Физические задачи по электростатике мало кто любит. Но что поделать, решать их надо. Разберемся, как это делать по-быстрому и с использованием подробных примеров решений задач на разность потенциалов, задач на работу электрического поля и напряженность.
Наш телеграм – полезная информация для абитуриентов и студентов всех специальностей, присоединяйтесь!
Решение задач на разность потенциалов и работу поля: примеры
Задача №1 на потенциальную энергию системы зарядов
Условие
Два точечных заряда величиной 100 нКл и 10 нКл находятся на расстоянии r=10 см друг от друга. Вычислить потенциальную энергию системы этих зарядов.
Решение
Потенциал поля точечного заряда равен:
Так что, потенциальная энергия зарядов будет равна:
Подставим значения из условия и найдем:
Ответ: П=9*10^-5 Дж.
Задача №2 на определение потенциала заряженных шаров
Условие
Шар радиусом R1=6 см заряжен до потенциала 300 В , а шар радиусом R2=4 см – до потенциала 500 В. Найдите потенциал шаров после того, как их соединили металлическим проводом, емкостью которого можно пренебречь.
Решение
Потенциал шара равен:
Суммарный заряд двух шаров будет равен:
После соединения шаров заряд каждого будет равен:
Тогда суммарный потенциал шаров вычислится по формуле:
Подставим значения и найдем:
Ответ: 317 В; 475 В.
Задача №3 на разность потенциалов и работу по перемещению заряда
Условие
Заряд переместился между двумя точками с разностью потенциалов 1 кВ, при этом поле совершило работу, равную 40 мкДж. Найдите величину заряда.
Решение
По определению, разность потенциалов равна работе по перемещению заряда, деленной на величину этого заряда:
Отсюда можно выразить заряд и вычислить ответ:
Ответ: 40 нКл.
Задача №4 на работу электрического поля по перемещению заряда
Условие
Два точечных заряда q1=6 мкКл и q2=2 мкКл, находятся на расстоянии а=60 см друг от друга. Какую работу необходимо свершить внешним силам, чтобы уменьшить расстояние между зарядами вдвое?
Решение
Находясь на расстоянии a, точечные заряды обладали потенциальной энергией:
На вдвое меньшем расстоянии энергия зарядов равна:
Работа, затраченная на сближение зарядов:
Подставляем числовые данные и вычисляем:
Ответ: A=0,18 Дж.
Задача №5 на движение заряженной частицы в поле
Условие
Электрон влетает в плоский воздушный конденсатор параллельно его пластинам со скоростью V=5·107 м/с. Расстояние между пластинами d=2 см, разность потенциалов U=500 В. Найти отклонение электрона, вызванное полем конденсатора, если длина его пластины l=5 см.
Решение
При движении в электрическом поле конденсатора на электрон действует сила:
Ускорение электрона, по 2 закону Ньютона, определяется формулой:
Время движения электрона в конденсаторе вычислим, зная длину пластины и скорость частицы:
Отклонение электрона будет равно:
Найдем:
Ответ: 2.2 мм
Вопросы на тему «Работа электрического поля и разность потенциалов»
Вопрос 1. Что такое потенциал электрического поля?
Ответ. Потенциал – скалярная физическая величина, являющаяся энергетической характеристикой электростатического поля.
Потенциал поля равен отношению потенциальной энергии поля (или работы по перемещению заряда из данной точки на нулевой уровень потенциальной энергии) к величине заряда.
Для потенциала применим принцип суперпозиции.
Вопрос 2. Что такое разность потенциалов?
Ответ. Разность потенциалов – это работа по перемещению заряда из одной точки в другую. Разность потенциалов еще называют напряжением, обозначая его как разность потенциалов в начальной и конечной точках траектории заряда.
Вопрос 3. Что происходит с зарядом, когда он попадает в электрическое поле?
Ответ. На заряд со стороны поля действует сила, способная перемещать заряд в поле и совершать работу.
Вопрос 4. Какую природу имеет сила, действующая на заряд? Зависит ли величина работы от траектории заряда в поле?
Ответ. Сила, действующая со стороны поля на заряд, является проявлением электромагнитного взаимодействия. Величина работы поля не зависит от траектории заряда, так как это работа потенциальных (консервативных) сил.
Для наилучшего понимания сути задач на потенциал и работу поля, можно провести параллель между работой по перемещению заряда, потенциальной энергией в механике и работой силы тяжести.Вопрос 5. Что такое эквипотенциальная поверхность?
Ответ. Это поверхность, во всех точках которой потенциал электрического поля имеет одинаковое значения.
Какие бы задачи вы не решали и где ни учились, профессиональный образовательный сервис для студентов готов оказать помощь с проблемами по учебе любой сложности.
