16. Электродинамика (объяснение явлений)

Задание 1 #15998

Две параллельные металлические пластины больших размеров расположены на расстоянии \(d\) друг от друга и подключены к источнику постоянного напряжения (рис. 1). Пластины закрепили на изолирующих подставках и спустя длительное время отключили от источника (рис. 2).

Из приведённого ниже списка выберите два правильных утверждения.
1) Напряжённость электрического поля в точке А больше, чем в точке В.
2) Потенциал электрического поля в точке А больше, чем в точке С.
3) Если увеличить расстояние между пластинами \(d\), то напряжённость электрического поля в точке С не изменится.
4) Если уменьшить расстояние между пластинами \(d\), то заряд правой пластины не изменится.
5) Если пластины полностью погрузить в керосин, то энергия электрического поля конденсатора останется неизменной.

“Демоверсия 2019”

Показать решение

После того как длительное время пластины были подключены к источнику постоянного напряжения, они зарядились: левая пластина отрицательно, правая – положительно.
1) \(\color{red}{\small \text{Неверно}}\) плоского заряженного конденсатора электрическое поле однородно. Напряжённости поля в точках А и В одинаковые.
2) \(\color{red}{\small \text{Неверно}}\) Потенциал электрического поля внутри конденсатора убывает от положительной пластины к отрицательной. Потенциал электрического поля в точке А меньше, чем в точке С.
3) \(\color{green}{\small \text{Верно}}\) Поскольку пластины отключены от источника, то заряд и его поверхностная плотность на них не меняется при изменении расстояния. Значит, не будет изменяться и напряжённость электрического поля между пластинами.
4) \(\color{green}{\small \text{Верно}}\) Заряд пластин остаётся постоянным, независимо от того, сдвигают пластины или нет.
5) \(\color{red}{\small \text{Неверно}}\) Диэлектрическая проницаемость керосина больше 1. При полном погружении в керосин энергия электрического поля конденсатора уменьшится.

Ответ: 34

Задание 2 #15999

Однородное электростатическое поле создано равномерно заряженной горизонтальной пластиной. Линии напряженности поля направлены вертикально вверх (см. рисунок).

Выберите два верных утверждения о данной ситуации и укажите их номера.
1) Если в точку \(A\) поместить пробный точечный отрицательный заряд, то на него со стороны пластины будет действовать сила, направленная вертикально вверх.
2) Пластина имеет положительный заряд.
3) Потенциал электростатического поля в точке \(B\) выше, чем в точке \(C\).
4) Напряжённость поля в точке \(C\) больше, чем в точке \(A\).
5) Работа электростатического поля по перемещению пробного точечного отрицательного заряда из точки \(A\) в точку \(B\) положительна.

Показать решение

1) \(\color{red}{\small\text{Неверно }}\)
Если в точку \(A\) поместить пробный точечный отрицательный заряд, то на него будет действовать сила, направленная вертикально вниз, так как заряд и пластина заряжены разноименно (см. пункт 2).
2) \(\color{green}{\small\text{Верно }}\)
На рисунке видно, что линии напряженности выходят из пластины. Следовательно, она заряжена положительно.
3) \(\color{green}{\small\text{Верно }}\)
Чем ближе точка расположена к пластине, тем в ней больше потенциал электростатического поля. Потенциал возрастает при приближении к положительной пластине.
4) \(\color{red}{\small\text{Неверно }}\)
Напряжённость поля одинакова во всех точках над пластиной.
5) \(\color{red}{\small\text{Неверно }}\)
Заряд в точках \(A\) и \(B\) будет иметь одинаковый потенциал. Следовательно, работа по его перемещению между этими точками равна нулю.

Ответ: 23

Задание 3 #16000

Две параллельные металлические пластины больших размеров расположены на расстоянии \(d\) друг от друга и подключены к источнику постоянного напряжения (см. рисунок).

Из приведённого ниже списка выберите два правильных утверждения.
1) Если увеличить расстояние \(d\) между пластинами, то напряжённость электрического поля в точке В уменьшится.
2) Если пластины полностью погрузить в керосин, то энергия электрического поля пластин останется неизменной.
3) Напряжённость электрического поля в точке А меньше, чем в точке С.
4) Потенциал электрического поля в точке А выше, чем в точке С.
5) Если уменьшить расстояние \(d\) между пластинами, то заряд левой пластины уменьшится.

Показать решение

1) \(\color{green}{\small\text{Верно }}\)
При увеличении расстояния, заряд пластин не изменится, но увеличится расстояние до точки \(B\) (пробного заряда \(q\)), следовательно, сила Кулона уменьшится, при этом напряженность равна: \[E=\dfrac{F}{q}\] Следовательно, напряженность уменьшится
2) \(\color{red}{\small\text{Неверно }}\)
При погружении ёмкость конденсатора увеличится, а напряжение не изменится, следовательно, по формуле: \[W=\dfrac{CU^2}{2}\] энергия увеличится
3) \(\color{red}{\small\text{Неверно }}\)
Внутри плоского конденсатора получается однородное электрическое поле, напряженность которого в каждой точке одинакова.
4) \(\color{green}{\small\text{Верно }}\)
Да, так как точка А находится ближе к заряженной пластине, то на гипотетический заряд в этой точке будет действовать бОльшая сила Кулона, чем в точке C.
5) \(\color{red}{\small\text{Неверно }}\)
При уменьшении расстояния между пластинами ёмкость увеличивается, из формулы: \[C=\varepsilon_0\dfrac{S}{d}\] Следовательно, конденсатор сможет накопить больший заряд

Ответ: 14

Задание 4 #16001

Для оценки заряда, накопленного воздушным конденсатором, можно использовать устройство, изображённое на рисунке: лёгкий шарик из оловянной фольги подвешен на изолирующей нити между двумя пластинами конденсатора, при этом одна из пластин заземлена, а другая заряжена положительно. Когда устройство собрано, а конденсатор заряжен (и отсоединён от источника), шарик приходит в колебательное движение, касаясь поочерёдно обеих пластин.

Выберите два верных утверждения, соответствующих колебательному движению шарика после первого касания пластины.
1) По мере колебаний шарика напряжение между пластинами конденсатора уменьшается.
2) При движении шарика к положительно заряженной пластине его заряд равен нулю, а при движении к заземлённой пластине — положителен.
3) При движении шарика к заземлённой пластине он заряжен положительно, а при движении к положительно заряженной пластине — отрицательно.
4) При движении шарика к заземлённой пластине он заряжен отрицательно, а при движении к положительно заряженной пластине — положительно.
5) По мере колебаний шарика электрическая ёмкость конденсатора уменьшается.

Показать решение

1) По мере движения, заряд от конденсатора будет уходить в землю и напряжение между обкладками падать. Сначала шарик соприкоснется с положительно заряженной пластиной и станет положительно заряженной, начнет от нее отталкиваться, пока не коснется нейтрально заряженной и там потеряет заряд и так, пока колебания не прекратятся
2)–4) Из пункта 1, шарик при движении к заземленной пластине будет заряжен положительно.
5) На пластины конденсатора никак не воздействуют (не изменяют расстояние между ними и не изменяют площадь), следовательно, ёмкость будет постоянна

Ответ: 13

Задание 5 #16002

Плоский воздушный конденсатор ёмкостью \(C_0\), подключённый к источнику постоянного напряжения, состоит из двух металлических пластин, находящихся на расстоянии \(d_0\) друг от друга. Расстояние между пластинами меняется со временем так, как показано на графике.

Выберите два верных утверждения, соответствующих описанию опыта.
1) В момент времени \(t_4\) ёмкость конденсатора увеличилась в 5 раз по сравнению с первоначальной (при t = 0).
2) В интервале времени от \(t_1\) до \(t_4\) заряд конденсатора уменьшается.
3) В интервале времени от \(t_1\) до \(t_4\) энергия конденсатора равномерно уменьшается.
4) В промежутке времени от \(t_1\) до \(t_4\) напряжённость электрического поля между пластинами конденсатора остаётся постоянной.
5) В промежутке времени от \(t_1\) до \(t_4\) напряжённость электрического поля между пластинами конденсатора увеличивается.

Показать решение

1) \(\color{green}{\small\text{Верно }}\) Ёмкость определяется формулой: \[C=\varepsilon_0\dfrac{S}{d}\] Следовательно, при уменьшении расстояния в 5 раз, ёмкость возрастет в 5 раз
2) \(\color{red}{\small \text{Неверно}}\)
Заряд равен: \[q=CU\] Так как ёмкость увеличивается, а напряжение постоянно, то заряд увеличивается.
3 )\(\color{red}{\small \text{Неверно}}\)
Энергия конденсатора: \[W=\dfrac{CU^2}{2}\] Аналогично предыдущему пункту энергия увеличивается.
4)\(\color{red}{\small \text{Неверно}}\)
Напряженность вычисляется по формуле: \[E=\dfrac{U}{d}\] Так как напряжение постоянно, а расстояние между пластинами уменьшается, то напряженность увеличивается.
5) \(\color{green}{\small\text{Верно }}\) См. пункт 4

Ответ: 15

Задание 6 #16003

На уединённой неподвижной проводящей сфере радиусом \(R\) находится положительный заряд \(Q\). Сфера находится в вакууме. Напряжённость электростатического поля сферы в точке A равна 36 В/м. Все расстояния указаны на рисунке.

Выберите два верных утверждения, описывающих данную ситуацию.
1) Потенциал электростатического поля в точке \(A\) выше, чем в точке \(F\): \(\phi_A>\phi_F\)
2) Потенциал электростатического поля в точках \(B\) и \(D\) одинаков: \(\phi_B =\phi_D\)
3) Потенциал электростатического поля в точках \(A\) и \(B\) одинаков: \(\phi_A=\phi_B\)
4) Напряжённость электростатического поля в точке C \(E_C\) = 9 В/м.
5) Напряжённость электростатического поля в точке B \(E_B\) = 0.
Досрочный экзамен по физике 2020 г.

Показать решение

Для начала определим формулы, по которым можно рассчитать необходимые величины. Потенциал: \[\phi= \dfrac{kQ}{r}\] Но потенциал внутри сферы будет равен потенциалу на поверхности сферы.
Напряженность: \[E=\dfrac{kQ}{r^2}\] Но напряженность внутри сферы равна 0. \(r\) – расстояние от центра сферы до нужной точки.
1) \(\color{red}{\small\text{Неверно }}\)
Точка \(A\) находится дальше от центра сферы, следовательно, потенциал в ней меньше.
2) \(\color{green}{\small\text{Верно }}\)
Из вышесказанного потенциалы одинаковы (см. перед пунктом 1)
3) \(\color{red}{\small\text{Неверно }}\)
Точка \(A\) находится дальше от центра сферы, следовательно, потенциал в ней меньше.
4) \(\color{red}{\small\text{Неверно }}\)
Расстояние от центра сферы до точек \(A\) и \(C\) одинаково, следовательно, напряженность в этих точках тоже одинаковая.
5) \(\color{green}{\small\text{Верно }}\)
Точка \(B\) находится внутри сферы, следовательно, напряженность в ней равна 0.

Ответ: 25

Задание 7 #16004

Два незаряженных стеклянных кубика 1 и 2 сблизили вплотную и поместили в электрическое поле, напряженность которого направлена горизонтально влево, как показано в верхней части рисунка. Затем кубики раздвинули (нижняя часть рисунка).

Выберите из предложенного перечня два утверждения, которые соответствуют результатам проведенных экспериментальных исследований, и укажите их номера.
1) После того как кубики раздвинули, заряд первого кубика оказался положителен, заряд второго — отрицателен.
2) После помещения в электрическое поле электроны из первого кубика стали переходить во второй.
3) После того как кубики раздвинули, заряды обоих кубиков остались равными нулю.
4) До разделения кубиков в электрическом поле левая поверхность 1-го кубика была заряжена отрицательно.
5) После того как кубики раздвинули, правые поверхности обоих кубиков оказались заряжены отрицательно.

Показать решение

Стекло относится к диэлектрикам, в которых возникающая во внешнем электрическом поле поляризация вызывается в основном ориентацией полярных молекул или появлением наведённой поляризации у неполярных молекул, а не за счёт перемещения подвижных зарядов (электронов).

Поэтому после того, как кубики раздвинули, (полные) заряды обоих кубиков остались равными нулю, а правые поверхности обоих кубиков оказались заряжены отрицательно.

Ответ: 35