Задание 21 ЕГЭ по физике · 35E8E5
Движение гильзы между пластинами
Между двумя металлическими близко расположенными вертикальными пластинами, укреплёнными на изолирующих подставках, подвесили на длинной шёлковой нити лёгкую металлическую незаряженную гильзу (см. рисунок). Когда к пластинам приложили постоянное высокое напряжение, гильза пришла в движение. Опираясь на законы электростатики и механики, опишите движение гильзы и объясните его.
Развёрнутый ответ: проверяется по критериям ФИПИ.
Решение
При подаче напряжения между пластинами возникает электрическое поле. В незаряженной металлической гильзе свободные заряды перераспределяются: на стороне, обращённой к ближайшей пластине, индуцируется заряд противоположного знака, а на дальней стороне — заряд того же знака.
Силы притяжения между разноимёнными зарядами оказываются больше сил отталкивания между одноимёнными зарядами, поскольку расстояние до ближней пластины меньше. Поэтому результирующая электрическая сила направлена к ближайшей пластине. Гильза начинает отклоняться от положения равновесия и движется к пластине.
При соприкосновении с пластиной часть её заряда переходит на гильзу. Гильза приобретает заряд того же знака, что и пластина, поэтому после отрыва от неё отталкивается.
Одновременно заряженная гильза притягивается к противоположной пластине, имеющей заряд противоположного знака, и движется к ней. При касании противоположной пластины гильза получает заряд противоположного знака, после чего снова отталкивается и возвращается к первой пластине.
Таким образом, гильза перемещается от одной пластины к другой, многократно меняя знак заряда при соприкосновениях. Её движение определяется действием электрической силы, силы тяжести и силы натяжения нити. Из-за сопротивления воздуха, потерь энергии при ударах и неупругих деформаций колебания могут затухать; при постоянном источнике напряжения электрическое поле компенсирует часть потерь, поэтому движение может продолжаться.
Силы притяжения между разноимёнными зарядами оказываются больше сил отталкивания между одноимёнными зарядами, поскольку расстояние до ближней пластины меньше. Поэтому результирующая электрическая сила направлена к ближайшей пластине. Гильза начинает отклоняться от положения равновесия и движется к пластине.
При соприкосновении с пластиной часть её заряда переходит на гильзу. Гильза приобретает заряд того же знака, что и пластина, поэтому после отрыва от неё отталкивается.
Одновременно заряженная гильза притягивается к противоположной пластине, имеющей заряд противоположного знака, и движется к ней. При касании противоположной пластины гильза получает заряд противоположного знака, после чего снова отталкивается и возвращается к первой пластине.
Таким образом, гильза перемещается от одной пластины к другой, многократно меняя знак заряда при соприкосновениях. Её движение определяется действием электрической силы, силы тяжести и силы натяжения нити. Из-за сопротивления воздуха, потерь энергии при ударах и неупругих деформаций колебания могут затухать; при постоянном источнике напряжения электрическое поле компенсирует часть потерь, поэтому движение может продолжаться.
Пример ответа
Гильза сначала поляризуется и притягивается к ближайшей пластине, затем при касании заряжается, отталкивается от неё и притягивается к противоположной пластине. При каждом соприкосновении знак её заряда меняется, поэтому она перемещается между пластинами, совершая электрические колебания.
Источник: Открытый банк ФИПИ 35E8E5
Похожие задания
21В опыте по изучению фотоэффекта катод освещается зелёным светом, в результате чего в цепи возникает ток (рис.…Изменение фототока при фиолетовом свете · 00B1EF21Пластины большого по размерам плоского конденсатора расположены горизонтально на расстоянии d = 2 см друг от…Равновесие капли в конденсаторе · 075D3921К колебательному контуру подсоединили источник тока, на клеммах которого напряжение гармонически меняется с…Зависимость тока от индуктивности · 0A303921На рисунке 1 приведена зависимость внутренней энергии U 1 моль идеального одноатомного газа от его давления р…Переход из координат U–p в p–V · 0A953321Линзу удерживают на расстоянии 3 см от тетрадного листа с клетками, на котором нарисованы направленные в одну…Определение фокусного расстояния линзы · 0B795A21Батарея из четырёх конденсаторов электроёмкостью С1 = 2С, С2 = С, С3 = 4С и С4 = 2С подключена к источнику…Энергия батареи конденсаторов · 0C59AA
Нужен репетитор по физике?
Посмотрите репетиторов, которые ведут занятия в Precettore, или оставьте заявку — подберём сами.
Готовьтесь к ЕГЭ по физике в Precettore
Варианты с автопроверкой, домашние задания от репетитора, онлайн-доска и разбор ошибок — в одном кабинете. Регистрация бесплатная.