Задание 21 ЕГЭ по физике · 3943AE
Равновесие заряженной бусинки
На столе закреплён длинный тонкий непроводящий стержень, наклонённый под углом α к горизонту (см. рисунок). На стержне закреплена маленькая заряженная бусинка. Выше неё на стержень надета другая такая же заряженная бусинка, которая может скользить по стержню без трения. Заряды бусинок одинаковы и равны q, масса бусинки равна m. Определите расстояние l между бусинками, если они находятся в равновесии. Сделайте рисунок с указанием сил, действующих на верхнюю бусинку. Электростатическим воздействием стола на бусинки пренебречь.
Развёрнутый ответ: проверяется по критериям ФИПИ.
Решение
На верхнюю бусинку действуют сила тяжести P⃗=mg⃗, сила электрического отталкивания со стороны нижней бусинки F⃗эл и сила реакции стержня N⃗. Сила отталкивания направлена вверх вдоль стержня, поскольку заряды бусинок одинаковы.
Разложим силу тяжести на составляющие. Вдоль стержня, вниз по наклонной плоскости, действует составляющая mgsinα. Поперечная составляющая уравновешивается силой реакции стержня.
P∥=mgsinα
Условие равновесия верхней бусинки вдоль стержня: сила электрического отталкивания равна продольной составляющей силы тяжести.
kq2l2=mgsinα
Решая это уравнение относительно расстояния между бусинками, получаем искомое выражение.
l=
На рисунке необходимо показать силу тяжести вертикально вниз, силу электрического отталкивания вдоль стержня вверх и силу реакции стержня перпендикулярно стержню.
Разложим силу тяжести на составляющие. Вдоль стержня, вниз по наклонной плоскости, действует составляющая mgsinα. Поперечная составляющая уравновешивается силой реакции стержня.
P∥=mgsinα
Условие равновесия верхней бусинки вдоль стержня: сила электрического отталкивания равна продольной составляющей силы тяжести.
kq2l2=mgsinα
Решая это уравнение относительно расстояния между бусинками, получаем искомое выражение.
l=
На рисунке необходимо показать силу тяжести вертикально вниз, силу электрического отталкивания вдоль стержня вверх и силу реакции стержня перпендикулярно стержню.
Пример ответа
l=√(kq2/mgsinα), где k=1/4πε0.
Источник: Открытый банк ФИПИ 3943AE
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.