力平衡中任意两个力的合力与第三个力等值、反向、共线，故除F₂外的两个力F₁、F₃的合力大小等于F₂，方向与F₂反向，
故等效成物体受两个互成120°的大小等于F₂的力作用；
根据平行四边形定则可知，两个大小相等且互成120°的力合成时，合力在两个分力的角平分线上，大小等于分力，故此时物体所受到的合力大小为F₂；
故选D．