Электростатика

Задание №25. Электродинамика. Высокий Уровень Сложности

№2. Задание 25

ID: 00019526

Плоский конденсатор с длинными широкими горизонтальными пластинами подключён к источнику постоянного тока так, как показано на рисунке. Установка располагается в вакууме. Между пластинами находится положительно заряженная пылинка, которая движется вниз, разгоняясь, с ускорением $$g/2$$ . Каким будет ускорение пылинки, если, не отключая конденсатор от источника, увеличить расстояние между пластинами в $$2$$ раза?

Рисунок к заданию 25 ЕГЭ по физике — Электростатика

Источник: ФИПИ

Решение

Идея

На пылинку действуют две силы: вес вниз и электрическая сила вверх (иначе пылинка падала бы с ускорением $$g$$ , а у нас меньше — $$g/2$$ ). Главная мысль: источник не отключают, значит напряжение $$U$$ на конденсаторе остаётся прежним. А поле $$E=U/d$$ при раздвигании пластин ослабнет — вместе с ним ослабнет и электрическая сила.

Шаг 1. Находим электрическую силу вначале

Второй закон Ньютона по вертикали: $$ma_1=mg-F_E$$ . При $a_1=\dfrac{g}{2}$ получаем $F_E=mg-m\dfrac{g}{2}=\dfrac{mg}{2}$ (сила направлена вверх).

Шаг 2. Что меняется при раздвигании

Сила $F_E=qE=\dfrac{qU}{d}$ . Напряжение $$U$$ постоянно (источник подключён), а расстояние выросло вдвое, поэтому сила уменьшается вдвое: $F_E'=\dfrac{F_E}{2}=\dfrac{mg}{4}$ .

Шаг 3. Новое ускорение

$ma_2=mg-F_E'=mg-\dfrac{mg}{4}=\dfrac{3mg}{4}$ , откуда $a_2=\dfrac{3g}{4}=7{,}5$ м/с² (по-прежнему вниз).

Ответ

$a_2=\dfrac{3g}{4}=7{,}5$ м/с² (направлено вниз)

Видеоразбор

Другие задания по теме «Электростатика» (8)