牛顿第三定律的理解及应用

摘 要：牛顿第三定律是研究物体间相互作用力的规律，利用牛顿第三定律将研究对象转化，起到了承前启后的至关重要的作用。

关键词：牛顿第三定律； 研究对象； 相互作用力

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1006-3315（2012）12-032-001

牛顿第三定律不仅揭示两物体相互作用的规律，而且为解决力学问题，转换研究对象提供了理论基础，拓宽了牛顿第二定律的适用范围，是牛顿物理学中不可分割的重要组成部分。

1.内容：两个物体间的作用力和反作用力总是大小相等，方向相反，作用在同一条直线上。

2.对牛顿第三定律的深层次理解

2.1牛顿第三定律中包含了作用力和反作用力的四个特征，三个性质。

四个特征是：①等大；②反向；③共线；④同种性质力。

三个性质是：①相互性，即两者总是相互的，成对出现的。②异体性，即两者作用在彼此相互作用的两个不同物体上，这是与一对平衡力的最主要、最明显的区别。③同时性，即两者同时产生、同时变化、同时消失。

2.2区别作用力、反作用力和一对平衡力。内容：作用力与反作用力一对平衡力

受力物体 作用在两个相互作用的物体上 作用在同一物体上

依赖关系 相互依赖，不可单独存在，同时产生，同时消失 无依赖关系，撤去一个力，另一个可单独存在，只是不再平衡

叠加性 两者的作用效果不可抵消，不可叠加，不可求合力 两力的作用效果可以抵消，可叠加，可求合力，合力为零

力的性质 一定是同种性质的力 可以是同种性质的力，也可以是不同种性质的力

牛顿第三定律的应用：

1.在日常生活中

例1.日常生活中打鸡蛋时总是用鸡蛋与较硬物体的一条棱相碰，将鸡蛋打碎，而高级厨师在打鸡蛋时，总是用一个鸡蛋去打击另一个鸡蛋，假若两鸡蛋的抗破强度是相同的，以下观点最合理的是： （ ）

A.主动打击的鸡蛋更易破

B.被打击的鸡蛋更易破

C.两个鸡蛋一样容易破

D.无法确定哪个鸡蛋更易破

解析：如图1（甲）所示，假设右侧的鸡蛋以一定的速度v向左运动并与另一鸡蛋相碰，则它们间必存在相互作用的一对作用力和反作用力；对左侧鸡蛋而言，它在右侧鸡蛋的打击下受到一个向左的作用力F'，若该力大于其抗破强度，就会被击破；而右侧的鸡蛋，由于整体向左运动，受到打击而突然停下时，其中的液体蛋清由于惯性而继续向左运动，给蛋壁一个向左的作用力F1，同时左侧蛋壳还给它一个向右的撞击力F，如图1（乙）所示，由于F和F1两个力的方向相反，其合力就较小，当合力小于鸡蛋的抗破强度时就完好不碎，故在作用力不是太大的情况下应选B答案。

点评：本题以学生比较熟悉的打鸡蛋为背景，考查惯性的概念和牛顿第三定律的应用。

2.在生产中

例2.在高空工作时，作业人员站在墙边的高架窄板上，必须面壁站立，而不能背对墙站立，否则在弯腰时很容易从架板上摔下来，这里包含的物理知识是： （ ）

A.面向外很容易眼晕，导致恐高症

B.万一摔倒可以扶着墙壁

C.防止弯腰时臀部碰墙，受到墙的反作用力，而向外摔去

D.下面有保护网，这种要求是不必要的

解析：只有C符合作用力与反作用力关系的物理原理，人在弯腰时，臀迅速后移，很容易对墙产生一个较大作用力，而墙的反作用力使人向外摔去。所以C项对。

点评：本题通过高空建筑的作业人员，考查作用力与反作用力的特点及学以致用的能力。

3.在体育中

例3.第十四届国际泳联世界锦标赛会徽和吉祥物发布仪式于2009年3月24日在上海国际网球中心举行。大家知道蛙泳时双脚向后蹬水，水受到向后的作用力，则人体受到向前的反作用力，这就是人体获得的推进力。但在自由泳时，下肢是上下打水，为什么却获得向前的推进力呢？

解析：如图2表示人在自由泳时，下肢在某一时刻的动作：右脚向下打水，左脚向上打水。由于双脚与水的作用面是倾斜的，双脚对水的作用力是斜向后的，根据牛顿第三定律可知双脚所受水的反作用力P和Q是斜向前的。P的分力为P1和P2，而Q的分力为Q1和Q2，其中P1和Q1都是向前的分力，也就是下肢获得的推进力。

点评：本题围绕游泳比赛项目“自由泳”进行命题，立意新颖，涉及受力分析和牛顿第三定律，正确的分解双脚受到水的作用力是解题的关键。

4.在现代科技中

例4. 2009年4月15日零时16分，我国在西昌卫星发射中心用“长征三号丙”运载火箭，成功将第二颗北斗导航卫星送入预定轨道。下面关于卫星与火箭升空情形的叙述中正确的是：（ ）

A.火箭尾部向外喷气，喷出的气体对火箭产生一个反作用力，从而让火箭获得了向上的推力

B.火箭尾部喷出的气体对空气产生一个作用力，空气的反作用力使火箭获得飞行的动力

C.火箭飞出大气层后，由于没有空气，火箭虽然向后喷气，但也无法获得前进的动力

D.卫星进入运行轨道之后，与地球之间仍然存在一对作用力与反作用力

解析：火箭升空时，其尾部向下喷气，火箭箭体与被喷出的气体是一对相互作用的物体，火箭向下喷气时，喷出的气体同时对火箭产生向上的反作用力，即为火箭上升的推动力，此动力并不是由周围的空气对火箭的反作用力提供的，因而与是否飞出大气层、是否存在空气无关，因而B、C错误，A项正确；当火箭运载卫星进入轨道之后，卫星与地球之间依然存在相互吸引力，即地球吸引卫星，卫星也吸引地球，这也是一对作用力与反作用力，故D项正确。

点评：此题以我国第二颗“北斗导航卫星”立意命题，情景新颖，具有时代气息，考查作用力和反作用力的应用。