Решение
Дано:
металлическая пластина на земле; маленький металлический шарик на ней; верхняя пластина подключена к отрицательному полюсу высоковольтного выпрямителя.
Найти:
объяснить движение шарика.
Решение:
Шаг 1. Начальное состояние.
Верхняя пластина заряжается отрицательно. Между пластинами возникает электрическое поле, направленное вертикально вверх (от нижней пластины к верхней, от «+» к «−»).
Шаг 2. Индукция зарядов в шарике.
Под действием поля в шарике происходит перераспределение зарядов: положительные заряды смещаются вверх, отрицательные — вниз. Шарик стоит на заземлённой пластине, поэтому отрицательные заряды уходят в землю, а на шарике остаётся избыточный положительный заряд.
Шаг 3. Подъём шарика.
На положительно заряженный шарик действует электрическая сила $F = qE$, направленная вверх (по полю). Если $F \gt mg$, шарик отрывается и поднимается к верхней пластине.
Шаг 4. Контакт с верхней пластиной.
При касании верхней (отрицательной) пластины шарик приобретает отрицательный заряд (перезаряжается).
Шаг 5. Опускание шарика.
Теперь отрицательно заряженный шарик отталкивается от верхней пластины (одноимённые заряды), сила тяжести и электрическая сила тянут его вниз. Шарик опускается.
Шаг 6. Контакт с нижней пластиной (землёй).
При касании заземлённой нижней пластины отрицательные заряды уходят в землю, шарик снова становится положительным. Цикл повторяется.
Вывод: шарик периодически совершает колебания между пластинами, попеременно заряжаясь то положительно (у нижней пластины), то отрицательно (у верхней пластины).Ответ
Шарик будет периодически подниматься к верхней пластине и опускаться обратно.
