淺談作用力與反作力的認識誤區

劉進

【摘要】 作用力與反作用力是物理課程的重點內容，也是學生容易混淆的知識內容。文章通過舉例進行作用力與反作用力的認識誤區的探討，并幫助學生樹立正確的知識概念，以提高物理學習質量。

【關鍵詞】 作用力 反作用力 認識誤區

【中圖分類號】 G633.7 【文獻標識碼】 A 【文章編號】 1992-7711（2019）01-099-01

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近段時間在講到牛頓第三定律中的作用力與反作用力時，發現很多資料中在涉及到作用力與反作用力的問題時，存在一定程度的認識誤區。這樣不僅不能加強學生對概念的理解，反而使學生的認識更加模糊，甚至形成錯誤的觀點。現舉出一些例子來重新認識一下作用力與反作力：

例1、下列有關相互作用的說法正確的是（ ）

A.蘋果從樹上落下，落向地球，說明蘋果受地球的引力，而地球不動，說明地球不受蘋果的作用力

B.人拉車加速運動時，人拉車的力大于車拉人的力

C.籃球運動員甲將球扔出去的力和動動員乙接球時的力是作用力與反作用力的關系

D.大炮發射炮彈的過程，炮彈給炮身也有反作用力

在這道題中，編者沒有給出具體的分析和解答過程，只是簡單的給出一個答案：D。那么， D這個答案究竟對不對呢？

我們現在對這四個選項全部分析一下：

A.蘋果落地，說明蘋果受到了地球的引力，根據作用力與反作力的性質，地球也一定受到蘋果對它的引力。地球只所以不動，是因為蘋果的這個引力對地球來說太小，對地球運動狀態的改變量很小，所以很難觀察到。故A選項錯。

B.人拉車加速運動時，人拉車的力與車拉人的力是一對作用力與反作用力。根據牛頓第三定律可知；這兩個力大小相等，方向相反，作用在一條直線上。人之所以會加速是因為地面對人的摩擦力大于車拉人的力，而車加速是因為人拉車的力大于車受到地面的摩擦力。故選項B錯。

C.甲將球扔出去說明甲和球之間有力的作用，乙接球說明乙和球之間有力的作用，這兩次作用之間有作用力和反作用力。但甲和乙之間并沒有相互作用，所以甲和乙之間沒有作用力與反作用力。故選項C錯。

D.大炮發射炮彈的過程中，炮彈是向前飛的，而炮身是向后退的。那么炮彈向前運動的力是炮身給的嗎？不是，炮彈向前飛是炮彈給它后面噴出的氣體一個向后的推力作用。根據作用力與反作力，噴出的氣體同時又給炮彈一個向前的反作用力，是這個反作用力推著炮彈往前飛的。噴出的氣體在向后運動的時候碰到炮身，又和炮身發生作用，推著炮身往后退，再次形成一對作用力與反作用力。實際上，炮彈和炮身之間并沒有相互作用。如果一定說有，那也是炮彈和炮身之間有摩擦力的作用，而在這里摩擦力是阻止炮彈飛出去的力，故不是考查的真正對象。故D選項也不對。

在這道題中，你可以認為是編者沒有說清楚。我們接著再看看另外一道題：

例2、甲、乙兩隊拔河，甲隊勝，下列說法中正確的是……（ ）

A.甲對乙的拉力大于乙對甲的拉力，所以甲隊勝

B.甲隊把乙隊勻速拉過去時，甲對乙的拉力等于乙對甲的拉力

C.當甲隊把乙隊加速拉過去時，甲對乙的拉力大于乙對甲的拉力

D.甲對乙的拉力始終等于乙對甲的拉力，只是地面對甲的最大靜摩擦力大于地面對乙的最大靜摩擦力，所以甲隊勝

[解析]甲對乙的拉力與乙對甲的拉力是一對作用力與反作用力，根據牛頓第三定律，它們的大小相等，與物體的運動狀態無關，A、B、C錯；拔河過程中，甲、乙兩隊水平方向均各自受靜摩擦力與繩拉力，若乙隊受到地面的靜摩擦力小于繩對乙隊的拉力時，則乙隊被加速拉動。若乙隊受到地面的靜摩擦力等于乙隊的拉力時，則乙隊被勻速拉動，所以D是正確的。

編者在解析中很明確的指出：甲對乙的拉力與乙對甲的拉力是一對作用力與反作用力。我覺得這種說法是欠思考的。

大家都知道，拔河比賽時，甲隊的人拉著繩子的一端，而乙隊人拉著繩子的另一端。我們對甲隊的人進行整體受力分析如右圖甲所示，對乙隊的進行受力分析如右圖乙所示，對繩子進行受力分析如右圖丙所示。

根據牛頓第三定律知：甲隊對繩子的拉力FT1′與繩子對甲隊的拉力FT1是一對作用力與反作用力，其大小是相等的，即：FT1=FT1′（1）

繩子對乙隊的拉力FT2與乙隊對繩子的拉力FT2′是一對作用力與反作用力，其大小是相等的，即：FT2=FT2′（2）

如果甲隊把乙隊勻速拉過去，則說明甲隊、乙隊以及繩子水平方向受力都是平衡的，由受力平衡可知：FT1′=FT2′……（3）

由（1）（2）（3）合得：FT1=FT2

如果甲隊把乙隊加速拉過去，則甲隊、乙隊及繩子都有一個加速度a，根據牛頓第二定律，故有：FT1′-FT2′=M繩a………（4）由（1）（2）（4）合得：FT1-FT2=M繩a

所以：FT1>FT2 故選項D是不正確的，而B、C選項是正確的。

后來有學生提出，在第一章力學中的彈力一節中，曾對輕細繩上的彈力作過這樣的描述：一根張緊的輕繩上的拉力處處相等。那么這一結論是否與上面的（4）式相矛盾呢？（見學苑出版社出版的《高中全程復習優化設計》第2頁）

我們再來看一下（4）式：假如繩子靜止或做勻速直線運動，則a=0，有：FT1′-FT2′=0，即FT1′=FT2′；如果繩子做加速運動，則有：FT1′-FT2′=M繩a。兩隊人相拉產生的加速度a總是一個有限的數字常量，如果中間的繩看成輕繩，即M繩這個量非常小，甚至可能認為趨近于零，則M繩a也應該是個很微小的量，那么就可以近似的看成FT1′-FT2′=0，即：FT1′=FT2′.可見這里面其實并不矛盾。但上面僅僅是一種為了方便研究問題的理想假設，在例2中并不能這樣來判定。

牛頓第三定律說的很明白：兩個物體之間的作用力與反作用力總是大小相等，方向相反，作用在同一條直線上。這是沒有任何疑問的，問題往往出在要判斷的這兩個力究竟是不是一對作用力與反作用力。下面給出一個判斷作用力與反作用力的方法，供大家參考：

（1）兩物體有相互作用（但不一定接觸），即離開其中一個物體，作用力與反作用力立刻消失。

（2）作用力的施力物體和受力物體與反作用力的施力物體和受力物體恰恰相反，即作用力的施力物體是反作用力的受力物體，作用力的受力物體是反作用力的施力物體。