第 5 章 第 4 节 牛顿第三运动定律

我们知道，两个物体之间的作用总是相互的。一个物体对另一个物体施加作用力，这个物体同时也受到另一个物体对它产生的作用力。这两个力有什么关系呢？本节将学习作用力与反作用力以及牛顿第三运动定律。

1．作用力与反作用力

当你用手拍桌子时，你就对桌子施加了作用力；同时，你会感觉手痛，因为桌子也对 你的手施加了作用力（图 5-17）。

图 5-17 你拍桌子，桌子也“拍”你

你推别人时，别人也在推你。穿上轮滑鞋与同伴做图 5-18 所示的实验，你会发现： 当你推动同伴时，你自己也被同伴推动了。

图 5-18 你推他，他也在推你

当两个物体不直接接触时，如果一个物体施力于另一物体，是否也有类似情况呢？

迷你实验室

磁铁间的作用力

当两物体 A、B 不直接接触时，如果物体 A 施力于物体 B ，那么物体 B 也会施力于物体 A。

如图 5-19 所示，把两根条形磁铁放在尽可能光滑的台面上，让它们彼此接近但不直接接触，用两手分别按住它们以保持静止。当放开一只手或两只 手同时放开时，你看到了什么现象？这说明了什么？

图 5-19 条形磁铁间存在相互作用力

所有这类现象都表明，力的作用是相互的。物理学中，把物体间的这一对相互作用力称为作用力（acting force）与反作用力（reacting force）。我们可把其中任意一个力称为作用力，另一个力则称为反作用力。

2．牛顿第三运动定律及其意义

下面我们通过实验来观察物体间的作用力与反作用力的关系。

实验与探究

作用力与反作用力的关系

把两只弹簧测力计 A 和 B 的挂钩挂在一起，两手分别用水平力拉两只弹簧测力计（图 5-20），B 的示数可指示出 A 对 B 作用力的大小，而 A 的示数可指示 出 B 对 A 作用力的大小。

图 5-20 水平拉弹簧测力计

改变两手的拉力，看看两只弹簧测力计的示数如何变化。

观察并思考：作用力与反作用力的大小、方向和作用线分别有怎样的关系？

在长期研究的基础上，牛顿总结并提出了牛顿第三运动定律（Newton’s third law of motion），简称牛顿第三定律：两个物体之间的作用力与反作用力大小相等，方向相反，作用在同一条直线上。

如果用 F 表示作用力，F′ 表示反作用力，那么牛顿第三定律可用公式表示为

F = − F′

式中的负号表示作用力 F 与反作用力 F′ 的方向相反。作用力 F 和反作用力 F′ 分别作用于两个不同的物体。

牛顿第三定律揭示了物体之间相互作用的规律，使人们不仅可研究单个物体的运动， 还可把存在相互作用的各个物体的运动联系起来进行研究。

牛顿第三定律可用来解释许多现象。跳水运 动员在跳板上起跳时，他对跳板的蹬力与跳板对他的弹力是一对相互作用力。火箭发射升空时， 燃料燃烧产生气体，气体受力向下喷出，这些气体反过来给火箭施加了一个反作用力，把火箭送上太空（图 5-21）。

DIS实验室

探究作用力与反作用力的关系

将两个调零后的力传感器相互钩住，保持轴心在同一直线上，轻拉传感器，观察实验的 F-t 曲线（图 5-22），看看能得出什么结论。

    

节练习

1．如图所示，假如你在静止于水面的小船上从船头走向船尾，小船会向什么方向运动？试解释这一现象。

参考解答：小船会沿人运动的方向相反的方向运动。当人由静止从船头走向船尾时，人与船发生相互作用，人受到的摩擦力方向从船头指向船尾。根据牛顿第三运动定律，船受到摩擦力的方向从船尾指向船头。由于船受到水的阻力较小，船受到的合力方向从船尾指向船头，根据牛顿第二运动定律，船的加速度方向也从船尾指向船头，故船的运动方向与人的运动方向相反。

2．以卵击石，鸡蛋“粉身碎骨"，石头却“安然无恙”。这是否与牛顿第三定律矛盾？请解释此现象。

参考解答：根据牛顿第三运动定律，鸡蛋和石头受到的相互作用力等大、反向，由于鸡蛋能承受的力较小而石头能承受的力较大，故鸡蛋会碎，而石头“安然无恙”，这与牛顿第三定律并不矛盾。

3．请比较一对作用力和反作用力与一对平衡力的异同点，并举例说明。

参考解答：一对相互作用力与一对平衡力的异同点见下表。

举例：对于静止在水平桌面上的茶杯，桌子对茶杯的支持力与茶杯对桌面的压力是一对作用力与反作用力，两者分别作用在茶杯和桌面上，产生效果分别影响到茶杯和桌面；都是弹力；若桌子对茶杯的支持力消失，茶杯对桌子的压力也会消失。桌子对茶杯的支持力与茶杯重力是一对平衡力。两者都分别作用在茶杯上，共同效果是茶杯处于平衡状态，二力是不同性质的力；当桌子对茶杯的支持力消失时，茶杯重力仍然存在。

4．一物体悬挂在弹簧测力计上，并处于静止状态。请证明弹簧测力计的示数等于物体的重力。

参考解答：弹簧弹力测力计读数等于物体对弹簧的拉力大小。设物体对弹簧的拉力大小为 F，物体受到弹簧的拉力为 F′，物体受到的重力为G。

物体静止时，根据共点力的平衡条件，F′ = G

F 与 F′ 是作用力与反作用力，根据牛顿第三运动定律 F = F′

所以 F = G

即弹簧测力计的示数等于物体的重力。

5．关于马拉车，若马拉车的力大小为 F₁，车拉马的力大小为 F₂。下列说法正确的是

A．马拉车不动，是因为 F₁ 小于 F₂

B．马拉车前进，是因为 F₁ 大于 F₂

C．不论车如何运动，F₁ 总等于 F₂

D．只有当马拉车不动或马拉车匀速前进时，F₁ 才等于 F₂

参考解答：C

马拉车的力和车拉马的力是一对作用力与反作用力，其大小相等，方向相反。故C正确。

6．甲、乙两人玩手拉手拔河游戏，结果甲胜乙败。有同学错误地认为，甲取胜的原因是甲对乙的拉力大于乙对甲的拉力。请指出该同学的错误之处，并分析甲取胜的原因。

参考解答：错误之处：甲拉乙的力与乙拉甲的力是一对作用力与反作用力，其大小相等，方向相反。

甲获胜，甲加速度为 0 或者加速度方向由乙指向甲，乙的加速度方向一定是由乙指向甲。根据牛顿第二运动定律，地面对甲的摩擦力大于或等于乙对甲的拉力，甲对乙的拉力一定大于乙受到的地面摩擦力，因此，f_甲 > T_甲 = T_乙 > f_乙，即 f_甲 > f_乙。可见甲获胜的原因是甲受到的摩擦力大于乙受到的摩擦力。

发布时间：2022/4/3 下午5:07:18  阅读次数：2994