Электростатика — Задание 21 ЕГЭ по физике №00017056

Идея

Давай сразу поймём, что меряет электрометр. Стрелка показывает не заряд, а напряжение (разность потенциалов) между пластинами. А напряжение, заряд и ёмкость связаны простой формулой $U=\dfrac{Q}{C}$. Значит, всё решение — это следить, что из тройки «заряд — ёмкость — напряжение» меняется, а что остаётся прежним.

Шаг 1. Что закреплено — заряд

Мы один раз зарядили пластину со стержнем и больше к системе не прикасаемся. Эта пластина вместе со стрелкой электрически изолирована (стоит на изолирующих штативах), уходить заряду некуда. Значит, заряд $Q$ на пластинах не меняется — это наш «якорь».

Шаг 2. Что меняется — ёмкость

Вносим между пластинами диэлектрик. Ёмкость плоского конденсатора $C=\dfrac{\varepsilon\varepsilon_0 S}{d}$. У диэлектрика $\varepsilon\gt 1$, поэтому ёмкость растёт: $C'\gt C$. По-простому: диэлектрик своими молекулами частично гасит поле внутри, и конденсатор начинает «вмещать» тот же заряд при меньшем напряжении.

Шаг 3. Что получаем — напряжение

Подставляем в $U=\dfrac{Q}{C}$: числитель $Q$ прежний, знаменатель $C$ вырос — значит дробь уменьшается: $U'=\dfrac{Q}{C'}\lt U$. А раз напряжение упало, то и угол отклонения стрелки уменьшается.