Một lò xo nhẹ cách điện có độ cứng k = 50 N/m, một đầu cố định, đầu còn lại gắn vào quả cầu nhỏ tích điện q = +5 μC. Khối lượng m = 200 g. Quả cầu có thể dao động không ma sát dọc theo trục lò xo nằm ngang và cách điện. Tại thời điểm ban đầu t = 0 kéo vật tới vị trí lò xo giãn 4 cm rồi thả nhẹ đến thời điểm t = 0,2 s thì thiết lập điện trường không đổi trong thời gian 0,2 s, biết điện trường nằm ngang dọc theo trục lò xo hướng ra xa điểm cố định và có độ lớn E =105 V/m. Lấy g = π 2 = 10 m/ s 2 . Trong quá trình dao động thì tốc độ cực đại mà quả cầu đạt được là:
A. 25π cm/s.
B. 20π cm/s
C. 30π cm/s.
D. 19π cm/s
Đáp án B
+ Tần số dao động riêng của con lắc
ω = k m = 5 r a d / s → T = 0 , 4 s s.
+ Ban đầu kéo vật để lò xo giãn 4 cm, đến thời điểm t=0,5T=0,2s-> vật đến vị trí cân bằng (lò xo không biến dạng). Thiết lập điện trường.
Vận tốc của vật ngay trước khi thiết lập điện trường là v = v m a x = ω ∆ l = 20 πcm / s
Dưới tác dụng của lực điện vị trí cân bằng mới của lò xo dịch về phía lò xo giãn một đoạn ∆ l 0 = q E k = 1 c m cm.
Thời gian duy trì điện trường cũng là nữa chu kì → sau khoảng thời gian này tốc độ của vật vẫn là 20 π cm và li độ
+ Ngắt điện trường, vị trí cân bằng trở về vị trí lò xo không biến dạng → vận tốc cực đại trong suốt quá trình trên vẫn là 20 π cm/s