Câu hỏi
Một con lắc đơn dao động điều hòa trong điện trường đều, có vectơ cường độ điện trường \(\vec E\) hướng thẳng xuống. Khi treo vật chưa tích điện thì chu kì dao động là T0 = 2s, khi vật treo lần lượt tích điện q1, q2 thì chu kì dao động tương ứng là: T1 = 2,4s; T2 = 1,6s. Tỉ số \(\dfrac{{{q_1}}}{{{q_2}}}\) là:
- A \( - \dfrac{{57}}{{24}}\)
- B \( - \dfrac{{81}}{{44}}\)
- C \( - \dfrac{{24}}{{57}}\)
- D \( - \dfrac{{44}}{{81}}\)
Phương pháp giải:
+ Chu kì dao động của con lắc đơn chỉ chịu tác dụng của trọng lực: \(T = 2\pi \sqrt {\dfrac{l}{g}} \)
+ Khi con lắc chịu thêm tác dụng của lực điện có phương thẳng đứng:
\(T' = 2\pi \sqrt {\dfrac{l}{{g'}}} = 2\pi \sqrt {\dfrac{l}{{g \pm a}}} = 2\pi \sqrt {\dfrac{l}{{g \pm \dfrac{{\left| q \right|E}}{m}}}} \)
Lời giải chi tiết:
Ta có: \(\left\{ \begin{array}{l}{T_0} = 2\pi \sqrt {\dfrac{l}{{{g_0}}}} = 2s\\{T_1} = 2\pi \sqrt {\dfrac{l}{{{g_1}}}} = 2,4s\\{T_2} = 2\pi \sqrt {\dfrac{l}{{{g_2}}}} = 1,6s\end{array} \right. \Rightarrow \left\{ \begin{array}{l}{g_0} = \dfrac{{4{\pi ^2}l}}{{T_0^2}}\\{g_1} = \dfrac{{4{\pi ^2}l}}{{T_1^2}}\\{g_2} = \dfrac{{4{\pi ^2}l}}{{T_2^2}}\end{array} \right.\)
Do \(\left\{ \begin{array}{l}{T_1} > {T_0} \Rightarrow {g_1} < {g_0} \Rightarrow \overrightarrow {{F_d}} \uparrow \downarrow \overrightarrow P \Rightarrow {q_1} < 0 \Rightarrow {g_1} = {g_0} - \dfrac{{\left| {{q_1}} \right|E}}{m}\\{T_2} < {T_0} \Rightarrow {g_2} > {g_0} \Rightarrow \overrightarrow {{F_d}} \uparrow \uparrow \overrightarrow P \Rightarrow {q_2} > 0 \Rightarrow {g_2} = {g_0} + \dfrac{{\left| {{q_1}} \right|E}}{m}\end{array} \right.\)
\(\begin{array}{l} \Rightarrow \left\{ \begin{array}{l}\dfrac{{4{\pi ^2}l}}{{T_1^2}} = \dfrac{{4{\pi ^2}l}}{{T_0^2}} - \dfrac{{\left| {{q_1}} \right|E}}{m} \Rightarrow \dfrac{{\left| {{q_1}} \right|E}}{m} = 4{\pi ^2}l.\left( {\dfrac{1}{{T_0^2}} - \dfrac{1}{{T_1^2}}} \right)\\\dfrac{{4{\pi ^2}l}}{{T_2^2}} = \dfrac{{4{\pi ^2}l}}{{T_0^2}} + \dfrac{{\left| {{q_1}} \right|E}}{m} \Rightarrow \dfrac{{\left| {{q_2}} \right|E}}{m} = 4{\pi ^2}l.\left( {\dfrac{1}{{T_2^2}} - \dfrac{1}{{T_0^2}}} \right)\end{array} \right.\\ \Rightarrow \left| {\dfrac{{{q_1}}}{{{q_2}}}} \right| = \dfrac{{\dfrac{1}{{T_0^2}} - \dfrac{1}{{T_1^2}}}}{{\dfrac{1}{{T_2^2}} - \dfrac{1}{{T_0^2}}}} = \dfrac{{44}}{{81}} \Rightarrow \dfrac{{{q_1}}}{{{q_2}}} = - \dfrac{{44}}{{81}}\end{array}\)
Chọn D.