Электростатика

Задание №21. Качественная Задача

№2. Задание 21

ID: 00017051

Около небольшой металлической пластины, укреплённой на изолирующей подставке, подвесили на шёлковой нити лёгкую металлическую незаряженную гильзу. Когда пластину подсоединили к клемме высоковольтного выпрямителя, подав на неё положительный заряд, гильза пришла в движение (см. рисунок).

Опишите движение гильзы и объясните его.

Рисунок к заданию 21 ЕГЭ по физике — Электростатика

Источник: Сборник Гиголо

Решение

Идея

Сначала нейтральную гильзу к заряженной пластине тянет за счёт электростатической индукции, а после касания она перезаряжается и её уже отталкивает. Дальше всё решает баланс трёх сил: тяжести, натяжения нити и электрической силы.

Шаг 1. Притяжение нейтральной гильзы

Поле положительной пластины разделяет заряды в металлической гильзе: ближняя к пластине сторона становится отрицательной, дальняя — положительной. По закону Кулона сила взаимодействия тем больше, чем меньше расстояние, поэтому притяжение ближней (отрицательной) стороны сильнее отталкивания дальней (положительной). Суммарно гильзу тянет к пластине, и она движется к ней, пока не коснётся.

Шаг 2. Касание и отскок

В момент касания часть электронов уходит с гильзы на положительную пластину — гильза сама становится положительной, то есть одноимённой с пластиной. Одноимённые заряды отталкиваются, и гильза отходит назад.

Шаг 3. Где зависнет

На отклонённую гильзу действуют сила тяжести (вниз), натяжение нити (вдоль нити) и кулоновская сила отталкивания (от пластины). Гильза остановится в положении, где векторная сумма этих сил равна нулю — то есть отклонённой от вертикали в сторону от пластины.

Ответ

Гильза сначала притягивается к пластине и касается её, затем, перезарядившись одноимённо, отталкивается и зависает отклонённой, где сила натяжения нити, тяжесть и электрическая сила уравновешены.

Видеоразбор

Другие задания по теме «Электростатика» (8)