衡力的區(qū)別 作用力與反作用力和一對(duì)平衡力都有大小相等、方向相反、且作用在同一直線上的特性，但它們有本質(zhì)的區(qū)別： 1．受力物體不同：作用力與反作用力作用在 個(gè)相互作用的物體上，而一對(duì)平衡力作用在 物體上。兩，同一 2．依賴關(guān)系不同：作用力與反作用力相互依存， 單獨(dú)存在。而一對(duì)平衡力中一個(gè)力撤除，另一個(gè)可依然存在，無依賴關(guān)系，只是物體 。不可，失去平衡 3．作用力與反作用力 抵消，不可疊加，而一對(duì)平衡力的作用效果 相互抵消，即合力為零。不能，可能 4．作用力與反作用力 是同一性質(zhì)的力，而一對(duì)平衡力 同種性質(zhì)的力。一定，可以不是 四、【課堂知識(shí)導(dǎo)學(xué)】 作用力與反作用力的關(guān)系 作用力和反作用力總是互相依存同時(shí)成對(duì)出現(xiàn)的，它們之間沒有因果之分．我們把其中任何一個(gè)力叫做作用力，另一個(gè)力就叫做反作用力．作用力與反作用力具有如下關(guān)系： (1)反向性：作用力與反作用力的大小相等、方向相反，作用在同一條直線上，這反映了力的矢量性，也說明了力的作用是相互的．如圖所示，A、B 兩物體疊放在一起，A 對(duì)B 的壓力方向向下，B 對(duì) A 的支持力方向向上． (2)同時(shí)性：作用力和反作用力總是同時(shí)產(chǎn)生、同時(shí)消失、同時(shí)變化的． (3)同性質(zhì)：作用力與反作用力的性質(zhì)一定是相同的，如作用力是彈力，則反作用力也一定是彈力；作用力是摩擦力，反作用力也一定是摩擦力． (4)異體性：作用力與反作用力分別作用在兩個(gè)不同的物體上，在兩個(gè)物體上分別產(chǎn)生作用效果，這兩個(gè)作用效果是絕對(duì)不可抵消的． [例 1單選]下面關(guān)于作用力和反作用力的說法中，正確的是( D) A．先有作用力，后有反作用力 B．只有物體處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，物體間才存在作用力和反作用力 C．只有物體接觸時(shí)，物體間才存在作用力和反作用力 D．兩物體間的作用力和反作用力一定是同性質(zhì)的力 [訓(xùn)練1單選]：在水平粗糙地面上滑行的木塊，與地球之間的相互作用力有幾對(duì)（ C ） A．一對(duì) B．兩對(duì) C．三對(duì) D．四對(duì) [例 2](雙選)跳高運(yùn)動(dòng)員從地面起跳的瞬間，下列說法正確的是（ BD ） A．運(yùn)動(dòng)員給地面的壓力等于運(yùn)動(dòng)員受到的重力 B．地面給運(yùn)動(dòng)員的支持力大于運(yùn)動(dòng)員受到的重力 C．地面給運(yùn)動(dòng)員的支持力大于運(yùn)動(dòng)員對(duì)地面的壓力 D．地面給運(yùn)動(dòng)員的支持力等于運(yùn)動(dòng)員對(duì)地面的壓力 [訓(xùn)練2]：(雙選)一個(gè)大人跟一個(gè)小孩站在水平地面上手拉手比力氣，結(jié)果大人把小孩拉過來了，對(duì)這個(gè)過程中作用于雙方的力的關(guān)系，不正確的說法是（ AB ） A．大人拉小孩的力一定比小孩拉大人的力大 B．大人拉小孩的力一定比小孩拉大人的力小 C．大人拉小孩的力與小孩拉大人的力一定相等 D．地面對(duì)大人的最大靜摩擦力一定比地面對(duì)小孩的最大靜摩擦力大 章末知識(shí)回顧 線索一 力的概念及常見的兩種力 1．力 （1）力是不能離開物體而獨(dú)立存在的，即沒有物體就談不上的力的作用。 （2）一個(gè)物體談不上力的作用。有力的作用就必須有施力物體和受力物體，不存在只有施力物體而沒有受力物體的力，也不存在只有受力物體而沒有施力物體的力，而且，受力物體所受力的施力物體不可能是它自身。 （3）力是直接產(chǎn)生于施力物體和受力物體之間的，不存在需要第三個(gè)物體傳遞的情況。 （4）力的作用是相互的，施力物體對(duì)受力物體有力的作用的同時(shí)，也受到受力物體對(duì)它的反作用力，因此力總是成對(duì)出現(xiàn)且施力物體也必定同時(shí)是受力物體。 （5）力是矢量，力不僅有大小，而且有方向，力的作用效果由力的三要素決定。 （6）物體之間發(fā)生相互作用時(shí)并不一定要相互接觸。 2．彈力 彈力發(fā)生在相互接觸，而且相互擠壓發(fā)生形變的物體之間，彈力的方向與物體形變的方向相反，垂直于物體的接觸面 常見的彈力有壓力，支持力和拉力 彈簧彈力的大小與彈簧在軸線上的形變量成正比———胡克定律：對(duì)于彈簧以外的其他彈力，要根據(jù)具體的情況：受力情況及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)來決定，彈力是按性質(zhì)劃分的力。 3．摩擦力 摩擦力也是發(fā)生在相互接觸的有擠壓的物體之間（有彈力），接觸面粗糙并有相對(duì)運(yùn)動(dòng)（滑動(dòng)摩擦力）或有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)靜摩擦力）；滑動(dòng)摩擦力的大小與正壓力成正比 即 ； 為動(dòng)摩擦因數(shù)，它由接觸物體的材料和粗糙程度決定，方向在兩物體的接觸面上（沿切線方向）與相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向相反，阻礙物體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，但不一定阻礙物體的運(yùn)動(dòng)；靜摩擦力的大小與物體 所受其他外力和運(yùn)動(dòng)情況有關(guān)，沒有固定的運(yùn)算模式，方向也在接觸面的切線方向上，阻礙物體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，而最大靜摩擦力卻與正壓力、接觸面材料與粗糙程度有關(guān)注：摩擦力與接觸面大小、速度快慢無關(guān)。 線索二 受力分析的基本思路 把指定物體（研究對(duì)象）在特定的物理情景中所受到的所有外力找出來，并畫出受力圖，這就是受力分析。 1．受力分析的順序：（1）確定研究對(duì)象；（2）先畫出場(chǎng)力（主動(dòng)力如：電場(chǎng)力、磁場(chǎng)力、重力）；（3）再畫彈力；（4）最后畫摩擦力。 上述步驟也可簡單記憶為先主動(dòng)后被動(dòng)；先場(chǎng)力后接觸力 2．受力分析的三個(gè)判斷依據(jù)： （1）從力的概念判斷，尋找對(duì)應(yīng)的施力物； （2）從力的性質(zhì)判斷，尋找產(chǎn)生的原因； （3）從力的效果判斷，尋找是否產(chǎn)生形變或改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)（是靜止，勻速運(yùn)動(dòng)還是有加速度）。 3．受力分析的方法： （1）隔離法和整體法 將研究對(duì)象與周圍物體分隔或?qū)⑾鄬?duì)位置不變的物體系作為一個(gè)整體來分析。 （2）假設(shè)法 在未知某力是否存在時(shí)，可先對(duì)其作出存在或不存在的假設(shè)，然后再就該力存在與不存在對(duì)物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是否產(chǎn)生影響來判斷力是否存在。 （3）注意要點(diǎn) ①研究對(duì)象的受力圖，通常只畫出根據(jù)性質(zhì)命名的力，不要把按效果分解的分力或合力分析進(jìn)去！受力圖完成后再進(jìn)行力的合成和分解。 ②區(qū)分內(nèi)力和外力，對(duì)幾個(gè)物體的整體進(jìn)行受力分析時(shí)，這幾個(gè)物體間的作用力為內(nèi)力，不能在受力圖中出現(xiàn)；當(dāng)把某一物體單獨(dú)隔離分析時(shí)，原來內(nèi)力變成了外力，要畫在受力圖上。 ③在難以確定物體的某些受力情況時(shí)，可先根據(jù)（或確定）物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，再運(yùn)用平衡條件或牛頓運(yùn)動(dòng)定律判定未知力。 線索三 力的計(jì)算——分解與合成——平行四邊形定則 力是矢量，它的運(yùn)算（包括合成與分解）符合平行四邊形的矢量運(yùn)算定則，力合成的平行四邊形定則僅適用于共點(diǎn)力合成，對(duì)于非共點(diǎn)力，無法應(yīng)用平行四邊形定則合成?？梢詫⑵叫兴倪呅味▌t演化成三角形定則來進(jìn)行運(yùn)算，力的分解是力合成的逆運(yùn)算，要根據(jù)力的作用效果來分解，看一個(gè)力產(chǎn)生了哪兩個(gè)作用效果，就在哪兩個(gè)方向上進(jìn)行分解，分力與合力依然滿足平行四邊形定則，合力是以共點(diǎn)兩分力為鄰邊所作的平行四邊形的對(duì)角線，合力與分力是等效的，受力分析時(shí)，不要把分力（效果力）作為性質(zhì)力分析，如果這樣，往往會(huì)使力變多 具體運(yùn)算方法，可分為①作圖法，②計(jì)算法，合力與分力的關(guān)系滿足 線索四 共點(diǎn)力平衡的幾種解法 1．力的合成、分解法：對(duì)于三力平衡，一般根據(jù)“任意兩個(gè)力的合力與第三個(gè)力等大反向”的關(guān)系，借助三角函數(shù)、相似三角形等手段求解；或?qū)⒛骋粋€(gè)力分解到另外兩個(gè)力的反方向上，得到的這兩個(gè)分力勢(shì)必分別與另外兩個(gè)力等大、反向；對(duì)于多個(gè)力的平衡，利用先分解再合成的正交分解法。 2．矢量三角形法：物體受同一平面內(nèi)三個(gè)互不平行力的作用平衡時(shí)，這三個(gè)力的矢量箭頭首尾相接，構(gòu)成一個(gè)矢量三角形；反之，若三個(gè)力的矢箭頭首尾相接恰好構(gòu)成三角形，則這三個(gè)力的合力必為零，利用三角形法，根據(jù)正弦定理、余弦定理或相似三角形等數(shù)學(xué)知識(shí)可求得未知力。 矢量三角形作圖分析法優(yōu)點(diǎn)是直觀、簡便，但它僅適用于處理三力平衡問題。 3．相似三角形法：相似三角形法，通常尋找的是一個(gè)矢量三角形與一個(gè)結(jié)構(gòu)（幾何）三角形相似，這一方法也僅能處理三力平衡問題。 4．三力匯交原理：如果一個(gè)物體受到三個(gè)不平行外力的作用而平衡，則這三個(gè)力的作用線必在同一平面內(nèi)，而且必為共點(diǎn)力。 5．正交分解法：將各力分別分解到X軸和Y軸上，運(yùn)用兩坐標(biāo)軸上的合力分別等于零的條件 此法多用于三個(gè)以上共點(diǎn)力作用下的物體的平衡，值得注意的是，對(duì)“ X、Y方向選擇時(shí)，盡可能使落在 X、Y軸上的力多；被分解的力盡可能是已知力，不宜分解待求力”。 線索五 物體平衡中的特殊問題 1．臨界狀態(tài)：臨界狀態(tài)是一種物理現(xiàn)象轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N物理現(xiàn)象，或從一物理過程轉(zhuǎn)入到另一物理過程的轉(zhuǎn)折狀態(tài)。臨界狀態(tài)也可理解為“恰好出現(xiàn)”和“恰好不出現(xiàn)”某種現(xiàn)象的狀態(tài)，平衡物體的臨界狀態(tài)是指物體所處平衡狀態(tài)將要變化的狀態(tài)，涉及臨界狀態(tài)的問題稱為臨界問題，解決這類問題關(guān)鍵是要注意“恰好出現(xiàn)”或“恰好不出現(xiàn)”的條件。 2．極值問題：極值問題是指研究平衡問題中某物理量變化情況時(shí)出現(xiàn)的最大值或最小值，中學(xué)物理的極值問題可分為簡單極值問題和條件極值問題，區(qū)分的依據(jù)就是是否受附加條件限制，若受附加條件限制，則為條件極值。 3．研究平衡物體的臨界問題的基本思維方法 一般采用假設(shè)推理法，即先假設(shè)條件，然后再根據(jù)平衡條件及有關(guān)知識(shí)列方程求解。 4．研究平衡物體極值問題的兩種方法 （1）解析法：根據(jù)物體的平衡條件列方程，在解方程時(shí)采用數(shù)學(xué)知識(shí)求極值 通常用到的數(shù)學(xué)知識(shí)有二次函數(shù)極值、均分定理求極值、討論分式極值、三角函數(shù)極值以及幾何法求極值等。 （2）圖解法：即根據(jù)物體的平衡條件作出力的矢量圖，如只受三個(gè)力，則這三個(gè)力構(gòu)成封閉的矢量三角形，然后根據(jù)矢量圖進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析，確定最大值和最小值，此法簡便、直觀。 線索六 作用力與反作用力的關(guān)系———牛頓第三定律 1．作用力與反作力的定義，并會(huì)判斷兩個(gè)力是否是作用力與反作用力，能找出某個(gè)力的作用力。 2．牛頓第三定律的內(nèi)容：作用力和反作用力總是大小相等、方向相反、作用在一條直線上。3．作用力和反作用力的關(guān)系：同時(shí)產(chǎn)生、同時(shí)消失、相互依存，是同一性質(zhì)的力。 4．作用力和反作用力與平衡力的區(qū)別。 五、【跟蹤訓(xùn)練】 （一）選擇題 1．(單選)為了測(cè)量A、B兩物體之間的滑動(dòng)摩擦力，某同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖所示四個(gè)實(shí)驗(yàn)方案．在實(shí)驗(yàn)操作過程中，當(dāng)測(cè)力計(jì)讀數(shù)穩(wěn)定時(shí)，認(rèn)為其讀數(shù)即為滑動(dòng)摩擦力的大小，則測(cè)力計(jì)測(cè)得的滑動(dòng)摩擦力最準(zhǔn)確的方案是(　C　) 2．(單選)質(zhì)量為m的物體放在水平面上，在大小相等、互相垂直的水平力F1和F2的作用下，從靜止開始沿水平面運(yùn)動(dòng)，如右圖所示，若物體與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，則物體(　D) A．在F1的反方向上受到Ff 1＝μmg的摩擦力 B．在F2的反方向上受到Ff 2＝μmg的摩擦力 C．在F1、F2合力的反方向上受到的摩擦力為Ff合＝μmg D．在F1、F2合力的反方向上受到的摩擦力為Ff合＝μmg 3．(雙選)如右圖所示，有一重力不計(jì)的方形容器，被水平力F壓在豎直的墻面上處于靜止?fàn)顟B(tài)，現(xiàn)緩慢地向容器內(nèi)注水，直到將容器剛好盛滿為止，在此過程中容器始終保持靜止，則下列說法中正確的是(　BC　) A．容器受到的摩擦力不變 B．容器受到的摩擦力逐漸增大 C．水平力F可能不變 D．水平力F必須逐漸增大 4．(單選)如右圖所示，物體m靜止于傾角為θ的斜面上，現(xiàn)用垂直于斜面的推力F＝kt(k為比例常量、t為時(shí)間)作用在物體上．從t＝0開始，物體所受摩擦力Ff隨時(shí)間t的變化關(guān)系是(　D　) 5(單選)．如右圖所示，質(zhì)量為m1的木塊P在質(zhì)量為m2的長木板ab上滑行，長木板放在水平地面上一直處于靜止?fàn)顟B(tài)．若ab與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ1，木塊P與長木板ab間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ2，則長木板ab受到地面的摩擦力大小為(　B　) A．μ1m2g　　　　　　　　　 B．μ2m1g C．μ1(m1＋m2)g D．μ1m2g＋μ2m1g 6．(雙選)下列說法中，正確的是（ CD ） A．豎直向上拋出的物體，物體豎直上升，是因?yàn)槭芰艘粋€(gè)豎直向上的升力作用 B．放在斜面上的物體會(huì)沿斜面下滑，是因?yàn)槭芰艘粋€(gè)下滑力作用 C．放在水中的木塊浮于水面，是因?yàn)槭芰烁×ψ饔? D．施力物體同時(shí)也是受力物體 7．(單選)如右圖所示，在傾角為θ的固定斜面上，質(zhì)量為m的物體受外力F1和F2的作用，F(xiàn)1方向水平向右，F(xiàn)2方向豎直向下，若物體靜止在斜面上且物體與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，則下列說法正確的是(C　) A．物體一定有下滑的趨勢(shì) B．物體一定有上滑的趨勢(shì) C．若F1＝F2，且θ＝45，則物體一定有下滑的趨勢(shì) D．若F1＝F2，且θ＝45，則物體一定有上滑的趨勢(shì) （二）非選擇題 8．重500 N的物體放在水平地面上，物體與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.3.當(dāng)用180 N的水平力推物體時(shí)，物體所受的摩擦力大小為多少？當(dāng)用100 N的水平力推物體時(shí)，物體所受的摩擦力大小為多少？　150 N　100 N 9．如右圖所示，傾角為30的斜面體固定在地面上，光滑斜面上放一輛小車．一根彈性桿的一端固定在小車上，另一端固定一個(gè)重為2 N的小球．問： (1)當(dāng)由于外力作用使小車靜止在斜面上時(shí)，桿對(duì)小球的彈力怎樣？ (2)當(dāng)小車由靜止沿斜面下滑時(shí)，桿對(duì)小球的彈力又怎樣？ 　(1)2 N　方向豎直向上 (2) N　方向垂直斜面向上 10．在“探究合力與分力的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中. （1）其中的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)步驟分別是: A. 在水平放置的方木板上固定一張白紙，用圖釘把橡皮條的一端固定在方木板上，另一端拴上兩個(gè)細(xì)繩套，通過細(xì)繩套同時(shí)用兩個(gè)彈簧秤（彈簧秤與方木板平面平行）互成角度地拉橡皮條，使橡皮條與細(xì)繩套的結(jié)點(diǎn)到達(dá)某一位置O點(diǎn)，在白紙上用鉛筆記下O點(diǎn)的位置和讀出兩個(gè)彈簧秤的示數(shù)F1和F2. B. 只用一只彈簧秤,通過細(xì)繩套拉橡皮條，使它的伸長量與兩個(gè)彈簧秤拉時(shí)相同，讀出此時(shí)彈簧秤的示數(shù)F′和記下細(xì)繩的方向. 請(qǐng)指出以上步驟中的錯(cuò)誤或疏漏: A中是 ;B中是 . (2)在某次實(shí)驗(yàn)中，兩個(gè)彈簧秤的拉力F1、F2已經(jīng)在圖中畫出，圖中的方格每邊長度表示2 N，O點(diǎn)是橡皮條的結(jié)點(diǎn)，請(qǐng)用兩個(gè)直角三角板嚴(yán)格作出合力F的圖示，并求出合力的大小為 N. （1）未記下兩條細(xì)繩套的方向，應(yīng)將橡皮條與細(xì)繩套的結(jié)點(diǎn)拉到原來的位置O點(diǎn). (2)如圖所示14.56 111