作用力与反作用力为什么不能在单个物体的受力图中抵消?
内容摘要:作用力与反作用力是两个物体之间同一次相互作用的两端,大小相等、方向相反,却分别作用于不同物体。分析单个物体时,只能纳入作用在它身上的力,不能把它对外施加的力也画进去。若扩大为包含双方的系统,这对力成为内力,才会在系统合力的求和中相消。
直接回答
作用力与反作用力是两个物体之间同一次相互作用的两端,大小相等、方向相反,却分别作用于不同物体。分析单个物体时,只能纳入作用在它身上的力,不能把它对外施加的力也画进去。若扩大为包含双方的系统,这对力成为内力,才会在系统合力的求和中相消。
直接回答:受力对象不同
作用力与反作用力不能在单个物体的受力图中抵消,原因不是两力大小不同,而是它们没有作用在同一个物体上。甲推乙时,甲对乙的力作用于乙,乙对甲的力作用于甲。两者大小相等、方向相反,但研究乙的运动时,只应把甲对乙的力纳入乙的受力分析,不能再把乙对甲的力搬过来。
抵消是对某个明确研究对象求合力时的说法。若没有先规定研究对象,单凭两支等长反向箭头就判断合力为零,实际上跳过了最关键的边界。第三定律描述相互作用的配对关系;物体是否加速,还要看作用在该物体上的全部外力之和。两类判断可以配合使用,却不能互相替代。
概念与条件:配对力和平衡力不同
识别一对作用力与反作用力,可以把名称写完整:甲对乙的接触力,对应乙对甲的接触力;地球对物体的引力,对应物体对地球的引力。施力者和受力者恰好交换。这种写法能避免只写推力、拉力、重力等简称后,把不同相互作用误配成一对。两力同时存在,不是先有作用、过一会儿才有反作用。
一本书静止放在水平桌面上,书受到向下的重力和向上的支持力。在仅考虑这两个竖直力的模型中,它们可以平衡,但并不是第三定律力对,因为两者都作用于书。支持力的配对力是书对桌面的压力;重力的配对力是书对地球的引力。等大反向只是配对力的特征之一,不能作为唯一识别标准。
两力相等也不要求两物体质量相等,更不要求运动变化相同。质量不同的两个物体受到同样大小的相互作用力,在其他受力条件相应明确时,加速度可以不同。因此,不能因为较重物体运动变化较小,就断言它受到的相互作用力较小。应把力的配对与各自的运动方程分别处理。
判断步骤:先圈边界,再画箭头
- 写出研究对象,是单个物体,还是由多个物体组成的系统。后续所有力都相对这条边界分类。
- 把每个力写成谁对谁的力,只把受力者位于所选边界内的力列入分析。
- 寻找第三定律力对时,交换施力者与受力者,核对是否来自同一次相互作用。
- 判断平衡或加速时,对同一研究对象的全部外力求和,不凭某一对相互作用力单独下结论。
如果把甲乙一起选为系统,甲对乙和乙对甲都发生在系统内部。这时它们在整体求合力时相消。但若随后改为只研究乙,甲对乙就成为乙的外力,必须重新列入。内力、外力是相对系统边界的分类,并不是某个力永久不变的身份。
教学自拟情境一:推墙为什么仍受力
以下为教学自拟情境,不是真题。学生用手水平推墙,手对墙的力为五十牛顿。墙没有明显移动。有人说,墙不动说明墙没有对手施力;另有人说,墙对手五十牛顿,手对墙五十牛顿,所以学生受到的水平合力必为零。两个说法是否成立?
答案:两个说法都不成立。根据第三定律,墙同时对手施加大小为五十牛顿、方向相反的力,墙是否明显移动不改变这个配对关系。分析学生时,手对墙的力作用在墙上,不能放入学生受力图。学生是否平衡,还要结合地面对学生等其他作用判断,不能只用这一对力相加。
教学自拟情境二:两块模型滑块怎样分系统
以下为教学自拟情境。光滑水平面上,甲乙两个相互接触的模型滑块质量分别为二千克、四千克。外界以十二牛顿水平力推甲,使两块一起加速,忽略其他水平作用。问题:整体加速度多大?甲对乙的推力多大?乙对甲的反作用力是否会使乙不再加速?
答案:整体质量为六千克,加速度为每二次方秒二米。单独研究乙,它的水平受力为甲的推力,因此该力为4×2=8牛顿。乙对甲的反作用力也是八牛顿,方向相反,但作用于甲,不会在乙的受力图中抵消甲对乙的推力。对整体而言,这两个八牛顿是内力,可以相消。
易错点:不要让运动结果替代力的配对
第一,静止不代表没有力,而可能是作用于同一对象的多个力合力为零。第二,物体动得更快不代表它对另一物体施力更大。第三定律力对始终按相互作用识别,运动状态需要另行计算。第三,较硬、较重或较大的物体,也不会因此在同一对相互作用中单方面施加更大的力。
另一个错误是把反作用理解成阻止运动的固定角色。人向后推地面,地面可以向前推人;向后排出气体的装置,也可以受到气体向前的作用。反作用只是同一相互作用的另一端,其方向要结合具体对象说明,不能统一说成与物体运动方向相反,更不能认为一定造成减速。
迁移方法:为每支箭头保留两个名字
面对拉绳、推车、脚蹬池壁等情境,可以先建立谁作用于谁的简表。每发现一个力,就尝试交换两端,找到配对力的受力对象。这样既能核对是否漏力,又能判断哪一支箭头应进入当前受力图。若交换后仍把受力者写成同一物体,通常说明配对出现了错误。
处理多物体问题时,可以先研究整体,利用内力相消求共同运动,再缩小边界求接触力或拉力。切换边界后要重新列力,不能直接沿用整体受力图。这个方法的关键在于同一物理作用如何跨越不同边界,而不是机械记住整体法或隔离法的名称。
小结
第三定律力对分别作用于双方,单个物体受力图中只纳入其中作用于它的一端。扩大系统后,双方相互作用可成为内力并在整体求和中相消。先选研究对象,再谈配对、平衡与加速,结论才不会串位。
常见问题
反作用力会晚一点出现吗?
不会。在这里讨论的经典相互作用模型中,两力同时存在。
重力和桌面支持力是一对作用力与反作用力吗?
不是。它们都作用于物体,分别对应物体对地球的引力和物体对桌面的压力。
质量大的物体会施加更大的配对力吗?
同一对作用力与反作用力大小相等,质量差异不改变这一关系。
两力相等为什么加速度可以不同?
加速度还取决于各自质量及其他受力,不能仅凭相互作用力相等判断。
内力永远不能出现在受力图中吗?
内外力取决于系统边界。某力对整体是内力,对其中一个物体可以是外力。
判断力对最直接的方法是什么?
把力写成甲对乙,再交换施力者和受力者,寻找乙对甲的同类相互作用。
资料来源与学习边界
本文用于公考常识基础学习;情境练习为教学自拟,并非官方真题或命题预测。
引用与权威来源
常见问题
反作用力会晚一点出现吗?
不会。在这里讨论的经典相互作用模型中,两力同时存在。
重力和桌面支持力是一对作用力与反作用力吗?
不是。它们都作用于物体,分别对应物体对地球的引力和物体对桌面的压力。
质量大的物体会施加更大的配对力吗?
同一对作用力与反作用力大小相等,质量差异不改变这一关系。
两力相等为什么加速度可以不同?
加速度还取决于各自质量及其他受力,不能仅凭相互作用力相等判断。
内力永远不能出现在受力图中吗?
内外力取决于系统边界。某力对整体是内力,对其中一个物体可以是外力。
判断力对最直接的方法是什么?
把力写成甲对乙,再交换施力者和受力者,寻找乙对甲的同类相互作用。