牛頓第三定律的理解及應用

摘 要：牛頓第三定律是研究物體間相互作用力的規律，利用牛頓第三定律將研究對象轉化，起到了承前啟后的至關重要的作用。

關鍵詞：牛頓第三定律； 研究對象； 相互作用力

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1006-3315（2012）12-032-001

牛頓第三定律不僅揭示兩物體相互作用的規律，而且為解決力學問題，轉換研究對象提供了理論基礎，拓寬了牛頓第二定律的適用范圍，是牛頓物理學中不可分割的重要組成部分。

1.內容：兩個物體間的作用力和反作用力總是大小相等，方向相反，作用在同一條直線上。

2.對牛頓第三定律的深層次理解

2.1牛頓第三定律中包含了作用力和反作用力的四個特征，三個性質。

四個特征是：①等大；②反向；③共線；④同種性質力。

三個性質是：①相互性，即兩者總是相互的，成對出現的。②異體性，即兩者作用在彼此相互作用的兩個不同物體上，這是與一對平衡力的最主要、最明顯的區別。③同時性，即兩者同時產生、同時變化、同時消失。

2.2區別作用力、反作用力和一對平衡力。內容：作用力與反作用力一對平衡力

受力物體作用在兩個相互作用的物體上作用在同一物體上

依賴關系相互依賴，不可單獨存在，同時產生，同時消失無依賴關系，撤去一個力，另一個可單獨存在，只是不再平衡

疊加性兩者的作用效果不可抵消，不可疊加，不可求合力兩力的作用效果可以抵消，可疊加，可求合力，合力為零

力的性質一定是同種性質的力可以是同種性質的力，也可以是不同種性質的力

牛頓第三定律的應用：

1.在日常生活中

例1.日常生活中打雞蛋時總是用雞蛋與較硬物體的一條棱相碰，將雞蛋打碎，而高級廚師在打雞蛋時，總是用一個雞蛋去打擊另一個雞蛋，假若兩雞蛋的抗破強度是相同的，以下觀點最合理的是： （ ）

A.主動打擊的雞蛋更易破

B.被打擊的雞蛋更易破

C.兩個雞蛋一樣容易破

D.無法確定哪個雞蛋更易破

解析：如圖1（甲）所示，假設右側的雞蛋以一定的速度v向左運動并與另一雞蛋相碰，則它們間必存在相互作用的一對作用力和反作用力；對左側雞蛋而言，它在右側雞蛋的打擊下受到一個向左的作用力F'，若該力大于其抗破強度，就會被擊破；而右側的雞蛋，由于整體向左運動，受到打擊而突然停下時，其中的液體蛋清由于慣性而繼續向左運動，給蛋壁一個向左的作用力F1，同時左側蛋殼還給它一個向右的撞擊力F，如圖1（乙）所示，由于F和F1兩個力的方向相反，其合力就較小，當合力小于雞蛋的抗破強度時就完好不碎，故在作用力不是太大的情況下應選B答案。

點評：本題以學生比較熟悉的打雞蛋為背景，考查慣性的概念和牛頓第三定律的應用。

2.在生產中

例2.在高空工作時，作業人員站在墻邊的高架窄板上，必須面壁站立，而不能背對墻站立，否則在彎腰時很容易從架板上摔下來，這里包含的物理知識是： （ ）

A.面向外很容易眼暈，導致恐高癥

B.萬一摔倒可以扶著墻壁

C.防止彎腰時臀部碰墻，受到墻的反作用力，而向外摔去

D.下面有保護網，這種要求是不必要的

解析：只有C符合作用力與反作用力關系的物理原理，人在彎腰時，臀迅速后移，很容易對墻產生一個較大作用力，而墻的反作用力使人向外摔去。所以C項對。

點評：本題通過高空建筑的作業人員，考查作用力與反作用力的特點及學以致用的能力。

3.在體育中

例3.第十四屆國際泳聯世界錦標賽會徽和吉祥物發布儀式于2009年3月24日在上海國際網球中心舉行。大家知道蛙泳時雙腳向后蹬水，水受到向后的作用力，則人體受到向前的反作用力，這就是人體獲得的推進力。但在自由泳時，下肢是上下打水，為什么卻獲得向前的推進力呢？

解析：如圖2表示人在自由泳時，下肢在某一時刻的動作：右腳向下打水，左腳向上打水。由于雙腳與水的作用面是傾斜的，雙腳對水的作用力是斜向后的，根據牛頓第三定律可知雙腳所受水的反作用力P和Q是斜向前的。P的分力為P1和P2，而Q的分力為Q1和Q2，其中P1和Q1都是向前的分力，也就是下肢獲得的推進力。

點評：本題圍繞游泳比賽項目“自由泳”進行命題，立意新穎，涉及受力分析和牛頓第三定律，正確的分解雙腳受到水的作用力是解題的關鍵。

4.在現代科技中

例4. 2009年4月15日零時16分，我國在西昌衛星發射中心用“長征三號丙”運載火箭，成功將第二顆北斗導航衛星送入預定軌道。下面關于衛星與火箭升空情形的敘述中正確的是：（ ）

A.火箭尾部向外噴氣，噴出的氣體對火箭產生一個反作用力，從而讓火箭獲得了向上的推力

B.火箭尾部噴出的氣體對空氣產生一個作用力，空氣的反作用力使火箭獲得飛行的動力

C.火箭飛出大氣層后，由于沒有空氣，火箭雖然向后噴氣，但也無法獲得前進的動力

D.衛星進入運行軌道之后，與地球之間仍然存在一對作用力與反作用力

解析：火箭升空時，其尾部向下噴氣，火箭箭體與被噴出的氣體是一對相互作用的物體，火箭向下噴氣時，噴出的氣體同時對火箭產生向上的反作用力，即為火箭上升的推動力，此動力并不是由周圍的空氣對火箭的反作用力提供的，因而與是否飛出大氣層、是否存在空氣無關，因而B、C錯誤，A項正確；當火箭運載衛星進入軌道之后，衛星與地球之間依然存在相互吸引力，即地球吸引衛星，衛星也吸引地球，這也是一對作用力與反作用力，故D項正確。

點評：此題以我國第二顆“北斗導航衛星”立意命題，情景新穎，具有時代氣息，考查作用力和反作用力的應用。