Электростатика — Задание 21 ЕГЭ по физике №00008968

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).