牛顿第三定律
力是物体间的相互作用　　力是物体对物体的作用，只要有力发生，就一定要有受力物体和施力物体，施力物体是不是也要受到受力物体给予它的力呢？力是物体间的单方面作用，还是物体间的相互作用？
用手拉弹簧，手的肌肉收缩发生形变，同时弹簧也发生形变，这时不但弹簧受到手的拉力，手也受到弹簧的拉力，坐在椅子上用力推桌子，会感到桌子也在推我们，我们的身体要向后移，在平静的水面上，在一只船上用力推另一只船，另一只船也要推前一只船，两只船将同时向相反方向运动（图1）．在水面上放两个软木塞，一个软木塞上放一个小磁铁，另一个软木塞上放一个小铁条（图2）．可以看到，由于小磁铁和小铁条相互吸引，两个软木塞相向运动起来，地球和地面上物体之间的作用也是相互的，地面上的物体受到地球的吸引（重力），地球也受到地面上的物体的吸引．

观察和实验表明，两个物体之间的作用总是相互的，一个物体对另一个物体有力的作用，后一个物体一定同时对前一个物体有力的作用．力是物体与物体之间的相互作用．物体间相互作用的这一对力，常常叫做作用力和反作用力．把互相作用的两个力分成为作用力和反作用力并不是绝对的．我们可以把其中一个力叫做作用力，另一个力就叫做反作用力．
牛顿第三定律　　作用力和反作用力之间存在什么样的关系呢？
把两个弹簧秤A和B连接在一起（图3），用手拉弹簧称A，可以看到两个弹簧秤的指针同时移动，弹簧秤B的示数指出弹簧秤A对它的作用力F的大小，而弹簧秤A的示数指出弹簧秤B对它的反作用力F’的大小．可以看出，两个弹簧秤的示数是相等的，改变手拉弹簧的力，弹簧秤的示数也随着改变，但两个示数总相等，这说明作用力和反作用力大小相等，方向相反．
两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等，方向相反，作用在一条直线上，这就是牛顿第三定律．
牛顿第三定律在生活和生产中应用很广泛，人走路时用脚蹬地，脚对地面施加一个作用力，地面同时给脚一个反作用力，使人前进，轮船的螺旋浆旋转时，用力向后推水，水同时给螺旋浆一个反作用力，推动轮船前进，汽车的发动机驱动后轮转动，由于轮胎和地面间有摩擦，车轮向后推地面，地面给车轮一个向前的反作用力，使汽车前进，汽车的牵引力就是这样产生的．如果把后轮架空，不让它跟地面接触，这时让发动机驱动后轮转动，由于车轮不推地面，地面也不产生向前推车的力，汽车就不能前进．
请同学们根据上述自学的知识，回答下列问题．
①两个物体之间的作用力和反作用力，总是大小________，方向________，作用在________ 上，这就是牛顿第三定律．
②卵击石，石头没有损伤而鸡蛋破了，这一现象中，石头对鸡蛋的作用力大小________．（填空“大于”、“等于”或“小于”）鸡蛋对石头的作用力大小．
③项选择题人走路时用脚蹬地，脚对地面施加一个作用力F₁，地面同时给脚一个反作用力F₂，则这两个力的大小关系是：________
A、F₁＞F₂　　　　　　　B、F₁＜F₂　　　　　　C、F₁=F₂
④下列现象中，不是一对作用力与反作用力的是：________
A、划船时，船浆对水的力与水对浆的力
B、汽车行驶时，汽车轮后推地面的力与地面对车轮向前的力
C、地球对人的吸引力与人对地球的吸引力
D、静止在桌面上的茶杯，所受的重力与桌面对它的支持力
E、提水时，手提水桶的力与水桶对手向下的拉力
⑤根据你刚刚自学的牛顿第三定律的知识和你在初三所学的二力平衡的知识，比较一下：
物体间一对作用力和反作用力之间的关系与一对平衡力之间的关系有哪些相同点和不同点？

焦耳

　　焦耳（James　Prescort　Joule,1818～1889）英国杰出的物理学家。1818年12月24日生于曼彻斯特附近的索尔福德。父亲是个富有的啤酒厂厂主。焦耳从小就跟父亲参加酿酒劳动，学习酿酒技术，没上过正规学校。16岁时和兄弟一起在著名化学家道尔顿门下学习，然而由于老师有病，学习时间并不长，但是道尔顿对他的影响极大，使他对科学研究产生了强烈的兴趣。1838年他拿出一间住房开始了自己的实验研究。他经常利用酿酒后的业余时间，亲手设计制作实验仪器，进行实验。焦耳一生都在从事实验研究工作，在电磁学、热学、气体分子动理论等方面均作出了卓越的贡献。他是靠自学成为物理学家的。

　　焦耳是从磁效应和电动机效率的测定开始实验研究的。他曾以为电磁铁将会成为机械功的无穷无尽的源泉，很快他发现蒸汽机的效率要比刚发明不久的电动机效率高得多。正是这些实验探索导致了他对热功转换的定量研究。

　　从1840年起，焦耳开始研究电流的热效应，写成了《论伏打电所生的热》、《电解时在金属导体和电池组中放出的热》等论文，指出：导体中一定时间内所生成的热量与导体的电流的二次方和电阻之积成正比。此后不久的1842年，俄国著名物理学家楞次也独立地发现了同样的规律，所以被称为焦耳－楞次定律。这一发现为揭示电能、化学能、热能的等价性打下了基础，敲开了通向能量守恒定律的大门。焦耳也注意探讨各种生热的自然“力”之间存在的定量关系。他做了许多实验。例如，他把带铁芯的线圈放入封闭的水容器中，将线圈与灵敏电流计相连，线圈可在强电磁铁的磁场间旋转。电磁铁由蓄电池供电。实验时电磁铁交替通断电流各15分钟，线圈转速达每分钟600次。这样，就可将摩擦生热与电流生热两种情况进行比较，焦耳由此证明热量与电流二次方成正比，他还用手摇、砝码下落等共13种方法进行实验，最后得出：“使1磅水升高1°F的热量，等于且可能转化为把838磅重物举高1英尺的机械力（功）”（合460千克重米每千卡）。总结这些结果，他写出《论磁电的热效应及热的机械值》论文，并在1843年8月21日英国科学协会数理组会议上宣读。他强调了自然界的能是等量转换、不会消灭的，哪里消耗了机械能或电磁能，总在某些地方能得到相当的热。这对于热的动力说是极好的证明与支持。因此引起轰动和热烈的争议。

　　为了进一步说服那些受热质说影响的科学家，他表示：“我打算利用更有效和更精确的装置重做这些实验。”以后他改变测量方法，例如，将压缩一定量空气所需的功与压缩产生的热量作比较确定热功当量；利用水通过细管运动放出的热量来确定热功当量；其中特别著名的也是今天仍可认为是最准确的桨叶轮实验。通过下降重物带动量热器中的叶片旋转，叶片与水的摩擦所生的热量由水的温升可准确测出。他还用其他液体（如鲸油、水银）代替水。不同的方法和材料得出的热功当量都是423.9千克重·米每千卡或趋近于423.85千克重·米每千卡。

　　在1840～1879年焦耳用了近40年的时间，不懈地钻研和测定了热功当量。他先后用不同的方法做了400多次实验，得出结论：热功当量是一个普适常量，与做功方式无关。他自己1878年与1849年的测验结果相同。后来公认值是427千克重·米每千卡。这说明了焦耳不愧为真正的实验大师。他的这一实验常数，为能量守恒与转换定律提供了无可置疑的证据。

　　1847年，当29岁的焦耳在牛津召开的英国科学协会会议上再次报告他的成果时，本来想听完后起来反驳的开尔文勋爵竟然也被焦耳完全说服了，后来两人合作得很好，共同进行了多孔塞实验（1852），发现气体经多孔塞膨胀后温度下降，称为焦耳－汤姆孙效应，这个效应在低温技术和气体液化方面有广泛的应用。焦耳的这些实验结果，在1850年总结在他出版的《论热功当量》的重要著作中。他的实验，经多人从不同角度不同方法重复得出的结论是相同的。1850年焦耳被选为英国皇家学会会员。此后他仍不断改进自己的实验。恩格斯把“由热的机械当量的发现（迈尔、焦耳和柯尔丁）所导致的能量转化的证明”列为19世纪下半叶自然科学三大发现的第一项。

选自：《物理教师手册》

打印本文