Электростатика — Задание 25 ЕГЭ по физике №00016906
Электростатика
№2. Задание 25
ID: 00016906
Полый заряженный шарик массой m=04 г движется в однородном горизонтальном электрическом поле из состояния покоя. Модуль напряженности электрического поля E=500 кВ/м. Траектория шарика образует с вертикалью угол α=45°. Чему равен заряд шарика q?
Источник: ФИПИ
Решение
Дано:
$m=0{,}4$ г $=4\cdot10^{-4}$ кг; $\;E=500$ кВ/м $=5\cdot10^{5}$ В/м; $\;\alpha=45^\circ$ (угол траектории с вертикалью); старт из покоя; $\;g=10$ м/с$^2$
Найти:
$q$ — заряд шарика
Решение:
Брось камешек в покое — он полетит строго вниз, по вертикали. А теперь представь, что сбоку дует ровный, постоянный ветер: камешек поедет уже не вниз, а наискосок — по прямой линии в сторону «равнодействующей» тяжести и ветра. У нас роль «ветра» играет горизонтальное электрическое поле, которое тянет заряд вбок постоянной силой.
Тело стартует из покоя, а обе силы постоянны: тяжесть $mg$ вниз и электрическая $F_э=qE$ по горизонтали. Значит и равнодействующая постоянна, и тело движется прямолинейно — вдоль этой равнодействующей. Поэтому угол траектории с вертикалью $\alpha$ — это угол наклона суммарной силы к вертикали.
Из прямоугольного треугольника сил (вертикальный катет $mg$, горизонтальный $qE$):
$\tan\alpha = \dfrac{F_э}{mg} = \dfrac{qE}{mg}.$
Выражаем заряд:
$q = \dfrac{mg\tan\alpha}{E}.$
Поскольку $\alpha=45^\circ$, $\tan45^\circ=1$, и формула упрощается до $q=\dfrac{mg}{E}$. Подставляем числа:
$q = \dfrac{4\cdot10^{-4}\cdot10\cdot1}{5\cdot10^{5}} = \dfrac{4\cdot10^{-3}}{5\cdot10^{5}} = 8\cdot10^{-9}\ \text{Кл}.$
Получилось $q=8$ нКл. Логично: раз наклон ровно $45^\circ$, электрическая сила в точности равна силе тяжести.
Ответ
$q = 8\cdot10^{-9}$ Кл $= 8$ нКл.
Другие задания по теме «Электростатика» (8)
- Задание 25 №00026615 — Маленький шарик массой m равно 1 г с зарядом q больше 0, подвешенный к потолку…
- Задание 25 №00026608 — Частица, имеющая заряд q равно 5 умножить на 10 в степени минус 9 Кл, влетает в…
- Задание 25 №00026601 — На столе закреплён длинный тонкий непроводящий стержень, наклонённый под углом…
- Задание 25 №00026599 — Маленький шарик массой m с зарядом q равно 5 нКл, подвешенный к потолку на…
- Задание 25 №00026598 — Батарея из четырёх конденсаторов электроёмкостью C индекс 1 = 2 С, C индекс 2 =…
- Задание 25 №00026597 — На рисунке показана схема устройства для предварительного отбора заряженных…
- Задание 25 №00026596 — Между горизонтальными обкладками плоского конденсатора висит заряженная…
- Задание 25 №00026586 — На рисунке показана схема устройства для предварительного отбора заряженных…