Phương pháp giải các bài tập về Điều kiện cân bằng của vật mang điện đặt trong điện trường đều

ĐIỀU KIỆN CÂN BẰNG CỦA VẬT MANG ĐIỆN ĐẶT TRONG ĐIỆN TRƯỜNG ĐỀU

Phương pháp giải:

+) Xác định các lực tác dụng lên vật.

+) Biểu diễn các lực tác dụng lên vật.

+) Sử dụng điều kiện cân bằng $\overrightarrow{F_{hl}}=0$ , tìm các đại lượng cần tìm.

Các lực thường gặp là:

Lực điện  $\overrightarrow{F}=q\overrightarrow{E}$

Trọng lực   $\overrightarrow{P}=m\overrightarrow{g}$

Lực đẩy Acsimet   $\overrightarrow{F_A}=-\rho V\overrightarrow{g}$

Lời giải

 Để đưa các dây treo trở về vị trí thẳng đứng cần phải tác dụng lực điện trường ngược chiều với lực tĩnh điện và cùng độ lớn với lực tĩnh điện: F’ = F

+) Với quả cầu A:  

$\left|q\right|E=k\frac{q^2}{A{B}^2}$

$\Rightarrow E=k\frac{\left|q\right|}{A{B}^2}=k\frac{\left|q\right|}{M{N}^2}={9.10}^9.\frac{{2.10}^{-9}}{{\left({2.10}^{-2}\right)}^2}=4,{5.10}^{4}V/m$

Do $q_1<0$ nên $\overrightarrow{E}$  ngược chiều với  ${\overrightarrow{F}}^{\prime }$  nghĩa là cùng chiều với $\overrightarrow{F}$   (hướng từ trái sáng phải)

+) Với quả cầu B: tương tự

⇒  Để đưa các dây treo trở về vị trí thẳng đứng cần phải dùng một điện trường đều có hướng từ trái sang phải và có độ lớn   $E=4,{5.10}^{4}V/m$.

 Lời giải

Các lực tác dụng lên hòn bi:

Trọng lực   $\overrightarrow{P}=m\overrightarrow{g}$

Lực đẩy Acsimet   $\overrightarrow{F_A}=-\rho V\overrightarrow{g}$

Lực điện trường: $\overrightarrow{F}=q\overrightarrow{E}$ (hướng xuống nếu q > 0; hướng lên nếu q < 0)

Hòn bi nằm cân bằng (lơ lửng) khi:  

$\begin{array}{l}\overrightarrow{P}+\overrightarrow{F_A}+\overrightarrow{F}=\overrightarrow{0}\\ \Rightarrow \overrightarrow{P^{\prime }}+\overrightarrow{F}=\overrightarrow{0}\end{array}$

Vì $P>F_A$ nên $P^{\prime }=P-F_A\Rightarrow \overrightarrow{F}$ phải hướng lên

⇒ q < 0 và  $F=P-F_A$

$\begin{array}{l}\Rightarrow \left|q\right|E=mg-DVg\\ \Rightarrow \left|q\right|=\frac{mg-DVg}{E}=\frac{{9.10}^{-5}-{800.10}^{-8}.10}{4,{1.10}^5}\\ ={2.10}^{-9}C\end{array}$

Vì q < 0 nên   $q=-{2.10}^{-9}C$

 Lời giải

Quả cầu có cân bằng:  

$\begin{array}{l}\overrightarrow{P}+\overrightarrow{F}+\overrightarrow{F_A}+\overrightarrow{T}=0\\ \Rightarrow T=P-F_A+F=\frac{3}{4}\pi r^{2}g\left({\rho }_1-{\rho }_2\right)+qE\\ \Rightarrow T\le T_{max}\\ \Rightarrow E\le \frac{1}{q}\left[T_{max}-\frac{4}{3}\pi r^{3}g\left({\rho }_1-{\rho }_2\right)\right]\\ \iff E=1,{391.10}^{6}V/m\end{array}$

Lời giải

Các lực tác dụng lên quả cầu: lực điện $\overrightarrow{F}$  , trong lực $\overrightarrow{P}$  hướng xuống và lực đẩy Acsimet  hướng lên. Điều kiện cân bằng của quả cầu:  

$\overrightarrow{P}+\overrightarrow{F_d}+\overrightarrow{F_A}=0$

Lại có:  

$\{\begin{array}{l}P=mg={\rho }_{vat}Vg={\rho }_{vat}\frac{4}{3}\pi R^{3}g\\ F_A={\rho }_{mt}Vg={\rho }_{mt}\frac{4}{3}\pi R^{3}g\end{array}$

Vì khối lượng riêng của vật lớn hơn  :

$\begin{array}{l}\Rightarrow P>F_A\\ \Rightarrow F_A+F=P\\ \Rightarrow F=P-F_A\\ \iff \left|q\right|E=P-F_A\\ \Rightarrow \left|q\right|=\frac{P-F_A}{E}=\frac{\frac{4}{3}\pi R^{3}g\left({\rho }_{vat}-{\rho }_{mt}\right)}{E}=14,{7.10}^{-6}C\end{array}$

Vậy để vật cân bằng thì lực điện phải hướng lên, ngược hướng  :

$\overrightarrow{E}\Rightarrow q<0\Rightarrow q=-14,{7.10}^{-6}C$

...

---Để xem tiếp nội dung Các bài tập về Điều kiện cân bằng của vật mang điện đặt trong điện trường đều, các em vui lòng đăng nhập vào trang Chúng tôi để xem online hoặc tải về máy tính---

Trên đây là một phần trích đoạn nội dung Phương pháp giải các bài tập về Điều kiện cân bằng của vật mang điện đặt trong điện trường đều. Để xem toàn bộ nội dung các em chọn chức năng xem online hoặc đăng nhập vào trang Chúng tôi để tải tài liệu về máy tính.

Hy vọng tài liệu này sẽ giúp các em học sinh ôn tập tốt và đạt thành tích cao trong học tập .

Các em quan tâm có thể tham khảo thêm các tài liệu cùng chuyên mục:

• Tóm tắt kiến thức và công thức chương 1 Điện tích- Điện tích trường môn Vật lý 11

• Bài tập tổng hợp Điện tích- Điện trường hay và khó Vật lý 11

• Bài tập tổng hợp nâng cao Điện tích- Định luật Culong Vật lý 11

Chúc các em học tập tốt !