Сборник дидактических материалов по физике с образцами решений. Часть I, страница 4

Взаимодействие электрических зарядов

На рисунке изображены два заряженных шара и пробный заряд В. Величины зарядов и масса тела даны в карточке. Используя эти данные, выполните задания, ответьте на вопросы.

1  Каково расстояние между центрами шаров?

2  С какой силой взаимодействуют между собой заряды на шарах?

3  Перечертите расположение шаров и пробного заряда q к себе в тетрадь, вычислите и начертите в выбранном масштабе векторы напряжённости электрического поля в точке В от каждого заряженного шара, найдите величину и направление суммарного вектора в этой точке поля.

4  С какой силой действует электрическое поле на помещённый в точку В пробный заряд?

5  Какое ускорение получает тело с пробным зарядом q в этой точке. (Масса тела указана на карточке.)?

6  Определите по масштабу величину радиусов шаров и вычислите потенциалы на шарах в киловольтах.

7  Вычислите потенциалы электрического поля в точках В и С.

8  Какую работу должны совершать внешние силы для перемещения пробного заряда q из точки В в точку С?

Вариант 1

 

Вариант 2

 

Вариант 3

 

Вариант 4

 

Вариант 5

 

Вариант 6

 

Вариант 7

 

Вариант 8

 

Вариант 9

 

Вариант 10

 

Вариант 11

 

Взаимодействие электрических зарядов

Образец решения

Вариант 7

1  Расстояние между центрами шаров:

 

2  Модуль силы взаимодействия между зарядами q₁ и q_2:

 

3  Модуль напряжённости электрического поля в точке В:    

Изобразим векторы напряжённости  и  на чертеже в масштабе: сторона клеточки равна . Построим вектор напряжённости . Направление его указано на чертеже, а модуль вычисляем:   

4  Модуль силы, с которой поле действует на пробный заряд q в точке B:

5  Модуль ускорения в точке В составит:   

Проведем примерную линию напряжённости электрического поля через точку В. Эта линия должна быть касательной к направлению вектора  и перпендикулярна к поверхности шара, несущего заряд q₂. Так как пробный положительный заряд q приближается к отрицательному заряду q₂, то сила и ускорение по мере движения заряда q будут увеличиваться.

6  Потенциалы на шарах, несущих заряды q₁ и q_2. В единицах СИ  определяется по формуле:  где ед. СИ , тогда

7  Потенциалы в точке В от заряда q₁ и q₂ будут во столько раз меньше потенциалов на шарах, во сколько расстояния от центров шаров до этой точки больше радиусов шаров. В данном примере соответственно в 8 и 6 раз. Поэтому общий потенциал в точке В равен:

8  Потенциал в точке С от тех же зарядов определяют, предварительно найдя расстояния от шаров до этой точки:  см;  

9  Работа внешних сил, необходимая для перемещения пробного заряда q из точки В в точку С:  

Конденсаторы

На карточке изображен плоский конденсатор. Указана его толщина. Рядом изображена  форма пластины конденсатора. Размеры пластины даны в миллиметрах. Используя данные на карточке, выполните задания, ответьте на вопросы.

1  Вычислите активную площадь конденсатора.

2  Вычислите электроемкость конденсатора.

3  Какова напряженность поля между пластинами конденсатора?

4  Найдите величину заряда на конденсаторной пластине.

5  С какой силой действует поле конденсатора на заряд q₁, величина которого  указанна в карточке?

6  Какую электроемкость в микрофарадах будут иметь 100 таких же конденсаторов, соединенных параллельно, если расстояние между пластинами уменьшить до 0,1 мм и проложить между ними такой же толщины слюду. Диэлектрическую постоянную слюды считать равной 6.