两个力F1和F2之间的夹角为θ,其合力为F。请判断以下说法是否正确,并简述理由。(1)合力F总比力F1和F2中的任何一个都大。(2)若力F1和F2大小不变,θ角越小,则合力F就越大。(3)若夹角θ不变,力F1大小不变,F2增大,则合力F一定增大。
(1)合力F总比力F1和F2中的任何一个都大。
(2)若力F1和F2大小不变,θ角越小,则合力F就越大。
(3)若夹角θ不变,力F1大小不变,F2增大,则合力F一定增大。
题目解答
答案
(2)根据平行四边形定则可知,若F1和F2大小不变,θ角越小,则合力F就越大,θ=0时,Fm=F1+F2,故说法正确;
(3)若夹角θ大于90°,F1大小不变,F2增大,合力F不一定增大,如两力夹角为180°,且F1大于F2时,F2增大时,合力减小,故说法错误;
答:(1)说法错误,理由见解析;
(2)说法正确,理由见解析;
(3)说法错误,理由见解析。
解析
考查要点:本题主要考查对力的合成平行四边形定则的理解,特别是合力与分力大小关系的判断,需结合不同情况下夹角对合力的影响进行分析。
解题核心思路:
- 合力与分力的大小关系:合力可能大于、等于或小于任一分力,具体取决于两力的夹角。
- 夹角对合力的影响:当两力大小固定时,夹角越小,合力越大;若夹角固定,某一力增大时,合力是否增大需结合夹角范围(锐角、直角、钝角)具体分析。
破题关键点:
- (1) 通过极端情况(如两力反向)判断合力是否一定更大。
- (2) 利用平行四边形定则推导夹角与合力的关系。
- (3) 分析夹角为钝角时,某一力增大对合力的反向影响。
第(1)题
关键结论:合力不一定比每个分力都大。
分析:
当两力方向相反时,合力大小为$|F_1 - F_2|$,此时若$F_1 > F_2$,则合力$F = F_1 - F_2$,显然小于$F_1$。例如,$F_1=5\ \text{N}$,$F_2=3\ \text{N}$,夹角$180^\circ$,则$F=2\ \text{N}$,比$F_2$小。因此说法错误。
第(2)题
关键结论:夹角越小,合力越大。
分析:
根据平行四边形定则,合力大小为:
$F = \sqrt{F_1^2 + F_2^2 + 2F_1F_2\cos\theta}$
当$F_1$和$F_2$固定时,$\cos\theta$随$\theta$减小而增大,导致$F$增大。当$\theta=0^\circ$时,$F$达到最大值$F_1 + F_2$。因此说法正确。
第(3)题
关键结论:夹角为钝角时,某一力增大可能使合力减小。
分析:
若$\theta > 90^\circ$,则$\cos\theta < 0$,此时合力公式为:
$F = \sqrt{F_1^2 + F_2^2 + 2F_1F_2\cos\theta}$
当$F_2$增大时,若$F_2$的增长不足以抵消$\cos\theta$的负值影响,合力可能减小。例如,$\theta=180^\circ$,$F_1=5\ \text{N}$,$F_2=3\ \text{N}$时,$F=2\ \text{N}$;若$F_2$增大到$4\ \text{N}$,则$F=1\ \text{N}$,反而减小。因此说法错误。