Электростатика — Задание 21 ЕГЭ по физике №00010682

Дано:

Металлическая незаряженная гильза на шёлковой нити. Рядом — металлическая пластина, которой сообщён отрицательный заряд.

Найти:

Описать и объяснить движение гильзы.

Решение:

1. Электростатическая индукция.

Отрицательно заряженная пластина создаёт электрическое поле, направленное к пластине. Попав в это поле, свободные электроны в гильзе перераспределяются: ближняя к пластине сторона гильзы заряжается положительно (электроны уходят), дальняя — отрицательно.

2. Притяжение и движение к пластине.

По закону Кулона сила притяжения положительного конца гильзы к отрицательной пластине больше, чем сила отталкивания отрицательного конца (из-за меньшего расстояния): $$F_+ = k\frac{|q_+| \cdot |Q|}{r_1^2} \gt F_- = k\frac{|q_-| \cdot |Q|}{r_2^2}, \quad r_1 \lt r_2$$ Результирующая сила направлена к пластине — гильза притягивается и движется к ней.

3. Контакт и перезарядка.

При касании пластины происходит перераспределение зарядов между двумя проводниками. Суммарный заряд пластины и гильзы — отрицательный, поэтому после контакта обе части получают отрицательный заряд.

4. Отталкивание и равновесие.

Теперь оба тела заряжены отрицательно — они отталкиваются. Гильза отклоняется от пластины, несколько раз колеблется и устанавливается в положении равновесия, отклонённом от пластины.