Đề bài

Một con lắc lò xo nằm ngang gồm vật nặng có khối lượng 100g, tích điện q = 20 µC và lò xo nhẹ có độ cứng 10 N/m. Khi vật đang qua vị trí cân bằng với vận tốc \(20\sqrt 3 cm/s\) theo chiều dương trên mặt bàn nhẵn cách điện thì xuất hiện tức thời một điện trường đều trong không gian xung quanh. Biết điện trường cùng chiều dương của trục tọa độ và có cường độ  E = 10⁴V/m. Năng lượng dao động của con lắc sau khi xuất hiện điện trường là.

• A.
   4.10^-3J
• B.
   6.10^-3 J
• C.
   8.10^-3 J
• D.
   2.10^-3 J

Đáp án : C

Phương pháp giải :

Khi vật nằm trong điện trường thì nó chịu lực F = q.E, lực này làm cho vị trí cân bằng của vật dịch xa 1 đoạn  (từ O đến O’). Ta có: F = q.E = k.OO’

Biên độ dao động mới được xác định bởi công thức độc lập với thời gian :  

\({x^2} + \frac{{{v^2}}}{{{\omega ^2}}} = A{'^2}\)

Khi đó năng lượng của con lắc là  

\({\rm{W}} = \frac{1}{2}.k.A{'^2}\)

Lời giải chi tiết :

Khi vật nằm trong điện trường thì nó chịu lực F = q.E, lực này làm cho vị trí cân bằng của vật dịch xa 1 đoạn  (từ O đến O’). Ta có:

\(F = q.E = k.OO \Rightarrow {20.10^{ - 6}}{.10^4} = 10.OO' \Rightarrow OO' = 0,02m = 2cm\)

Tần số góc của dao động là :  \(\omega  = \sqrt {\frac{k}{m}}  = 10(rad/s)\)

Biên độ dao động mới được xác định bởi công thức độc lập với thời gian :

\({x^2} + \frac{{{v^2}}}{{{\omega ^2}}} = A{'^2} \Leftrightarrow {2^2} + {\left( {\frac{{20\sqrt 3 }}{{10}}} \right)^2} = A{'^2} \Rightarrow A = 4cm\)

Khi đó năng lượng của con lắc là :  

\({\rm{W}} = \frac{1}{2}.k.A{'^2} = \frac{1}{2}.10.{(0,04)^2} = {8.10^{ - 3}}J\)

Đáp án C.