题目
现有汇交的两个力,其大小相等并与它们的合力的大小一样,那么此二力间的夹角必为()。A. 0^circ;B. 60^circ;C. 90^circ;D. 120^circ.
现有汇交的两个力,其大小相等并与它们的合力的大小一样,那么此二力间的夹角必为()。
A. $0^\circ$;
B. $60^\circ$;
C. $90^\circ$;
D. $120^\circ$.
题目解答
答案
D. $120^\circ$.
解析
本题考查力的合成以及余弦定理的应用。解题思路是先设出两个力的大小以及它们之间的夹角,再根据力的合成法则和已知条件列出等式,最后通过求解等式得出夹角的大小。
设这两个力的大小均为$F$,它们之间的夹角为$\theta$,合力大小也为$F$。
根据平行四边形定则,以这两个力为邻边作平行四边形,合力为平行四边形的对角线。
由余弦定理可得合力$F_{合}$的大小为:$F_{合}^{2}=F^{2}+F^{2}-2F\cdot F\cdot\cos(180^{\circ}-\theta)$。
因为$\cos(180^{\circ}-\theta)=-\cos\theta$,所以$F_{合}^{2}=F^{2}+F^{2}+2F^{2}\cos\theta = 2F^{2}(1 + \cos\theta)$。
已知合力大小$F_{合}=F$,则$F^{2}=2F^{2}(1 + \cos\theta)$。
由于$F\neq0$,等式两边同时除以$F^{2}$可得:$1 = 2(1 + \cos\theta)$。
接下来求解$\cos\theta$:
- 首先展开等式右边:$1 = 2 + 2\cos\theta$。
- 然后移项可得:$2\cos\theta = 1 - 2=-1$。
- 最后解得:$\cos\theta = -\frac{1}{2}$。
因为$0^{\circ}\leq\theta\leq180^{\circ}$,所以$\theta = 120^{\circ}$。