Презентація “Основи електростатики”

Вище професійне училище № 94 Тема: Основи електростатики. Група 1 ЕПідготувала: викладач спец.дисциплін II категорії ПАЩЕНКО П. О. «ЕЛЕКТРОТЕХНІКА З ОСНОВАМИ ПРОМИСЛОВОЇ ЕЛЕКТРОНІКИ»Професія: «Електромонтер з ремонту та обслуговування електроустаткування»

Дайте відповідь на запитання:1. Дайте поняття «електрону» 3. Дайте поняття «протону»4. Дайте поняття фізичної величини «електричний заряд»5. В яких одиницях вимірюється електричний заряд?6. Назвіть способи електризації

Найбільш поширені явища притягання, або відштовхування наелектризованих тіл вперше спостерігав Фалес. Бурштин потертий об шерсть. Електричний заряд. Гілберт проводив досліди з різними речовинами. Електричні явища (грец. еlectron – бурштин)

ЦІКАВИ ФАКТИ В 1919 році Ернест Резерфорд, опромінюючи альфа-частинками газ азоту, виявив в ньому певну кількість атомів водню. Це була перша штучно викликана ядерна реакція. Зважаючи на те, що водень має атомну масу 1, Резерфорд прийшов до висновку, що його ядро є елементарною частинкою, яка входить до складу інших частинок. Резерфорд встановив структуру атома, як системи, що складається із малого за розмірами позитивно зарядженого ядра й електронів.

ОСНОВНІ ПОНЯТТЯ Атом – найменша, електронейтральна, хімічно неподільна частинка речовини. Атом – позитивно заряджене ядро і негативно заряджені електрони. ЕЛЕКТРИЗАЦІЯПрото́н (від грец. Πρώτον — перший) — стабільна позитивно заряджена елементарна частинка атомного ядра будь-якого хімічного елемента.. Нейтрон не має електричного заряду, але взаємодіє з елеткромагнітним полем завдяки своєму магнітному моменту. Магнітний момент нейтрона дорівнює −1,9130427 0,0000005 ядерних магнетонів.

ОСНОВНІ ПОНЯТТЯ Протон складається з двох верхніх й одного нижнього кварка та має заряд +е. Електро́н (грец. Ηλεκτρόνιο, англ. electron, нім. Elektron) — стабільна, негативно заряджена елементарна частинка, що входить до складу всіх атомів. Має електричний заряд (-е= −1,6021892(46)×10−19 Кл) і масу (9,109554(906)×10−31 кг). Зазвичай електрон позначається в формулах символом e-. . ЕЛЕКТРИЗАЦІЯ

ОСНОВНІ ПОНЯТТЯ Електричний заряд — фізична величина, яка характеризує здатність тіл створювати електромагнітні поля та брати участь в електромагнітній взаємодії. Електричний заряд звичайно позначають латинськими літерами q або великою буквою Q . Одиницею вимірювання електричного заряду в системі одиниць СІ є кулон. Взаємодію електричних зарядів без врахування їх руху вивчає електростатика, а зарядів, що рухаються — електродинаміка. ЕЛЕКТРИЗАЦІЯЕлектричний заряд – кількісна міра електричної взаємодії :[q] = Кл

ОСНОВНІ ПОНЯТТЯ Електрон. Заряд qе= -1,610-19 Кл. Маса спокою те = 9,110-31 кг. Відкрив Томсон Протон. Заряд qр = 1,610-19 Кл. Маса спокою протона в 1836 разів більша за масу електрона. У атомі водню навколо ядра обертається один електрон. Ядро було назване протоном. mp = 1836·me. Розмір атома – це радіус орбіти його електрона.

ЕЛЕКТРИЧНИЙ ЗАРЯДПозитивний – заряд, що виникає на склі, потертому об шовк(і на всіх тілах, де виходить заряд такого самого роду) Точковий заряд – це заряд, який знаходиться на тілі, розмірами та формами якого, за даних умов задачі можна знехтувати.. Існує два роди електричних зарядів: позитивні «+» і негативні «-»

ЕЛЕКТРИЧНИЙ ЗАРЯДНегативний – заряд, що виникає на янтарі (бурштині), потертому об шерсть (а також на ебоніті (вулканізований каучук з великим вмістом сірки), сірці, гумі

ОСНОВНІ ПОНЯТТЯ Будь – яке тіло в звичайних умовах нейтральне. Однойменні заряди відштовхуються; різнойменні притягуються. Носієм елементарного заряду є елементарна частинка (електрон)

ЕЛЕКТРИЧНИЙ ЗАРЯДЯкщо тіло отримує електрони, то несе на собі негативний заряд. Якщо тіло втрачає електрони, то несе на собі позитивний заряд.

ОСНОВНІ ПОНЯТТЯ ЕЛЕКТРИЗАЦІЯЗаряд будь-якого тіла кратний цілому числу елементарних зарядів: q = N ∙ е. Елементарний заряд – мінімальний заряде = 1,6 ∙ 10-19 Кл. Електризація тіл – перерозподіл заряду між тілами. Способи електризації: тертя, дотик, вплив.

ВИДИ ЕЛЕКТРИЗАЦІЇ ТІЛЧЕРЕЗ ДОТИКЧЕРЕЗ ТЕРТЯЧЕРЕЗ ВПЛИВ

Електризація тертям. ОСНОВНІ ПОНЯТТЯ Можна потерти пластмасову паличку шерстяною тканиною або скляну паличку шовковою тканиною, після чого ці палички почнуть притягувати до себе дрібні шматочки паперу. Ще в давнину було відомо, що потерті одне об одного деякі тіла, наприклад бурштин або шерсть, набувають властивість притягувати або відштовхувати легкі предмети. Отже після тертя ці палички набули властивість протягування (або відштовхування), їх «зарядили» цією властивістю, їм надали заряд. Ця властивість може проявлятись сильніше, слабше, тобто заряд може бути більшим або меншим, він може взагалі щезнути, він може перетікати з одного тіла на інше.

Олексій та Назар надували повітряні кульки для святкування дня народження у мами. Біля них грався котик Мурчик, але він іноді так зачіпав лапкою кульки, що ті лопались. Тоді хлопчики взяли кульку, потерли її об хутро котика – кулька залишилася на Мурчику. Як котик не намагався від неї втекти, нічого не виходило. Питання: 1. Чому Мурчику не вдалося від’єднатися від кульки-причепи?2. Як називається спосіб електризації кота і кульки?

Відповідь: Через електризацію, яка відбулася внаслідок тертя кульки об шерсть кота. Тіла електризуються, тобто отримують електричний заряд, коли набувають, або втрачають електрони. В цьому прикладі – внаслідок тертя кульки об шерсть кота різнойменні заряди притягуються й тіла електризуються.

Сили відштовхування, які діють між однойменними електричними зарядами викликають відштовхування листочків електроскопа на деякий кут. Електризація при стиканні тіл. Електрони переміщаються з ебонітової палички на стержень електроскопа, який заряждається негативно. Заряди розподіляються по стержню і листках електроскопа. — — — —- — –

Механізм електризації при стиканні тіл

Механізм електризації при стиканні тіл

Електризаціия тіл при стиканні пояснюється переходом частини електронів із одного тіла на інше. Механізм електризації при стиканні тіл

Електризація через вплив?Щоб пояснити походження і передачу сил, що діють між зарядами, в рамках теорії блізкодії, вводять поняття електричного поля. Максвел та Фарадей встановили, що навколо нерухомих заряджених частинок існує електростатичне поле. Нерухомий електричний заряд оточує електричне поле, яке є особливою формою матерії. Електричне поле діє з деякою силою на будь-який заряд, поміщений в це поле.

Скло. Скло. Шовк. Азбест. Пояснити явище, яке спостерігається під час тертя тіл:

Азбестриміо. ВІДПОВІДЬ: Під час тертя скла і шовку скло набуває позитивного заряду, а шовк негативного. Якщо скло терти об азбест, то воно набуде негативного заряду. При цьому заряд азбесту буде позитивним. Причиною такого явища є те, що в різних речовинах електрони по-різному притягуються до ядра: в одних сильніше, в інших — слабше.

Існують інші види електризації тіл.*До відома учнів. Електризація полем – це виникнення заряду на поверхні тіла при внесення його в електричне поле, джерелом якого є інше заряджене тіло. Наприклад, якщо піднести натерту хутром ебонітову паличку до легкої незарядженої гільзи, то гільза почне притягуватись до палички. Це означає, що на поверхні гільзи виник заряд, який протилежний за знаком заряду ебонітової палички. Цей заряд на гільзі виник внаслідок внесення її у електричне поле ебонітової палички. Фотоелектризація – це виникнення на поверхні тіла електричного заряду (найчастіше позитивного) внаслідок його опромінення світлом. Наприклад, якщо опромінювати негативно заряджену металеву кулю, яка прикріплена на стержні електроскопа, ультрафіолетовим світлом, то її заряд почне дуже швидко зменшуватись, про що свідчитиме зменшення показів електроскопа. І навпаки, якщо нейтральну металеву кулю опромінювати ультрафіолетом, то вона почне заряджатись позитивно. Отже, опромінення провідника світлом певної частоти зменшує негативний заряд (якщо тіло заряджене негативно) і збільшує позитивний (якщо тіло заряджене позитивно). Звичайно можуть існувати і змішані способи електризації тіл. Однак результатом завжди є зміна заряду тіла, яке зазнає впливу. Звідси можна дати ще й таке тлумачення електризації:

ЕЛЕКТРИЗАЦІЯ- з тіла, в якому сили притягання електронів до ядра атома менші, на тіло, в якому ці сили є більшими.-. Відбувається лише розподіл існуючих зарядів між тілами, що електризуються: частина негативних зарядів переміщається з одного тіла на інше.- електричні заряди бувають двох типів, їх називають додатніми й від’ємними зарядами (позитивними й негативними). ОСНОВНІ ПОНЯТТЯ – тіла електризуються, тобто отримують електричний заряд, коли набувають, або втрачають електрони. Нові електричні заряди при цьому не виникають. – однойменні заряди відштовхуються, різнойменні – притягуються.

Електричний заряд – дискретний. Електричний заряд – дискретний, тобто заряд будь-якого значення є кратним елементарному

§ 40. Абетка електростатики

Усі види сил пружності й тертя мають електромагнітну природу; життєдіяльність рослин, організмів тварин і людей базується на електромагнітних взаємодіях. Вивчає цю взаємодію електродинаміка — наука про властивості електромагнітного поля, через яке здійснюється взаємодія електрично заряджених тіл або частинок. Якщо електрично заряджені тіла або частинки перебувають у спокої, їх взаємодія розглядається в розділі електродинаміки, який називають електростатикою. З основами електростатики ви ознайомились у курсі фізики 8 класу. А от щоб іти далі, необхідно згадати базові поняття.

1. Що таке електричний заряд

Електричний заряд q — це фізична величина, яка характеризує властивість частинок або тіл вступати в електромагнітну взаємодію.

Одиниця електричного заряду в СІ — кулон: [q] = 1 Кл (С).

1 кулон дорівнює заряду, який проходить через поперечний переріз провідника за 1 секунду, якщо сила струму в провіднику становить 1 ампер:

1 Кл = 1 А • с (1 C = 1 • As).

Основні властивості електричного заряду

1. Існують два роди електричних зарядів — позитивні й негативні. Електричний заряд такого роду, як заряд, отриманий на бурштині або ебонітовій паличці, потертих об вовну, прийнято називати негативним, а такого роду, як заряд, отриманий на паличці зі скла, потертій об шовк, — позитивним.

2. Тіла, що мають заряди одного знака, відштовхуються; тіла, що мають заряди протилежних знаків, притягуються.

3. Носієм електричного заряду є частинка — електричний заряд не існує окремо від неї.

4. Електричний заряд є дискретним, тобто електричні заряди фізичних тіл кратні певному найменшому (елементарному) заряду. Носій найменшого негативного заряду — електрон. Цей заряд зазвичай позначають символом е; його значення: е = -1,6 • 10 -19 Кл. Носій найменшого позитивного заряду — протон. Заряд протона за модулем дорівнює заряду електрона. Якщо q — заряд тіла, е — заряд електрона, N — ціле число, то |q| = N|e|

2. Як був виміряний заряд електрона

Перше досить точне вимірювання елементарного заряду здійснив американський фізик-експериментатор Роберт Ендрус Міллікен (1868-1953) на початку XX ст. Схему його досліду подано на рис. 40.1. У простір між зарядженими пластинами, заряд на яких можна було плавно змінювати, вчений впорскував масло. При впорскуванні утворювалися дуже маленькі крапельки, частина з яких несла негативний заряд.

Багато разів повторюючи вимірювання (історики стверджують, що досліди тривали майже 4 роки), Міллікен з’ясував, що кожного разу заряд q краплі був кратним деякому найменшому заряду: е = -1,6 • 10 -19 Кл. Тобто q = Ne, де N — ціле число.

Досліджувані краплі були заряджені негативно, тобто мали надлишкову кількість електронів. Тому вчений зробив висновок, що найменший заряд — це заряд електрона.

Важливий результат роботи Міллікена — не тільки визначення заряду електрона, а й доведення дискретності електричного заряду.

3. Що відбувається під час електризації

Електризація — це процес одержання електричного заряду макроскопічними тілами або їх частинами.

Є кілька способів електризації, серед них — електризація тертям (трибоелектрика). Ви вже знаєте, що в процесі електризації тертям відбувається тісний контакт двох тіл, виготовлених із різних матеріалів, і частина електронів переходить з одного тіла на інше. Після роз’єднання тіл виявляється, що тіло, яке віддало частину своїх електронів, заряджене позитивно, а тіло, яке одержало ці електрони, заряджене негативно (рис. 40.2).

Рис. 40.2. Під час електризації тертям частина електронів зі скляної палички перейде на клаптик шовку, в результаті чого скляна паличка набуде позитивного заряду, а клаптик шовку — негативного

За будь-якого способу електризації тіл відбувається перерозподіл наявних в них електричних зарядів, а не поява нових. Це твердження є наслідком одного з найважливіших законів природи — закону збереження електричного заряду:

Повний заряд електрично замкненої системи тіл залишається незмінним під час усіх взаємодій, які відбуваються в цій системі:

де q₁, q₂, . q_n — заряди тіл, які утворюють систему; n — кількість тіл.

Таким чином, якщо перед електризацією тертям скляної палички об шовкову тканину і паличка, і тканина були незарядженими, то після тертя вони виявляться зарядженими, причому їхні заряди будуть однаковими за модулем і протилежними за знаком. Тобто їхній сумарний заряд, як і перед дослідом, дорівнюватиме нулю.

4. Що визначає закон Кулона

Французький фізик Шарль Кулон (1736-1806) експериментально встановив закон, який став основним законом електростатики і був названий на його честь, — закон Кулона:

Сила F взаємодії двох нерухомих точкових зарядів q₁ і q₂ прямо пропорційна добутку модулів цих зарядів і обернено пропорційна квадрату відстані r між ними:

Зверніть увагу!

• У законі Кулона йдеться про добуток модулів зарядів, оскільки знаки зарядів впливають лише на напрямок сили.

• Сили, з якими взаємодіють точкові заряди, зазвичай називають кулонівськими силами.

• Кулонівські сили напрямлені вздовж прямої, яка з’єднує точкові заряди, що взаємодіють.

• Якщо треба визначити силу взаємодії зарядів у випадку, коли взаємодіють три заряди чи більше, спочатку визначають сили взаємодії певного заряду з кожним із решти зарядів, а потім розраховують їхню результуючу.

• Якщо заряди перемістити з вакууму в діелектрик, то сила їхньої взаємодії зменшиться в ε разів, де ε — діелектрична проникність діелектрика (див. § 43).

5. Учимося розв’язувати задачі

Задача. На прямій, яка з’єднує позитивний заряд q₁ і негативний заряд q₂, кожен із яких дорівнює за модулем 5 • 10 -7 Кл, розташований заряд q₃ = -1 • 10 -8 Кл. Відстань r₁ між зарядами q₁ і q₃ дорівнює 6 см, відстань r₂ між зарядами q₂ і q₃ дорівнює 3 см. Обчисліть силу, яка діє на заряд q₃, якщо він розташований між зарядами q₁ і q₂.

Контрольні запитання

1. Що називають електричним зарядом? 2. Назвіть одиницю електричного заряду. 3. Які роди зарядів існують? 4. Як взаємодіють тіла, що мають заряди одного знака? протилежних знаків? 5. Яка частинка має найменший негативний заряд? найменший позитивний заряд? 6. Як ви розумієте твердження, що електричний заряд є дискретним? 7. Хто і як першим виміряв заряд електрона? 8. Якщо електронейтральне тіло віддасть частину своїх електронів, заряд якого знака воно матиме? 9. Чому під час електризації тертям електризуються обидва тіла? 10. Сформулюйте закон збереження електричного заряду. 11. Сформулюйте закон Кулона.

Вправа № 40

1. Як поводиться ваше волосся відразу після того, як ви стягнули через голову светр, виготовлений, наприклад, з акрилу? Чому?

2. Як зміниться сила взаємодії двох зарядів, якщо відстань між ними збільшити в 4 рази, а модуль кожного заряду збільшити в 2 рази?

3. Дві однакові маленькі металеві кульки заряджені так, що модуль заряду однієї з них у 5 разів більший, ніж модуль заряду іншої. Кульки змусили торкнутись одна одної і розвели на початкову відстань. У скільки разів змінилася сила взаємодії кульок, якщо перед дотиком вони були заряджені однойменно? різнойменно?

4. На шовковій нитці підвісили маленьку кульку, яка має заряд 5 • 10 -8 Кл і масу 2 г. Після того як знизу до неї піднесли другу заряджену кульку, сила натягу нитки, що діє на першу кульку, збільшилась у 2 рази. Визначте відстань між кульками, якщо їхня заряди рівні за модулем.

Зовнішнє незалежне оцінювання – комплексне видання

Частина I НАВЧАЛЬНИЙ ДОВІДНИК — З ПРИКЛАДАМИ ТА ЗАВДАННЯМИ

ЕЛЕКТРОДИНАМІКА

1. ОСНОВИ ЕЛЕКТРОСТАТИКИ

1.4. ЕЛЕКТРОЄМНІСТЬ. КОНДЕНСАТОРИ

Електроємність відокремленого провідника С — фізична величина, яка характеризує здатність провідника накопичувати заряд:

де q — заряд провідника, — потенціал провідника.

✵ Одиниця електроємності в СІ — фарад:

1 Ф — це електроємність такого відокремленого провідника, потенціал якого при наданні цьому провідникові заряду 1 Кл становить 1 В. 1 Ф — дуже велика одиниця ємності, тому зазвичай використовують частинні одиниці: 1 мкФ, 1 пФ.

✵ Електроємність залежить від розмірів та форми провідника, а також від діелектричної проникності середовища, в якому він знаходиться, але не залежить від заряду провідника та його потенціалу.

1.4.2. КОНДЕНСАТОР. ОСОБЛИВОСТІ ПЛОСКОГО КОНДЕНСАТОРА

Конденсатор – це пристрій для накопичування електричного заряду. Він являє собою систему з двох провідників (обкладок), розділених шаром діелектрика, товщина якого є малою порівняно з розмірами обкладок.

✵ Обкладки конденсатора мають однакові за модулем, але протилежні за знаком заряди. Заряд конденсатора — де модуль заряду однієї з його обкладок.

✵ Конденсатори є неподоланною перешкодою для постійного струму. В ділянці кола, яка містить конденсатор, постійний струм не йде.

Електроємність (ємність) конденсатора — фізична величина, яка характеризує конденсатор і дорівнює відношенню заряду q до різниці потенціалів ( ₁ – ₂ ) між його обкладками:

де U = ₁ – ₂ — напруга на конденсаторі.

✵ Енергія електричного поля конденсатора (енергія конденсатора):

✵ За формою конденсатори поділяють на плоскі, сферичні, циліндричні та ін.

Плоский конденсатор складається з двох паралельних металевих пластин (обкладок), розділених шаром діелектрика, наприклад повітря (повітряний конденсатор), слюди (слюдяний конденсатор) та ін.

✵ Ємність С плоского конденсатора обчислюють за формулою:

де — діелектрична проникність середовища між пластинами конденсатора, S — площа перекриття пластин, d — відстань між пластинами, ₀ = 8,85 ∙ 10 -12 Ф/м — електрична стала.

✵ Електричне поле між обкладками плоского конденсатора однорідне, тому напруженість Е цього поля пов’язана із напругою U між пластинами співвідношенням:

1.4.3. З’ЄДНАННЯ КОНДЕНСАТОРІВ

Щоб одержати необхідну ємність конденсатори з’єднують між собою в батареї.

✵ Якщо батарея конденсаторів підключена до джерела струму, то загальна напруга на батареї не змінюється при будь-яких змінах, що відбуваються в батареї.

✵ Якщо батарея конденсаторів відключена від джерела струму, то не змінюється загальний заряд батареї.

Послідовне з’єднання конденсаторів

✵ У разі послідовного з’єднання п конденсаторів (рис. 1.16, а) заряд кожного конденсатора однаковий і дорівнює заряду батареї:

✵ Напруга на батареї дорівнює сумі напруг на кожному з конденсаторів:

✵ Ємність батареї обчислюють за формулою:

✵ Якщо батарея містить n однакових послідовно з’єднаних конденсаторів ємністю С кожен, то С = .

Паралельне з’єднання конденсаторів

✵ У разі паралельного з’єднання п конденсаторів (рис. 1.16, б) напруга на кожному конденсаторі однакова і дорівнює напрузі на батареї:

✵ Заряд батареї дорівнює сумі зарядів кожного з конденсаторів:

✵ Ємність батареї обчислюють за формулою:

✵ Якщо батарея містить n однакових паралельно з’єднаних конденсаторів ємністю С’ кожен, то С = nС’.

ПРИКЛАДИ РОЗВ’ЯЗУВАННЯ ТЕСТОВИХ ЗАВДАНЬ

1. Від краплини води з електричним зарядом +q відокремилася краплина з електричним зарядом -q. Укажіть правильне твердження.

A Сумарний заряд краплин збільшився.

Б Електричний заряд решти краплини дорівнює +2 q.

В Електричний заряд решти краплини може становити q’ = 4,0 ∙ 10 -19 Кл.

Г Після відокремлення краплини відштовхуються.

Обґрунтування вибору відповіді

✵ Твердження А є неправильним. У випадку електризації тіл виконується закон збереження заряду: в ізольованій системі алгебрична сума зарядів усіх частинок залишається незмінною:

✵ Твердження Б є правильним. Відповідно до закону збереження електричного заряду сумарний заряд обох краплин дорівнює заряду початкової краплини, тобто +q.

Позначимо заряд решти краплини q’. Оскільки заряд нової краплини дорівнює -q, то q’ + (-q) = +q, звідки одержуємо q’ = +2q .

✵ Твердження В є неправильним. Електричний заряд тіла має бути кратним елементарному електричному зарядові (е = 1,6 ∙ 10 -19 Кл). У цьому випадку заряд решти краплини дорівнює 2,5е:

✵ Твердження Г є неправильним. Нові краплини мають заряди -q і +2q, тобто вони заряджені різнойменно (див. обґрунтування твердження Б).

Тіла, що мають електричні заряди з однаковими знаками, взаємно відштовхуються, а тіла, які мають заряди з протилежними знаками, взаємно притягуються.

2. На тонкій шовковій нитці висить маленька срібна кулька. До неї піднесли заряджену наличку (див. рисунок). Укажіть правильне твердження.

А Кулька і паличка заряджені однойменно.

Б Кулька притягуватиметься до палички навіть у тому випадку, якщо ця кулька не буде заряджена.

В Якщо торкнутися паличкою кульки, заряд кульки не зміниться.

Г На кульку і паличку діють різні за модулем сили електричної взаємодії.

Обґрунтування вибору відповіді

✵ Твердження А є неправильним. Існують два види електричних зарядів — позитивні й негативні. Заряд наелектризованої скляної палички умовно назвали позитивним, а ебонітової (бурштинової) — негативним.

Тіла, що мають електричні заряди з однаковим знаком, взаємно відштовхуються, а тіла, які мають заряди з протилежним знаком, взаємно притягуються.

✵ Твердження Б є правильним. Як відомо, електричне поле — форма матерії, за допомогою якої здійснюється електрична взаємодія заряджених тіл, вона оточує будь-яке заряджене тіло й виявляє себе в дії на заряджене тіло.

Заряджена паличка утворює навколо себе електричне поле, яке, діючи на електрони в незарядженій кульці, викликає в ній поділ зарядів. У результаті заряджена паличка притягуватиме ближчу половину кульки й відштовхуватиме дальшу.

✵ Твердження В є неправильним. Унаслідок зіткнення кульки і палички відбудеться перерозподіл зарядів, хоча відповідно до закону збереження заряду сумарний заряд обох тіл не зміниться.

✵ Твердження Г є неправильним. Згідно з третім законом Ньютона сили, з якими взаємодіють тіла, є рівними за модулем.

3. В електричне поле, силові лінії якого показано на рисунку, влітає електрон. Укажіть правильне твердження.

А Електрон рухається по траєкторії 1 рівномірно.

Б Електрон рухається по траєкторії 2 зі зменшенням швидкості.

В Електрон рухається по траєкторії 3 зі збільшенням швидкості.

Г Електрон може рухатися по траєкторії З зі зменшенням швидкості.

Обґрунтування вибору відповіді

✵ Твердження А є неправильним. В електричному полі на електрон діє сила, тому він не може рухатися рівномірно прямолінійно (тобто без прискорення).

✵ Твердження Б є неправильним. Сила, діє на електрон що ( = q ), напрямлена вниз, тому він не може повернути вгору.

✵ Твердження В є правильним. На будь-яку заряджену частинку від електричного поля діє сила = q .

Напрямок напруженості в кожній точці збігається з напрямком сили, що діє від електричного поля на позитивний заряд, поміщений у цю точку.

Оскільки електрон заряджений негативно, то сила, яка діє на нього ( = -e ) напрямлена вниз, тому він і повертає вниз. Оскільки сила напрямлена вертикально, горизонтальна складова швидкості руху електрона не змінюється, а вертикальна — збільшується. Отже, швидкість руху електрона збільшується.

✵ Твердження Г є неправильним. Сила, що діє на електрон, напрямлена вниз, тому він повертає вниз.

Відповідно до другого закону Ньютона ( = m ) електрон під дією сили рухається з прискоренням. Складова прискорення швидкості руху електрона збігається з напрямком швидкості, тому швидкість руху електрона збільшується.

4. На рисунку зображено силові лінії електричного поля. Укажіть правильне твердження.

А Поле утворене негативним зарядом.

Б Під час переміщення негативного заряду з точки 1 у точку 2 електричне поле виконує додатну роботу.

В Різниця потенціалів ( ₁ — ₂) від’ємна.

Г Під час переміщення негативного заряду з точки 1 у точку 2 потенціальна енергія заряду збільшується.

Обґрунтування вибору відповіді

✵ Твердження А є неправильним. Лінії напруженості електричного поля починаються на позитивних зарядах і закінчуються на негативних.

✵ Твердження Б є неправильним. На заряд, що перебуває в електростатичному полі, діє сила з боку цього поля. Під час переміщення заряду ця сила може виконувати роботу, яку називають роботою поля.

Оскільки сила, яка діє на електрон, напрямлена до позитивного заряду (різнойменні заряди притягуються), а негативний заряд віддаляється від позитивного заряду, електричне поле виконує від’ємну роботу.

✵ Твердження В є неправильним. Різниця потенціалів між точками 1 і 2 дорівнює відношенню роботи поля під час переміщення заряду з точки 1 у точку 2 до величини цього заряду:

Якщо з точки 1 у точку 2 рухається позитивний заряд q > 0, то напрямок сили, що діє на заряд з боку поля, збігається із напрямком руху

заряду, тому А > 0. Отже,

Якщо з точки 1 в точку 2 рухається негативний заряд q < 0, то напрямок сили протилежний напрямку руху заряду, тому А < 0 .

✵ Твердження Г є правильним. Оскільки робота електричного поля від’ємна, то потенціальна енергія заряду збільшується відповідно до співвідношень ∆W_p = -А і А < 0 (див. обґрунтування твердження В).

5. Три однакові негативні заряди по 8 нКл розташовані у вершинах рівностороннього трикутника зі стороною 10 см. Укажіть правильне твердження.

А Щоб система зарядів перебувала в рівновазі, у центр трикутника треба помістити негативний заряд.

Б Сила взаємодії між двома зарядами, розташованими у вершинах трикутника, може бути меншою ніж 5 ∙ 10 -5 Н.

В Щоб система зарядів перебувала в рівновазі, у центр трикутника треба помістити заряд Q, за модулем більший ніж 4 нКл.

Г Напруженість поля в кожній із вершин трикутника, утворювана зарядами, що розташовані у двох інших вершинах, менша від 10 кН/Кл.

Обґрунтування вибору відповіді

✵ Твердження А є неправильним. Щоб система зарядів перебувала в рівновазі, у центр трикутника треба помістити позитивний заряд.

✵ Твердження Б є неправильним. Відповідно до закону Кулона

де q — заряд у вершині трикутника, а — довжина сторони трикутника.

F = 9 ∙ 10 9 = 5,76 ∙ 10 -5 (Н).

✵ Твердження В є правильним. Щоб система зарядів перебувала в рівновазі, у центр трикутника треба помістити позитивний заряд. Умова рівноваги всієї системи зводиться до умови рівноваги кожного із зарядів q і має вигляд + + = 0 (див. рисунок).

Проектуючи цю умову рівноваги на вертикальну вісь і використовуючи закон Кулоні

Підставивши числові значення, одержимо: |Q| = 4,6 (нКл).

✵ Твердження Г є неправильним. За принципом суперпозиції електричних полів (напруженість поля, утвореного декількома зарядами, дорівнює векторній сумі напруженостей полів, утворених кожним із зарядів) для кожної з вершин трикутника:

Проектуючи це рівняння на вертикальну вісь, одержимо:

Е = k cos30° + k cos30° = 2k cos30°.

Обчислюємо напруженість поля у вершині трикутника:

E = 2 ∙ 9 ∙ 10 9 ∙ 0,87 = 1,25 ( ).

6. Конденсатор ємністю С₁ =1 мкФ зарядили до напруги U₀₁= 500 В і відключили від джерела живлення. Після того як паралельно конденсатору під’єднали інший конденсатор ємністю С₂, напруга на першому конденсаторі знизилася до U₁ =100 В. Установіть відповідність між фізичною величиною та її значенням в СІ після підключення другого конденсатора.

Заряд на першому конденсаторі