Một con lắc đơn có chiều dài dây treo ℓ = 1 m và quả nặng có khối lượng m = 400 g mang điện tích q = - 4.10-6 C. Lấy g = 10 m/s2. Đặt con lắc vào vùng không gian có điện trường đều mà có phương trùng với phương của trọng lực thì chu kì dao động của con lắc là 2,04 s. Xác định hướng và độ lớn của điện trường ?
Trả lời bởi giáo viên
Ta có:
+ Chu kì dao động của con lắc khi chưa tích điện: \(T = 2\pi \sqrt {\frac{l}{g}} = 2\pi \sqrt {\frac{1}{{10}}} = 1,987{\rm{s}}\)
+ Khi con lắc tích điện q < 0, ta có chu kì T’: \(T' = 2\pi \sqrt {\frac{l}{{g'}}} = 2,04s > T\)
=> g’ < g
=> Lực điện \(\overrightarrow {{F_d}} \)hướng lên.
Ta có: q < 0 =>\(\overrightarrow E \) hướng xuống
Ta có:
\(\begin{array}{l}g' = g - \frac{F}{m} = g - \frac{{\left| q \right|E}}{m}\\ \to \frac{{T'}}{T} = \sqrt {\frac{g}{{g'}}} = \frac{{2,04}}{{1,987}} \to g' = 9,49 = g - \frac{{\left| q \right|E}}{m} \to \frac{{\left| q \right|E}}{m} = 0,514 \to E = \frac{{0,514.0,4}}{{\left| {{{4.10}^{ - 6}}} \right|}} = 0,{514.10^5}(V/m)\end{array}\)
Hướng dẫn giải:
+ Áp dụng công thức tính chu kì dao động của con lắc đơn: \(T = 2\pi \sqrt {\frac{l}{g}} \)
+ Áp dụng bài toán con lắc đơn chịu thêm tác dụng của lực điện