Электростатика

Задание №21. Качественная Задача

№2. Задание 21

ID: 00017053

На одну из двух близко расположенных горизонтальных металлических пластин, укреплённых на изолирующих подставках, положили металлический шарик (см. рис.). Когда пластины подсоединили к клеммам высоковольтного выпрямителя, подав на них заряды разных знаков, шарик пришёл в движение.

Опираясь на законы электростатики и механики, опишите и объясните движение шарика.

Рисунок к заданию 21 ЕГЭ по физике — Электростатика

Источник: Сборник Гиголо

Решение

Идея

Шарик лежит на одной из пластин, поэтому от неё он зарядится тем же знаком (контактная электризация). Дальше спор двух сил: вниз — тяжесть, вверх или вниз — электрическая сила. А каждое касание пластины меняет знак заряда, поэтому движение получается циклическим.

Шаг 1. Зарядка от пластины

Соприкасаясь с пластиной (пусть нижняя — отрицательная), шарик приобретает её знак — становится отрицательным. В однородном поле между пластинами на него действует электрическая сила $$F=qE$$ . Отрицательный шарик отталкивается от отрицательной нижней пластины и притягивается к положительной верхней — то есть электрическая сила направлена вверх.

Шаг 2. Условие взлёта (2-й закон Ньютона)

На шарик действуют тяжесть $$mg$$ вниз и сила $$qE$$ вверх. По второму закону Ньютона он пойдёт вверх с ускорением, если поле достаточно сильное: $qE\gt mg$ . Тогда шарик отрывается и поднимается к верхней пластине.

Шаг 3. Касание верхней пластины и возврат

Коснувшись положительной верхней пластины, шарик перезаряжается — становится положительным. Теперь он отталкивается от верхней и притягивается к нижней: электрическая сила направлена вниз и вместе с тяжестью гонит его обратно. Внизу он снова касается отрицательной пластины, меняет знак — и всё повторяется.

Ответ

Если $$qE>mg$$ , шарик поднимется к верхней пластине, коснувшись её, сменит знак заряда и опустится — и будет колебаться вверх-вниз между пластинами.

Видеоразбор

Другие задания по теме «Электростатика» (8)