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CalcGospel 國際數學圖譜
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M1 2025 Jan Q1

A Level / Edexcel / M1

IAL 2025 Jan Paper · Question 1

题目

Problem

1.

A particle of mass 2.5 kg2.5\,\mathrm{kg} moves on a smooth horizontal plane under the action of three horizontal forces, F1\mathbf{F}_1, F2\mathbf{F}_2 and F3\mathbf{F}_3, where

F1=(6i+8j) N\mathbf{F}_1=(6\mathbf{i}+8\mathbf{j})\,\mathrm{N} F2=(−16i+2j) N\mathbf{F}_2=(-16\mathbf{i}+2\mathbf{j})\,\mathrm{N} F3=(−2i+8j) N\mathbf{F}_3=(-2\mathbf{i}+8\mathbf{j})\,\mathrm{N}

(a) Find the magnitude of the acceleration of the particle.

(4)

A fourth force, F4=(pi+pj) N\mathbf{F}_4=(p\mathbf{i}+p\mathbf{j})\,\mathrm{N}, where pp is a constant, is added.

The resultant of the four forces acts in a direction that is parallel to the vector (7i+2j)(7\mathbf{i}+2\mathbf{j}).

(b) Find the value of pp.

(4)
题目中文翻译

一个质量为 2.5 kg2.5\,\mathrm{kg} 的质点,在三个水平力 F1\mathbf{F}_1、F2\mathbf{F}_2 和 F3\mathbf{F}_3 的作用下,在光滑水平面上运动,其中

F1=(6i+8j) N\mathbf{F}_1=(6\mathbf{i}+8\mathbf{j})\,\mathrm{N} F2=(−16i+2j) N\mathbf{F}_2=(-16\mathbf{i}+2\mathbf{j})\,\mathrm{N} F3=(−2i+8j) N\mathbf{F}_3=(-2\mathbf{i}+8\mathbf{j})\,\mathrm{N}

(a) 求质点的加速度大小。

(4)

现加入第四个力 F4=(pi+pj) N\mathbf{F}_4=(p\mathbf{i}+p\mathbf{j})\,\mathrm{N},其中 pp 为常数。

四个力的合力方向与向量 (7i+2j)(7\mathbf{i}+2\mathbf{j}) 平行。

(b) 求 pp 的值。

(4)
题目勘误

官方原题:Q1(b) 前的条件写为 “in the direction of the vector (7i+2j)(7\mathbf{i}+2\mathbf{j})”,即与该向量同方向。

实际上应为:“in a direction that is parallel to the vector (7i+2j)(7\mathbf{i}+2\mathbf{j})”,即与该向量平行,不要求同方向。

Pearson 随卷附有 Clarification Notice,明确要求作上述更正。本页英文题面及中文翻译均已采用官方更正后的版本。

解答

(a)

解法一

思路

展开

先把三个力按分量相加,用牛顿第二定律求加速度向量,最后才取模。

答题过程

展开

The resultant of the three forces is

F= (6−16−2)i+(8+2+8)j,= −12i+18j N.\begin{align*} \mathbf F=&\,(6-16-2)\mathbf i+(8+2+8)\mathbf j,\\ =&\,-12\mathbf i+18\mathbf j\ \mathrm N. \end{align*}

Using F=ma\mathbf F=m\mathbf a,

a=−12i+18j2.5=−4.8i+7.2j m s−2.\mathbf a=\frac{-12\mathbf i+18\mathbf j}{2.5} =-4.8\mathbf i+7.2\mathbf j\ \mathrm{m\,s^{-2}}.

Its magnitude is

∣a∣=(−4.8)2+7.22=12135=8.65 m s−2(3 s.f.).|\mathbf a|=\sqrt{(-4.8)^2+7.2^2} =\frac{12\sqrt{13}}5 =\boxed{8.65\ \mathrm{m\,s^{-2}}}\quad\text{(3 s.f.)}.

(b)

解法一

思路

展开

合力与指定向量平行,比例系数可以是负数。用两分量的比例消元,求出 pp 后代回确认平行,不能强加同方向条件。

答题过程

展开

The resultant of all four forces is

R=(p−12)i+(p+18)j.\mathbf R=(p-12)\mathbf i+(p+18)\mathbf j.

For this to be parallel to 7i+2j7\mathbf i+2\mathbf j, its components satisfy

2(p−12)= 7(p+18),2p−24= 7p+126,p= −30.\begin{align*} 2(p-12)=&\,7(p+18),\\ 2p-24=&\,7p+126,\\ p=&\,\boxed{-30}. \end{align*}

Checking,

R=−42i−12j=−6(7i+2j),\mathbf R=-42\mathbf i-12\mathbf j=-6(7\mathbf i+2\mathbf j),

which is parallel to the specified vector, in the opposite direction.