Решу егэ физика электростатика

Пройти тестирование по этим заданиям
Вернуться к каталогу заданий

Версия для печати и копирования в MS Word

Пройти тестирование по этим заданиям

Всего: 28    1–20 | 21–28

Добавить в вариант

Всего: 28    1–20 | 21–28

Закон сохранения электрического заряда

В замкнутой системе тел алгебраическая сумма зарядов остается неизменной при любых процессах, происходящих с этими телами:

[q_1+q_2+…+q_n=const]

Закон Кулона в вакууме

Сила взаимодействия двух неподвижных точечный зарядов в вакууме прямо пропорциональна произведению абсолютных величин зарядов (q_1) и (q_2) и обратно пропорциональна квадрату расстояния (r) между ними.

[F=kdfrac{q_1q_2}{r^2}]

Где (k=9cdot 10^9) — коэффициент пропорциональности в законе Кулона.

[k=dfrac{1}{4pivarepsilon_0}]

(varepsilon_0=8,85cdot10^{-12} dfrac{text{Ф}}{text{м}}) — электрическая постоянная.

Закон Кулона в диэлектрике

[F=kdfrac{q_1q_2}{varepsilon r^2}]

Напряженность электрического поля — это отношение вектора силы (vec{F}), с которой поле действует на пробный заряд (q), к самому пробному заряду с учетом его знака.

[vec{E}=dfrac{vec{F}}{q}]

Единицы измерения: (displaystyle Big[dfrac{text{В}}{text{м}}Big]) (вольт на метр).

Линии напряженности всегда начинаются на положительных зарядах и заканчиваются на отрицательных.

Напряженность электростатического поля точечного заряда Q в точке A, удаленной на расстояние (r) от заряда (Q), определяется формулой:

[E=dfrac{kcdot |Q|}{r^2}]

Напряженность заряженной бесконечной пластины где (sigma):

[E=frac{sigma}{2varepsilon_0}]

Принцип суперпозиции полей

Пусть заряды (displaystyle q_1, q_2, q_3,… , q_n) по отдельности создают в данной точке поля (vec{E}_1), (vec{E}_2),…,(vec{E}_n). Тогда система этих зарядов создает в данной точке поле (vec{E}), равное векторной сумме напряженностей полей отдельных зарядов.

[vec{E}=vec{E}_1+vec{E}_2+…+vec{E}_n]

Физическую величину, равную отношению потенциальной энергии электрического заряда в электростатическом поле к величине этого заряда, называют (varphi) электрического поля:

[varphi=dfrac{W_p}{q}]

Единицы измерения: (displaystyle [text{В}]) (Вольт).

Работа сил электростатического поля при перемещении заряда по любой замкнутой траектории равна нулю.

Работа поля по перемещению заряда:

[A_{text{эл}}=q(varphi_1-varphi_2)=qU]

Поверхность, во всех точках которой потенциал электрического поля имеет одинаковые значения, называется .

Электроемкостью системы из двух проводников называется физическая величина, определяемая как отношение заряда (q) одного из проводников к разности потенциалов (Delta varphi) между ними:

[C=dfrac{q}{Delta varphi}]

Единицы измерения: (displaystyle [text{Ф}]) (фарад).

Плоский конденсатор — система из двух плоских проводящих пластин, расположенных параллельно друг другу на малом по сравнению с размерами пластин расстоянии и разделенных слоем диэлектрика.

Электроемкость плоского конденсатора

[C=dfrac{varepsilon_0S}{d}]

Таким образом, электроемкость плоского конденсатора прямо пропорциональна площади пластин (обкладок) и обратно пропорциональна расстоянию между ними. Если пространство между обкладками заполнено диэлектриком, электроемкость конденсатора увеличивается в (varepsilon) раз:

[C=dfrac{varepsilon_0varepsilon S}{d}]

Последовательное соединение конденсаторов

[U=U_1+U_2]

[q=q_1=q_2]

[dfrac{1}{C}=dfrac{1}{C_1}+dfrac{1}{C_2}]

Параллельное соединение конденсаторов

[U=U_1=U_2]

[q=q_1+q_2]

[C=C_1+C_2]

Энергия заряженного конденсатора

[W=dfrac{q^2}{2C}=dfrac{qU}{2}=dfrac{CU^2}{2}]

Кулону экспериментально удалось установить закон взаимодействия неподвижных заряженных тел ― закон Кулона: сила взаимодействия двух точечных неподвижных заряженных тел в вакууме прямо пропорциональна произведению модулей заряда и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

F =  , где

F ― сила Кулона [Н];

q1, q2 ― заряды [Кл];

r ― расстояние между зарядами [м];

k ― коэффициент пропорциональности равный 9 ∙ 109  .

При этом оказалось, что заряды одного знака отталкиваются, а заряды разных знаков притягиваются.

Напряженностью электрического поля называется векторная физическая величина, равная отношению силы, с которой поле действует на пробный точечный заряд, к величине этого заряда.

Напряженность электрического поля «выходит» из положительного заряда и «входит» в отрицательный.

Принцип суперпозиции полей: если в точке пространства несколько заряженных частиц создают поля, напряженности которых равны  , то результирующая напряженность поля в этой точке равна векторной сумме полей  .

Разность потенциалов между двумя точками в постоянном электрическом поле определяется выражением ∆φ = –Ed

∆φ ― разность потенциалов [В];

E ― напряженность однородного электрического поля [В/м];

d ― расстояние между точками, между которыми определяется разность потенциалов. [м].

Работа совершаемая электрическими силами определяется через разность потенциалов, как A = –∆φq:

А ― работа [Дж];

∆φ ― разность потенциалов [В];

q ― заряд [Кл].

Работа не зависит от траектории, а зависит только от начального и конечного положения тела.

Для потенциала так же справедлив принцип суперпозиции: потенциал поля, созданного в точке несколькими точечными зарядами, равен сумме потенциалов полей, создаваемых в этой точке каждым зарядом по отдельности:

φ = φ1 + φ2 + φ3 + …

Задачи на тему «Электростатика» решаются школьниками
традиционно плохо.

Чтобы разобраться в решении таких задач, разделим их на
группы:

• Задачи
  на электростатическую индукцию
• Задачи
  на напряженность и потенциал электростатического поля
• Задачи
  на электростатические силы
• Задачи о конденсаторах

Задачи на электростатическую индукцию

 Данные задачи
имеют качественный характер. Для их решения необходимо помнить, что в телах
имеются электрически заряженные частицы, в проводниках – подвижные (в металлах
– электроны), в диэлектриках — связанные, взаимодействующие между собой.

При поднесении к телу заряда,
подвижные заряды противоположного знака скапливаются на поверхности тела вблизи
поднесенного заряда, заряды того же знака удаляются как можно
дальше,  при возможности стекают на
землю.

При поднесении заряда к
диэлектрику, связанные в нём заряды ориентируются аналогичным образом.

Задача об
электрометрах (базовый уровень)

Решение: Электрометры
заряжены так, что на левом имеется избыток электронов, заряд которых «3
деления», а на правом – недостаток электронов, т.е. положительных заряд «1
деление». Если шары соединить проволокой, электроны рассредоточатся по обоим
электрометрам, стараясь находиться дальше друг от друга. На каждом из
одинаковых электрометров будет одинаковый заряд (3-1)/2 =1 «деление»

Ответ 2.

Задача об электроскопе
и заряженной палочке (базовый уровень)

Решение: Электрометр
заряжен положительно, значит, на нем имеется недостаток электронов. При этом
положительно заряжены его шар, стержень и листочки. Чем больше заряд, тем
больше листочки отходят друг от друга.

Когда к шару электроскопа подносят заряженную палочку, ее
заряды создают электростатическое поле, действующее на заряды электроскопа.
Если его листочки опали, то их положительный заряд стал меньше, значит на
листочках появились дополнительные электроны, ушедшие как можно дальше от шара.
Следовательно, создаваемое палочкой поле отталкивает электроны и палочка
заряжена отрицательно.

Ответ 2.

Задача о теле в
электростатическом поле (базовый уровень)

Решение: Электростатическое поле действует на заряды. Сила,
действующая на положительный заряд, совпадает по направлению с направлением
линии поля. Сила,  действующая на
отрицательный заряд, направлена противоположно.  Подвижные заряженные частицы внутри
металлического тела будут двигаться под действием этой кулоновской силы:
электроны сместятся направо, слева образуется избыточный положительный заряд.
При разделении тела на две части, они будут заряжены соответственно.

Если в электростатическое поле
помещен диэлектрик (например, стекло), его связанные заряды смогут только
ориентироваться по полю, но при разделении тела на части, они (части) останутся
незаряженными.

Ответ 4.

* * *

Задачи
на напряженность и потенциал электростатического поля

Решая такие задачи, нужно помнить, что

•  Вектор
  напряженности – это силовая характеристика поля. Вектор направлен так же, как
  сила Кулона, действующая на пробный (малый) положительный заряд, помещенный в
  данную точку. Величина вектора напряженности численно равна силе Кулона,
  действующей на единичный положительный заряд.
• Потенциал
  – это энергетическая характеристика поля. Электростатическое поле потенциально,
  т.е. энергия заряда в нем определяется только его положением и равна 
• Работа
  по перемещению заряда  

  

•  Принцип
  суперпозиции

Задача о направлении вектора напряженности (базовый уровень)

 Решение.

Вектор напряженности направлен так же, как сила Кулона,
действующая на пробный (малый) положительный заряд, помещенный в данную точку.
Изображаем векторы напряженности поля, созданного каждым зарядом в точке А.
Отрицательный заряд ближе, создает поле бОльшей напряженности. Затем, в
соответствии с принципом суперпозиции, складываем вектора. Суммарный вектор
направлен вдоль 2 (изображен фиолетовой стрелкой).

Рассмотренный способ является универсальным. Например, в
точке В вектора напряженности полей направлены вдоль прямых, соединяющих точку
с каждым из зарядов, но непараллельно друг другу.