Thư Viện Công Thức Vật Lý

Vì điện tích trôi lơ lửng nên lực điện trường cân bằng với trọng lực.

Điều kiện cân bằng: $\overrightarrow{F} +\overrightarrow{P }= 0\Rightarrow \left\{\begin{array}{l}\overrightarrow{F} \nearrow \swarrow \overrightarrow{P }\\ F = P\end{array}\right.$

TH1. $\overrightarrow{E}$ hướng lên

Vì trọng lực luôn hướng thẳng đứng từ trên xuống nên lực điện trường phải có phương thẳng đứng và hướng lên.

Do vậy hạt bụi phải mang điện tích dương để $\overrightarrow{F} \nearrow \nearrow \overrightarrow{E} (\overrightarrow{F} = q\overrightarrow{E})$

TH2. $\overrightarrow{E}$ hướng xuống

Vì trọng lực luôn hướng thẳng đứng từ trên xuống nên lực điện trường phải có phương thẳng đứng và hướng lên.

Do vậy hạt bụi phải mang điện tích âm để $\overrightarrow{F} \nearrow \swarrow (\overrightarrow{F} = q\overrightarrow{E})$

Điều kiện cân bằng:

$\overrightarrow{T}+ \overrightarrow{F_{đ}} + \overrightarrow{P} =\overrightarrow{0}$

=> $T = F_{đ} +P$

Từ hình: $\overrightarrow{F_{đ}} \perp \overrightarrow{P}$=> $T = \sqrt{{F^2}_{đ} + P^2}$

Ta có: $F = k\frac{\left|q_1{q}_2\right|}{r^2}\Rightarrow q_1{q}_2=\pm \frac{ F{r}^2}{k}$ (1)

Mặc khác: $q_1$+ $q_2$ = $m$ (2)

Từ (1) và (2) ta thấy  $q_1$ và $q_2$ là nghiệm của phương trình:

 $$\begin{gathered} x^2 -(q_1 + q_2)x + q_1{q}_2 = 0 \\ \Rightarrow \left\{\begin{array}{l}{x}_1 = a\\ x_2 = b\end{array}\right. \\ \Rightarrow \left\{\begin{array}{l}{q}_1 = a\\ q_2 = b\end{array}\right.hoặc \left\{\begin{array}{l}{q}_1 = b\\ q_2 = a\end{array}\right. \end{gathered}$$

Dựa vào dữ kiện đề cho để xác định $q_1$ và $q_2$.

Xét ba điện tích $q_1,q_2$ và điện tích $q_3$ , vị trí đặt $q_3$ để lực Coulomb tổng hợp tại $q_3$ triệt tiêu

TH1: $q_1.q_2>0$

Điều kiện cân bằng : $\overrightarrow{F_{13}}+\overrightarrow{F_{23}}=\overrightarrow{0}$$\Rightarrow \left\{\begin{array}{l}\overrightarrow{F_{13}}\nearrow \swarrow \overrightarrow{F_{23}} \left(1\right)\\ F_{13}=F_{23} \left(2\right)\end{array}\right.$

Từ $\left(1\right)$ suy ra : $q_3$ nằm trong và trên đường thẳng nối $q_1$ và $q_2$ 

Từ $\left(2\right)$ ta được: 

$$\begin{gathered} \frac{k\left|q_1{q}_3\right|}{x^2}=\frac{k\left|q_2{q}_3\right|}{{\left(d-x\right)}^2} \\ \iff {\left(d-x\right)}^2=\left|\frac{q_2}{q_1}\right|.x^2 \\ \iff x=\frac{d}{\sqrt{\left|{\displaystyle \frac{q_2}{q_1}}\right|}+1} hay x=\frac{d}{1-\sqrt{\left|{\displaystyle \frac{q_2}{q_1}}\right|}} \end{gathered}$$

Loại x<0

TH2: $q_1.q_2<0$

Để lực Coulomb tổng hợp tại $q_3$ bằng 0 : $\overrightarrow{F_{13}}+\overrightarrow{F_{23}}=\overrightarrow{0}$

Vì $q_1$ và $q_2$ trái dấu nên $q_3$ nằm ngoài và trên đường thẳng nối $q_1$ và $q_2$ ,nằm xa với điện tích có độ lớn lớn hơn.

$$\begin{gathered} F_{13}=F_{23} \\ \iff {\left(d+x\right)}^2=\left|\frac{q_2}{q_1}\right|x^2 \\ \iff x=\frac{d}{\sqrt{\left|{\displaystyle \frac{q_2}{q_1}}\right|}-1}hay x=\frac{-d}{\left|{\displaystyle \frac{q_2}{q_1}}\right|+1} \end{gathered}$$

Loại x <0

Cả hai trường hợp ta đều thấy để $q_3$ cân bằng không phụ thuộc điện tích $q_3$

I.Lực Coulomb trong điện môi

a/Định nghĩa điện môi : Điện môi là môi trường cách điện không cho dòng điện đi qua.

Ví dụ : dầu , không khí khô.

b/Định nghĩa hằng số điện môi $\epsilon$: Hằng số điện môi là đại lượng đặc trưng cho lực điện tác dụng trong môi trường điện môi và phụ thuộc vào môi trường điện môi.

Ví dụ : trong không khí điện môi bằng 1 , điện môi của thạch anh là 4,5

c/Lực Coulumb trong môi  điện môi

$F_1=\frac{k\left|q_1{q}_2\right|}{\epsilon r^2}=\frac{F_0}{\epsilon }$

Lực Coulumb của các hạt điện tích trong môi trường điện môi có độ lớn nhỏ hơn $\epsilon$ lần lực Coulumb giữa các hạt điện tích trong môi trường không khí

Ta có dao động cần tìm :

$x_2=x-x_1$

Cách 1: Dùng công thức:

Tính $A_2$:

$A_2=\sqrt{{A_1}^2+A^2-2A_{1}A\cos \left(\phi -{\phi }_1\right)}$

Tính pha ban đầu

$\tan \left({\phi }_1\right)=\frac{A\sin \left(\phi \right)-A_2\sin \left({\phi }_1\right)}{A\cos \left(\phi \right)-A_2\cos \left({\phi }_1\right)}$

Với $A_1;A_2$ :Biên độ dao động thành phần

Cách 2: Dùng máy tính : $x_2=x-x_2=A\angle \phi -A_1\angle {\phi }_1=A_2\angle {\phi }_2$

Bước 1: Bấm MODE 2 để sang dạng cmplx

Bước 2:Chuyển sang radian bằng cach1 nhấn  shift mode 4

Bước 3: Biễu diễn Nhập $A$ SHIFT (-) $\phi$ - Nhập $A_1$SHIFT (-) ${\phi }_1$ 

Bước 4:

+ Nhấn SHIFT 2 3 = hiển thị kết quả $A_2\angle {\phi }_2$

+ Sau đó nhấn SHIFT + = hiển thị kết quả là $A_2$. Nhấn SHIFT = hiển thị kết quả là  ${\phi }_2$.

Lưu ý: Chế độ hiển thị màn hình kết quả:

Sau khi nhập ta nhấn dấu = có thể hiển thị kết quả dưới dạng số vô tỉ, muốn kết quả dưới dạng thập phân ta nhấn SHIFT = (hoặc nhấn phím$S\iff D$ ) để chuyển đổi kết quả hiển thị.

* Lưu ý:

    - Đối với bài toán tổng hợp dao động điều hòa mà đề bài có nhắc đến thay đổi biên độ của dao động này để biên độ của dao động khác đạt giá trị cực đại (hoặc cực tiểu) thì ta phải vẽ giản đồ vecto $\overrightarrow{A}=\overrightarrow{A_1}+\overrightarrow{A_2}$ và dùng định lý hàm sin để giải.

$∆\phi ={\phi }_2-{\phi }_1$

+Khi $∆\phi =k2\pi$ : Hai dao động cùng pha $A=A_1+A_2$ $\phi ={\phi }_1$

+Khi $∆\phi =\left(2k+1\right)\mathrm{\pi }$: Hai dao động ngược pha  $A=\left|A_2-A_1\right|$ có pha ban đầu của dao động biên độ lớn hơn Ví dụ $\left(A_1>A_2\right)$$\phi ={\phi }_1$

+Khi $∆\phi =\left(2k+1\right)\frac{\mathrm{\pi }}{2}$:Hai dao động vuông pha $A=\sqrt{{A_1}^2+{A_2}^2}$

+Khi $∆\phi =\frac{2}{3}\pi$ và $A_1=A_2$;$A=A_1=A_2$ 

Công thức:

Cách 1:Dùng công thức

Tính A:

$A=\sqrt{{A_1}^2+{A_2}^2+2A_1{A}_2\cos \left({\phi }_2-{\phi }_1\right)}$

Tính pha ban đầu

$\tan \left(\phi \right)=\frac{A_1\sin \left({\phi }_1\right)+A_2\sin \left({\phi }_2\right)}{A_1\cos \left({\phi }_1\right)+A_2\cos \left({\phi }_2\right)}$

Với $A_1;A_2$ :Biên độ dao động thành phần

Cách 2: Dùng máy tính : $x=x_1+x_2=A_1\angle {\phi }_1+A_2\angle {\phi }_2=A\angle \phi$

Bước 1: Bấm MODE 2 để sang dạng cmplx

Bước 2:Chuyển sang radian bằng cach1 nhấn  shift mode 4

Bước 3: Biễu diễn Nhập $A_1$ SHIFT (-) ${\phi }_1$ + Nhập $A_2$SHIFT (-) ${\phi }_2$ 

Bước 4:

+ Nhấn SHIFT 2 3 = hiển thị kết quả $A\angle {\phi }_1$

+ Sau đó nhấn SHIFT + = hiển thị kết quả là $A$. Nhấn SHIFT = hiển thị kết quả là  $\phi$.

Lưu ý: Chế độ hiển thị màn hình kết quả:

Sau khi nhập ta nhấn dấu = có thể hiển thị kết quả dưới dạng số vô tỉ, muốn kết quả dưới dạng thập phân ta nhấn SHIFT = (hoặc nhấn phím $S\iff D$) để chuyển đổi kết quả hiển thị.

Cho hai dao động điều hòa cùng tần số :

$\left\{\begin{array}{l}{x}_1=A_1\cos \left(\omega t+{\phi }_1\right)\\ x_2=A_2\cos \left(\omega t+{\phi }_2\right)\end{array}\Rightarrow x=x_1+x_2=A\cos \left(\omega t+\phi \right)\right.$

Với x : Phương trình dao động tổng hợp .

      $A_1;A_2;A$:Biên độ của dao động 1, 2, tổng hợp.

      ${\phi }_1;{\phi }_2;\phi$: Pha ban đầu của dao động 1, 2, tổng hợp.

Trong đó

$\left|A_2-A_1\right|\le A\le A_2+A_2;∆\phi ={\phi }_2-{\phi }_1$

Phát biểu: Công của lực điện trong sự di chuyển của điện tích trong điện trường đều trừ M đến N là $A_{MN}=qEd$, không phụ thuộc vào hình dạng của đường đi mà chỉ phụ thuộc vào vị trí của điểm đầu M và điểm cuối N của đường đi.

Chú thích:

$A_{MN}$: công của lực điện dịch chuyển điện tích từ M đến N $\left(J\right)$

$q$: điện tích dịch chuyển $\left(C\right)$

$E$: cường độ điện trường $(V/m)$

$d=\overline{MH}$ là độ dài đại số, với M là hình chiếu của điểm đầu đường đi, H là hình chiếu của điểm cuối đường đi trên một đường sức $\left(m\right)$

Công thức liên hệ:

$A_{MN}=\overrightarrow{F}.\overrightarrow{s}=Fs\cos \alpha$

Với $F=qE$ và $s\cos \alpha =d$, $\alpha =(\overrightarrow{E},\overrightarrow{s})$