04 Электростатика (Отсутствует в данном номере в ЕГЭ 2026)
Готовиться с нами - ЛЕГКО!
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Положительно заряженная диэлектрическая пластина, создающая однородное электрическое поле напряженностью м,
укреплена на горизонтальной плоскости. На нее с высоты
см падает с нулевой начальной скоростью шарик массой
г, имеющий положительный заряд
Кл. Какой импульс передаст шарик пластине при абсолютно упругом
ударе?
Запишем второй закон Ньютона для шарика:
По уравнениям кинематики координата по вертикали равна
где – начальная скорость тела,
– время движения.
Так как , то в момент
Также скорость у пластины можно найти по формуле:
С учетом .
Тело в результате столкновения сохранит импульс по модулю, но изменит по направлению.
Импульс, который тело передаст в результате столкновения, равен
где – импульс тела после столкновения,
– импульс тела до столкновения
Критерии оценивания выполнения задачи | Баллы |
Приведено полное решение, включающее следующие элементы: | 3 |
I) записаны положения теории и физические законы, | |
закономерности, применение которых необходимо для решения | |
задачи выбранным способом (в данном случае: второй закон Ньютона, формула силы электрической, формула импульса, закон изменения импульса, формулы кинематики равноускоренного движения); | |
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 и | |
расчёты, приводящие к правильному числовому ответу | |
(допускается решение «по частям» с промежуточными | |
вычислениями); | |
IV) представлен правильный ответ с указанием единиц измерения | |
искомой величины | |
Правильно записаны все необходимые положения теории, | 2 |
физические законы, закономерности, и проведены необходимые | |
преобразования, но имеется один или несколько из следующих | |
недостатков | |
| |
Записи, соответствующие пункту II, представлены не в полном | |
объёме или отсутствуют. | |
И (ИЛИ)
| |
В решении лишние записи, не входящие в решение (возможно, | |
неверные), не отделены от решения (не зачёркнуты; не заключены | |
в скобки, рамку и т.п.). | |
И (ИЛИ)
| |
В необходимых математических преобразованиях или вычислениях | |
допущены ошибки, и (или) преобразования/вычисления не | |
доведены до конца. | |
И (ИЛИ)
| |
Отсутствует пункт IV, или в нём допущена ошибка | |
Представлены записи, соответствующие одному из следующих | 1 |
случаев. | |
Представлены только положения и формулы, выражающие | |
физические законы, применение которых необходимо для решения | |
задачи, без каких-либо преобразований с их использованием, | |
направленных на решение задачи, и ответа. | |
ИЛИ
| |
В решении отсутствует ОДНА из исходных формул, необходимая | |
для решения задачи (или утверждение, лежащее в основе решения), | |
но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися | |
формулами, направленные на решение задачи. | |
ИЛИ
| |
В ОДНОЙ из исходных формул, необходимых для решения задачи | |
(или в утверждении, лежащем в основе решения), допущена | |
ошибка, но присутствуют логически верные преобразования с | |
имеющимися формулами, направленные на решение задачи | |
Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным | 0 |
критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла | |
Максимальный балл | 3 |
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Электрон влетает в электрическое поле, созданное двумя разноименно заряженными пластинами плоского конденсатора, со
скоростью (см. рисунок вид сверху). Расстояние между пластинами
, длина пластин
, разность
потенциалов между пластинами
Определите скорость электрона при вылете из конденсатора. На рисунке изображён вид
сверху.
Так как частица заряжена отрицательно, то электрическая сила, действующая на частицу будет направлена противоположно вектору напряженности.
Запишем второй закон Ньютона:
где – электрическая сила,
– ускорение свободного падения,
– ускорение тела.
Спроецируем на оси и
|
Вдоль оси – движение равномерное, вдоль оси
– равноускоренное. Электрическая сила взаимодействия равна
где – заряд тела,
– вектор напряженности.
Напряженность между пластинами конденсатора равна
Тогда ускорение по равно:
Тогда скорость по оси :
Так как движение по оси :
то время пролета конденсатора
Значит, скорость по оси в конце конденсатора равна
Скорость электрона в конце конденсатора будет равна
Критерии оценивания выполнения задачи | Баллы |
Приведено полное решение, включающее следующие элементы: | 3 |
I) записаны положения теории и физические законы, | |
закономерности, применение которых необходимо для решения | |
задачи выбранным способом (в данном случае: формула силы электрической, второй закон Ньютона в векторной форме, а после в проекции на выбранные координатные оси. Формулы кинематики равномерного и равноускоренного движения); | |
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 и | |
расчёты, приводящие к правильному числовому ответу | |
(допускается решение «по частям» с промежуточными | |
вычислениями); | |
IV) представлен правильный ответ с указанием единиц измерения | |
искомой величины | |
Правильно записаны все необходимые положения теории, | 2 |
физические законы, закономерности, и проведены необходимые | |
преобразования, но имеется один или несколько из следующих | |
недостатков | |
| |
Записи, соответствующие пункту II, представлены не в полном | |
объёме или отсутствуют. | |
И (ИЛИ)
| |
В решении лишние записи, не входящие в решение (возможно, | |
неверные), не отделены от решения (не зачёркнуты; не заключены | |
в скобки, рамку и т.п.). | |
И (ИЛИ)
| |
В необходимых математических преобразованиях или вычислениях | |
допущены ошибки, и (или) преобразования/вычисления не | |
доведены до конца. | |
И (ИЛИ)
| |
Отсутствует пункт IV, или в нём допущена ошибка | |
Представлены записи, соответствующие одному из следующих | 1 |
случаев. | |
Представлены только положения и формулы, выражающие | |
физические законы, применение которых необходимо для решения | |
задачи, без каких-либо преобразований с их использованием, | |
направленных на решение задачи, и ответа. | |
ИЛИ
| |
В решении отсутствует ОДНА из исходных формул, необходимая | |
для решения задачи (или утверждение, лежащее в основе решения), | |
но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися | |
формулами, направленные на решение задачи. | |
ИЛИ
| |
В ОДНОЙ из исходных формул, необходимых для решения задачи | |
(или в утверждении, лежащем в основе решения), допущена | |
ошибка, но присутствуют логически верные преобразования с | |
имеющимися формулами, направленные на решение задачи | |
Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным | 0 |
критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла | |
Максимальный балл | 3 |
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Электрон влетает в однородное электрическое поле напряженностью В/м со скоростью
м/с по направлению
силовых линий поля. Через какое время электрон окажется в той же точке, где он влетел в поле?
Запишем второй закон Ньютона для шарика:
где – электрическая сила,
– масса электрона,
– ускорение электрона,
– заряд электрона.
Спроецируем на ось :
Электрон сначала будет лететь внутри электрического поля до тех пор, пока его скорость не уменьшится до нуля, а затем начнет двигаться назад, пока не вылетит оттуда.
Время движения до остановки в поле можно найти из уравнения кинематики:
в проекции на ось :
Время движения электрона внутри поля до остановки равно времени движения электрона от остановки до выхода из области
поля. Это связано с тем, что электрон будет двигать с тем же ускорением
и пройдёт такое же расстояние
до выхода из поля.
Поэтому искомое время
следует искать по формуле:
Примечание
Также время выхода можно найти, зная расстояние . Для этого найдём место остановки электрона
На обратном пути пройденное расстояние описывается уравнением:
Приравняв два последних уравнения можно выразить искомое время обратного движения
Критерии оценивания выполнения задачи | Баллы |
Приведено полное решение, включающее следующие элементы: | 3 |
I) записаны положения теории и физические законы, | |
закономерности, применение которых необходимо для решения | |
задачи выбранным способом (в данном случае: второй закон Ньютона, формула силы электрической, формулы кинематики равноускоренного движения); | |
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 и | |
расчёты, приводящие к правильному числовому ответу | |
(допускается решение «по частям» с промежуточными | |
вычислениями); | |
IV) представлен правильный ответ с указанием единиц измерения | |
искомой величины | |
Правильно записаны все необходимые положения теории, | 2 |
физические законы, закономерности, и проведены необходимые | |
преобразования, но имеется один или несколько из следующих | |
недостатков | |
| |
Записи, соответствующие пункту II, представлены не в полном | |
объёме или отсутствуют. | |
И (ИЛИ)
| |
В решении лишние записи, не входящие в решение (возможно, | |
неверные), не отделены от решения (не зачёркнуты; не заключены | |
в скобки, рамку и т.п.). | |
И (ИЛИ)
| |
В необходимых математических преобразованиях или вычислениях | |
допущены ошибки, и (или) преобразования/вычисления не | |
доведены до конца. | |
И (ИЛИ)
| |
Отсутствует пункт IV, или в нём допущена ошибка | |
Представлены записи, соответствующие одному из следующих | 1 |
случаев. | |
Представлены только положения и формулы, выражающие | |
физические законы, применение которых необходимо для решения | |
задачи, без каких-либо преобразований с их использованием, | |
направленных на решение задачи, и ответа. | |
ИЛИ
| |
В решении отсутствует ОДНА из исходных формул, необходимая | |
для решения задачи (или утверждение, лежащее в основе решения), | |
но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися | |
формулами, направленные на решение задачи. | |
ИЛИ
| |
В ОДНОЙ из исходных формул, необходимых для решения задачи | |
(или в утверждении, лежащем в основе решения), допущена | |
ошибка, но присутствуют логически верные преобразования с | |
имеющимися формулами, направленные на решение задачи | |
Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным | 0 |
критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла | |
Максимальный балл | 3 |
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Электрон, пролетая между обкладками вертикального конденсатора (см. рисунок вид сверху), длина которых 30 см отклоняется на
1,8 мм от первоначального направления, параллельного обкладкам конденсатора. Определите начальную скорость электрона, если
напряженность электрического поля между обкладками конденсатора 200 В/м. Отношение заряда электрона к его массе
Кл/кг.
Так как частица заряжена отрицательно, то электрическая сила, действующая на частицу будет направлена противоположно вектору напряженности.
Запишем второй закон Ньютона:
где – электрическая сила,
– ускорение свободного падения,
– ускорение тела.
Спроецируем на оси и
|
Вдоль оси – движение равномерное, вдоль оси
– равноускоренное. Электрическая сила взаимодействия равна
где – заряд тела,
– вектор напряженности.
Тогда ускорение по равно:
Величина отклонения равна:
Так как движение по оси :
то время пролета конденсатора
Объединим (1) – (3)
Подставим числа из условия
Критерии оценивания выполнения задачи | Баллы |
Приведено полное решение, включающее следующие элементы: | 3 |
I) записаны положения теории и физические законы, | |
закономерности, применение которых необходимо для решения | |
задачи выбранным способом (в данном случае: второй закон Ньютона, формула силы электрической, определено направление силы электрической, формулы кинематики равноускоренного и равномерного движения); | |
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 и | |
расчёты, приводящие к правильному числовому ответу | |
(допускается решение «по частям» с промежуточными | |
вычислениями); | |
IV) представлен правильный ответ с указанием единиц измерения | |
искомой величины | |
Правильно записаны все необходимые положения теории, | 2 |
физические законы, закономерности, и проведены необходимые | |
преобразования, но имеется один или несколько из следующих | |
недостатков | |
| |
Записи, соответствующие пункту II, представлены не в полном | |
объёме или отсутствуют. | |
И (ИЛИ)
| |
В решении лишние записи, не входящие в решение (возможно, | |
неверные), не отделены от решения (не зачёркнуты; не заключены | |
в скобки, рамку и т.п.). | |
И (ИЛИ)
| |
В необходимых математических преобразованиях или вычислениях | |
допущены ошибки, и (или) преобразования/вычисления не | |
доведены до конца. | |
И (ИЛИ)
| |
Отсутствует пункт IV, или в нём допущена ошибка | |
Представлены записи, соответствующие одному из следующих | 1 |
случаев. | |
Представлены только положения и формулы, выражающие | |
физические законы, применение которых необходимо для решения | |
задачи, без каких-либо преобразований с их использованием, | |
направленных на решение задачи, и ответа. | |
ИЛИ
| |
В решении отсутствует ОДНА из исходных формул, необходимая | |
для решения задачи (или утверждение, лежащее в основе решения), | |
но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися | |
формулами, направленные на решение задачи. | |
ИЛИ
| |
В ОДНОЙ из исходных формул, необходимых для решения задачи | |
(или в утверждении, лежащем в основе решения), допущена | |
ошибка, но присутствуют логически верные преобразования с | |
имеющимися формулами, направленные на решение задачи | |
Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным | 0 |
критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла | |
Максимальный балл | 3 |
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Конденсатор состоит из двух неподвижных, вертикально расположенных, параллельных, разноименно заряженных пластин.
Пластины расположены на расстоянии см друг от друга. Напряженность поля внутри конденсатора равна
В/м.
Между пластинами на равном расстоянии от них помещен шарик с зарядом
Кл и массой
г. После того, как
шарик отпустили, он начинает падать и ударяется об одну из пластин. На какую величину
уменьшится высота, на которой
находится шарик, к моменту его удара об одну из пластин?
Изобразим конденсатор и силы, действующие на шарик
Здесь — электрическая сила,
– сила тяжести,
– ускорение шарика.
Запишем второй закон Ньютона
спроецируем на оси и
:
Электрическая сила равна
Отсюда
Формула перемещения в кинетики
Здесь – начальная скорость,
– время движения.
Проецируем на оси и
Подставим числа из условия
Критерии оценивания выполнения задачи | Баллы |
Приведено полное решение, включающее следующие элементы: | 3 |
I) записаны положения теории и физические законы, | |
закономерности, применение которых необходимо для решения | |
задачи выбранным способом (в данном случае: второй закон Ньютона, формула силы электрической, формулы кинематики равноускоренного движения); | |
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 и | |
расчёты, приводящие к правильному числовому ответу | |
(допускается решение «по частям» с промежуточными | |
вычислениями); | |
IV) представлен правильный ответ с указанием единиц измерения | |
искомой величины | |
Правильно записаны все необходимые положения теории, | 2 |
физические законы, закономерности, и проведены необходимые | |
преобразования, но имеется один или несколько из следующих | |
недостатков | |
| |
Записи, соответствующие пункту II, представлены не в полном | |
объёме или отсутствуют. | |
И (ИЛИ)
| |
В решении лишние записи, не входящие в решение (возможно, | |
неверные), не отделены от решения (не зачёркнуты; не заключены | |
в скобки, рамку и т.п.). | |
И (ИЛИ)
| |
В необходимых математических преобразованиях или вычислениях | |
допущены ошибки, и (или) преобразования/вычисления не | |
доведены до конца. | |
И (ИЛИ)
| |
Отсутствует пункт IV, или в нём допущена ошибка | |
Представлены записи, соответствующие одному из следующих | 1 |
случаев. | |
Представлены только положения и формулы, выражающие | |
физические законы, применение которых необходимо для решения | |
задачи, без каких-либо преобразований с их использованием, | |
направленных на решение задачи, и ответа. | |
ИЛИ
| |
В решении отсутствует ОДНА из исходных формул, необходимая | |
для решения задачи (или утверждение, лежащее в основе решения), | |
но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися | |
формулами, направленные на решение задачи. | |
ИЛИ
| |
В ОДНОЙ из исходных формул, необходимых для решения задачи | |
(или в утверждении, лежащем в основе решения), допущена | |
ошибка, но присутствуют логически верные преобразования с | |
имеющимися формулами, направленные на решение задачи | |
Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным | 0 |
критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла | |
Максимальный балл | 3 |
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Положительно заряженный шар массой и зарядом
подвешен на тонкой нерастяжимой нити длиной
в однородном
электрическом поле с напряженностью
, направленной вниз. Шар совершает круговые движения в горизонтальной плоскости,
при этом нить составляет угол
с вертикалью. Нарисуйте все силы, действующие на шар, и найдите частоту его
обращения.
Сделаем рисунок с указанием сил, действующих на шарик и его ускорения
Где – электрическая сила,
– сила натяжения нити,
– сила тяжести,
– центростремительное
ускорение.
Запишем также второй закон Ньютона
где - полное ускорение.
Электрическая сила равна
Спроецируем второй закон Ньютона на оси
|
Центростремительное ускорение равно
где – циклическая частота.
Связь циклической частоты и частоту
Тогда
Критерии оценивания выполнения задачи | Баллы |
Приведено полное решение, включающее следующие элементы: | 3 |
I) записаны положения теории и физические законы, | |
закономерности, применение которых необходимо для решения | |
задачи выбранным способом (в данном случае: рисунок с расставленными на тело силами, второй закон Ньютона, формула центростремительного ускорения, формула силы электрической, формула связи циклической частотой и частотой); | |
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 и | |
расчёты, приводящие к правильному числовому ответу | |
(допускается решение «по частям» с промежуточными | |
вычислениями); | |
IV) представлен правильный ответ с указанием единиц измерения | |
искомой величины | |
Правильно записаны все необходимые положения теории, | 2 |
физические законы, закономерности, и проведены необходимые | |
преобразования, но имеется один или несколько из следующих | |
недостатков | |
| |
Записи, соответствующие пункту II, представлены не в полном | |
объёме или отсутствуют. | |
И (ИЛИ)
| |
В решении лишние записи, не входящие в решение (возможно, | |
неверные), не отделены от решения (не зачёркнуты; не заключены | |
в скобки, рамку и т.п.). | |
И (ИЛИ)
| |
В необходимых математических преобразованиях или вычислениях | |
допущены ошибки, и (или) преобразования/вычисления не | |
доведены до конца. | |
И (ИЛИ)
| |
Отсутствует пункт IV, или в нём допущена ошибка | |
Представлены записи, соответствующие одному из следующих | 1 |
случаев. | |
Представлены только положения и формулы, выражающие | |
физические законы, применение которых необходимо для решения | |
задачи, без каких-либо преобразований с их использованием, | |
направленных на решение задачи, и ответа. | |
ИЛИ
| |
В решении отсутствует ОДНА из исходных формул, необходимая | |
для решения задачи (или утверждение, лежащее в основе решения), | |
но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися | |
формулами, направленные на решение задачи. | |
ИЛИ
| |
В ОДНОЙ из исходных формул, необходимых для решения задачи | |
(или в утверждении, лежащем в основе решения), допущена | |
ошибка, но присутствуют логически верные преобразования с | |
имеющимися формулами, направленные на решение задачи | |
Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным | 0 |
критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла | |
Максимальный балл | 3 |
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Между горизонтальными обкладками плоского конденсатора висит заряженная капелька ртути. Какова разность потенциалов
обкладок, если расстояние между ними равно 2 см, заряд капельки равен Кл, а объём капельки равен
м
Пусть масса капельки , заряд капельки
, расстояние между обкладками
, объём капельки
. Запишем второй закон
Ньютона для капельки:
где – сила, действующая на капельку, со стороны электрического поля конденсатора,
– ускорение капельки.
Так как капелька покоится, то . Электрическая сила же равна:
где – напряженность поля конденсатора.
Изобразим силы, действующие на капельку
Спроецируем второй закон Ньютона на вертикальную ось:
Масса капельки ртути равна:
где – плотность ртути.
А напряженность поля конденсатора:
где – разность потенциалов между обкладками.
Тогда разность потенциалов обкладок
Критерии оценивания выполнения задачи | Баллы |
Приведено полное решение, включающее следующие элементы: | 3 |
I) записаны положения теории и физические законы, | |
закономерности, применение которых необходимо для решения | |
задачи выбранным способом (в данном случае: второй закон Ньютона, формула силы электрической, формула связи напряженности и напряжения, формула связи массы, плотности и объёма); | |
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 и | |
расчёты, приводящие к правильному числовому ответу | |
(допускается решение «по частям» с промежуточными | |
вычислениями); | |
IV) представлен правильный ответ с указанием единиц измерения | |
искомой величины | |
Правильно записаны все необходимые положения теории, | 2 |
физические законы, закономерности, и проведены необходимые | |
преобразования, но имеется один или несколько из следующих | |
недостатков | |
| |
Записи, соответствующие пункту II, представлены не в полном | |
объёме или отсутствуют. | |
И (ИЛИ)
| |
В решении лишние записи, не входящие в решение (возможно, | |
неверные), не отделены от решения (не зачёркнуты; не заключены | |
в скобки, рамку и т.п.). | |
И (ИЛИ)
| |
В необходимых математических преобразованиях или вычислениях | |
допущены ошибки, и (или) преобразования/вычисления не | |
доведены до конца. | |
И (ИЛИ)
| |
Отсутствует пункт IV, или в нём допущена ошибка | |
Представлены записи, соответствующие одному из следующих | 1 |
случаев. | |
Представлены только положения и формулы, выражающие | |
физические законы, применение которых необходимо для решения | |
задачи, без каких-либо преобразований с их использованием, | |
направленных на решение задачи, и ответа. | |
ИЛИ
| |
В решении отсутствует ОДНА из исходных формул, необходимая | |
для решения задачи (или утверждение, лежащее в основе решения), | |
но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися | |
формулами, направленные на решение задачи. | |
ИЛИ
| |
В ОДНОЙ из исходных формул, необходимых для решения задачи | |
(или в утверждении, лежащем в основе решения), допущена | |
ошибка, но присутствуют логически верные преобразования с | |
имеющимися формулами, направленные на решение задачи | |
Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным | 0 |
критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла | |
Максимальный балл | 3 |
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
На рисунке показана схема устройства для предварительного отбора заряженных частиц для последующего детального
исследования. Устройство представляет собой конденсатор, пластины которого изогнуты дугой радиуса см. Предположим,
что в промежуток между обкладками конденсатора из источника заряженных частиц (и.ч.) влетает электрон, как
показано на рисунке. Напряженность электрического поля в конденсаторе по модулю равна 500 В/м. При каком
значении скорости электрон пролетит сквозь конденсатор, не коснувшись его пластин? Считать, что расстояние
между обкладками конденсатора мало, напряженность электрического поля в конденсаторе всюду одинакова по
модулю, а вне конденсатора электрическое поле отсутствует. Влиянием силы тяжести пренебречь. Система находится в
вакууме.
Ион пролетит сквозь конденсатор, не коснувшись его пластин, только в том случае, если будет двигаться по окружности радиуса
. Так как силой тяжести иона пренебрегаем, то на ион с силой F действует только электрическое поле конденсатора с
напряженностью
. Так как конденсатор искривлен, то направление напряженности будет непрерывно меняться.
На частицу будет действовать электрическая сила, равная
где – заряд электрона,
– напряженность пластин.
Эта сила по второму закону Ньютона будет порождать центростремительное ускорение, равное
где – скорость частицы.
При этом второй закон Ньютона будет выглядеть следующим образом
где - полное ускорение.
В проекции на ось, направленную в центр траектори
Отсюда
Критерии оценивания выполнения задачи | Баллы |
Приведено полное решение, включающее следующие элементы: | 3 |
I) записаны положения теории и физические законы, | |
закономерности, применение которых необходимо для решения | |
задачи выбранным способом (в данном случае: второй закон Ньютона, формула силы электрической, 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 и | |
расчёты, приводящие к правильному числовому ответу | |
(допускается решение «по частям» с промежуточными | |
вычислениями); | |
IV) представлен правильный ответ с указанием единиц измерения | |
искомой величины | |
Правильно записаны все необходимые положения теории, | 2 |
физические законы, закономерности, и проведены необходимые | |
преобразования, но имеется один или несколько из следующих | |
недостатков | |
| |
Записи, соответствующие пункту II, представлены не в полном | |
объёме или отсутствуют. | |
И (ИЛИ)
| |
В решении лишние записи, не входящие в решение (возможно, | |
неверные), не отделены от решения (не зачёркнуты; не заключены | |
в скобки, рамку и т.п.). | |
И (ИЛИ)
| |
В необходимых математических преобразованиях или вычислениях | |
допущены ошибки, и (или) преобразования/вычисления не | |
доведены до конца. | |
И (ИЛИ)
| |
Отсутствует пункт IV, или в нём допущена ошибка | |
Представлены записи, соответствующие одному из следующих | 1 |
случаев. | |
Представлены только положения и формулы, выражающие | |
физические законы, применение которых необходимо для решения | |
задачи, без каких-либо преобразований с их использованием, | |
направленных на решение задачи, и ответа. | |
ИЛИ
| |
В решении отсутствует ОДНА из исходных формул, необходимая | |
для решения задачи (или утверждение, лежащее в основе решения), | |
но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися | |
формулами, направленные на решение задачи. | |
ИЛИ
| |
В ОДНОЙ из исходных формул, необходимых для решения задачи | |
(или в утверждении, лежащем в основе решения), допущена | |
ошибка, но присутствуют логически верные преобразования с | |
имеющимися формулами, направленные на решение задачи | |
Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным | 0 |
критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла | |
Максимальный балл | 3 |
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Плоский конденсатор с длинными широкими горизонтальными пластинами подключён к источнику постоянного тока так, как
показано на рисунке. Установка располагается в вакууме. Между пластинами находится положительно заряженная пылинка,
которая движется вниз, разгоняясь, с ускорением . Каким будет ускорение пылинки, если, не отключая конденсатор от
источника, увеличить расстояние между пластинами в 2
Изобразим все силы, действующие на шарик.
Положительно заряженная пластина отталкивает пылинку. Пластины конденсатора заряжены так, как показано на рисунке.
Расставив силы. На тело действует электрическая сила и сила тяжести
, а тело движется с ускорением
вниз.
Запишем второй закон Ньютона
В проекции на ось :
Электрическая сила равна
где – заряд пылинки,
– напряженность пластины конденсатора.
Напряженность равна
где – напряжение на пластинах,
– расстояние между пластинами.
То есть для первого случая
а для второго
Тогда для первого случая
Для второго случая
Критерии оценивания выполнения задачи | Баллы |
Приведено полное решение, включающее следующие элементы: | 3 |
I) записаны положения теории и физические законы, | |
закономерности, применение которых необходимо для решения | |
задачи выбранным способом (в данном случае: второй закон Ньютона, формула силы электрической, формула связи напряженности и напряжения); | |
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 и | |
расчёты, приводящие к правильному числовому ответу | |
(допускается решение «по частям» с промежуточными | |
вычислениями); | |
IV) представлен правильный ответ с указанием единиц измерения | |
искомой величины | |
Правильно записаны все необходимые положения теории, | 2 |
физические законы, закономерности, и проведены необходимые | |
преобразования, но имеется один или несколько из следующих | |
недостатков | |
| |
Записи, соответствующие пункту II, представлены не в полном | |
объёме или отсутствуют. | |
И (ИЛИ)
| |
В решении лишние записи, не входящие в решение (возможно, | |
неверные), не отделены от решения (не зачёркнуты; не заключены | |
в скобки, рамку и т.п.). | |
И (ИЛИ)
| |
В необходимых математических преобразованиях или вычислениях | |
допущены ошибки, и (или) преобразования/вычисления не | |
доведены до конца. | |
И (ИЛИ)
| |
Отсутствует пункт IV, или в нём допущена ошибка | |
Представлены записи, соответствующие одному из следующих | 1 |
случаев. | |
Представлены только положения и формулы, выражающие | |
физические законы, применение которых необходимо для решения | |
задачи, без каких-либо преобразований с их использованием, | |
направленных на решение задачи, и ответа. | |
ИЛИ
| |
В решении отсутствует ОДНА из исходных формул, необходимая | |
для решения задачи (или утверждение, лежащее в основе решения), | |
но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися | |
формулами, направленные на решение задачи. | |
ИЛИ
| |
В ОДНОЙ из исходных формул, необходимых для решения задачи | |
(или в утверждении, лежащем в основе решения), допущена | |
ошибка, но присутствуют логически верные преобразования с | |
имеющимися формулами, направленные на решение задачи | |
Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным | 0 |
критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла | |
Максимальный балл | 3 |
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Частица, имеющая заряд и массу
влетает в электрическое поле конденсатора параллельно
его пластинам в точке, находящейся посередине между пластинами (см. рисунок). Минимальная скорость, с которой
частица должна влететь в конденсатор, чтобы затем вылететь из него,
Длина пластин конденсатора
расстояние между пластинами
Определите напряжённость электрического поля внутри конденсатора. Поле
внутри конденсатора считать однородным, силой тяжести и размерами частицы пренебречь. Считать, что конденсатор
находится в вакууме.
Источники:
На заряженную частицу в однородном поле конденсатора действует сила (
- заряд частицы,
- напряжённость
электрического поля). Сила направлена вертикально вниз
Возьмем инрциальную систему отсчета, связанную с Землей. Направим вдоль вектора начальной скорости частицы, а
вертикально вниз.
По горизонтальной оси движение является равномерным, а по вертикальной - равнопеременным
Запишем второй закон Ньютона в проекции на ось для частицы:
Отсюда:
Запишем закон движения частицы в поле конденсатора:
Если частица движется с минимально необходимой скоростью, чтобы пролететь конденсатор, необходимо, чтобы по горизонтали
частица преодолела расстояние , а по вертикали -
Подставим это в закон движения:
Из первого уравнения выразим время, а из второго - напряженность поля и подставим одно в другое:
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Частица, имеющая заряд влетает в электрическое поле конденсатора параллельно его пластинам в точке,
находящейся посередине между пластинами (см. рисунок). Минимальная скорость, с которой частица должна влететь в
конденсатор, чтобы затем вылететь из него,
Длина пластин конденсатора
расстояние между
пластинами
напряжённость электрического поля конденсатора
Чему равна масса частицы? Поле
внутри конденсатора считать однородным, силой тяжести и размерами частицы пренебречь. Считать, что конденсатор
находится в вакууме.
Источники:
На заряженную частицу в однородном поле конденсатора действует сила (
- заряд частицы,
- напряжённость
электрического поля). Сила направлена вертикально вниз
Возьмем инрциальную систему отсчета, связанную с Землей. Направим вдоль вектора начальной скорости частицы, а
вертикально вниз.
По горизонтальной оси движение является равномерным, а по вертикальной - равнопеременным
Запишем второй закон Ньютона в проекции на ось для частицы:
Отсюда:
Запишем закон движения частицы в поле конденсатора:
Если частица движется с минимально необходимой скоростью, чтобы пролететь конденсатор, необходимо, чтобы по горизонтали
частица преодолела расстояние , а по вертикали -
Подставим это в закон движения:
Из первого уравнения выразим время, а из второго - массу частицы и подставим одно в другое:
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
На рисунке показана схема устройства для предварительного отбора заряженных частиц для последующего детального
исследования. Устройство представляет собой конденсатор, пластины которого изогнуты дугой радиуса см.
Предположим, что в промежуток между обкладками конденсатора из источника заряженных частиц (и.ч.) влетает
электрон, как показано на рисунке. Напряжённость электрического поля в конденсаторе по модулю равна 5 кВ/м.
Скорость ионов равна
При каком значении отношения заряда к массе ионы пролетят сквозь конденсатор, не
коснувшись его пластин? Считать, что расстояние между обкладками конденсатора мало, напряжённость электрического
поля в конденсаторе всюду одинакова по модулю, а вне конденсатора электрическое поле отсутствует. Влиянием силы
тяжести пренебречь.
Источники:
Ион пролетит сквозь конденсатор, не коснувшись его пластин, только в том случае, если будет двигаться по окружности
радиуса . Так как силой тяжести иона пренебрегаем, то на ион с силой F действует только электрическое поле
конденсатора с напряженностью
. Так как конденсатор искривлен, то направление напряженности будет непрерывно
меняться.
На частицу будет действовать электрическая сила, равная
где – заряд,
– напряженность электрического поля.
Эта сила по второму закону Ньютона будет порождать центростремительное ускорение, равное
При этом второй закон Ньютона будет выглядеть следующим образом
где - полное ускорение.
В проекции на ось, направленную в центр траектории
Отсюда выразим нужное нам отношение:
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
В плоский конденсатор длиной L = 5 см влетает электрон под углом к пластинам. Энергия электрона
Дж.
Расстояние между пластинами d = 1 см. Определите разность потенциалов между пластинами конденсатора U, при которой
электрон на выходе из конденсатора будет двигаться параллельно его пластинам. Модуль заряда электрона
Кл.
На рисунке схематично показано движение электрона в данной задаче. Здесь – начальная скорость электрона,
– угол
относительно пластины конденсатора, под котором электрон влетает в конденсатор,
– напряжённость электрического поля
между пластинами конденсатора,
– сила, действующая на электрон со стороны электрического поля конденсатора,
–
ускорение электрона,
– конечная скорость электрона.
1) Начальная энергия электрона равна его кинетической энергии и определяется его начальной скоростью:
–где — масса электрона,
— начальная скорость электрона.
Действием сил тяжести на элементарные частицы можно пренебречь.
2) Разложим сложное движение электрона на два простых: вдоль оси параллельной пластинам, и вдоль оси
перпендикулярной пластинам.
Начало системы координат поместим в точке влета электрона в конденсатор. Начальные координаты электрона: и
Начальные скорости электрона: ,
Ускорение следовательно, в направлении
движение является равномерным.
3) Из второго закона Ньютона, проекция ускорения на ось :
Следовательно, движение по оси является равноускоренным. Напишем уравнения движения в проекциях на оси
и
.
Закон движения по оси
:
(1) |
Законы движения по оси :
(2) |
(3) |
4) Исключим из первого уравнения время и подставим его в третье, получим:
Это уравнение параболы. Мы доказали, что заряженная частица, влетевшая под углом к силовым линиям однородного поля,
будет двигаться в этом поле по параболе. В точке вылета ,
, поэтому
5)Выразим из последнего уравнения время пролета электрона через конденсатор: Из первого уравнения найдем
напряженность поля в конденсаторе:
Напряжение на пластинах , т. е. :
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Две большие параллельные вертикальные пластины из диэлектрика расположены на расстоянии d = 5 см друг от друга. Пластины
равномерно заряжены разноименными зарядами. Модуль напряженности поля между пластинами В/м. Между
пластинами, на равном расстоянии от них, помещен маленький шарик с зарядом
Кл и массой
г. После
того как шарик отпускают, он начинает падать. Какую скорость будет иметь шарик, когда коснется одной из пластин? Трением о
воздух и размерами шарика пренебречь.
На рисунке схематично изображено движение шарика с зарядом в электрическом поле конденсатора. Здесь
– сила, с которой
конденсатор действует на заряженный шарик,
– сила тяжести,
– скорость тела в момент ударения шарика о пластину,
и
– проекции скорости тела на оси
и
.
1)Применим кинематический подход: запишем систему для скорости тела в проекциях на оси.
Рассмотрим проекцию перемещения шарика на ось :
С учётом этого:
2) Теперь применим динамический подход. Запишем второй закон Ньютона и распишем его проекции на оси. Учтём, что
, тогда:
4) Объеденим всё вместе:
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
мкКл, расстояние между бусинками равно
м. Определите массу бусинки
, если бусинки находятся в равновесии. Сделайте рисунок с указанием сил, действующих на верхнюю бусинку.
Источники:
Расставим силы, действующие на верхнюю бусинку
Так как бусинки находятся в равновесии, то из второго закона Ньютона
где – сила реакции опоры стержня,
– сила Кулона.
Сила взаимодействия между зарядами равна
Тогда в проекции второго закона Ньютона на ось, совпадающую с осью спицы и перпендикулярную ей:
|
С учетом (1)
Критерии оценивания выполнения задачи | Баллы |
Приведено полное решение, включающее следующие элементы: | 3 |
I) записаны положения теории и физические законы, | |
закономерности, применение которых необходимо для решения | |
задачи выбранным способом (в данном случае: второй закон Ньютона. Записан закон Кулона. Сказано, что в полложении равновесия бусинки покоятся и их ускорение равно нулю); | |
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 и | |
расчёты, приводящие к правильному числовому ответу | |
(допускается решение «по частям» с промежуточными | |
вычислениями); | |
IV) представлен правильный ответ с указанием единиц измерения | |
искомой величины | |
Правильно записаны все необходимые положения теории, | 2 |
физические законы, закономерности, и проведены необходимые | |
преобразования, но имеется один или несколько из следующих | |
недостатков | |
| |
Записи, соответствующие пункту II, представлены не в полном | |
объёме или отсутствуют. | |
И (ИЛИ)
| |
В решении лишние записи, не входящие в решение (возможно, | |
неверные), не отделены от решения (не зачёркнуты; не заключены | |
в скобки, рамку и т.п.). | |
И (ИЛИ)
| |
В необходимых математических преобразованиях или вычислениях | |
допущены ошибки, и (или) преобразования/вычисления не | |
доведены до конца. | |
И (ИЛИ)
| |
Отсутствует пункт IV, или в нём допущена ошибка | |
Представлены записи, соответствующие одному из следующих | 1 |
случаев. | |
Представлены только положения и формулы, выражающие | |
физические законы, применение которых необходимо для решения | |
задачи, без каких-либо преобразований с их использованием, | |
направленных на решение задачи, и ответа. | |
ИЛИ
| |
В решении отсутствует ОДНА из исходных формул, необходимая | |
для решения задачи (или утверждение, лежащее в основе решения), | |
но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися | |
формулами, направленные на решение задачи. | |
ИЛИ
| |
В ОДНОЙ из исходных формул, необходимых для решения задачи | |
(или в утверждении, лежащем в основе решения), допущена | |
ошибка, но присутствуют логически верные преобразования с | |
имеющимися формулами, направленные на решение задачи | |
Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным | 0 |
критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла | |
Максимальный балл | 3 |