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[图文]牛顿第三定律       ★★★
牛顿第三定律
作者:徐志兴  文章来源:本站原创  点击数:  更新时间:2004-12-31
    
常见问题1:
作用力和反作用力应注意什么?

问题:

作用力和反作用力应注意什么?




解答:

    牛顿第三定律指出:作用力和反作用力总是大小相等的,这里的“总是”,答:是强调对于任何物体在任何条件下,这个相等关系都成立,对此可以从以下的几个方面理解

  1.不管物体的大小和形状如何,例如大物体与小物体之间,或者是小物体与大物体之间,或者是小物体与小物体之间,且是任何形状的物体之间,其相互作用力都是大小相等的;

  2.不管物体的运动状态如何,例如静止的物体之间、运动的物体之间或运动的物体与静止物体之间,其相互作用力都是相等的。

  3.作用力与反作用力的产生和消失是同时的,因为两者中间若有一个产生或者消失,则另一个必须同时产生或消失,否则其间的相等关系就不成立了。可见,认为作用力和反作用力的产生或者消失有先后关系是不对的。

  4.要注意区分一对作用力和反作用力及一对平衡力,请见下表:


产生

大小

方向

受力物体

性质

作用
效果

作用力和反作用力 同时产生
同时消失

相等

相反,作用于同一直线上

两个

相同

不能互相抵消

一对平衡力 一个力产
生或消失
,另一个
力不一定
同时产生
或消失

相等

相反,作用于同一直线上

一个

可以不同

互相抵消



  常见问题2:
气垫船与作用力、反作用力

问题:
气垫船与作用力、反作用力


解答:
    气垫船在行驶时,船体可以离开水面,速度每小时达100多公里。是什么力量把数百吨重的船托离水面呢?
    这个道理可以在日常生活中观察得。人走路时,后脚总要向后蹬地,对地面有一个作用力;同时,地面对人也有一个作用力,正是这个作用力使人向前移动。划船时,用桨向后划水,桨对水有向后的作用力,同时,水对桨也有一个作用力,这个力推动桨连同船体向前行进。游泳时,手臂用力向后划水,水对人也有力的作用,推动人向前游去。
    许多现象都说明一个道理:甲物体对乙物体有作用力时,乙物体必然也同时对甲物体施以作用力,物理学上把两个力中的一个叫做作用力,另一个叫做反作用力。科学家发现,作用力和反作用力的方向总是相反的;作用力越大。反作用力也越大。例如,当你用手掌向下打击桌面时,用力越大,你的手就感到越疼。 
    正是根据作用和反作用的原理,气垫船才能升离水面。这种船装有几台很大的鼓风机。鼓风机产生的压缩空气,由船底四周的环形通道以很高的速度向下喷出,使船体得到一个向上的反作用力。当这个反作用力达足以托起船体重量时,船体就被托离水面。由于水面和船体之间形成一层高压空气垫子,叫做气垫,所以这种船被命名为气垫船。它比在水中行驶的船受的阻力小得多。
    世界上第一艘载人气垫船,由英国工程师克里斯托弗.科克雷尔在1959年5月研制成功。现在许多国家的气垫船不仅能在水面航行,也可以在沼泽、沙漠或冰面上平稳地行驶。 
    摩擦使机器零件磨损,不但缩短了机器的寿命,且白白地耗去了不少的能量。人类一直在同摩擦作斗争,气垫在这方面大显身手。现代工业中采用的空气气垫轴承,工作时在轴项与轴承之间形成一层高压空气薄膜,即气垫,轴颈就能悬浮在气垫上旋转,使转动中的摩擦阻力几乎为零。采用空气气垫轴承的离心机转速可高达每分钟30——40万转,这是任何轴承所望尘莫及的。
  常见问题3:
关于一对作用力与反作用力

问题:
关于一对作用力与反作用力


解答:

    力是存在于两物体间的相互作用,甲物体对乙物体有作用力,乙物体也必对甲物体有作用力。它们相互以对方作为自已存在的前提,不能孤立地存在。我们把其中的任意一个力叫做作用力,另一个力叫做反作用力。根椐牛顿第三定律:两个物体间的作用力和反作用力大小相等、方向相反,作用在一条直线上。学习中还应注意以下几点:

   一、区别一对作用力与反作用力和一对平衡力:

   相同点:它们都具有大小相等、方向相反,作用在一条直线上的特征。

   不同点

    1)、作用点:一对作用力与反作用力分别作用在两个不同的物体上,而一对平衡力则作用在同一物体上。

    2)、性质:一对作用力与反作用力总是属于同一性质的力,而一对平衡力的性质可以不同。如图—1中物体受到的支持力N及它对地面的压力N’都属于弹力,而物体受到的一对平衡力则分别是重力(G)与水平面对它的支持力(N)。

   3)、一对作用力与反作用力一定是同时产生、同时变化、如上例中,当物体被缓缓提起的过程中有:N+T=G, 当T逐渐增大时,G不变,N=G-T反而减小直止为零。

               

4)、一对平衡力由于作用于同一物体其共同目的是为了保持物体处于平衡状态,而一对作用力与反作用力由于作用点分别作用在两个不同的物体上,所以各有各的效果,它们可以相同,也可以不同。如上例中水平面对物体的支持力及物体对水平面的压力产生的效果都是使物体发生形变。在图—2中被压缩弹簧向右推动一放置在光滑水平面上的物体加速运动时,弹簧对物体的推力使物体的运动状态改变,而物体对弹簧的推力使弹簧发生形变。

    二、一对作用力与反作用力的冲量:

    冲量是力对时间的一种累积作用,它是矢量,正由于一对作用力与反作用力的大小相等,方向相反,并且作用的时间相等,所以它们的冲量也一定是大小相等、方向相反的。对选定的由两个物体组成的系统而言,存在于它们之间的一对作用力与反作用力在任何一段时间内的冲量的矢量和总为零,即存在于系统间的内力不会改变系统的动量。若该系统不受外力或所受合外力为零,则该系统动量守恒。

    三、一对作用力与反作用力的做功情况:

    功是力对空间的一种累积作用,它是标量,它的大小等于力沿受力点位移方向的投影与受力点位移大小的乘积。哪一对作用力与反作用力做的功是否还一定有大小相等、符号相反呢?下面就这一问题作重点讨论:

       

    1)、作用力与反作用力做的功可以大小相等、符号相反:

    如图—2,在光滑的水平面上,用力F推靠在一起的A、B两物体向前运动一段位移,由于有FAB=-FBA,SA=SB,所以得:WAB=-WBA

    

     再如,图—3中A、B两物体叠放在一起在水平外力F作 用下向前加速运动过程中,存在于两物体间的静摩擦力做的功大小相等、符号相反。

    2)、作用力与反作用力做的功可以大小相等、符号相同:

     

(A)、都做正功:如图—4所示,放置于光滑水平面上的两个带异种电荷且完全相同的带电物体A、B,由静止开始在静电引力作用下各移动了一段大小相等的位移,由于两力的方向与其对应的位移同向,则两相互作用力做的功大小相等、符号相同。

(B)、都做负功:上例中,若两物体以相同的初速度分别向相反的方向运动,在任一段时间内通过的位移大小相等则两物体间的相互作用力做大小相等的负功。

    3)、作用力与反作用力做的功大小不等、符号相同:

    在图—4中,若A、B两物体的质量不等,则它们在相同的时间内完成的位移不等,则两相互作用力做的功大小不等、符号相同。

    4)、作用力与反作用力做的功大小不等、符号相反:

      

    如图—6所示,物体A以一定速度V滑上表面粗糙的木板B,木板B放在光滑水平面上在两物体达共同速度之前,由于SA>SB,则两物体间的滑动摩擦力做的功分别为W=fBA SA,W=fAB SB      其大小不等、符号相反。

    5)、作用力与反作用力中可以是一个力做功,而另一个力不做功:

   在上例中,若将木板B固定,则SB=0,即物体A对B的滑动摩擦力不做功,而B对A依然做负功。

    再如图—7所示,在光滑的水平面上由静止释放B物体,则在B向右加速运动的过程中,B对A的作用力不做功,而A对B的反作用力做正功。

     

    综上所述,一对作用力与反作用力做的功并不一定是大小相等、符号相反的,其原因是作用力与反作用力的作用点分别作用于两个不同的物体,在相互作用的过程中其位移并不一定相同。也正因为如此,由两个物体组成的系统若不受外力或所受外力做的功为零,但由于内力做功的代数和不一定为零,则该系统的总动能并不一定守恒,如在爆炸过程中,系统的内力做正功,系统的总动能增加。

 


  常见问题4:
为什么滑水运动员不会沉入水中?

问题:
    看到滑水运动员在水面上乘风破浪快速滑行时,你有没有想过,为什么滑水运动员站在滑板上不会沉下去呢?



解答:

    原因就在这块小小的滑板上。你看,滑水运动员在滑水时,总是身体向后倾斜,双脚向前用力蹬滑板,使滑板和水面有一个夹角。当前面的游艇通过牵绳拖着运动员时,运动员就通过滑板对水面施加了一个斜向下的力。而且,游艇对运动员的牵引力越大,运动员对水面施加的这个力也越大。因为水不易被压缩,根据牛顿第三定律(作用力与反作用力定律),水面就会通过滑板反过来对运动员产生一个斜向上的反作用力。这个反作用力在竖直方向的分力等于运动员的重力时,运动员就不会下沉。因此,滑水运动员只要依靠技巧,控制好脚下滑板的倾斜角度,就能在水面上快速滑行。

 

  常见问题5:
拔河比赛只是比力气吗?

问题:
拔河比赛只是比力气吗?



解答:

    拔河比赛比的是什么?很多人会说:当然是比哪一队的力气大喽!实际上,这个问题并不那么简单。

    根据牛顿第三定律(即当物体甲给物体乙一个作用力时,物体乙必然同时给物体甲一个反作用力,作用力与反作用力大小相等,方向相反,且在同一直线上),对于拔河的两个队,甲对乙施加了多大拉力,乙对甲也同时产生一样大小的拉力。可见,双方之间的拉力并不是决定胜负的因素。
    对拔河的两队进行受力分析就可以知道,只要所受的拉力小于与地面的最大静摩擦力,就不会被拉动。因此,增大与地面的摩擦力就成了胜负的关键。首先,穿上鞋底有凹凸花纹的鞋子,能够增大摩擦系数,使摩擦力增大;还有就是队员的体重越重,对地面的压力越大,摩擦力也会增大。大人和小孩拔河时,大人很容易获胜,关键就是由于大人的体重比小孩大。

   另外,在拔河比赛中,胜负在很大程度上还取决于人们的技巧。比如,脚使劲蹬地,在短时间内可以对地面产生超过自己体重的压力。再如,人向后仰,借助对方的拉力来增大对地面的压力,等等。其目的都是尽量增大地面对脚底的摩擦力,以夺取比赛的胜利。


  常见问题6:
为什么说施力物体同时也可受力物体?

问题:
为什么说施力物体同时也可受力物体?


解答:

    答:因为物体间力的作用是相互的.一个物体受到另一个物体对它的力的作用时,同时它也对另一个物体施加力的作用,物体间力的作用是同时发生的,施力物体与受力物体是相对的.所以说施力物体同时也是受力物体.


  常见问题7:
如何理解牛顿第三定律?

问题:
如何理解牛顿第三定律?


解答:

    定律内容: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,作用在一条直线上。

    几点说明:(1)作用力和反作用力同时产生、同时消失,同种性质,作用在不同的物体上各产生其作用效果,不会互相抵消。(2)作用力和反作用力的关系与物体的运动状态无关。(3)借助牛顿第三定律可以变换研究对象。(4)注意一对作用力和反作用力与一对平衡力的区别


  常见问题8:
什么是物体间力的作用相互性?

问题:
什么是物体间力的作用相互性?


解答:
   物体之间力的作用是相互的,即力总是成对出现的。没有只对其它物体施力而不受其它物体作用力的物体,也没有只受其它物体的作用力而不对其它物体施力的物体。如果甲、乙两个物体间发生了相互作用,则甲、乙两物体既是受力物体,同时也是施力物体。若以甲为研究对象,则乙称为施力物体,甲称为受力物体,乙对甲的作用力叫做作用力,甲对乙的作用力称为反作用力;同样,若以乙为研究对象,甲也对乙有力的作用,此时甲称为施力物体,乙称为受力物体,甲对乙的作用力也称为作用力,乙对甲的作用力称为反作用力。
  常见问题9:
如何正确把握牛顿第三定律?

问题:
如何正确把握牛顿第三定律?


解答:
    两个物体间的作用力和反作用力总是大小相等,方向相反,并且作用在同一直线上      F1=-F2
    ①力的作用是相互的。同时出现,同时消失。
    ②相互作用力一定是相同性质的力
    ③作用力和反作用力作用在两个物体上,产生的作用不能相互抵消。
    ④作用力也可以叫做反作用力,只是选择的参照物不同
    ⑤作用力和反作用力因为作用点不在同一个物体上,所以不能求合力


  常见问题10:
为什么说施力物体同时也可受力物体?

问题:
为什么说施力物体同时也可受力物体?


解答:

    因为物体间力的作用是相互的.一个物体受到另一个物体对它的力的作用时,同时它也对另一个物体施加力的作用,物体间力的作用是同时发生的,施力物体与受力物体是相对的.所以说施力物体同时也是受力物体.


  常见问题11:
从5个方面掌握牛顿第三定律

问题:
从5个方面掌握牛顿第三定律


解答:

1.力的作用相互性.

2.寻找一个力的反作用力的方法.牛顿第三定律告诉我们,作用力与反作用力大小相等、方向相反,但我们不能认为只要两个力大小相等、方向相反,这两个力就是一对作用力与反作用力.例如一对平衡力也是大小相等、方向相反,但一对平衡力是作用于同一物体的,它们显然不是一对作用力、反作用力.因此,寻找一个力的反作用力的正确方法.应是依据力的作用相互性,将施力物和受力物对调.

3.作用力与反作用的效果分别发生在两不同物体上,两效果间不存在确定的关系,两效果的表现形态也可能完全不同,它们不能互相抵消.

4.作用力与反作用力一定是同一性质的力.

5.一对平衡力与一对作用力、反作用力不同。


  常见问题12:
牛顿第三定律1

问题:

下面的说法正确的是(    )

A.马拉力加速前进时,马对车的拉力大于车拉马的力

B.物体除自身重力外,其它任何力都有施力物体

C.物块沿斜面下滑时,对斜面的摩擦力沿斜面向下

D.空中下落的物体受到地球的引力比它对地球的引力大一些




解答:

解析:物体之间的相互作用力、大小相等,方向相反这一关系,不论物体如何运动,不论两物体的质量和体积有何差异,都是成立的,故选C.

小结  本题直接考查相互作用力的关系.
  常见问题13:
牛顿第三定律2

问题:

某人在一以2.5m/s2的加速下降的升降机中最多能举起80kg的物体,在地面上最多能举起mkg的物体,若此人在匀加速上升的电梯中最多能举起40kg的物体,则此时电梯上升的加速度为am/s2,下列结果中正确的是(    )

A.m=65kg,a=5.6m/s2              B.m=55kg,a=5m/s2

C.m=68kg,a=10m/s2               D.m=60kg,a=5m/s2




解答:

解析:首先要理解题意“人能举起”反映了人能承受的最大压力,或人能提供的最大支持力。若升降机以2.5m/s2加速下降,如右图,对物体80×10-Nm=8.0×2.5

在地面上 =mg,m= =60kg.

在加速上升的电梯中对物体  -40×10=40a

a=5m/s2.

小结  本在考查牛顿第二定律的运用中,间接考查对相互作用力的理解.
文章录入:徐志兴    责任编辑:徐志兴 
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