Xem toàn bộ tài liệu Lớp 10: tại đây

Xem thêm các sách tham khảo liên quan:

• Giải Vật Lí Lớp 10
• Sách Giáo Khoa Vật Lý 10
• Giải Sách Bài Tập Vật Lí Lớp 10
• Sách Giáo Viên Vật Lí Lớp 10
• Sách giáo khoa vật lý 10 nâng cao
• Sách Giáo Viên Vật Lí Lớp 10 Nâng Cao
• Sách Bài Tập Vật Lí Lớp 10
• Sách Bài Tập Vật Lí Lớp 10 Nâng Cao

Giải Bài Tập Vật Lí 10 – Bài 13: Lực. Tổng hợp và phân tích lực (Nâng Cao) giúp HS giải bài tập, nâng cao khả năng tư duy trừu tượng, khái quát, cũng như định lượng trong việc hình thành các khái niệm và định luật vật lí:

Câu c1 (trang 61 sgk Vật Lý 10 nâng cao): Từ thí nghiệm trên rút ra kết luận gì?

Lời giải:

Thí nghiệm chứng tỏ lực là một đại lượng vectơ được xác định bởi phép cộng vectơ F→ = F₁→ + F₂→, đồng thời phép tổng hợp hai lực đồng qui, đồng phẳng tuân theo qui tắc hình bình hành: 2 lực thành phần là 2 cạnh kề nhau của hình bình hành, lực tổng hợp là đường chéo hình bình hành tại điểm đồng qui.

Câu c2 (trang 61 sgk Vật Lý 10 nâng cao): Nếu phải tổng hợp nhiều lực đồng quy thì vận dụng quy tắc này như thế nào?

Lời giải:

Giả sử có nhiều lực đồng quy F₁→, F₂→, F₃→, …

+ Áp dụng quy tắc hình bình hành, tìm hợp lực của F₁→ và F₂→ ta được F₁₂→.

+ Tiếp tục sử dụng quy tắc hình bình hành tìm hợp lực của F₁₂→ và F₃→ ta được F₁₂₃→.

Làm tương tự cho đến hết ta tìm được lực tổng hợp F_1..n→

Câu 1 (trang 62 sgk Vật Lý 10 nâng cao): Chiếc xà lan ở hình 13.2 chịu tác động của những lực nào?

Lời giải:

Chiếc xà lan chịu tác dụng của những lực sau : lực kéo F₁→ và F₂→ của hai cano, trọng lực P→, lực đẩy Acsimet F_A→, lực cản của nước và không khí, lực hấp dẫn…

Câu 2 (trang 62 sgk Vật Lý 10 nâng cao): Trong dân gian trước đây thường dùng câu “vụng chẻ khỏe nêm” để nói về tác dụng của các nêmtrong việc chẻ củi. Nêm là một vật cứng có tiết diện hình tam giác nhọn, được cắm vào khúc củi như hình 13.9. Tại sao gõ mạnh vào nêm thì củi bị bứa ra?

Lời giải:

• Khi ta gõ mạnh vào nêm thì nêm tác dụng lên khối gỗ một lực F→, lực này sẽ được phân tích thành hai thành phần lực F₁→ và F₂→ tác dụng lên khối gỗ theo hai phương vuông góc với mặt bên của nêm, ta chọn Ox và Oy lần lượt vuông góc với 2 mặt bên.

Theo quy tắc hình bình hành ta thấy F₁ = F₂ và F₁, F₂ rất lớn so với F (vì góc hợp bởi F₁→ và F₂→ là góc tù > 90^o). Dưới tác dụng của F₁ và F₂ làm cho khối gỗ bị tách ra.

Bài 1 (trang 62 sgk Vật Lý 10 nâng cao): Gọi F₁, F₂ là độ lớn của hai lực thành phần, F là độ lớn hợp lực của chúng. Câu nào sau đây là đúng?

A. Trong mọi trường hợp F luôn luôn lớn hơn cả F₁ và F₂.

B. F không bao giờ nhỏ hơn F₁ và F₂.

C. Trong mọi trường hợp F thỏa mãn │F₁ – F₂│ ≤ F ≤ F₁ + F₂.

D. F không bao giờ bằng F₁ hoặc F₂.

Lời giải:

Chọn C.

Áp dụng quy tắc hình bình hành: F→= F₁→+ F₂→

Ta được:

Vì 0^o ≤ α ≤ 180^o nên -1 ≤ cosα ≤ 1 ⇒ |F₁ – F₂| ≤ F ≤ |F₁ + F₂|.

Bài 2 (trang 63 sgk Vật Lý 10 nâng cao): Cho hai lực đồng quy có độ lớn F₁ = F₂ = 20N. Hãy tìm độ lớn hợp lực của hai lực khi chúng hợp với nhau một góc α = 0^o, 60^o, 80^o, 120^o, 180^o. Vẽ hình biểu diễn cho mỗi trường hợp. Nhận xét về ảnh hưởng của góc α đối với mỗi trường hợp.

Lời giải:

* Trường hợp α = 0^o: Độ lớn hợp lực của hai lực được tính bằng công thức:

* Trường hợp α = 60^o:

* Trường hợp α = 90^o:

* Trường hợp α = 120^o:

Vì F₁ = F₂ và α = 120^o nên từ hình vẽ ta được F = F₁ = F₂ = 20N

* Nhận xét:

Ta thấy khi góc α hợp bởi hai lực thành phần tăng dần từ 0^o đến 180^o thì độ lớn hợp lực của chúng giảm từ giá trị cực đại F₁ + F₂ về giá trị cực tiểu │F₁ – F₂│.

Bài 3 (trang 63 sgk Vật Lý 10 nâng cao): Cho hai lực đồng quy có độ lớn F₁ = 16N, F₂ = 12N

a. Hợp lực của chúng có thể có độ lớn 30N hoặc 3,5N được không?

b. Cho biết độ lớn của hợp lực là F = 20N. Hãy tìm góc giữa hai lực F₁ và F.

Lời giải:

a) Áp dụng quy tắc hình bình hành: F→= F₁→+ F₂→

Ta được:

Vì 0^o ≤ α ≤ 180^o nên -1 ≤ cosα ≤ 1 ⇒ |F₁ – F₂| ≤ F ≤ |F₁ + F₂|

Vậy hợp lực của hai lực F₁ = 16N và F₂ = 12N không thể có độ lớn 30N và 3,5N được.

b) Tam giác có các cạnh 12,16,20 là tam giác vuông, cạnh huyền bằng 20 suy ra góc giữa F₁ và F₂ bằng 90^o.

Bài 4 (trang 63 sgk Vật Lý 10 nâng cao): Cho ba lực đồng quy cùng nằm trong một mặt phẳng, có độ lớm bằng nhau và từng đôi một làm thành góc 120^o (hình 13.10). Tìm hợp lực của chúng.

Lời giải:

Vì F₁ = F₂ và (F₁→, F₂→) = 120^o nên F₁₂→= F₁→+ F₂→ có:

Độ lớn F₁₂ = F₁ = F₂

Hướng: F₁₂→ hợp với F₂→ một góc bằng 60^o.

Do vậy F₁₂→ hướng ngược chiều với F₃→ và có độ lớn F₁₂ = F₃.

Vậy hợp lực F₁₂₃→ = F₁→+ F₂→+ F₃→= F₁₂→ + F₃→ = 0.

Bài 5 (trang 63 sgk Vật Lý 10 nâng cao):

Hãy dùng quy tắc hình bình hành và quy tắc đa giác để tìm hợp lực của ba lực F₁→, F₂→ và F₃→ có độ lớn bằng nhau và nằm trong cùng một mặt phẳng. Biết rằng F₂→ làm thành với hai lực F₁→ và F₃→ những góc đều là 60^o (hình 13.11).

Lời giải:

Áp dụng quy tắc hình bình hành, tìm hợp lực của hai lực F₁→ và F₃→.

Ta có: F₁₃→= F₁→+ F₃→

Vì F₁ = F₃ và (F₁→,F₃→) = 120^o nên hợp lực F₁₃→ có độ lớn F₁₃ = F₁ = F₃.

F₁₃→ có hướng hợp với F₁→ một góc 60^o nên: F₁₃→↗↗ F₂→

⇒ F→= F₁→+ F₂→+ F₃→= F₁₃→+ F₂→

Vì F₁₃ = F₂ = F₁ nên F→= 2.F₂→

Vậy F→ có độ lớn F = 2.F₂, có cùng phương, cùng chiều với F₂→.

Bài 6 (trang 63 sgk Vật Lý 10 nâng cao): Tìm hợp lực của bốn lực đồng quy trong hình 13.12. Biết F₁ = 5N, F₂ = 3N, F₃ = 7N, F₄ = 1N

Lời giải:

Hợp lực của bốn lực đồng quy là:

F→= F₁→+ F₂→+ F₃→+ F₄→

Đặt: F₁₃→= F₁→+ F₃→; F₂₄→= F₂→+ F₄→

Vì F₁→ ↗↙ F₃→; F₂→ ↗↙ F₄→ và F₃ > F₁; F₂ > F₄ nên:

F₁₃= F₃ – F₁ = 7 – 5 = 2N

F₂₄= F₂ – F₄ = 3 – 1 = 2N

và F₁₃→↗↗ F₃→; F₂₄→↗↗ F₂→

⇒ F₁₃→⊥ F₂₄→

⇒ F→= (F₁→+ F₃→) + (F₂→+ F₄→) = F₁₃→+ F₂₄→ có độ lớn:

F→ có hướng lập thành với F₃→ một góc α thỏa mãn:

Bài 7 (trang 63 sgk Vật Lý 10 nâng cao): Một chiếc mắc áo treo vào điểm chính giữa của dây thép AB. Khối lượng tổng cộng của mắc và áo là 3kg (hình 13.13). Biết AB = 4m, CD = 10cm. Tính lực kéo mỗi nửa sợi dây.

Lời giải:

Mắc và áo tác dụng lên điểm D một lực chính bằng trọng lượng tổng cộng của mắc và áo là P→.

Ta phân tích P→ thành 2 lực thành phần F₁→ và F₂→, hai lực này có tác dụng làm căng dây DA và dây DB. Do điểm đặt của trọng lực P→ ở trung điểm của dây AB và phương P→ thẳng đứng nên F₁ = F₂ và F₁→ đối xứng F₂→ qua P→.

Hình bình hành có hai cạnh liên tiếp bằng nhau là hình thoi.

Từ hình vẽ ta thấy:

Vậy F₁ = F₂ = 300,37N