Một con lắc đơn gồm một vật nhỏ có khối lượng \(m = 2{\rm{ }}g\) và một dây treo mảnh, chiều dài \(l\), được kích thích cho dao động điều hòa. Trong khoảng thời gian \(\Delta t\) con lắc thực hiện được \(40\) dao động. Khi tăng chiều dài con lắc thêm một đoạn bằng \(7,9cm\), thì cũng trong khoảng thời gian $Δt$ con lắc thực hiện được 39 dao động. Lấy gia tốc trọng trường \(g = 9,8{\rm{ }}m/{s^2}\). Để con lắc với chiều dài tăng thêm có cùng chu kỳ dao động với con lắc có chiều dài \(l\), người ta truyền cho vật điện tích \(q = - {10^{ - 8}}C\) rồi cho nó dao động điều hòa trong một điện trường đều có đường sức thẳng đứng. Véc tơ cường độ điện trường này có
Trả lời bởi giáo viên
+ Chiều dài của con lắc là $l$.
Khi chiều dài là $l$ → chu kì dao động \(T = \dfrac{{\Delta t}}{{40}}\)
Khi chiều dài là $l+ 7,9cm$ → chu kì dao động \(T' = \dfrac{{\Delta t}}{{39}}\)
\( \Rightarrow \dfrac{l}{{l + 7,9}} = \dfrac{{{T^2}}}{{T{'^2}}} = \dfrac{{{{39}^2}}}{{{{40}^2}}} \Rightarrow l = 152,1cm\)
+ Con lắc có chiều dài tăng thêm là $l’ = l + 7,9 cm = 160 cm$, tích thêm điện tích \(q{\text{ }} = {\text{ }} - {10^{ - 8}}C\)
Theo đề bài: \(T' = T \Leftrightarrow \sqrt {\dfrac{{l'}}{{g'}}} = \sqrt {\dfrac{l}{g}} \Rightarrow g' = g.\dfrac{{l'}}{g} = 9,8.\dfrac{{160}}{{152,1}} = 10,31m/{s^2}\)
Nhận xét: \(g' > g\) mà \(\overrightarrow {g'} = \overrightarrow g + \dfrac{{\overrightarrow F }}{m} \Rightarrow \overrightarrow F \uparrow \uparrow \overrightarrow g \) mà \(q < 0 \Rightarrow \overrightarrow E \uparrow \downarrow \overrightarrow g \) hay \(\overrightarrow E \) thẳng đứng hướng lên.
Và:
\(\begin{array}{l}\dfrac{{\left| q \right|E}}{m} = g' - g\\ \Rightarrow E = \dfrac{{\left( {g' - g} \right).m}}{{\left| q \right|}} = \dfrac{{\left( {10,31 - 9,8} \right){{.2.10}^{ - 3}}}}{{{{10}^{ - 8}}}}\\ = 102000V/m = 1,{02.10^5}V/m\end{array}\)
Hướng dẫn giải:
+ Sử dụng công thức tính chu kì của con lắc đơn \(\omega = \sqrt {\dfrac{k}{m}} = 5\sqrt 2 (rad/s)\)
+ Sử dụng lí thuyết về con lắc chịu tác dụng của lực điện trường.