Задание 21 ЕГЭ по физике · 5A63E0
Колебания заряженного шарика
Маленький незаряженный шарик, подвешенный на непроводящей нити, помещён над горизонтальной диэлектрической пластиной, равномерно заряженной отрицательным зарядом. Размеры пластины во много раз превышают длину нити. Опираясь на законы механики и электродинамики, объясните, как изменится частота малых свободных колебаний шарика, если ему сообщить положительный заряд.
Развёрнутый ответ: проверяется по критериям ФИПИ.
Решение
Над равномерно заряженной отрицательной пластиной электрическое поле направлено к пластине, то есть вертикально вниз.
Незаряженный шарик совершает малые колебания под действием силы тяжести. Для математического маятника его циклическая частота равна
ω0=
После сообщения шарику положительного заряда q на него действует дополнительная электрическая сила, направленная вниз:
Fэл=qE
Электрическая сила постоянна по величине, так как поле над большой равномерно заряженной пластиной можно считать однородным. Поэтому суммарная вертикальная сила, создающая колебания, равна mg+qE.
Для малых отклонений возвращающая составляющая этой силы пропорциональна углу отклонения. Поэтому циклическая частота заряженного шарика равна
ω==
Так как q>0 и E>0, выражение g+qE/m больше g. Следовательно, циклическая частота и обычная частота колебаний увеличиваются.
Незаряженный шарик совершает малые колебания под действием силы тяжести. Для математического маятника его циклическая частота равна
ω0=
После сообщения шарику положительного заряда q на него действует дополнительная электрическая сила, направленная вниз:
Fэл=qE
Электрическая сила постоянна по величине, так как поле над большой равномерно заряженной пластиной можно считать однородным. Поэтому суммарная вертикальная сила, создающая колебания, равна mg+qE.
Для малых отклонений возвращающая составляющая этой силы пропорциональна углу отклонения. Поэтому циклическая частота заряженного шарика равна
ω==
Так как q>0 и E>0, выражение g+qE/m больше g. Следовательно, циклическая частота и обычная частота колебаний увеличиваются.
Пример ответа
Частота малых свободных колебаний увеличится: положительно заряженный шарик притягивается к отрицательной пластине, и сила, возвращающая его к положению равновесия, возрастает.
Источник: Открытый банк ФИПИ 5A63E0
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.