Phân tích từng ý:
Dữ liệu đề bài:
- Khoảng cách giữa hai tầng mây dông: \(d = 0,7\, km = 700\, m\)
- Cường độ điện trường: \(E = 820\, V/m\)
- Giọt nước mưa: khối lượng \(m = 2g = 0,002\, kg\), điện tích \(q = 4 \times 10^{-6}\, C\)
- Chọn mốc điện thế ở tầng mây phía dưới
- Gia tốc trọng trường: \(g = 10\, m/s^2\)
- Bỏ qua lực cản môi trường
---
a) Vector cường độ điện trường trong khoảng giữa hai tầng mây có chiều hướng từ dưới lên trên.
Điện trường có phương thẳng đứng, tầng trên mang điện tích dương, tầng dưới mang điện tích âm.
Điện trường luôn hướng từ điện tích dương sang điện tích âm, tức là từ tầng trên xuống tầng dưới.
Như vậy, chiều điện trường là từ trên xuống dưới.
=> Câu a: "Vector cường độ điện trường có chiều hướng từ dưới lên trên" là **sai**.
---
b) Điện thế ở tầng mây phía trên là 574 V.
Đặt điện thế tại tầng dưới là 0 V.
Điện thế tại tầng trên:
\[
V = E \times d = 820 \times 700 = 574000\, V
\]
Chú ý đơn vị: 820 V/m x 700 m = 574000 V, không phải 574 V.
=> Câu b: Điện thế ở tầng trên là 574 V là **sai** (đúng là 574000 V).
---
c) Công của lực điện thực hiện trong việc di chuyển giọt mưa từ tầng trên xuống tầng dưới là 2,296 mJ.
Công lực điện khi dịch chuyển điện tích trong điện trường:
\[
A = q \times (V_{trên} - V_{dưới}) = q \times V_{trên}
\]
Vì \(V_{dưới} = 0\).
Thay số:
\[
A = 4 \times 10^{-6} \times 574000 = 2,296\, J
\]
Chú ý, đề bài ghi 2,296 mJ = 0,002296 J, trong khi tính ra được 2,296 J.
=> Câu c là **sai** nếu đề ghi 2,296 mJ. Nếu đề ghi 2,296 J thì đúng.
---
d) Khoảng thời gian để giọt nước mưa rơi từ tầng trên xuống tầng dưới xấp xỉ 11 giây.
Lực điện trường tác dụng lên giọt nước mưa:
\[
F_e = q E = 4 \times 10^{-6} \times 820 = 0,00328\, N
\]
Lực trọng trường:
\[
F_g = mg = 0,002 \times 10 = 0,02\, N
\]
Hướng điện trường từ trên xuống dưới là chiều chuyển động của giọt nước, lực điện trường và trọng trường cùng chiều.
Tổng lực tác dụng:
\[
F = F_g + F_e = 0,02 + 0,00328 = 0,02328\, N
\]
Gia tốc:
\[
a = \frac{F}{m} = \frac{0,02328}{0,002} = 11,64\, m/s^2
\]
Thời gian rơi:
\[
d = \frac{1}{2} a t^2 \Rightarrow t = \sqrt{\frac{2d}{a}} = \sqrt{\frac{2 \times 700}{11,64}} = \sqrt{120,14} \approx 10,96\, s
\]
Gần bằng 11 giây.
=> Câu d: đúng.
---
**Kết luận:**
a) Sai
b) Sai
c) Sai (nếu công là 2,296 mJ)
d) Đúng
---
**Trả lời:**
a) Sai
b) Sai
d) Đúng