Một giọt dầu nằm lơ lửng trong điện trường của một tụ điện phẳng

Giải SBT Lí 11 Bài 6. Tụ điện

Bài 6.10 trang 15 Sách bài tập Vật lí 11:

a) Tính điện tích của giọt dầu.

b) Đột nhiên đổi dấu của hiệu điện thế. Hiện tượng sẽ xảy ra như thế nào? Tính gia tốc của giọt dầu. Lấy g = 10 m/s².

Lời giải

a) Giọt dầu chịu tác dụng của các lực: trọng lực $\overrightarrow{P}$, lực điện $\overrightarrow{F_d}$

(Bỏ qua lực đẩy Acsimet của không khí).

Giọt dầu nằm cân bằng thì:

$\overrightarrow{P}+\overrightarrow{F_d}=0\iff \overrightarrow{P}=-\overrightarrow{F_d}\iff \begin{array}{l}\overrightarrow{P}\uparrow \downarrow \overrightarrow{F_d}\\ P=F_d\end{array}$

Trọng lượng của giọt dầu:

$P=\frac{4}{3}\pi r^3\rho g$

Lực điện tác dụng lên giọt dầu:

F_d = |q|E = $\frac{qU}{d}$

Vì lực điện cân bằng với trọng lượng nên:

F_đ = P$\iff \frac{\left.q\right|U}{d}=\frac{4}{3}\pi r^3\rho g$

$\Rightarrow \left.q\right|=\frac{4\pi r^3\rho dg}{3U}=\frac{4\pi .{\left(0,{25.10}^{-3}\right)}^3\mathrm{.800.0},01.10}{3.220}\approx 2,{38.10}^{-11}C$

Vì lực điện $\overrightarrow{F_d}$ cùng phương ngược chiều với trọng lực $\overrightarrow{P}$.

nên $\overrightarrow{F_d}$ có phương thẳng đứng, chiều hướng lên trên.

Cường độ điện trường $\overrightarrow{E}$ phương thẳng đứng chiều từ trên xuống dưới

(vì bản dương của tụ ở phía trên).

Vậy $\overrightarrow{F_d}$ và $\overrightarrow{E}$ ngược chiều, do đó giọt dầu tích điện âm.

Vậy điện tích của giọt dầu: q = - 23,8.10^-12 C

b) Nếu đột nhiên đổi dấu mà vẫn giữ nguyên độ lớn của hiệu điện thế thì lực điện tác dụng lên giọt dầu sẽ cùng phương, cùng chiều và cùng độ lớn với trọng lực.

Như vậy, giọt dầu sẽ chịu tác dụng của lực 2P, có gia tốc 2g = 20 m/s².