Một con lắc lò xo nằm ngang gồm vật nặng tích điện \(q = 20{\rm{ }}\mu C\) và lò xo có độ cứng \(k{\rm{ }} = {\rm{ }}10{\rm{ }}N/m\). Khi vật đang nằm cân bằng, cách điện, trên mặt bàn nhẵn thì xuất hiện tức thời một điện trường đều trong không gian bao quanh có hướng dọc theo trục lò xo. Sau đó con lắc dao động trên một đoạn thẳng dài \(4{\rm{ }}cm\). Độ lớn cường độ điện trường $E$ là:
Trả lời bởi giáo viên
Cách 1:
Vì chiều dài đoạn thẳng dao động là 4cm. suy ra biên độ A = 2cm.
Khi vật m dao động hợp của lực điện trường và lực đàn hồi gây gia tốc a cho vật.
Tại vị trí biên, vật có gia tốc max.
Khi đó ta có: \({F_{dh}} - {F_d} = m{a_{max}} = m{\omega ^2}A = m\dfrac{k}{m}A = kA\)
Tại vị trí M lò xo không biến dạng, tại N lò xo dãn \(2A\) nên:
\(\begin{array}{l}k2A - qE = kA\\ \Rightarrow qE = kA\\ \Rightarrow E = \dfrac{{kA}}{q} = \dfrac{{10.0,02}}{{{{20.10}^{ - 6}}}} = {10^4}V/m\end{array}\)
Cách 2:
Vì chiều dài đoạn thẳng dao động là 4cm. suy ra biên độ A = 2cm.
Tại VTCB: \({F_{dh}} = {F_d} \Leftrightarrow k\Delta l = qE\)
\( \Rightarrow E = \dfrac{{k\Delta l}}{q}\)
Mà \(A = \Delta l\), ta suy ra: \(E = \dfrac{{kA}}{q} = \dfrac{{10.0,02}}{{{{20.10}^{ - 6}}}} = {10^4}V/m\)
Hướng dẫn giải:
+ Sử dụng biểu thức tính lực điện: \({F_d} = qE\)
+ Sử dụng biểu thức tính chiều dài quỹ đạo: \(L = 2A\)
+ Biểu thức tính lực đàn hồi cực đại: \({F_{d{h_{{\rm{max}}}}}} = kA\)