Trong vùng không gian giữa hai tấm kim loại phẳng, tích điện trái dấu nhau và cách nhau một đoạn d= 5cm
108/235
Trong vùng không gian giữa hai tấm kim loại phẳng, tích điện trái dấu nhau và cách nhau một đoạn d=5cm có một hạt bụi kim loại tích điện âm, khối lượng m = 2.10-6 g đang lơ lửng tại vị trí cách đều hai tấm kim loại như Hình 13.5. Biết rằng hiệu điện thế giữa hai tấm kim loại khi đó là U = 1000V .Nếu hiệu điện điện thế đột ngột giảm đến giá trị U'= 850V hạt bụi kim loại sẽ chuyển động về tấm nào? Sau bao lâu thì hạt bụi này chạm đến một trong hai tấm kim loại nói trên (nhập đáp án vào ô trống)? Lấy g= 9,8m/s2
Đáp án _____
Khi \(U = 1000{\rm{\;V}}\), vì hạt bụi kim loại lơ lửng nên trọng lực cân bằng với lực điện. Khi đó, bản tích điện dương sẽ ở trên và bản tích điện âm sẽ ở dưới. Ta có:
\({F_{\rm{d}}} = P \Rightarrow \left| q \right|E = mg \Rightarrow \left| q \right| = \frac{{mg}}{E} = \frac{{mgd}}{U} = \frac{{\left( {2 \cdot {{10}^{ - 9}}} \right) \cdot 9,8 \cdot \left( {5 \cdot {{10}^{ - 2}}} \right)}}{{1000}} = 9,8 \cdot {10^{ - 13}}{\rm{C}}\)
Khi hiệu điện thế giảm đến \(U' = 850{\rm{\;V}}\), vì lực điện giảm so với ban đầu nên hạt sẽ rơi xuống bản âm với gia tốc: \(a = \frac{{P - F_{\rm{a}}^{\rm{'}}}}{m} = \frac{{mg - \left| q \right|\frac{{U'}}{d}}}{m} = \frac{{\left( {2 \cdot {{10}^{ - 9}}} \right) \cdot 9,8 - 9,8 \cdot {{10}^{ - 13}} \cdot \frac{{850}}{{5 \cdot {{10}^{ - 2}}}}}}{{2 \cdot {{10}^{ - 9}}}} = 1,47{\rm{\;m/}}{{\rm{s}}^{\rm{2}}}\)
Thời gian hạt bụi kim loại chuyển động đến khi gặp bản âm là:
\(t = \sqrt {\frac{{2s}}{a}} = \sqrt {\frac{{2 \cdot \left( {2,5 \cdot {{10}^{ - 2}}} \right)}}{{1,47}}} = \frac{{\sqrt {15} }}{{21}} \approx 0,18{\rm{\;s}}\)