Bài III.
Điện tích \(q\) được phân bố đều trên một vòng dây mảnh, tròn, bán kính \(R\) được đặt nằm ngang trong không khí. Lấy trục \(Oz\) thẳng đứng, trùng với trục với trục của vòng dây, gốc \(O\) ở tâm vòng (hình vẽ).
1. Tính điện thế \(V\) và cường độ điện trường \(E\) tại điểm \(M\in Oz\) với \(OM=z\). Nhận xét kết quả khi \(z>>R\).
2. Xét một hạt mang điện tích đúng bằng điện tích \(q\) của vòng và có khối lượng \(m\). Trong ý này, ta chỉ nghiên cứu chuyển động của hạt dọc theo trục \(Oz.\)
(a) Từ độ cao \(h\) so với vòng dây, truyền cho hạt vận tốc \(\overrightarrow{v_0}\) hướng về phía vòng. Định \(v_0\) để hạt vượt qua vòng dây. Bỏ qua ảnh hưởng của trọng lực.
(b) Xét khi có ảnh hưởng của trọng lực. Cho khối lượng \(m\) của hạt thỏa mãn hệ thức \(2\sqrt{2}mg=\dfrac{q^2}{4\pi\varepsilon_0R^2}\). Chứng tỏ rằng trên trục \(Oz\) tồn tại vị trí cân bằng ứng với \(z=R\). Xác định dạng cân bằng.