Задание 21 ЕГЭ по физике · 4D626E
Движение шарика между пластинами
На одну из двух близко расположенных горизонтальных металлических пластин, укреплённых на изолирующих подставках, положили металлический шарик (см. рисунок). Когда пластины подсоединили к клеммам высоковольтного выпрямителя, подав на них заряды разных знаков, шарик пришёл в движение. Опираясь на законы электростатики и механики, опишите и объясните движение шарика.
Развёрнутый ответ: проверяется по критериям ФИПИ.
Решение
Между пластинами существует электрическое поле, направленное от положительно заряженной пластины к отрицательно заряженной. На металлическом шарике при соприкосновении с пластиной происходит перераспределение зарядов и передача заряда.
Предположим, что шарик первоначально лежит на нижней отрицательно заряженной пластине. После контакта шарик получает отрицательный заряд. Одноимённо заряженная нижняя пластина отталкивает шарик, а верхняя положительно заряженная пластина притягивает его, поэтому шарик движется вверх.
Достигнув верхней пластины, шарик касается её и получает положительный заряд. Теперь верхняя пластина отталкивает шарик, а нижняя отрицательная пластина притягивает его, поэтому шарик начинает двигаться вниз.
При повторном касании нижней пластины шарик снова меняет знак заряда на отрицательный, после чего движение вверх повторяется. Таким образом, шарик совершает периодические перемещения между пластинами, каждый раз меняя знак заряда при контакте с очередной пластиной.
Ускорение шарика определяется равнодействующей электрической силы и силы тяжести: ma⃗=F⃗эл+mg⃗. При движении вверх электрическая сила должна превосходить силу тяжести, а при движении вниз сила тяжести складывается с электрической силой. Сопротивление воздуха и потери энергии при ударах о пластины постепенно уменьшают скорость, но источник поддерживает разность потенциалов и обеспечивает повторное заряжание шарика.
Предположим, что шарик первоначально лежит на нижней отрицательно заряженной пластине. После контакта шарик получает отрицательный заряд. Одноимённо заряженная нижняя пластина отталкивает шарик, а верхняя положительно заряженная пластина притягивает его, поэтому шарик движется вверх.
Достигнув верхней пластины, шарик касается её и получает положительный заряд. Теперь верхняя пластина отталкивает шарик, а нижняя отрицательная пластина притягивает его, поэтому шарик начинает двигаться вниз.
При повторном касании нижней пластины шарик снова меняет знак заряда на отрицательный, после чего движение вверх повторяется. Таким образом, шарик совершает периодические перемещения между пластинами, каждый раз меняя знак заряда при контакте с очередной пластиной.
Ускорение шарика определяется равнодействующей электрической силы и силы тяжести: ma⃗=F⃗эл+mg⃗. При движении вверх электрическая сила должна превосходить силу тяжести, а при движении вниз сила тяжести складывается с электрической силой. Сопротивление воздуха и потери энергии при ударах о пластины постепенно уменьшают скорость, но источник поддерживает разность потенциалов и обеспечивает повторное заряжание шарика.
Пример ответа
Шарик попеременно касается пластин и движется между ними: после контакта с отрицательной пластиной он заряжается отрицательно, отталкивается от неё и притягивается к положительной; после контакта с положительной заряжается положительно, отталкивается от неё и притягивается к отрицательной. Поэтому шарик совершает периодическое движение между пластинами, а его ускорение определяется электрической силой, силой тяжести и сопротивлением воздуха.
Источник: Открытый банк ФИПИ 4D626E
Похожие задания
21Между двумя металлическими близко расположенными пластинами, укреплёнными на изолирующих подставках…Движение шарика между пластинами · C6F8D221В 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 · 0B795A
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.