Электростатика в ЕГЭ по физике — это неподвижные заряды и их поле: закон Кулона, напряжённость, потенциал, проводники и конденсаторы. Самый частый сюжет первой части — конденсатор, у которого что-то меняют, а спрашивают, что стало с зарядом, напряжением и энергией. В банке по теме 922 задачи с решениями и 428 видео.
Суть простыми словами
Одноимённые заряды отталкиваются, разноимённые притягиваются. Сила между точечными зарядами — закон Кулона: F = k·|q₁|·|q₂| / r², k = 9·10⁹ Н·м²/Кл².
Поле описывают двумя величинами. Напряжённость E = F / q — вектор; у точечного заряда E = k·|Q| / r². Потенциал φ — число со знаком; у точечного заряда φ = k·Q / r. Поля нескольких зарядов складывают как векторы, потенциалы — как числа. Работа поля над зарядом A = q·(φ₁ − φ₂) = q·U. В однородном поле U = E·d.
Конденсатор: C = q / U, у плоского C = ε·ε₀·S / d, энергия W = C·U² / 2 = q² / (2C).
Внутри проводника в равновесии поле равно нулю, а весь избыточный заряд сидит на его поверхности.
Где встречается на экзамене
Все четыре номера из разметки банка по плану ФИПИ-2027 проверяют электродинамику, а закон Кулона прямо записан в №11.
- 11 задание ЕГЭ физика: 1 балл, элементы 3.1.2 (закон Кулона) и законы постоянного тока 3.2.1, 3.2.3, 3.2.8, 3.2.9. В демо 2027 — цепь с вольтметром, без зарядов.
- 14 задание ЕГЭ физика: 2 балла, все верные утверждения (их два или три). В демо — плоский конденсатор на источнике, пластины сблизили вдвое; ключ 245.
- 18 задание ЕГЭ физика: 2 балла, утверждения по всем разделам. В демо одно из верных — «при электризации трением незаряженные тела приобретают равные по модулю и противоположные по знаку заряды».
- 25 задание ЕГЭ физика: 3 балла, расчётная задача по электродинамике; в демо — магнитное поле, а электростатика в этом номере бывает в задачах банка.
Где ошибаются
- Не замечают, что конденсатор остался на источнике. В демо №14 источник не отключали, поэтому U не изменилось. C = ε₀S / d выросла в 2 раза, заряд q = C·U — в 2 раза, напряжённость E = U / d — в 2 раза, энергия C·U² / 2 — в 2 раза, а не в 4. Верны утверждения 2, 4 и 5.
- Берут не ту формулу энергии. Все три записи W = C·U² / 2 = q·U / 2 = q² / (2C) верны. Удобная та, где стоит постоянная величина: U — у подключённого конденсатора, q — у отключённого.
- Складывают напряжённости как числа. Между двумя одинаковыми одноимёнными зарядами поля направлены навстречу и в середине гасят друг друга: E = 0. Потенциалы при этом складываются, φ ≠ 0.
- Забывают квадрат. В законе Кулона и в поле точечного заряда r² в знаменателе: втрое дальше — в 9 раз слабее.
- Теряют приставки. мкКл = 10⁻⁶ Кл, нКл = 10⁻⁹ Кл, пФ = 10⁻¹² Ф. Ошибка в одной степени даёт ответ на порядки мимо.
Шпаргалка за 30 секунд
| Что сделали с плоским конденсатором | U | q | C | W |
|---|---|---|---|---|
| На источнике, d уменьшили в 2 раза | не изменится | ×2 | ×2 | ×2 |
| На источнике, d увеличили в 2 раза | не изменится | ÷2 | ÷2 | ÷2 |
| Отключили, d уменьшили в 2 раза | ÷2 | не изменится | ×2 | ÷2 |
| Отключили, вставили диэлектрик с ε | ÷ε | не изменится | ×ε | ÷ε |
Правило одно: сначала реши, что держится постоянным — U или q, потом меняй C и считай остальное.
Как держится то заряд, то напряжение, видно в тренажёре «Энергия конденсатора»: раздвигаешь пластины, вдвигаешь диэлектрик, подключаешь и отключаешь батарею. Поле точечных зарядов — в тренажёре «Электростатика: опыты с молнией». Дальше по электродинамике — электромагнитная индукция ЕГЭ физика, а задачи с конденсатором можно разобрать на пробном занятии по физике.