Một con lắc lò xo nằm ngang gồm lò xo nhẹ không dẫn điện có độ cứng K = 40 N/m, quả cầu nhỏ có khối lượng m = 160g. Bỏ qua mọi ma sát, lấy g=10(m/s2 ), π2 =10. Quả cầu tích điện q = 8.10-5 C. hệ đang đứng yên thì người ta thiết lập một điện trường đều hướng dọc theo trục lò xo theo chiều giãn của lò xo, véc tơ cường độ điện trường với độ lớn E có đặt điểm là cứ sau 1s nó lại tăng đột ngột cường độ lên thành 2E, 3E, 4E... với E = 2.104 V/m. Sau 5s kể từ lúc bắt đầu chuyển động, vật đi được quãng đường S gần giá trị nào nhất sau đây?
A. 125 cm.
B. 165 cm.
C. 195 cm.
D. 245 cm.
Chọn đáp án A.
+ Ta có: Chu kì dao động của con lắc lò xo nằm ngang:
T = 2 π m k = 0 , 4 s
- Chu kì dao động của con lắc không phụ thuộc vào điện trường.
Gọi O là VTCB đầu tiên khi chưa thiết lập điện trường
- Lần 1 (giây thứ nhất): Khi thiết lập điện trường 1E thì VTCB của CL sẽ là O1, trong đó O chính là 1 vị trí biên và CL dao động xung quanh O1 khi đó:
Fdh1 = F1
=> k. Δ I1 = qE
=> đen ta I1 = TE/k = 4 cm = OO1
* Mặt khác: t = 1s = 2 + 1/2
=> Con lắc ở vị trí biên (giả sử là A1)
=> OA1 = 2OO1
=> Quảng đường:
S1 = 2.4A + 2A = 10A = 10 .OO1 = 10.4 = 40 cm
+ Lần 2 (giây thủ 2): Khi thiết thiết lập điện trường 2E thì vật nặng đang ở vị trí A1 Fdh2 = Fd2
=> k. Δ I2 = q2E
=> Δ I2 = 4.2E / k = 8 cm
- VTCB của CL sẽ là A1, vì con lắc đang đứng yên nên suốt 1s này nó sẽ đứng yên tại vị trí A1
- Tương tự với các giây thứ 3, thứ 4, thứ 5, ta thấy: cứ giây lẻ thì vật đi được 40 cm và giây chẵn thì vật đứng yên
=> Tổng quảng đường vật đi được trong 5s là:
S = S1 + S3 + S5 = 40 + 40 + 40 = 120 cm
