Toptailieu biên soạn và sưu tầm lời giải bài tập Vật Lí 10 Bài 13: Tổng hợp và phân tích lực. Cân bằng lực sách Kết nối tri thức hay, chi tiết sẽ giúp học sinh dễ dàng trả lời câu hỏi Vật Lí 10 Bài 13 từ đó học tốt môn Lí 10.

 Vật Lí 10 Kết nối tri thức Bài 13: Tổng hợp và phân tích lực. Cân bằng lực

Khởi động trang 56 Vật lí 10: Hai tàu kéo giống nhau dùng dây cáp để kéo một tàu chở hàng bị chết máy vào cảng bằng hai lực $\stackrel{\rightharpoonup }{F_1}$ và $\stackrel{\rightharpoonup }{F_2}$ như hình dưới đây.

- Tàu chở hàng sẽ chuyển động theo hướng nào?

- Làm thế nào để tính được độ lớn của lực kéo tác dụng lên tàu chở hàng?

Lời giải:

- Tàu chở hàng sẽ chuyển động theo hướng của lực tổng hợp (mũi tên màu hồng) được xác định theo hai lực thành phần $\stackrel{\rightharpoonup }{F_1}$ và $\stackrel{\rightharpoonup }{F_2}$.

- Để tính được độ lớn của lực kéo tác dụng lên tàu chở hàng ta phải xác định được độ lớn của các lực thành phần $\stackrel{\rightharpoonup }{F_1}$ và $\stackrel{\rightharpoonup }{F_2}$ đồng thời phải xác định được góc hợp bởi hai lực $\stackrel{\rightharpoonup }{F_1}$ và $\stackrel{\rightharpoonup }{F_2}$.

Câu hỏi trang 56 Vật lí 10: Tại sao lực đẩy của người bố trong hình 13.1b có tác dụng như lực đẩy của hai anh em?

Phương pháp giải:

Quan sát hình 13.1 để trả lời.

Lời giải:

Lực đẩy của người bố trong hình có tác dụng như lực đẩy của hai anh em vì người bố khỏe, lực đẩy của bố bằng tổng lực đẩy của hai anh em cộng lại.

Câu hỏi trang 57 Vật lí 10

Câu hỏi trang 57 Vật lí 10: 

Câu hỏi 1 trang 57 Vật lí 10: Dựa vào Hình 13.2, hãy nêu cách xác định độ lớn và chiều của hợp lực trong hai trường hợp:

a) Vật chịu tác dụng của hai lực cùng phương, cùng chiều (Hình 13.2a)

b) Vật chịu tác dụng của hai lực cùng phương, ngược chiều (Hình 13.2b)

Phương pháp giải:

Quan sát hình 13.2 để trả lời.

Lời giải:

- Hình 13.2a: Vật chịu tác dụng của hai lực cùng phương, cùng chiều nên lực tổng hợp cũng cùng phương, cùng chiều với hai lực thành phần và có độ lớn bằng tổng của hai lực thành phần cộng lại: $F=F_1+F_2$

- Hình 13.2b: Vật chịu tác dụng của hai lực cùng phương, ngược chiều nên lực tổng hợp sẽ có chiều giống với lực thành phần có độ lớn lớn hơn. Độ lớn: $F=\left|F_1-F_2\right|$

Câu hỏi 2 trang 57 Vật lí 10: Nêu quy tắc tổng hợp hai lực cùng phương.

Phương pháp giải:

Quan sát hình 13.2 để trả lời.

Lời giải:

Quy tắc tổng hợp hai lực cùng phương:

Lực tổng hợp của hai lực $\overrightarrow{F_1},\overrightarrow{F_2}$ cùng phương là một lực $\overrightarrow{F}$

- Phương: cùng phương với hai lực thành phần

- Chiều:

+ $\overrightarrow{F_1}\uparrow \uparrow \overrightarrow{F_2} \Rightarrow \overrightarrow{F_1}\uparrow \uparrow \overrightarrow{F_1},\overrightarrow{F_2}$

+ $\overrightarrow{F_1}\uparrow \downarrow \overrightarrow{F_2}$: thì $\overrightarrow{F}$ sẽ cùng chiều với lực có độ lớn lớn hơn

- Độ lớn:

+ $\overrightarrow{F_1}\uparrow \uparrow \overrightarrow{F_2} \Rightarrow F=F_1+F_2$

+ $\overrightarrow{F_1}\uparrow \downarrow \overrightarrow{F_2} \Rightarrow F=\left|F_1-F_2\right|$

Câu hỏi trang 57 Vật lí 10

Câu hỏi 1 trang 57 Vật lí 10: Cho hai lực đồng quy có độ lớn $F_1=6N$ và $F_2=8N$.

Nếu hợp lực có độ lớn F = 10N thì góc giữa hai lực $\overrightarrow{F_1}$ và $\overrightarrow{F_2}$ bằng bao nhiêu? Vẽ hình minh họa.

Phương pháp giải:

Vận dụng cách tổng hợp hai lực đồng quy.

Lời giải:

Ta thấy: $10=\sqrt{6^2+8^2}\Rightarrow F=\sqrt{{F_1}^2+{F_2}^2}$

Suy ra $F_1\perp F_2$

Câu hỏi 2 trang 57 Vật lí 10: Giả sử lực kéo của mỗi tàu kéo ở đầu bài đều có độ lớn bằng 8000 N và góc giữa hai dây cáp bằng .

a) Biểu diễn các lực kéo của mỗi tàu và hợp lực tác dụng vào tàu chở hàng.

b) Tính độ lớn của hợp lực của hai lực kéo.

c) Xác định phương và chiều của hợp lực.

d) Nếu góc giữa hai dây cáp bằng  thì hợp lực của hai lực kéo có phương, chiều và độ lớn như thế nào?

Phương pháp giải:

Vận dụng cách tổng hợp hai lực đồng quy.

Lời giải:

a)

Biểu diễn các lực kéo của mỗi tàu và hợp lực tác dụng vào tàu trở hàng :

b)

Độ lớn của hợp lực là:

$$\begin{gathered} F=\sqrt{{F_1}^2+{F_2}^2+2F_1{F}_2.\cos (F_1,F_2)} \\ \iff F=\sqrt{{8000}^2+{8000}^2+2.8000.8000.\cos {30}^o} \\ \iff F=15455N \end{gathered}$$

c)

Hợp lực có:

- Chiều: hướng về phía trước

- Phương: hợp với $\overrightarrow{F_1}$ góc ${15}^o$

d) Nếu góc giữa hai dây cáp bằng ${90}^o$ thì hợp lực có:

- Phương: xiên

- Chiều hướng sang trái hoặc phải.

- Độ lớn: $F=\sqrt{{F_1}^2+{F_2}^2}$

Câu hỏi trang 58 Vật lí 10

Câu hỏi trang 58 Vật lí 10: Quan sát quyển sách đang nằm yên trên mặt bàn (Hình 13.5)

a) Có những lực nào tác dụng lên quyển sách?

b) Các lực này có cân bằng không? Vì sao?

Phương pháp giải:

Quan sát hình 13.5

Lời giải:

a) Các lực tác dụng lên quyển sách gồm: Trọng lực $\overrightarrow{P}$, phản lực $\overrightarrow{N}$ của bàn.

b) Các lực này có cân bằng vì quyển sách nằm yên.

Câu hỏi trang 58 Vật lí 10

Câu hỏi 1 trang 58 Vật lí 10: Một ô tô chịu một lực  hướng về phía trước và một lực hướng về phía sau (Hình 13.6). Hỏi hợp lực tác dụng lên ô tô có độ lớn bằng bao nhiêu và hướng về phía nào?

Phương pháp giải:

Sử dụng quy tắc tổng hợp hai lực cùng phương, ngược chiều.

Lời giải:

Ta thấy: $\overrightarrow{F_1}\uparrow \downarrow \overrightarrow{F_2}\Rightarrow F=\left|F_1-F_2\right|=\left|400-300\right|=100N$

Và có chiều hướng về phía trước.

Câu hỏi 2 trang 58 Vật lí 10: Quan sát cặp tình huống ở Hình 13.7.

a) Tình huống nào có hợp lực khác 0?

b) Mô tả sự thay đổi vận tốc (độ lớn, hướng) của mỗi vật trong hình, nếu có.

Phương pháp giải:

- Quan sát hình 13.7.

- Vận dụng lý thuyết các lực cân bằng và không cân bằng.

Lời giải:

a)

Tình huống có hợp lực khác 0 là:

- Dùng tay đẩy để bút chì chuyển động nhanh dần

- Qủa bóng vừa rơi khỏi mép bàn.

b)

 - Dùng tay đẩy để bút chì chuyển động nhanh dần: độ lớn vận tốc sẽ tăng dần, hướng chuyển động về phía trước.

- Quả bóng vừa rơi khỏi mép bàn: độ lớn vận tốc tăng dần, hướng chuyển động theo phương thẳng đứng hướng xuống.

Câu hỏi trang 59 Vật lí 10

Câu hỏi trang 59 Vật lí 10: Một vật được giữ yên trên một mặt phẳng nhẵn bởi một lò xo (Hình 13.9).

Câu hỏi 1 trang 59 Vật lí 10: Có những lực nào tác dụng lên vật?

Phương pháp giải:

Vận dụng quy tắc phân tích lực.

Lời giải:

Các lực tác dụng lên vật gồm: trọng lực $\overrightarrow{P}$, phản lực $\overrightarrow{N}$, lực kéo $\overrightarrow{F}$, lực đàn hồi của lò xo.

Câu hỏi 2 trang 59 Vật lí 10: Phân tích trọng lực tác dụng lên vật thành hai lực thành phần và nêu rõ tác dụng của hai lực này.

Phương pháp giải:

Vận dụng quy tắc phân tích lực.

Lời giải:

Thành phần $\overrightarrow{P_1}$ có tác dụng kéo vật chuyển động xuống phía dưới.

Thành phần $\overrightarrow{P_2}$ có tác dụng giữ vật trên mặt phẳng nghiêng.

Em có thể trang 59 Vật lí 10

Em có thể 1 trang 59 Vật lí 10: Vận dụng quy tắc hình bình hành để tìm hợp lực của hai lực đồng quy.

Lời giải:

Ví dụ:

Để tìm hợp lực của hai lực đồng quy $\overrightarrow{F_1}$ và $\overrightarrow{F_2}$ ta làm như sau:

- Vẽ hai vectơ $\overrightarrow{F_1}$ và $\overrightarrow{F_2}$ đồng quy tại O.

- Vẽ một hình bình hành có hai cạnh liền kề trùng với hai vectơ $\overrightarrow{F_1}$ và $\overrightarrow{F_2}$.

- Vẽ đường chéo hình bình hành có cùng gốc O. Vectơ hợp lực $\overrightarrow{F}$ trùng với đường chéo này.

Em có thể 2 trang 59 Vật lí 10: Phân tích được một lực thành hai lực thành phần vuông góc.

Lời giải:

Ví dụ:

Để phân tích được lực $\overrightarrow{F_3}$ thành hai thành phần $\overrightarrow{F_1^{\text{'}}}$ và $\overrightarrow{F_2^{\text{'}}}$ theo hai phương MO và NO, ta làm như sau:

- Từ đầu mút C của vectơ $\overrightarrow{F_3}$ ta kẻ hai đường thẳng song song với hai phương NO và MO, chúng cắt những phương này tại các điểm E và G.

- Các vectơ $\overrightarrow{OE}$ và $\overrightarrow{OG}$ biểu diễn các lực thành phần $\overrightarrow{F_1^{\text{'}}}$ và $\overrightarrow{F_2^{\text{'}}}$

Vậy lực $\overrightarrow{F_3}$ được phân tích thành 2 lực thành phần vuông góc là $\overrightarrow{F_1^{\text{'}}}$; $\overrightarrow{F_2^{\text{'}}}$.

Lý thuyết Bài 13: Tổng hợp và phân tích lực. cân bằng lực

I. Tổng hợp lực – hợp lực tác dụng

- Tổng hợp lực là phép thay thế các lực tác dụng đồng thời vào cùng một vật bằng một lực có tác dụng giống hệt như các lực ấy.

- Lực thay thế gọi là hợp lực

- Về mặt toán học, ta có: $\overrightarrow{F}=\overrightarrow{F_1}+\overrightarrow{F_2}+\overrightarrow{F_3}+...$

- Xét một vật chịu tác dụng đồng thời của hai lực $\overrightarrow{F_1}$ và $\overrightarrow{F_2}$, ta có hợp lực của hai lực này là $\overrightarrow{F}$

=> $\overrightarrow{F}=\overrightarrow{F_1}+\overrightarrow{F_2}$

* Trường hợp 1: $\overrightarrow{F_1}$ và $\overrightarrow{F_2}$ cùng chiều

=> F = F1 + F2

* Trường hợp 2: $\overrightarrow{F_1}$ và $\overrightarrow{F_2}$ ngược chiều

=> $F=\left|F_1-F_2\right|$

* Trường hợp 3: $\overrightarrow{F_1}$ và $\overrightarrow{F_2}$ vuông góc

=> $F=\sqrt{{F_1}^2+{F_2}^2}$

* Trường hợp 4: $(\overrightarrow{F_1};\overrightarrow{F_2})=\alpha$

=> $F=\sqrt{{F_1}^2+{F_2}^2+2F_1{F}_2.\cos \alpha }$

II. Các lực cân bằng và không cân bằng

1. Các lực cân bằng

- Khi tổng hợp các lực tác dụng lên vật bằng 0 thì lực tác dụng lên vật là các lực cân bằng ở trạng thái cân bằng.

2. Các lực không cân bằng

- Khi hợp lực của các lực khác 0 thì các lực này không cân bằng. Hợp lực hay các lực không cân bằng này tác dụng vào một vật có thể làm thay đổi vận tốc của vật.

III. Phân tích lực

Phân tích lực là phép thay thế một lực thành hai lực thành phần có tác dụng giống hệt như lực ấy

1. Quy tắc

- Thường phân tích lực thành hai lực vuông góc với nhau để thành phần này không có tác dụng nào theo phương của lực thành phần kia.

- Phân tích lực là phép làm ngược lại với tổng hợp lực nhưng chỉ được áp dụng vào trường hợp riêng nêu ở trên

2. Chú ý

Chỉ khi xác định được một lực có tác dụng theo hai phương vuông góc nào thì mới phân tích lực theo hai phương vuông góc đó.

Sơ đồ tư duy về “Tổng hợp và phân tích lực. Cân bằng lực”