Lý thuyết và Bài tập Vật lí Lớp 10 - Chủ đề 2: Động lực học chất điểm - Chuyên đề 1: Tổng hợp và phân tích lực

Nội dung text: Lý thuyết và Bài tập Vật lí Lớp 10 - Chủ đề 2: Động lực học chất điểm - Chuyên đề 1: Tổng hợp và phân tích lực

1. CHƯƠNG 2: ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM CHUYÊN ĐỀ 1: TỔNG HỢP VÀ PHÂN TÍCH LỰC PHẦN 1: LÝ THUYẾT TRỌNG TÂM PHẦN 2: CÁC DẠNG BÀI TẬP Dạng 1: Tổng hợp lực 1. Phương pháp giải Để giải bài tập tổng hợp lực ta làm theo các bước Ví dụ: Hai lực đồng quy có cùng độ lớn bằng 30 N. sau: Biết góc giữa hai lực bằng 60°. Độ lớn lực tổng hợp bằng bao nhiêu? Hướng dẫn Bước 1: Viết biểu thức tổng hợp lực Lực tổng hợp tính bởi công thức: 2 2 2 Bước 2: Rút ra đại lượng cần tính F F1 F2 2.F1.F2.cos Bước 3: Thay số và tính 2 2 F F1 F2 2.F1.F2.cos Thay F1 F2 30 N, 60 ta được: Trang 1
2. F 302 302 2.30.30.cos60 30 3N 2. Ví dụ minh họa Ví dụ 1: Hai lực đồng quy có cùng độ lớn bằng 10N. Lực tổng hợp có độ lớn bằng 10 N. Góc giữa hai lực thành phần bằng A. 45o B. 60o C. 90o D. 120o Hướng dẫn 2 2 2 2 2 2 F F1 F2 Lực tổng hợp tính bởi biểu thức: F F1 F2 2.F1.F2.cos cos 2.F1.F2 102 102 102 1 Thay số: F F F 10 N vào ta được: cos 120o. 1 2 2.10.10 2 Chọn D. Ví dụ 2: Lực tổng hợp của hai lực đồng quy F 1 và F2 có độ lớn bằng 100 N. Biết F1 60 N và hai lực thành phần vuông góc với nhau. Độ lớn lực thành phần thứ hai bằng A. 40 N.B. 60 N.C. 80 N.D. 100 N. Hướng dẫn Vì hai lực thành phần vuông góc với nhau nên độ lớn lực tổng hợp: 2 2 2 2 2 2 F F1 F2 F2 F F1 l00 60 80N. Chọn C. Ví dụ 3: Hai lực đồng quy có độ lớn bằng 10 N và 8 N. Độ lớn lực tổng hợp có thể nhận giá trị bằng A. 1N.B. 10N.C. 20N.D. 80N. Hướng dẫn 2 2 2 Độ lớn lực tổng hợp: F F1 F2 2.F1.F2.cos 2 2 2 2 2 Mà theo tính chất của hàm 1 cos 1 F1 F2 2.F1.F2 F F1 F2 2.F1.F2 2 2 2 F1 F2 F F1 F2 F1 F2 F F1 F2 Thay số ta được: 10 8 F 10 8 2 F 18 Do đó trong 4 đáp án trên, F chỉ có thể nhận giá trị F = 10 N. Chọn B Dạng 2: Phân tích lực - điều kiện cân bằng của chất 1. Phương pháp giải Với bài tập phân tích lực, ta làm theo 2 bước Ví dụ: Phân tích lực F có độ lớn 60 N hướng xiên sau: góc so với phương ngang 30° thành 2 lực thành phần theo hai phương thẳng đứng và nằm ngang. Tính độ lớn các lực thành phần? Bước 1: Từ đầu mút vectơ biểu diễn lực, kẻ các Hướng dẫn Trang 2
3. đường thẳng song song với hai trục, giao với hai trục tại hai đầu mút của vectơ lực thành phần (thường phân tích theo hai phương vuông góc nhau). Bước 2: Vận dụng quy tắc hình bình hành, kết hợp các kiến thức hình học để xác định độ dài các vectơ Theo quy tắc hình bình hành ta thấy: AB F2 tương ứng biểu diễn độ lớn lực. Tam giác AOB vuông tại B do Oy vuông góc Ox Chú ý: Khi hai phương phân tích vuông góc với nhau thì hình bình hành trở thành hình chữ nhật, do Trong tam giác OAB, ta có: đó ta sử dụng định lí trong tam giác vuông để tính. o AB F2 OA.sin F.sin 30 30N. OB F OA.cos F.cos30 30 3 N. Với bài tập xác định điều kiện cân bằng của chất 1 điểm, ta làm theo 5 bước sau: Ví dụ: Một chất điểm nằm cân bằng dưới tác dụng của ba lực như hình vẽ. Biết F3 15 N. Tính độ lớn các lực F1 và F2? Bước 1: Xác định các lực tác dụng lên chất điểm, Hướng dẫn vẽ hình và biểu diễn lực. Tác dụng lên vật có ba lực F1, F2, F3. Bước 2: Viết biểu thức điều kiện cân bằng của chất điểm Vì chất điểm nằm cân bằng nên ta có:    F F1 F2 F3 0 * Bước 3: Chọn 1 hệ trục tọa độ Oxy (thường chọn Oy thẳng đứng, Ox nằm ngang) Bước 4: Phân tích các lực không cùng phương với phương của trục Oxy theo 2 phương Ox và Oy. Ta thấy lực F2 không cùng phương với trục Ox, Oy nên ta phải phân tích nó thành hai lực: F2y theo phương trục Oy và F2x theo phương trục Ox.    F2 = F2y F2x Vì lực F2y thẳng đứng nên ta xác định được góc Đồng thời tính độ lớn các lực ấy theo lực ban đầu. trên hình vẽ: 120 90 30. Xét tam giác vuông ABC ta có: 3 F F .cos F .cos30 F 2y 2 2 2 2 Trang 3
4. F F F .sin F .sin 30 2 Bước 5: Chiếu biểu thức điều kiện cân bằng lên hai 2x 2 2 2 trục để tìm lực mà bài yêu cầu. Chiếu biểu thức (*) lên các trục: Hợp lực theo phương Oy bằng 0 ta có: 3 F F 0 F F F 10 3N. Hợp lực theo phương Oy và Ox đều bằng 0. 2y 3 2 2 3 2 Hợp lực theo phương Ox bằng 0 ta có: F F F 0 F F 2 5 3N. 1 2x 1 2x 2 2. Ví dụ minh họa Ví dụ 1: Dùng một lực nằm ngang kéo quả cầu con lắc cho dây treo lệch khỏi phương thẳng đứng một góc 30°. Biết trọng lượng của quả cầu là 20 N, hãy tính độ lớn lực F? 20 3 A. 20 3N. B. N. C. 10 3N. D. 10N. 3 Hướng dẫn Quả cầu coi như chất điểm, tác dụng lên quả cầu có 3 lực: Trọng lực P, lực căng dây T và lực kéo F. Quả cầu nằm cân bằng nên ta có:   T P F 0 Lực căng dây không cùng phương với trục Ox hay Oy nên ta phải phân    tích theo hai phương này: T Tx Ty Độ lớn: xét tam giác vuông trên hình vẽ ta có: Ty T.cos ; Tx T.sin Chiếu biểu thức điều kiện cân bằng lên các trục. P Hợp lực theo phương Oy bằng 0: T P 0 T cos P T y cos Hợp lực theo phương Ox bằng 0: P 20 3 F T 0 F T T.sin .sin P.tan 20.tan 30o N. x x cos 3 Chọn B PHẦN 3: BÀI TẬP TỔNG HỢP Câu 1. Cho hai lực đồng quy có độ lớn bằng 8 N và 12 N. Độ lớn của hợp lực không thể là giá trị nào trong các đáp án sau đây? A. 19N.B. 4 N.C. 21 N.D. 7 N. Câu 2. Cho ba lực đồng quy cùng nằm trong một mặt phẳng, có độ lớn bằng F và từng đôi một làm thành góc 120°. Hợp lực của chúng có độ lớn bằng A. FB. 2FC. 0D. F 2 . Trang 4
5. Câu 3. Một vật có trọng lượng P 15 N được giữ yên trên một mặt phẳng nghiêng không ma sát bằng một sợi dây song song với mặt phẳng nghiêng. Góc nghiêng 30. Biết mặt phẳng nghiêng tác dụng lên vật một lực vuông góc với mặt phẳng nghiêng. Độ lớn lực căng dây bằng A. 5 N.B. 7,5 N.C. 7,5 3N. D. 7,5 2N. Câu 4. Một chất điểm chịu tác dụng đồng thời của 3 lực: F1 20 N, F2 20 N và F3. Biết góc giữa các lực là bằng nhau và đều bằng 120°. Tìm F3 để hợp lực tác dụng lên chất điểm bằng 0? A. 10 N.B. 20 2N. C. 20 3N. D. 20N. Câu 5. Một chiếc áo vừa giặt được treo lên chính giữa sợi dây phơi làm sợi dây bị kéo xuống tạo thành 2 đoạn hợp với nhau một góc 120°. Biết độ lớn lực căng của dây bằng 20 N. Khối lượng áo treo là A. 1 kg.B. 2 kg.C. 4 kg.D. 0,5 kg. Đáp án: 1 – C 2 – C 3 – B 4 – D 5 – B Trang 5