Разберем пример из сборника по подготовке к ЕГЭ под редакцией Демидовой.
Условие:
Две маленькие, закрепленные бусинки, расположенные в точках A и B, несут на себе заряды +q>0 и−2q соответственно(см.рис.1) Точка С находится посередине между бусинками A и B.
Из приведенного ниже списка выберите вcе правильные утверждения.
- На бусинку B со стороны бусинки A действует сила Кулона, направленная горизонтально вправо.
- Напряжённость результирующего электростатического поля в точке C направлена горизонтально вправо.
- Модули сил Кулона, действующих на бусинки, одинаковы.
- Если бусинки соединить тонкой медной проволокой, они будут отталкиваться друг от друга.
- Если бусинки соединить незаряженной стеклянной палочкой, их заряды станут равными.
Решение:
1.) Определим направление силы Кулона в точке В.
Мы знаем, что два заряда разного знака стремятся притянуться друг к другу.
На основании этого утверждения, мы можем сразу сказать, что сила Кулона F̄ᵦₐ , действующая на заряд qᵦ cо стороны заряда qₐ , направлена влево, то есть, по направлению к заряду qₐ.
Но, еще мы можем подойти к этому же ответу, не опираясь на данное утверждение, а обратившись к закону Кулона в векторной форме. Пусть вектор r̄ᵦₐ указывает на qᵦ со стороны qₐ, т.е. направлен вправо, тогда:
мы видим qₐ•qᵦ<0,значит F̄ᵦₐ↑↓r̄ᵦₐ (сила Кулона направлена влево)
Утверждение 1 - неверно.
Более подробно о векторной форме закона Кулона можно прочитать в моей более ранней заметке
2.) Определим напряженность в точке С.
Каждый заряд создает свое электрическое поле.
Заряд qₐ – поле напряженностью Ēₐ
Заряд qᵦ – поле напряженностью Ēᵦ
Результирующая напряженность Ē𝛴 определяется по принципу суперпозиции как геометрическая сумма напряженностей Ēₐ и Ēᵦ.
В точке С вектор напряженности поля Ēₐ положительного заряда qₐ направлен от данного заряда, вдоль прямой, соединяющей qₐ и рассматриваемую точку С. (т.е. вправо).
В точке С вектор напряженности поля Ēᵦ отрицательного заряда qᵦ направлен к данному заряду, вдоль прямой, соединяющей qᵦ и рассматриваемую точку точку С (т.е. вправо).
Т.о., суммарная напряженность Ē𝛴 = Ēₐ + Ēᵦ направлена вправо, в сторону заряда qᵦ.
Утверждение 2 - верно.
3.) Определим модули сил.
Запишем закон Кулона. На заряд qᵦ со стороны заряда qₐ действует сила F̄ᵦₐ:
по 3-му закону Ньютона сила с которой на заряд qₐ действует поле заряда qᵦ :
Fₐᵦ =-Fᵦₐ
т.о. данные силы равны по модулю | Fₐᵦ | = | Fᵦₐ |
Более того, мы можем записать выражение для расчета силы Fₐᵦ по закону Кулона и увидеть, что в него входят все те же самые величины, что и в формуле выше для Fᵦₐ.
Утверждение 3 - верно.
4.) Воспользуемся законом сохранения электрического заряда.
Медь является проводником. Соединение проводником вызовет перераспределение зарядов.
По закону сохранения электрического заряда: в изолированной системе алгебраическая сумма зарядов остается неизменной.
Бусины А и Б для зарядов не имеют никаких отличий, поэтому после соединения заряд распределиться поровну между точками А и Б.
q’ₐ = q'ᵦ= (qₐ+qᵦ) / 2 = (+q - 2q) / 2= - q / 2= - 0.5 q
Значит, мы получили две отрицательно заряженных точки, а, как мы знаем, заряды одного знака отталкиваются.
Утверждение 4 - верно
5.) Стекло не вызовет перераспределение зарядов, поскольку является диэлектриком. Заряды равными не станут.
Утверждение 5 - неверно
#ФизикаПоПорядку #Электростатика #ЗаметкиРепетитора #ЕГЭ #Физика