2021-2022学年高二物理竞赛：牛顿第三运动定律课件.pptx

牛顿第三运动定律牛顿第三运动定律v两个物体之间的作用力和反两个物体之间的作用力和反作用力，在同一直线上，大作用力，在同一直线上，大小相等而方向相反。小相等而方向相反。（当一个物（当一个物体对第二个物体施加一个力，那第二个物体对第二个物体施加一个力，那第二个物体对第一个物体施加一个大小相等方向相体对第一个物体施加一个大小相等方向相反的力。）反的力。）牛顿第三运动定律牛顿第三运动定律用铁锤钉钉子。用铁锤钉钉子。数学表达式数学表达式:注意注意:1.:1.作用力与反作用力同生同灭。作用力与反作用力同生同灭。2.2.作用力与反作用力分别作用于两个不同的物体作用力与反作用力分别作用于两个不同的物体,各产生其效果。各产生其效果。3.3.作用力与反作用力性质相同。作用力与反作用力性质相同。v例题例题米开朗基罗的助手被安排了一项工作，就是用米开朗基罗的助手被安排了一项工作，就是用雪橇拉回一块大理石（图雪橇拉回一块大理石（图4-12）。他对他的老板说，）。他对他的老板说，“当当我对雪橇施加一个向前的力时，雪橇就会施加一个大小相我对雪橇施加一个向前的力时，雪橇就会施加一个大小相等方向相反的向后的力。因此我怎么可能拉动它呢？无论等方向相反的向后的力。因此我怎么可能拉动它呢？无论我用多大的力气去拉，向后的反作用力都会跟我向前的力我用多大的力气去拉，向后的反作用力都会跟我向前的力相等，因此合外力一定是零。我永远也不可能拉得动它的。相等，因此合外力一定是零。我永远也不可能拉得动它的。”他说的对么？他说的对么？v 解答：解答：不对。不对。v 虽然作用力和反作用力的大小是相等的，但是它们是作虽然作用力和反作用力的大小是相等的，但是它们是作用在不同的物体上的。用在不同的物体上的。v要判断助手是否可以拉动冰块，必须只考虑助手身上的所要判断助手是否可以拉动冰块，必须只考虑助手身上的所有受力。在这里助手受到两个力有受力。在这里助手受到两个力地面对助手施加的水地面对助手施加的水平方向的摩擦力平方向的摩擦力（他向后蹬地面的力越大，地面给他的（他向后蹬地面的力越大，地面给他的向前的摩擦力就越大向前的摩擦力就越大牛顿第三定律），和雪橇对助手牛顿第三定律），和雪橇对助手施加的向后的拉力施加的向后的拉力。v如果他向后蹬地的力量足够大，地面对他施加的摩擦力如果他向后蹬地的力量足够大，地面对他施加的摩擦力 就可以大于雪橇向后拉他的力就可以大于雪橇向后拉他的力，他就可以获得向前的加，他就可以获得向前的加速度了（牛顿第二定律）。当助手对雪橇的向前的拉力大速度了（牛顿第二定律）。当助手对雪橇的向前的拉力大于地面给雪橇的摩擦力，雪橇就可以向前加速了于地面给雪橇的摩擦力，雪橇就可以向前加速了。图图4-13 4-13 例题例题4-5 4-5 助手水平助手水平方向上的受力。方向上的受力。在国际单位制中在国际单位制中，使用向下的重力加速度使用向下的重力加速度 ，物体所受的重力，物体所受的重力 可以写可以写为：为：力的方向竖直向下指向地心。物体所受的重力的大力的方向竖直向下指向地心。物体所受的重力的大小为小为mg，通常被叫做物体的重量。，通常被叫做物体的重量。注意：注意：质量为质量为1.00kg的物体在地球上重的物体在地球上重9.8N。在月球或其他星球上，一个给定质量的物体的重量与在地球在月球或其他星球上，一个给定质量的物体的重量与在地球上的重量是不同的。例如，在月球上重力加速度是地球上的上的重量是不同的。例如，在月球上重力加速度是地球上的六分之一，质量为六分之一，质量为1.0kg的物体的重量就只有的物体的重量就只有1.6N。Little Story 从前，有这样一件事：一个商人向荷兰渔民购入从前，有这样一件事：一个商人向荷兰渔民购入50005000吨吨青鱼，装在船上，从荷兰一个城市运到靠近赤道的非洲城青鱼，装在船上，从荷兰一个城市运到靠近赤道的非洲城市马加的海港去。到了那里，一过磅，发现青鱼少了将近市马加的海港去。到了那里，一过磅，发现青鱼少了将近1919吨。奇怪！到哪里去了呢？被偷走是不可能的，因为轮吨。奇怪！到哪里去了呢？被偷走是不可能的，因为轮船沿途并没有靠过岸。船沿途并没有靠过岸。当时大家都无法揭开这个秘密，现在我们终于知道它的当时大家都无法揭开这个秘密，现在我们终于知道它的原因了：由于地球是稍带椭圆的，它的南北极的半径要比原因了：由于地球是稍带椭圆的，它的南北极的半径要比赤道半径小赤道半径小2020公里。半径越小，吸引力越大；反之亦然。公里。半径越小，吸引力越大；反之亦然。但是重力只是引力的一个分量，是非向心的那个分量，而但是重力只是引力的一个分量，是非向心的那个分量，而称重的时候实际上是测量重力大小。在荷兰的五千吨青鱼，称重的时候实际上是测量重力大小。在荷兰的五千吨青鱼，运到靠近赤道时，青鱼的就自然变运到靠近赤道时，青鱼的就自然变“轻轻”了了。分析静止在桌子上的物体：分析静止在桌子上的物体：物体静止物体静止合外力为零合外力为零重力重力 竖直向下竖直向下桌子对它有一个向上的力，如图所示。桌子对它有一个向上的力，如图所示。物体下面的桌子被挤压，由于桌子的物体下面的桌子被挤压，由于桌子的弹性，它要恢复原有形状需要向上推弹性，它要恢复原有形状需要向上推举物体。这个由桌子施加的力通常称举物体。这个由桌子施加的力通常称作作接触力接触力，因为它发生在两个物体接，因为它发生在两个物体接触的时候。触的时候。当接触力作用在垂直于接触面的方向当接触力作用在垂直于接触面的方向时，又被叫做时，又被叫做正压力（正压力（normal force）在图中标记为在图中标记为 。如果你用手来按压该物体，如果你用手来按压该物体，图中所示的力会怎么变化图中所示的力会怎么变化？有哪些是不变的？有哪些是不变的？v例失重现象例失重现象一位体重一位体重65kg的女士站在向下运动的女士站在向下运动的电梯里，电梯加速度约为的电梯里，电梯加速度约为0.20g，竖直，竖直向下。如向下。如果她站在一个弹簧秤上读取示数。（果她站在一个弹簧秤上读取示数。（a）在这个加）在这个加速过程中，她的重量是多少？秤上的读数是多少？速过程中，她的重量是多少？秤上的读数是多少？（b）如果电梯以）如果电梯以2.0m/s的速度匀速下降，秤上的的速度匀速下降，秤上的读数是多少？读数是多少？解题思路解题思路：首先作出受力分析（研究对象为首先作出受力分析（研究对象为这位女士）。加速度的方向向下，因此我们这位女士）。加速度的方向向下，因此我们可以选取该方向为正方向。可以选取该方向为正方向。解：我们可以解出解：我们可以解出 ，方向向上。，方向向上。这是秤施加给人的力，与人施加给秤的力大小相等方向相反：这是秤施加给人的力，与人施加给秤的力大小相等方向相反：女士的重量（重力）仍然是女士的重量（重力）仍然是但是秤只要给她施加但是秤只要给她施加0.80mg的力，因此读数是的力，因此读数是0.80m=52kg。（b）现在没有了加速度，）现在没有了加速度，a=0，因此根据牛顿第二定律，因此根据牛顿第二定律，秤上读取的是她的质量秤上读取的是她的质量65kg。注意：注意：(a)中体秤给出的读数是52kg（称作“视重”），但是她的质量并没有因为加速度而发生变化，仍然是65kg。例例 力矢量相加力矢量相加 计算图中工人计算图中工人A和和B对小船施加的力的合力。对小船施加的力的合力。解题思路解题思路：我们采用第三章中矢量合成的方法来计算力矢量的相加。第我们采用第三章中矢量合成的方法来计算力矢量的相加。第一步是选择一个一步是选择一个xy直角坐标系，然后将它们进行分解。直角坐标系，然后将它们进行分解。例题例题 一个冰球在摩擦力忽略不计的水平冰面上匀速滑一个冰球在摩擦力忽略不计的水平冰面上匀速滑行。以下哪个是对冰球作出正确的受力分析？如果冰行。以下哪个是对冰球作出正确的受力分析？如果冰球停下来呢？球停下来呢？解答解答：（b）是正确的。冰球）是正确的。冰球在冰面上以恒定的速度滑行，在冰面上以恒定的速度滑行，合外力为零。合外力为零。解决问题步骤解决问题步骤牛顿定律；受力分析牛顿定律；受力分析v画一个反应实际情况的草图画一个反应实际情况的草图v针对每一个物体作受力分析针对每一个物体作受力分析v进行必要的矢量分解进行必要的矢量分解/合成合成（牛顿第二定律涉及的（牛顿第二定律涉及的是矢量，对于解决矢量问题，矢量分解的方法很是矢量，对于解决矢量问题，矢量分解的方法很重要。）重要。）v针对每个物体在各方向上运用牛顿第二定律针对每个物体在各方向上运用牛顿第二定律v解方程或者方程组来获得未知量解方程或者方程组来获得未知量注意：注意：当我们只考虑物体平动时，物体上的所有受力可以看作作用在物体的中心，也当我们只考虑物体平动时，物体上的所有受力可以看作作用在物体的中心，也就是说将物体看作一个质点。但是，如果涉及转动或者静力学，力的作用点就就是说将物体看作一个质点。但是，如果涉及转动或者静力学，力的作用点就非常重要了，不可随便移动。这类问题将在非常重要了，不可随便移动。这类问题将在10、11、12章讨论章讨论。例例 连接体连接体 两个盒子两个盒子A和和B，被一个轻质绳连接在一，被一个轻质绳连接在一起，静止在一个光滑（无摩擦）的水平桌面上。盒子起，静止在一个光滑（无摩擦）的水平桌面上。盒子的质量为的质量为12.0kg和和10.0kg。一个。一个40.0N的水平力的水平力 施施加在加在10.0kg的盒子上，如图所示。求（的盒子上，如图所示。求（a）每个盒子）每个盒子的加速度（的加速度（b）连接盒子的绳上张力。）连接盒子的绳上张力。v对两个盒子分别作出对两个盒子分别作出受力分析受力分析v列出牛顿运动方程列出牛顿运动方程解：解：（a）对盒子A 对盒子B，水平方向只有 ，因此 盒子是连起来的，如果绳子是拉紧的且没有拉伸，那么两个盒子具有相同的加速度。因此 两式相加（b）从盒子从盒子B的等式（的等式（），可以解出绳子的张力），可以解出绳子的张力：另一种解答：另一种解答：将两盒子看成一个整体，它只受到水平方向的力，这样可以获得同样的结果。（张力可以看成系统内力，它在整个系统中的贡献是零）注意注意 可能有人认为人施加的拉力不止作用在盒子可能有人认为人施加的拉力不止作用在盒子A还作用在还作用在盒子盒子B上。这是一个错误的认识。上。这是一个错误的认识。只作用在盒子只作用在盒子A上。它是上。它是通过绳子的张力影响到盒子通过绳子的张力影响到盒子B的，张力的，张力 作用在盒子作用在盒子B上并提上并提供了加速度供了加速度。