Физика

Задача 1 (закон сохранения электрического заряда и закон Кулона)

 

Два одинаковых шарика обладают зарядами 8 нКл и -4 нКл. Шарики приводят в соприкосновение и разводят на прежние места. Как изменилась сила взаимодействия этих зарядов (заряженных шариков)?

 

Дано: ;

Найти: ,  – кулоновская после взаимодействия шариков;  – кулоновская сила, которая была до соприкосновения шариков.

Решение

Переводим данные в систему СИ:

 

 

Система из двух шариков замкнутая, следовательно, сумма зарядов, входящих в эту систему, остаётся величиной постоянной (закон сохранения электрического заряда):

 

Так как шарики одинаковые, то при соприкосновении заряд перераспределится и заряды шариков будут одинаковыми ():

 

 

Запишем кулоновскую силу до взаимодействия зарядов (шариков):

 

Кулоновская сила после взаимодействия зарядов (шариков):

 

Отношение этих сил равно:

 

 

Ответ:

 

Задача 2 (закон Кулона, динамика)

 

 

На тонкой шёлковой нити подвешен шарик, масса которого – 2 г. Этот шарик обладает зарядом 2 нКл. На какое расстояние надо поднести к данному шарику другой шарик, заряд которого 5 нКл, чтобы натяжение нити уменьшилось в два раза?

 

Дано: ; ; ;  (T – первоначальная сила натяжения,  – сила натяжения после того, как поднесли другой шарик).

Найти: r

Решение

Переводим данные в систему СИ:

 

 

 

1. Укажем силы, действующие на шарик при отсутствии внешнего электрического поля (см. рис. 1):

• сила натяжения – ;
• сила тяжести – .

Эти силы направлены в разные стороны. Согласно первому закону Ньютона:

 (шарик находится в состоянии покоя)

Рис. 1. Иллюстрация к задаче

Сила натяжения совпадает по направлению с выбранной осью OY, сила тяжести направлена против оси OY:

 

 

2. Второй шарик подносим к первому снизу, как показано на рисунке 2 (шарики обладают положительными зарядами, поэтому сила электрического действия () будет уменьшать силу натяжения нити ()).

 

Рис. 2. Иллюстрация к задаче

Относительно оси OY запишем выражение:

 

Так как , а :

 

 

 

 

 

Электрическая сила () является кулоновской силой, поэтому:

 

 

Из данного выражения найдём искомое значение r – расстояние между зарядами (шариками):

 

 

;  – для вакуума

 м

Ответ:

 

Задача 3 (напряжённость электрического поля)

 

 

Капля масла, масса которой , находится в электрическом поле во взвешенном состоянии. Напряжённость электрического поля равна 100 Н/Кл. Необходимо определить заряд капли масла.

 

Дано:  ;

Найти: 

Решение

Переводим данные в систему СИ:

 

На рисунке 3 изображена капля, находящаяся в однородном электрическом поле (между положительно заряженной плоскостью (внизу) и отрицательно заряженной плоскостью (вверху)).

Капля будет находиться в состоянии покоя, если сила тяжести, действующая на неё, и сила электрического действия () (то есть кулоновская сила, которая действует на заряд, сосредоточенный на капле) обеспечивают ей равновесие.

Рис. 3. Иллюстрация к задаче

 

Согласно направлению векторов действующих сил и выбранной оси OY:

 

 

Напряжённость электрического поля равна отношению электрической силы к заряду, помещённому в это поле:

 

 

Так как  , то:

 

Из полученного выражения найдём заряд капли масла:

 

 

Ответ: 

 

Список литературы

1. Мякишев Г. Я., Буховцев Б. Б., Сотский Н. Н. Физика: учеб. для 10 кл. общеобразоват. учреждений: базовый и профил. уровни. – М.: Просвещение, 2008.
2. Касьянов В. А. Физика. 10 кл.: учеб. для общеобразоват. учеб. заведений. – М.: Дрофа, 2000.
3. Рымкевич А. П. Физика. Задачник. 10–11 кл.: пособие для общеобразоват. учреждений. – М.: Дрофа, 2013.
4. Генденштейн Л. Э., Дик Ю. И. Физика. 10 класс. В 2 ч. Ч. 1. Учебник для общеобразовательных учреждений (базовый уровень) – М.: Мнемозина, 2009.

 

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

1. Интернет-портал «distant.phys.msu.ru» (Источник)
2. Интернет-портал «phyzika.ru» (Источник)
3. Интернет-портал «bambookes.ru» (Источник)

 

Домашнее задание

1. Сформулируйте закон Кулона.
2. Стр. 89: № 685–687; стр. 91: № 703, 704. Рымкевич А. П. Физика. Задачник. 10–11 кл. (Источник). 
3. Какая сила действует на заряд 12 нКл, помещенный в точку, в которой напряженность электрического поля равна 2 кВ/м?
4. Найти напряженность поля заряда 36 нКл в точках, удаленных от заряда на 9 см и 18 см.
5. На каком расстоянии друг от друга заряды 1 мкКл и 10 нКл взаимодействуют с силой 9 мН?