05 Электрическое поле. Электростатика
Готовиться с нами - ЛЕГКО!
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
В вершинах правильного шестиугольника со стороной 10 см поочередно расположены заряды нКл и
нКл. Определите
напряженность поля, создаваемого всеми зарядами в центре фигуры.
Напряженность точечного заряда находится по формуле , где
– модуль заряда,
– расстояние от точечного заряда
до рассматриваемой точки.
Так как модули всех зарядов равны, расстояния до рассматриваемой точки одинаковы, то напряженности в точке, создаваемые каждым зарядом по отдельности, по модулю равны.
Запишем принцип суперпозиции:
Критерии оценивания выполнения задачи | Баллы |
Приведено полное решение, включающее следующие элементы: | 2 |
I) записаны положения теории и физические законы, | |
закономерности, применение которых необходимо для решения | |
задачи выбранным способом (в данном случае: формула для расчета напряженности поля точечного заряда, принцип суперпозиции электрических полей, записан верный ответ задачи. При оформлении задачи желательно, чтобы был сделан поясняющий рисунок); | |
II) описаны все вновь вводимые в решении буквенные обозначения | |
физических величин (за исключением обозначений констант, | |
указанных в варианте КИМ, обозначений, используемых в условии | |
задачи, и стандартных обозначений величин, используемых при | |
написании физических законов); | |
III) представлены необходимые математические преобразования, | |
приводящие к правильному ответу; | |
IV) представлен правильный ответ | |
Правильно записаны все необходимые положения теории, | 1 |
физические законы, закономерности, и проведены преобразования, | |
направленные на решение задачи, но имеется один или несколько | |
из следующих недостатков. | |
| |
Записи, соответствующие пункту II, представлены не в полном | |
объёме или отсутствуют. | |
И (ИЛИ)
| |
В решении имеются лишние записи, не входящие в решение | |
(возможно, неверные), которые не отделены от решения | |
и не зачёркнуты. | |
И (ИЛИ)
| |
В необходимых математических преобразованиях допущены | |
ошибки, и (или) в математических преобразованиях пропущены | |
логически важные шаги. | |
И (ИЛИ)
| |
Отсутствует пункт IV, или в нём допущена ошибка (в том числе | |
в записи единиц измерения величины) |
|
Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным | 0 |
критериям выставления оценок в 1 или 2 балла | |
Максимальный балл | 2 |
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Точечный заряд , помещенный в начало координат, создает в точке
(см. рисунок) электростатическое поле напряженностью
В/м. Какова напряженность поля
в точке
Напряженность поля точечного заряда определяется формулой:
где – расстояние от точечного заряда,
– заряд.
Тогда
В нашем случае
Тогда
Критерии оценивания выполнения задачи | Баллы |
Приведено полное решение, включающее следующие элементы: | 2 |
I) записаны положения теории и физические законы, | |
закономерности, применение которых необходимо для решения | |
задачи выбранным способом (в данном случае: формула напряженности поля точечного заряда); | |
II) описаны все вновь вводимые в решении буквенные обозначения | |
физических величин (за исключением обозначений констант, | |
указанных в варианте КИМ, обозначений, используемых в условии | |
задачи, и стандартных обозначений величин, используемых при | |
написании физических законов); | |
III) представлены необходимые математические преобразования, | |
приводящие к правильному ответу; | |
IV) представлен правильный ответ | |
Правильно записаны все необходимые положения теории, | 1 |
физические законы, закономерности, и проведены преобразования, | |
направленные на решение задачи, но имеется один или несколько | |
из следующих недостатков. | |
| |
Записи, соответствующие пункту II, представлены не в полном | |
объёме или отсутствуют. | |
И (ИЛИ)
| |
В решении имеются лишние записи, не входящие в решение | |
(возможно, неверные), которые не отделены от решения | |
и не зачёркнуты. | |
И (ИЛИ)
| |
В необходимых математических преобразованиях допущены | |
ошибки, и (или) в математических преобразованиях пропущены | |
логически важные шаги. | |
И (ИЛИ)
| |
Отсутствует пункт IV, или в нём допущена ошибка (в том числе | |
в записи единиц измерения величины) |
|
Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным | 0 |
критериям выставления оценок в 1 или 2 балла | |
Максимальный балл | 2 |
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Оценить силу взаимодействия двух шариков радиусом см, заряженных до максимально возможного заряда (чтобы ещё не
происходило пробоя воздуха вблизи шариков) при расстоянии между центрами шариков
см. Пробойное поле сухого воздуха
В/м.
Сила Кулона взаимодействия шариков равна:
где – максимальный заряд.
Напряженность вблизи шарика описывается уравнением:
Максимальный заряд равен:
Тогда
Критерии оценивания выполнения задачи | Баллы |
Приведено полное решение, включающее следующие элементы: | 2 |
I) записаны положения теории и физические законы, | |
закономерности, применение которых необходимо для решения | |
задачи выбранным способом (в данном случае: формула силы Кулона); | |
II) описаны все вновь вводимые в решении буквенные обозначения | |
физических величин (за исключением обозначений констант, | |
указанных в варианте КИМ, обозначений, используемых в условии | |
задачи, и стандартных обозначений величин, используемых при | |
написании физических законов); | |
III) представлены необходимые математические преобразования, | |
приводящие к правильному ответу; | |
IV) представлен правильный ответ | |
Правильно записаны все необходимые положения теории, | 1 |
физические законы, закономерности, и проведены преобразования, | |
направленные на решение задачи, но имеется один или несколько | |
из следующих недостатков. | |
| |
Записи, соответствующие пункту II, представлены не в полном | |
объёме или отсутствуют. | |
И (ИЛИ)
| |
В решении имеются лишние записи, не входящие в решение | |
(возможно, неверные), которые не отделены от решения | |
и не зачёркнуты. | |
И (ИЛИ)
| |
В необходимых математических преобразованиях допущены | |
ошибки, и (или) в математических преобразованиях пропущены | |
логически важные шаги. | |
И (ИЛИ)
| |
Отсутствует пункт IV, или в нём допущена ошибка (в том числе | |
в записи единиц измерения величины) |
|
Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным | 0 |
критериям выставления оценок в 1 или 2 балла | |
Максимальный балл | 2 |
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Два одинаковых маленьких шарика массой 80 г каждый подвешены к одной точке на нитях длиной 30 см. Какой положительный заряд надо сообщить каждому шарику, чтобы нити разошлись под прямым углом друг к другу?
Из геометрии видно, что
Запишем закон Ньютона на оси:
где – сила натяжения нити,
– масса шариков,
– сила Кулона. Так как
Следовательно, если из (1) вычесть (2)
– постоянная Кулона,
– заряды,
– расстояние между зарядами Из теоремы Пифагора:
Критерии оценивания выполнения задачи | Баллы |
Приведено полное решение, включающее следующие элементы: | 2 |
I) записаны положения теории и физические законы, | |
закономерности, применение которых необходимо для решения | |
задачи выбранным способом (в данном случае: второй закон Ньютона, формула силы Кулона, расстояние между шариками в состоянии равновесия); | |
II) описаны все вновь вводимые в решении буквенные обозначения | |
физических величин (за исключением обозначений констант, | |
указанных в варианте КИМ, обозначений, используемых в условии | |
задачи, и стандартных обозначений величин, используемых при | |
написании физических законов); | |
III) представлены необходимые математические преобразования, | |
приводящие к правильному ответу; | |
IV) представлен правильный ответ | |
Правильно записаны все необходимые положения теории, | 1 |
физические законы, закономерности, и проведены преобразования, | |
направленные на решение задачи, но имеется один или несколько | |
из следующих недостатков. | |
| |
Записи, соответствующие пункту II, представлены не в полном | |
объёме или отсутствуют. | |
И (ИЛИ)
| |
В решении имеются лишние записи, не входящие в решение | |
(возможно, неверные), которые не отделены от решения | |
и не зачёркнуты. | |
И (ИЛИ)
| |
В необходимых математических преобразованиях допущены | |
ошибки, и (или) в математических преобразованиях пропущены | |
логически важные шаги. | |
И (ИЛИ)
| |
Отсутствует пункт IV, или в нём допущена ошибка (в том числе | |
в записи единиц измерения величины) |
|
Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным | 0 |
критериям выставления оценок в 1 или 2 балла | |
Максимальный балл | 2 |
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Небольшой заряженный шарик, подвешенный на непроводящей нити, вращается в горизонтальной плоскости с угловой скоростью 3
рад/с, причем в центре описываемой им окружности расположен точно такой же заряд, что имеет шарик. Если вращающийся
шарик зарядить зарядом противоположного знака (но такой же абсолютной величины), то при том же радиусе
вращения угловая скорость станет 4 рад/с. Найдите расстояние от точки подвеса шарика до плоскости его вращения,
.
Запишем закон Ньютона на горизонтальную ось в первом и втором случае ( угол между горизонталью и
нитью):
где – сила натяжения нити,
– масса шариков,
– сила Кулона,
– центростремительное ускорение, так как
ускорение находится по формуле:
–угловая скорость,
– радиус На ось ОY
Сложим первые два уравнения
Критерии оценивания выполнения задачи | Баллы |
Приведено полное решение, включающее следующие элементы: | 2 |
I) записаны положения теории и физические законы, | |
закономерности, применение которых необходимо для решения | |
задачи выбранным способом (в данном случае: второй закон Ньютона, формула силы Кулона, формула центростремительного ускорения); | |
II) описаны все вновь вводимые в решении буквенные обозначения | |
физических величин (за исключением обозначений констант, | |
указанных в варианте КИМ, обозначений, используемых в условии | |
задачи, и стандартных обозначений величин, используемых при | |
написании физических законов); | |
III) представлены необходимые математические преобразования, | |
приводящие к правильному ответу; | |
IV) представлен правильный ответ | |
Правильно записаны все необходимые положения теории, | 1 |
физические законы, закономерности, и проведены преобразования, | |
направленные на решение задачи, но имеется один или несколько | |
из следующих недостатков. | |
| |
Записи, соответствующие пункту II, представлены не в полном | |
объёме или отсутствуют. | |
И (ИЛИ)
| |
В решении имеются лишние записи, не входящие в решение | |
(возможно, неверные), которые не отделены от решения | |
и не зачёркнуты. | |
И (ИЛИ)
| |
В необходимых математических преобразованиях допущены | |
ошибки, и (или) в математических преобразованиях пропущены | |
логически важные шаги. | |
И (ИЛИ)
| |
Отсутствует пункт IV, или в нём допущена ошибка (в том числе | |
в записи единиц измерения величины) |
|
Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным | 0 |
критериям выставления оценок в 1 или 2 балла | |
Максимальный балл | 2 |
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Найдите энергию взаимодействия системы четырех зарядов 1, 2, 3 и 4 мкКл, расположенных в вершинах правильного тетраэдра с ребром 50 см.
Пусть – энергия взаимодействия
и
зарядов.
Энергия взаимодействия:
Критерии оценивания выполнения задачи | Баллы |
Приведено полное решение, включающее следующие элементы: | 2 |
I) записаны положения теории и физические законы, | |
закономерности, применение которых необходимо для решения | |
задачи выбранным способом (в данном случае: формула потенциальной энергии взаимодейсвтия точечных зарядов); | |
II) описаны все вновь вводимые в решении буквенные обозначения | |
физических величин (за исключением обозначений констант, | |
указанных в варианте КИМ, обозначений, используемых в условии | |
задачи, и стандартных обозначений величин, используемых при | |
написании физических законов); | |
III) представлены необходимые математические преобразования, | |
приводящие к правильному ответу; | |
IV) представлен правильный ответ | |
Правильно записаны все необходимые положения теории, | 1 |
физические законы, закономерности, и проведены преобразования, | |
направленные на решение задачи, но имеется один или несколько | |
из следующих недостатков. | |
| |
Записи, соответствующие пункту II, представлены не в полном | |
объёме или отсутствуют. | |
И (ИЛИ)
| |
В решении имеются лишние записи, не входящие в решение | |
(возможно, неверные), которые не отделены от решения | |
и не зачёркнуты. | |
И (ИЛИ)
| |
В необходимых математических преобразованиях допущены | |
ошибки, и (или) в математических преобразованиях пропущены | |
логически важные шаги. | |
И (ИЛИ)
| |
Отсутствует пункт IV, или в нём допущена ошибка (в том числе | |
в записи единиц измерения величины) |
|
Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным | 0 |
критериям выставления оценок в 1 или 2 балла | |
Максимальный балл | 2 |
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
На рисунке представлено расположение двух неподвижных точечных электрических зарядов и
.
Определите направление вектора напряжённости электрического поля этих зарядов в точке .
Напряженность направлена от себя, в случае положительного заряда, и к заряду, в случае отрицательного заряда. Напряженность вычисляется по формуле:
где – расстояние от точки до заряда.
Так как расстояние от положительного заряда до точки меньше, от отрицательного, то модуль вектора напряженности
положительного заряда в точке
больше, чем модуль вектора напряженности отрицательного заряда.
Результирующий вектор напряженности направлен влево.
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
В вершине A прямоугольного треугольника ABC находится точечный заряд (см. рисунок). Он действует с силой 50 мкН на
точечный заряд
, помещённый в вершину
. Если заряд
перенести в вершину
, то заряды будут взаимодействовать с силой
18 мкН. Найдите отношение
.
В первом случае сила равна
Делим (2) на (1) и поулчаем :
Пусть AB=x,тогда AC= 0,6x, По теореме Пифагора:
Отсюда искомое соотношение из (3) и (4) :
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
В стол воткнута нижним заостренным концом спица, наклоненная под углом к горизонту. У ее нижнего конца закреплена
маленькая заряженная бусинка. На спицу надета другая такая же заряженная бусинка, которая может скользить по спице без
трения. Заряды бусинок одинаковы и равны
, расстояние между бусинками равно
. Определите массу
бусинки
, если бусинки находятся в равновесии. Сделайте рисунок с указанием сил, действующих на верхнюю
бусинку.
Расставим силы, действующие на верхнюю бусинку
Так как бусинки находятся в равновесии, то из второго закона где – сила реакции опоры стержня,
– сила Кулона. Сила
взаимодействия между зарядами равна Ньютона:
где – сила реакции опоры стержня,
– сила Кулона. Сила взаимодействия между зарядами равна
из (1) и (3)
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
В пространстве имеется электрическое поле: в области напряжённость поля направлена противоположно оси
и равна по
модулю
, в области
напряжённость поля равна нулю, а в области
она направлена в положительном
направлении по оси
и также равна по модулю
. Положительно заряженной частице (заряд
, масса
),
находящейся в начале координат, сообщают начальную скорость
, направленную вдоль оси
в положительном
направлении. Действием силы тяжести на частицу можно пренебречь. Постройте графики зависимости от времени
:
а) проекции скорости частицы на ось ;
б) координаты частицы
Как зависит период колебаний частицы от ее начальной скорости?
Источники:
1) В области центральной части частица движется без ускорения (напяжённость поля 0).
2) В области на частицу действует сила в отрицательном направлении оси
, равная
, что даёт ускорение
3) В области на частицу действует сила в положительном направлении оси
, равная
, что даёт ускорение
График :
При скорость постоянна
и равна
. При достижении точки
частица начинает замедляться с
ускорением
до полной остановки, после чего частица начинает двигаться против оси с тем же ускорением до тех пор, пока
скорость не станет равна
. На следующем интервале времени
частица движется с постоянной скоростью. При достижении точки
частица ускоряется с ускорением
остижения
скорости
в противоположном направлении
. После чего снова следует участок с постоянной скоростью
.
Далее повторяется все заново.
График :
В центральной области (движение с постоянной скоростью, график - участок наклонной прямой). В
периферийных областях
(движение с постоянным ускорением, график - участок параболы)
См. Решение
Критерии оценивания выполнения задачи | Баллы |
Приведено полное решение, включающее следующие элементы: | 2 |
I) записаны положения теории и физические законы, | |
закономерности, применение которых необходимо для решения | |
задачи выбранным способом (в данном случае: второй закон Ньютона, формула силы Кулона, формула центростремительного ускорения); | |
II) описаны все вновь вводимые в решении буквенные обозначения | |
физических величин (за исключением обозначений констант, | |
указанных в варианте КИМ, обозначений, используемых в условии | |
задачи, и стандартных обозначений величин, используемых при | |
написании физических законов); | |
III) представлены необходимые математические преобразования, | |
приводящие к правильному ответу; | |
IV) представлен правильный ответ | |
Правильно записаны все необходимые положения теории, | 1 |
физические законы, закономерности, и проведены преобразования, | |
направленные на решение задачи, но имеется один или несколько | |
из следующих недостатков. | |
| |
Записи, соответствующие пункту II, представлены не в полном | |
объёме или отсутствуют. | |
И (ИЛИ)
| |
В решении имеются лишние записи, не входящие в решение | |
(возможно, неверные), которые не отделены от решения | |
и не зачёркнуты. | |
И (ИЛИ)
| |
В необходимых математических преобразованиях допущены | |
ошибки, и (или) в математических преобразованиях пропущены | |
логически важные шаги. | |
И (ИЛИ)
| |
Отсутствует пункт IV, или в нём допущена ошибка (в том числе | |
в записи единиц измерения величины) |
|
Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным | 0 |
критериям выставления оценок в 1 или 2 балла | |
Максимальный балл | 2 |
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Шарик массой 5 г и зарядом 2 мКл подвешен на нити длиной 1 м в горизонтальном электрическом поле с напряженностью 20 В/м.
Шарик сначала удерживают в нижнем положении, а затем отпускают.
1) Что будет происходить с шариком, когда его отпустят?
2) Найдите максимальный угол и максимальную высоту, на которую поднимется шарик.
3) Найдите скорость шарика в тот момент, когда нить отклоняется на 30 градусов от вертикали.
4) Найдите натяжение нити в тот момент, когда нить отклоняется на 30 градусов от вертикали.
1) На шарик действуют две силы: со стороны электрического поля и со стороны гравитационного поля. Шарик при отпускании будет
двигаться из нижнего положения под действием электрической силы, направленной горизонтально. Под действием силы
электрического поля шарик отклонится от вертикали и начнёт качаться, превращаясь в маятник с дополнительной горизонтальной
силой.
2) Воспользуемся законом изменения кинетической энергии:
где – работа силы тяжести,
– работа силы натяжения нити,
– работа электрической силы
Чтобы преобразовывать дальше, вспомним следующие тригонометрические формулы:
Тогда:
Тогда максимальная высота будет:
3) Снова воспользуемся законом изменения кинетической энергии:
4) Спроецируем второй закон ньютона на ось, направленную вдоль нити:
См. Решение
Критерии оценивания выполнения задачи | Баллы |
Приведено полное решение, включающее следующие элементы: | 2 |
I) записаны положения теории и физические законы, | |
закономерности, применение которых необходимо для решения | |
задачи выбранным способом (в данном случае: второй закон Ньютона, формула силы Кулона, формула центростремительного ускорения); | |
II) описаны все вновь вводимые в решении буквенные обозначения | |
физических величин (за исключением обозначений констант, | |
указанных в варианте КИМ, обозначений, используемых в условии | |
задачи, и стандартных обозначений величин, используемых при | |
написании физических законов); | |
III) представлены необходимые математические преобразования, | |
приводящие к правильному ответу; | |
IV) представлен правильный ответ | |
Правильно записаны все необходимые положения теории, | 1 |
физические законы, закономерности, и проведены преобразования, | |
направленные на решение задачи, но имеется один или несколько | |
из следующих недостатков. | |
| |
Записи, соответствующие пункту II, представлены не в полном | |
объёме или отсутствуют. | |
И (ИЛИ)
| |
В решении имеются лишние записи, не входящие в решение | |
(возможно, неверные), которые не отделены от решения | |
и не зачёркнуты. | |
И (ИЛИ)
| |
В необходимых математических преобразованиях допущены | |
ошибки, и (или) в математических преобразованиях пропущены | |
логически важные шаги. | |
И (ИЛИ)
| |
Отсутствует пункт IV, или в нём допущена ошибка (в том числе | |
в записи единиц измерения величины) |
|
Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным | 0 |
критериям выставления оценок в 1 или 2 балла | |
Максимальный балл | 2 |