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在人们的生活实践中,力的作用是经常发生的,很容易被观察到.
当一个物体受到力的作用时,就一定会有另一个物体对它施加了力,前者叫受力物体,后者叫施力物体.也就是说,力是施力物体对受力物体的作用,那么施力物体有没有受到力呢?物理学家牛顿通过大量的研究发现,物体在施力的同时,也同时受到了力,这就是著名的牛顿第三定律,即作用力和反作用力定律.正确理解力的作用是相互的是学好力学的关键之一.那么怎样去理解力的作用是相互的呢?
1.从生活实例中理解
实例1 如图1所示,用脚踢球,脚是施力物体,足球是受力物体,球飞出去的同时,脚也感到疼,说明足球在受力的同时也对脚施加了力.
实例2 如图2所示,小华和小明穿着旱冰鞋静止在地面上,小华用力推小明,发现两人同时向相反的方向运动,说明小明受力的同时也对小华施加了力.
实例3 如图3所示,坐在船中的人用手推另一条船时,自己坐的船也同时在后退,说明人在对船施力的同时,人也受到了船施加的力.
2.从物理实验现象中去理解
实验1 如图4所示,把试管在水平桌面上平行放置,长木板置于试管上,将汽车开动后置于木板上,可以看到汽车向左运动的同时,木板在向右运动.
实验2 如图5所示,当气球放气后,我们看到气体向左吹,而气球却在向右运动.
3.从相互作用力的特性上去理解
通过图6的实验,我们会发现,B弹簧测力计拉A的力和A弹簧测力计拉B的力是一对相互作用力,它们方向相反,在一条直线上.通过读数,我们会发现,虽然示数一会儿大,一会儿小,但是在任意时刻,作用于两个弹簧测力计上的力的示数都是相等的,也就是一对相互作用力的大小是相等的.
4.从相互作用力和平衡的二力的区别上去理解
相互作用力和平衡的二力由于它们之间存在着共性,也存在着个性,所以很多同学对这两个概念容易混淆,这给准确的判断带来一定的影响,我们应该从以下几个方面去理解.
(1)要认识到相互作用的力是作用于两个不同物体上,而平衡的二力是作用在同一个物体上.例如,站在水平地面上不动的人,人对地面有一个压力,地面对人有一个支持力,这里的“压力”和“支持力”大小相等、方向相反,分别作用在地面和人身上.它们是一对相互作用力.在这个例子中,人受到的重力和地面对人的支持力,都作用在一条直线上,且大小相等、方向相反,都作用在人身上.所以这两个力是一对平衡力.
(2)要认识到物体间有相互作用,就一定有相互作用的两个力,例如,手拍桌子时,手给桌子一个力,桌子也给手施加了一个力.
(3)要认识到相互作用的两个力一定是同时产生、同时消失且是同一性质的力.而平衡的二力,去掉其中的一个力,另一个力可以仍然存在,并且可以是不同性质的力.例如,足球运动员踢足球,运动员和足球同时施力给对方,当足球飞出去后,这两个力就同时消失了,且这两个力都是弹力.又如,我们用绳子吊起一个重物,绳子对物体的拉力和物体的重力是一对平衡力.如果绳子突然断裂,拉力消失了,但是重力依然存在.其中拉力属于弹力,而重力属于引力,它们的性质是不同的.
5.典例解析
例1 学校操场上正在进行拔河比赛,甲、乙两班的同学都在拼命为本队加油,经过激烈的较量,甲队最终将乙队拉过了中央的红线而获胜.这个时候,有部分好学的同学就议论起甲队获胜的原因.有人认为甲队获胜是因为甲队的力气大,他们拉乙队的力大于乙队拉他们的力,你认为这样说对吗?谈谈你的理由.
解析 本题考查的是对力的作用是相互的这一概念的理解,当甲队和乙队发生相互作用时,甲队拉乙队的力与乙队拉甲队的力大小相等、方向相反,分别作用于甲队和乙队.至于甲队为什么获胜,那是因为两队在分别受到对方的一个作用力的同时,还分别受到地面的摩擦力作用.以乙队为研究对象,在水平方向,乙队受到甲队的拉力和地面对乙队的摩擦力,当拉力大于摩擦力时,乙队就被拉过去了,因此乙队就输了,图7的实验就可以一目了然.
答案 不是这样,因为力的作用是相互的,所以甲、乙两队之间的拉力大小相等.
例2 火箭在太空中飞行时,火箭是靠什么力飞行的?
解析 有部分同学认为:在大气层内,火箭喷出的气体推空气,根据力的作用是相互的,那么空气就推火箭,因此使火箭前进的力的施力物体是空气;而到了太空中,由于是真空,没有空气了,就没有施力物体,因此火箭就无法受力了,从而就无法实现改变运动状态了.其实,这是一种错误的理解.那么,火箭到底是靠什么力去改变运动状态的呢?原来,火箭喷出高速气体,火箭给气体很大的力使它加速,那么气体也给火箭力,反推火箭运动.这个过程是不需要空气作为依托的.试想想,如果你拿高压水枪射墙和射空气,手臂的受力是一样的.同样的道理,一把枪打出子弹,有后坐力,和有没有空气没有关系.如果把一把机关枪安装在一辆小车上,小车和地面之间基本没有摩擦,那么不断开枪,小车就会在后坐力的作用下,不断前进了.不管有没有空气小车都可以走,只不过火箭喷出的不是子弹,而是高速气流,气流的质量虽然小,但速度快,也能产生很大的“后坐力”,也就是高速气流给火箭的反作用力,才使得火箭获得一定的力,从而改变运动状态的.
答案 火箭喷出的火焰给火箭的反作用力
当一个物体受到力的作用时,就一定会有另一个物体对它施加了力,前者叫受力物体,后者叫施力物体.也就是说,力是施力物体对受力物体的作用,那么施力物体有没有受到力呢?物理学家牛顿通过大量的研究发现,物体在施力的同时,也同时受到了力,这就是著名的牛顿第三定律,即作用力和反作用力定律.正确理解力的作用是相互的是学好力学的关键之一.那么怎样去理解力的作用是相互的呢?
1.从生活实例中理解
实例1 如图1所示,用脚踢球,脚是施力物体,足球是受力物体,球飞出去的同时,脚也感到疼,说明足球在受力的同时也对脚施加了力.
实例2 如图2所示,小华和小明穿着旱冰鞋静止在地面上,小华用力推小明,发现两人同时向相反的方向运动,说明小明受力的同时也对小华施加了力.
实例3 如图3所示,坐在船中的人用手推另一条船时,自己坐的船也同时在后退,说明人在对船施力的同时,人也受到了船施加的力.
2.从物理实验现象中去理解
实验1 如图4所示,把试管在水平桌面上平行放置,长木板置于试管上,将汽车开动后置于木板上,可以看到汽车向左运动的同时,木板在向右运动.
实验2 如图5所示,当气球放气后,我们看到气体向左吹,而气球却在向右运动.
3.从相互作用力的特性上去理解
通过图6的实验,我们会发现,B弹簧测力计拉A的力和A弹簧测力计拉B的力是一对相互作用力,它们方向相反,在一条直线上.通过读数,我们会发现,虽然示数一会儿大,一会儿小,但是在任意时刻,作用于两个弹簧测力计上的力的示数都是相等的,也就是一对相互作用力的大小是相等的.
4.从相互作用力和平衡的二力的区别上去理解
相互作用力和平衡的二力由于它们之间存在着共性,也存在着个性,所以很多同学对这两个概念容易混淆,这给准确的判断带来一定的影响,我们应该从以下几个方面去理解.
(1)要认识到相互作用的力是作用于两个不同物体上,而平衡的二力是作用在同一个物体上.例如,站在水平地面上不动的人,人对地面有一个压力,地面对人有一个支持力,这里的“压力”和“支持力”大小相等、方向相反,分别作用在地面和人身上.它们是一对相互作用力.在这个例子中,人受到的重力和地面对人的支持力,都作用在一条直线上,且大小相等、方向相反,都作用在人身上.所以这两个力是一对平衡力.
(2)要认识到物体间有相互作用,就一定有相互作用的两个力,例如,手拍桌子时,手给桌子一个力,桌子也给手施加了一个力.
(3)要认识到相互作用的两个力一定是同时产生、同时消失且是同一性质的力.而平衡的二力,去掉其中的一个力,另一个力可以仍然存在,并且可以是不同性质的力.例如,足球运动员踢足球,运动员和足球同时施力给对方,当足球飞出去后,这两个力就同时消失了,且这两个力都是弹力.又如,我们用绳子吊起一个重物,绳子对物体的拉力和物体的重力是一对平衡力.如果绳子突然断裂,拉力消失了,但是重力依然存在.其中拉力属于弹力,而重力属于引力,它们的性质是不同的.
5.典例解析
例1 学校操场上正在进行拔河比赛,甲、乙两班的同学都在拼命为本队加油,经过激烈的较量,甲队最终将乙队拉过了中央的红线而获胜.这个时候,有部分好学的同学就议论起甲队获胜的原因.有人认为甲队获胜是因为甲队的力气大,他们拉乙队的力大于乙队拉他们的力,你认为这样说对吗?谈谈你的理由.
解析 本题考查的是对力的作用是相互的这一概念的理解,当甲队和乙队发生相互作用时,甲队拉乙队的力与乙队拉甲队的力大小相等、方向相反,分别作用于甲队和乙队.至于甲队为什么获胜,那是因为两队在分别受到对方的一个作用力的同时,还分别受到地面的摩擦力作用.以乙队为研究对象,在水平方向,乙队受到甲队的拉力和地面对乙队的摩擦力,当拉力大于摩擦力时,乙队就被拉过去了,因此乙队就输了,图7的实验就可以一目了然.
答案 不是这样,因为力的作用是相互的,所以甲、乙两队之间的拉力大小相等.
例2 火箭在太空中飞行时,火箭是靠什么力飞行的?
解析 有部分同学认为:在大气层内,火箭喷出的气体推空气,根据力的作用是相互的,那么空气就推火箭,因此使火箭前进的力的施力物体是空气;而到了太空中,由于是真空,没有空气了,就没有施力物体,因此火箭就无法受力了,从而就无法实现改变运动状态了.其实,这是一种错误的理解.那么,火箭到底是靠什么力去改变运动状态的呢?原来,火箭喷出高速气体,火箭给气体很大的力使它加速,那么气体也给火箭力,反推火箭运动.这个过程是不需要空气作为依托的.试想想,如果你拿高压水枪射墙和射空气,手臂的受力是一样的.同样的道理,一把枪打出子弹,有后坐力,和有没有空气没有关系.如果把一把机关枪安装在一辆小车上,小车和地面之间基本没有摩擦,那么不断开枪,小车就会在后坐力的作用下,不断前进了.不管有没有空气小车都可以走,只不过火箭喷出的不是子弹,而是高速气流,气流的质量虽然小,但速度快,也能产生很大的“后坐力”,也就是高速气流给火箭的反作用力,才使得火箭获得一定的力,从而改变运动状态的.
答案 火箭喷出的火焰给火箭的反作用力