Dây mảnh hình vòng cung, bán kính R, góc mở 2α0, tích điện đều, mật độ điện dài λ. Độ lớn cường độ điện trường E tại tâm O là:
Trả lời:
Đáp án đúng: D
Để giải bài toán này, ta cần sử dụng nguyên lý chồng chất điện trường và tính đối xứng của hình dạng dây cung.
1. **Phân tích bài toán:**
- Dây cung có mật độ điện dài λ, bán kính R, góc mở 2α₀.
- Ta cần tìm cường độ điện trường tại tâm O.
2. **Phương pháp giải:**
- Chia dây cung thành các phần tử nhỏ dl.
- Điện tích của phần tử dl là dq = λdl.
- Cường độ điện trường do phần tử dl gây ra tại O là dE = k.dq/R² = k.λ.dl/R².
- Do tính đối xứng, các thành phần dEx triệt tiêu lẫn nhau, chỉ còn thành phần dEy.
- dEy = dE.sin(α), với α là góc tạo bởi phần tử dl và trục đối xứng.
- dl = R.dα
- dEy = k.λ.R.dα.sin(α)/R² = (k.λ/R).sin(α).dα
- Tính tích phân dEy từ -α₀ đến α₀ để tìm Ey.
- E = ∫dEy = ∫(k.λ/R).sin(α).dα từ -α₀ đến α₀ = (k.λ/R).[-cos(α)] từ -α₀ đến α₀ = (k.λ/R).[-cos(α₀) + cos(-α₀)] = (k.λ/R).[-cos(α₀) + cos(α₀)] = 2kλsin(α₀)/R.
Vậy, độ lớn cường độ điện trường E tại tâm O là E = 2kλsin(α₀)/R.
**Đối chiếu với các đáp án:**
Đáp án đúng là: D. E=2kλRsinα0