Занятие 25. Закон Кулона.
Электрические заряды бывают двух типов; один из них условно назван положительным, а второй – отрицательным. Опыт показывает, что тела, имеющие электрические заряды одного знака, отталкиваются, а разноименно заряженные тела – притягиваются. Сила взаимодействия между точечными, а также сферически симметричными заряженными телами определяется законом Кулона:
|
Здесь ε0 – электрическая постоянная, равная ε0 = 8,854·10–12 Кл2/(Н·м2).
Одним из фундаментальных законов природы является закон сохранения электрического заряда. В изолированной системе сумма всех зарядов – постоянная величина:
q1 + q2 + q3 + … + qn = const. |
Задачи для фронтального решения:
1) Заряды q1 =4·10-8 Кл и q2 = –10-8 Кл расположены на расстоянии 20 см друг от друга. Какой надо взять заряд q0 и на каком расстоянии от заряда q1 его следует поместить, чтобы все заряды находились в равновесии?
2) Три заряда по 10-9 Кл каждый расположены в вершинах равностороннего треугольника. Какой заряд нужно поместить в центре треугольника, чтобы система находилась в равновесии?
3) Заряды 4·10-9 Кл и (–5·10-9) Кл находятся в вакууме на расстоянии 10 см друг от друга. Найти силу, действующую на заряд 10-10 Кл, расположенный на расстоянии 6см от первого заряда и на расстоянии 8 см от второго.
4) Два шарика одинакового радиуса и веса подвешены в воздухе на нитях так, что их поверхности соприкасаются. После того, как каждому шарику сообщен заряд 4·10-7Кл, шарики разошлись на угол 60°. Найти массу шариков, если расстояние от точки подвеса до центра шарика 0,2 м.
5) Во сколько раз изменится сила взаимодействия между маленькими одинаковыми металлическими шариками с зарядами (– 1 мкКл) и 5 мкКл, если их после соприкосновения развести на расстояние вдвое большее, чем начальное?
6) Два шарика массами по 8,1 г каждый соединили между собой невесомой, нерастяжимой и непроводящей нитью длиной 0,2 м. Один из шариков закрепили на другой такой же нити и подвесили к потолку так, что обе нити образуют вертикальную прямую. Какой равный заряд необходимо сообщить каждому шарику, чтобы натяжение нитей было одинаковым. Длины нитей значительно больше размеров шариков.
7) Сила взаимодействия между одинаковыми металлическими шариками с зарядами 1,9·10-8 Кл и 1,09·10-7 Кл, находящимися в воздухе и зарядами, которые будут на этих шариках после кратковременного их соприкосновения и затем помещения в керосин на прежнее расстояние, не изменится. Определить диэлектрическую проницаемость керосина.
8) Если незаряженное металлическое тело внести в поле положительного заряда, а затем разделить на две части А (ближе к заряду) и В, то после разделения …
1) А и В нейтральны
2) А и В заряжены отрицательно
3) А и В заряжены положительно
4) А заряжено отрицательно, В – положительно
5) А заряжено положительно, В – отрицательно
9) Если незаряженное диэлектрическое тело внести в поле отрицательного заряда, а затем разделить на две части А (ближе к заряду) и В, то после разделения …
1) А и В нейтральны
2) А и В заряжены отрицательно
3) А и В заряжены положительно
4) А заряжено отрицательно, В – положительно
5) А заряжено положительно, В – отрицательно
10) Два заряда (-8 нКл) и 4 нКл расположены в вакууме на расстоянии 0,4 м друг от друга. На расстоянии, 1 м от большего заряда помещают третий заряд 5 нКл. Определите силу, действующую на заряд (-8 нКл) со стороны двух остальных.
11) Четыре одинаковых заряда q расположены на плоскости в вершинах квадрата и удерживаются в равновесии связывающими их, не проводящими ток нитями. Натяжение нитей 2,7.10 -3Н. Чему равна сила F0,действующая на каждый из зарядов со стороны другого ближайшего заряда?
Задачи для самостоятельного решения:
1) Два одинаковых по величине точечных заряда, находящихся в вакууме, притягиваются с силой 4 мН. Расстояние между зарядами 60 см. Определить значения каждого заряда.
2) Заряды по 2·10-9 Кл расположены в двух вершинах равностороннего треугольника со стороной 20см. Определить величину силы, действующей на заряд 10-10 Кл, расположенный в третьей вершине.
3) Два шарика одинакового малого радиуса и массой 0,1 г подвешены в вакууме на нитях длиной 0,2 м так, что их поверхности соприкасаются. Какой одинаковый заряд нужно сообщить каждому из шариков, чтобы нити разошлись на угол 90°?
4) Отношение силы гравитационного взаимодействия к силе электростатического взаимодействия двух неподвижных электронов равно
1) 2,4 . 10 -43 2) 2,0. 10 -43 3) 1,6 . 10 -43 4) 1,2 . 10 -43 5) 0,4 . 10 -43
5) Два одинаковых металлических шарика имеют заряды q1 и (- 3q1). Шарики привели в соприкосновение и развели на прежнее расстояние, в результате чего сила взаимодействия между ними …
1) уменьшилась в 3 раза 2) уменьшилась в 2 раза
3) осталась прежней 4) увеличилась в 3 раза
5) увеличилась в 2 раза
6) Как изменится сила кулоновского взаимодействия двух точечных разноименных зарядов в вакууме, если положительный заряд уменьшили вдвое, а отрицательный увеличили в 4 раза? Расстояние между зарядами не изменилось.
1) уменьшиться в 2 раза 2) увеличится в 2 раза
3) увеличится в 8 раз 4) уменьшится в 8 раз
5) увеличится в 4 раза
7) Два тела равных размеров с равными по величине и одноименными зарядами, связанные непроводящей пружиной, перенесли из вакуума в воду (диэлектрическая проницаемость 81). Во сколько раз необходимо увеличить каждый из зарядов, чтобы расстояние между ними не изменилось? (Архимедовой силой пренебречь).
1) в 3 раза 2) не изменять 3) в 9 раз
4) в 81 раз 5) в 1,7 раз
8
)
Если электрон влетел с некоторой
скоростью в пространство плоского
заряженного конденсатора
(смотри рисунок), то он будет двигаться ...
1) ускоренно в направлении движения
2) замедленно в направлении движения
3) по параболе вниз
4) по параболе вверх
5) по дуге окружности
9) Два точечных заряда находятся на некотором расстоянии друг от друга. Если расстояние между ними уменьшится на 50 см, сила взаимодействия увеличивается в 2 раза. Найдите расстояние между зарядами.
1) 0,5 м 2) 0,7 м 3) 1,0 м 4) 1,5 м 5) 1,7 м
10) Маленький шарик массой 0,3 г подвешен на тонкой невесомой нити и имеет заряд 30 нКл. Каким станет натяжение нити, если снизу, на одной вертикали к нему на расстоянии 0,3 м поднести другой шарик с одноименным зарядом 500 нКл?
1) 4,5 . 10 -3 Н 2) 1,5 . 10 -3 Н 3) 6. 10 -3 Н 4) 3 . 10 -3 Н 5) 7,5 . 10 -3 Н
11) Расстояние между двумя точечными электрическими зарядами уменьшили в 3 раза, а один из зарядов увеличили в 3 раза. Силы взаимодействия между ними
1) |
не изменились |
2) |
уменьшились в 3 раза |
3) |
увеличились в 3 раза |
4) |
увеличились в 27 раз |
Рекомендуемое домашнее задание: вопросы А18 тестов 2,9,10,11,12,13.