01 Электрическое поле. Электростатика. Изменение физических величин в процессах

Скорость вылетевшей частицы – 2
А) Напряженность определяется формулой:

где – сила Кулона, – заряд При уменьшении напряжённости, уменьшается сила, которая воздействует на частицу.
При уменьшении электрической силы, уменьшается ускорение, т.к.

где – масса частицы, и – конечная и начальная скорости соответственно, а – время. А значит, уменьшится скорость частицы в вертикальном направлении. Угол отклонения – 2
Б) Так как вдоль горизонтальной оси на частицу не действует никаких сил, то скорость по горизонтальная проекция скорости постоянна. Скорость частицы в горизонтальном направлении в первом и во втором случае одинаковы, следовательно, модуль скорости вылетевшей частицы и угол отклонения во втором случае уменьшатся.

При соприкосновении произойдет перераспределение зарядов. Так как шарики имеют одинаковый радиус, то их заряд после соединения будет равен, его можно найти из закона сохранения заряда:

По принципу суперпозиции, напряженность поля в точке А будет сумма напряженностей полей, создаваемыми зарядами по отдельности. Поле от отрицательного заряда направлено к заряду, а положительного – от заряда. Напряженность можно найти по формуле:

где – постоянная Кулона, – заряд, – расстояние от заряда до точки.
В нашем случае напряженность в точке до соприкосновения:

После соприкосновения:

Значит, напряженность уменьшится.
Потенциал электростатического поля точечного заряда – скалярная величина, равная:

В нашем случае

Значит, потенциал не изменился.

Потенциальная энергия – 2
1) Потенциальная энергия:

где – разность потенциалов, – заряд. Так как заряд положительный и потенциал уменьшается, следовательно, потенциальная энергия уменьшается
Заряд – 3
2) Изменение потенциала никак не влияет на заряд, следовательно, заряд постоянен.

Ёмкость конденсатора:

где – площадь конденсатора, – расстояние между обкладками, – диэлектрическая проницаемость диэлектрика, – диэлектрическая постоянная.
Значит, ёмкость увеличится.
Заряд на конденсаторе равен:

где – напряжение на пластинах.
Так как конденсатор подключен к источнику постоянного напряжения, то постоянно и заряд увеличится.

Так как шарики одинаковые, то заряд распределится между ними поровну после соединения коротким проводом

То есть заряд первого шарика уменьшится. Напряженность поля определятся формулой:

где – заряд, – расстояние от заряда, до точки измерения напряженности.
Изобразим векторы напряженности для каждого заряда

По принципу суперпозиции:

После соединения проводом, заряд второго шарика изменится на противоположный и изменятся модули зарядов, тогда

По принципу суперпозиции:

То есть напряженность увеличится по модулю

А) Напряженность определяется формулой:

где – сила Кулона, – заряд При уменьшении напряжённости, уменьшается сила, которая воздействует на частицу.
При уменьшении электрической силы, уменьшается ускорение, т.к.

где – масса частицы, и – конечная и начальная скорости соответственно, а – время. А значит, уменьшится скорость частицы в вертикальном направлении. Кинетическая энергия равна

где – горизонтальная составляющая скорости, – вертикальная составляющая скорости.
Так как уменьшается, то уменьшается и кинетическая энергия.
Б) Так как вдоль горизонтальной оси на частицу не действует никаких сил, то скорость по горизонтальная проекция скорости постоянна, значит, время пролёта не изменяется.

На частицу со стороны электрического поля действует сила , где – напряженность электрического поля; – заряд частицы.
Если напряжение между пластинами заряжённого конденсатора увеличить, то увеличится и напряженность поля - , следовательно, увеличится и сила Так как сила направлена перпендикулярно движению частицы, она будет отклоняться от первоначального (горизонтального) направления на больший угол, то есть угол возрастет.

В горизонтальной плоскости скорость частицы остается неизменной, а в вертикальной плоскости ей придается дополнительное ускорение, которое и отклоняет частицу. Следовательно, модуль скорости частицы возрастет, а значит, возрастет и ее кинетическая энергия.

Распишем время полета конденсатора:

где - длина конденсатора, - скорость по оси
В горизонтальной плоскости скорость частицы остается неизменной, значит, время пролета частицы через конденсатор останется прежним.

Если напряжение между пластинами конденсатора уменьшается, то сила, действующая на частицу, уменьшится. Это связано с тем, что электрическая сила прямо пропорциональна напряжению и выражается формулой: , где – напряженность электрического поля; – заряд частицы.
Уменьшение силы приводит к тому, что частица получает меньшую ускоряющую силу, а значит, её изменение импульса при движении через конденсатор будет меньше. Формула для изменения импульса:

где – время пролета частицы через конденсатор. Следовательно, время пролета неизменно, сила уменьшается, значит импульс вылетевшей частицы уменьшится.

Распишем ёмкость конденсатора:

где - абсолютная диэлектрическая проницаемость среды между обкладками, – площадь обкладки.
Из этой формулы видно, что при уменьшении емкость конденсатора увеличивается.

Заряд остается постоянным, так как конденсатор отключен от гальванического элемента.