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合力,释义(SPM 物理)

与作用在物体上的两个或多个力共同作用效果相同的单一力。

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EnglishResultant force
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中文合力

释义

与作用在物体上的两个或多个力共同作用效果相同的单一力。

力与运动 II

你需要掌握的要点

合力是指一个单一的力,它对物体产生的整体效果与两个或多个力共同作用时相同。当几个力沿同一条直线作用时,方向相同的力相加,方向相反的力相减,便可求得合力的大小与方向。

合力与运动的关系由牛顿第二定律给出,写作 F_net = ma,其中 F_net 是以牛顿(N)为单位的合力,m 是以千克(kg)为单位的物体质量,a 是以米每二次方秒(m s⁻²)为单位所产生的加速度。对相同质量而言,合力越大,产生的加速度就越大,而加速度的方向始终与合力方向相同。

当作用在物体上的合力为零时,该物体处于平衡状态:它会保持静止,或沿直线以恒定速度继续运动。这种 a = 0 m s⁻² 的特殊情况,正好把合力与牛顿第一定律直接联系起来。

例题解析

一辆质量为 2 kg 的手推车在桌面上被以 15 N 的力向右推动,同时摩擦力以 5 N 的力向左作用在它身上。由于这两个力沿同一直线作用但方向相反,应将它们相减以求出合力。

合力 F_net = 15 N − 5 N = 10 N,方向向右,与较大的施加力方向相同。

应用牛顿第二定律 F_net = ma,可得手推车的加速度为 a = F_net ÷ m = 10 N ÷ 2 kg = 5 m s⁻²,方向向右。请注意,整个计算过程中每个物理量都带有正确的国际单位:力用牛顿,质量用千克,加速度用米每二次方秒。

如果把推力减小到刚好与 5 N 的摩擦力相等,合力就会变为 0 N,手推车将以恒定速度运动,而不再加速。在检查答案时,应确认每个量的单位是否正确无误,并核实合力的方向与所求加速度的方向是否一致,这是许多学生在解答计算题时容易忽略的关键步骤。

考试如何考查

在试卷一中,客观题常要求考生根据沿一条直线作用的两个或多个力计算合力,或辨认哪幅图显示物体处于平衡状态。在试卷二中,结构题与论述题通常要求考生定义合力、写出联系力、质量与加速度的方程式,并针对所描述的情境计算合力与加速度,有时还需要画出自由体受力图。

在试卷三中,实验题可能要求考生描述一个说明手推车加速度如何随所施合力变化的实验,并根据数据表或图表确定相关数值。

常见的错误是应用 F_net = ma 之前忘记先把方向相反的力相减,或把质量与重量混淆。考生也常因漏写单位,或写出数值答案却没有清楚说明方向而被扣分。

来源: DSKP KSSM Physics Form 4 and 5 (Versi English) (Bahagian Pembangunan Kurikulum (BPK), KPM)

常见问题

合力与普通的施加力有什么区别?
施加力只是作用在物体上的其中一个力,例如推力或拉力。合力则是把作用在该物体上的所有力合并之后得到的单一整体力,代表所有个别力的总效果,也正是 F_net = ma 中用来求加速度的那个量。
合力为零是不是代表物体没有受到任何力?
不是。合力为零表示作用在物体上的各个力互相完全抵消,而不是物体不受力。例如放在桌上的一本书,其重量向下拉,桌面的法向反作用力向上推,两者大小相等,因此合力为 0 N,书本处于平衡状态。
怎样求出沿同一直线作用的两个力的合力?
如果两个力方向相同,把它们的大小相加即可得到合力。如果方向相反,则用较大的力减去较小的力,合力方向与较大的力相同。合力的单位始终是牛顿(N),与原来两个力的单位一致。

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