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CalcGospel 國際數學圖譜
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M1 2024 June Q2

A Level / Edexcel / M1

IAL 2024 June Paper · Question 2

题目

Problem

2.

Two forces, P\mathbf{P} and Q\mathbf{Q}, act on a particle.

  • P\mathbf{P} has magnitude 10 N10\,\mathrm{N} and acts due west
  • Q\mathbf{Q} has magnitude 8 N8\,\mathrm{N} and acts on a bearing of 330∘330^\circ

Given that F=P+Q\mathbf{F}=\mathbf{P}+\mathbf{Q}, find the magnitude of F\mathbf{F}.

(4)
题目中文翻译

两个力 P\mathbf{P} 和 Q\mathbf{Q} 作用在一个质点上。

  • P\mathbf{P} 的大小为 10 N10\,\mathrm{N},方向为正西。
  • Q\mathbf{Q} 的大小为 8 N8\,\mathrm{N},方向的方位角为 330∘330^\circ。

已知 F=P+Q\mathbf{F}=\mathbf{P}+\mathbf{Q},求 F\mathbf{F} 的大小。

(4)

解答

解法一

思路

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方位角 330∘330^\circ 表示北偏西 30∘30^\circ,所以 8 N 力有向西 4 N、向北 434\sqrt3 N 的分量,再与向西的 10 N 相加。

答题过程

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Take east and north as the positive coordinate directions. Since a bearing of 330∘330^\circ is 30∘30^\circ west of north, the components of Q\mathbf Q are

Qeast=−8sin⁡30∘=−4,Qnorth=8cos⁡30∘=43.Q_{\rm east}=-8\sin30^\circ=-4,\qquad Q_{\rm north}=8\cos30^\circ=4\sqrt3.

Adding P\mathbf P, the resultant has components −14-14 N eastwards and 434\sqrt3 N northwards. Its magnitude is

∣F∣=(−14)2+(43)2=244=261 N.|\mathbf F|=\sqrt{(-14)^2+(4\sqrt3)^2} =\sqrt{244}=\boxed{2\sqrt{61}\ \mathrm N}.

解法二

思路

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两力同起点时夹角为 60∘60^\circ。首尾相接的力三角形内角为其补角 120∘120^\circ,可用余弦定理求合力。

答题过程

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The bearing of due west is 270∘270^\circ, so the angle between the two force directions is 330∘−270∘=60∘330^\circ-270^\circ=60^\circ.

In the head-to-tail force triangle, the sides of lengths 10 N and 8 N include the interior angle 120∘120^\circ. Therefore

∣F∣2= 102+82−2(10)(8)cos⁡120∘,= 100+64+80=244.\begin{align*} |\mathbf F|^2=&\,10^2+8^2-2(10)(8)\cos120^\circ,\\ =&\,100+64+80=244. \end{align*}

Hence ∣F∣=261 N\boxed{|\mathbf F|=2\sqrt{61}\ \mathrm N}.