Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Физика. Выпуск 7. Электростатика. Учебное пособие
.pdf
131
W0 =
0
2
0
C2
q
1C2
q4
2
1C2
q4
2
C2
1q
2
1C2
1q
2
2
12
1CU
2
2
1222
1260010
2
29
=
.
Работа разряда будет равна изменению энергии конденсаторов:
А = W = W0 W1 =
Но заряд q = CU. Следовательно,
А =
=
Знак минус указывает, что работа разряда совершается за счёт уменьше-
ния энергии батареи конденсаторов.
20 Контрольные вопросы
=
.
= 30106 Дж = 30 мкДж.
1 Что такое электрический заряд? Откуда берутся электрические заряды?
2 В чём состоит различие между электризацией прикосновением (трени-
ем) и электризацией наведением (индукцией)?
3 Как формулируют и записывают в общем виде закон Кулона для взаи-
модействия зарядов в вакууме?
4 Взаимодействие каких зарядов описывает закон Кулона?
5 Каким образом заряженный проводник может отдать весь свой заряд
другому изолированному проводнику?
6 Каким образом Кулон, имея заряд на шарике, мог получать в два, три,
четыре и т.д. раз меньшие заряды?
7 Каковы пределы применимости закона Кулона?
8 Могут ли одноимённо заряженные тела притягиваться?
132
9 Почему при поднесении руки к заряженному грузику, подвешенному на
шёлковой нити, он притягивается к руке?
10 Почему при расчёсывании волос пластмассовым гребнем в сухом воз-
духе волосы «прилипают» к гребню, при этом иногда слышно лёгкое потрескивание, а в темноте удаётся наблюдать и маленькие искорки, проскакивающие
между волосами и гребнем?
11 Изменится ли отклонение лепестков электроскопа, если к шарику за-
ряженного электроскопа подносят, не касаясь его, незаряженное тело?
12 Какая величина характеризует влияние среды на силу взаимодействия
электрических зарядов?
13 Что называется электростатическим полем?
14 Каков физический смысл понятия напряжённости электростатического
поля? Какая формула выражает сущность этого понятия?
15 Может ли электрический заряд, помещённый в электрическое поле,
находиться в состоянии устойчивого равновесия?
16 В чём основные трудности создания больших электрических зарядов?
17 По какой формуле определяется напряжённость поля, созданного то-
чечным электрическим зарядом?
18 Какое электростатическое поле называют однородным?
19 В чём смысл принципа суперпозиции для электростатических полей?
20 Что называют линиями напряжённости (силовыми линиями) электри-
ческого поля? Какими свойствами они обладают? Приведите примеры графического изображения электрических полей.
21 Где начинаются и заканчиваются силовые линии?
22 Могут ли силовые линии электростатического поля пересекаться меж-
ду собой?
23 Что такое линейная, поверхностная, объёмная плотности электриче-
ских зарядов? Какие формулы выражают сущность этих понятий?
24 Как определить напряжённость электростатического поля равномерно
заряженной бесконечной плоскости?
133
25 Какие вещества являются проводниками? Приведите примеры.
26 Какие электрические заряды называют свободными?
27 Может ли электронейтральная система тел (суммарный электрический
заряд которой равен нулю) создавать вне себя отличное от нуля электростатическое поле?
28 Чему равна напряжённость электростатического поля в металлическом
проводнике при равновесии зарядов на проводнике? Где в таком случае находятся нескомпенсированные заряды проводника?
29 В чём состоит отличие диэлектриков от проводников?
30 Объясните, почему уменьшается напряжённость поля, создаваемого
электрическими зарядами, при их внесении в диэлектрик.
31 Какие типы диэлектриков существуют, чем они отличаются друг от
друга?
32 Что называют электрическим диполем? плечом диполя? электрическим
моментом диполя?
33 Опишите поведение диполя во внешнем электрическом поле (ответ ил-
люстрируйте рисунком).
34 По какой формуле вычисляют напряжённость электрического поля, со-
здаваемого свободными зарядами, внесёнными в диэлектрик?
35 Какова диэлектрическая проницаемость идеальных проводников и ди-
электриков?
36 Какие особенности электрического поля Земли вам известны?
37 Как устроен электроскоп?
38 Докажите, что работа сил электростатического поля не зависит от тра-
ектории движения в этом поле электрического заряда.
39 Какие поля называют потенциальными? Относится ли к ним электро-
статическое поле?
40 Скалярной или векторной величиной являются потенциал и разность
потенциалов?
134
41 Почему потенциал данной точки электростатического поля определя-
ется с точностью до некоторой величины?
42 Как измерить разность потенциалов?
43 Какая поверхность называется эквипотенциальной?
44 Как показать, что силовые линии электростатического поля всегда
перпендикулярны эквипотенциальной поверхности?
45 Что такое один вольт?
46 Что означает принцип суперпозиции при расчёте потенциала поля, со-
здаваемого несколькими зарядами?
47 Как определить потенциал электростатического поля в центре равно-
мерно заряженной сферической оболочки?
48 Существуют ли отличия в поведении потенциала на поверхности и
внутри проводника и диэлектрика, помещённых в однородное электростатическое поле?
49 В чём различия между электрометром и электроскопом?
50 Какова физическая сущность заземления?
51 Что такое электростатическая защита?
52 Какая формула выражает связь напряжённости и разности потенциалов
в произвольном электростатическом поле? однородном поле?
53 Что называют электрическим конденсатором? зарядом конденсатора?
электрической ёмкостью конденсатора и чем она отличается от электрической
ёмкости уединённого проводника?
54 Нарисуйте схемы последовательного, параллельного и смешанного со-
единений конденсаторов в батареи. По каким формулам подсчитывают ёмкость
таких соединений?
55 Изменится ли электрическая ёмкость плоского конденсатора если его
поместить в металлическую коробку?
56 Можно ли включить конденсатор в цепь постоянного тока?
57 Напишите формулы, по которым вычисляют энергию заряженного
конденсатора.
135
58 Выведите общую формулу для энергии однородного электростатиче-
А) 3,9 мм
В) 4,2 мм
С) 4,5 мм
Д) 4,8 мм
Е) 5,1 мм
А) 1103 Дж
В) 2104 Дж
С) 1104 Дж
Д) 2103 Дж
Е) 1103 Дж
А) 28,8 МВт
В) 21,6 МВт
С) 14,4 МВт
Д) 10,8 МВт
Е) 7,2 МВт
ского поля.
59 Что называют объёмной плотностью энергии?
60 Получите общую формулу для объёмной плотности энергии электро-
статического поля.
21 Тесты для самоконтроля усвоения материала учащимися
1. Площадь пластины плоского воздушного конденсатора 60 см
2
, заряд
конденсатора 1 нКл, разность потенциалов между его пластинами 90 В. Опре-
делите расстояние между пластинами конденсатора. Электрическая постоянная
8,8510
12
Ф/м.
2. Какова энергия электрического поля конденсатора электроёмкостью
20 мкФ при напряжении 10 В?
импульсной контактной сварки медной проволоки. Найдите среднюю полезную
мощность разряда, если он длится 1 мкс. КПД установки 4 %.
ность электрического поля равна нулю …
3. Конденсатор ёмкостью 1 мФ при напряжении 1,2 кВ применяют для
4. Для заряженной проводящей сферы в состоянии равновесия напряжен-
А) на поверхности сферы В) внутри сферы С) вне сферы
136
Д) только в центре сферы Е) ни в одной точке
А)
2
0
R
3q
ε4π1
В)
2
0
8R
3q
ε4π1
С)
2
0
4R
3q
ε4π1
Д)
2
0
4R
q3
ε4π1
Е)
2
0
8R
q3
ε4π1
А) 10 см
В) 8 см
С) 7,8 см
Д) 7,1 см
Е) 5 см
А) 500 км/с
В) 600 км/с
С) 700 км/с
Д) 800 км/с
Е) 900 км/с
А) -8е
В) -2е
С) +2е
Д) +4е
Е) +8е
5. По тонкому кольцу радиуса R равномерно распределен заряд q. Модуль
напряженности электрического поля на оси кольца на расстоянии R3 от его
центра равен
6. Два одинаковых положительных заряда находятся на расстоянии 20 см
друг от друга. Найдите на прямой, перпендикулярной линии, соединяющей за-
ряды и проходящей через середину этой линии, точку, в которой напряженность поля максимальна.
7. Шарику радиуса R = 2 см сообщен заряд q = 4 пКл. С какой скоростью
подлетает к шарику электрон, начавший движение из бесконечно удаленной от
него точки? Удельный заряд электрона = 1,761011 Кл/кг. Электрическая постоянная 0 = 8,8510
12
Ф/м.
8. Если от капли воды, несущей электрический заряд +5е, отделится ка-
пелька с электрическим зарядом -3е, то электрический заряд оставшейся части
капли будет равен …
Какова толщина L плоской стеклянной пластинки, которую нужно ввести в за-
9. Плоский воздушный конденсатор заряжен и отключен от источника.
137
зор, чтобы разность потенциалов уменьшилась в n раз? Диэлектрическая про-
А)
1ε
ε
n
1n
d
В)
n
1n
1ε
ε
d
С)
n
1n
1ε
ε
d
Д)
n
1n
1ε
ε
d
Е)
ε
1ε
1n
n
d
А) 45 кВ
В) 40 кВ
С) 25 кВ
Д) 20 кВ
Е) 30 кВ
А) 0,8r
В) 2r
С) r
Д) 1,25r
Е) 1,5r
ницаемость стекла . Ширина зазора между обкладками d (dL).
10. Положительный заряд в 1 мкКл равномерно распределен по поверхно-
сти шара радиусом 10 см. Каков потенциал в точке, удаленной на 20 см от поверхности шара? Электрическая постоянная 0 = 8,8510
12
Ф/м.
11. Два маленьких одинаковых металлических шарика заряжены разно-
именными зарядами +q и -5q. Шарики привели в соприкосновение и раздвину-
ли на прежнее расстояние. Как изменился модуль силы взаимодействия шариков?
А) уменьшился в 1,25 раза В) увеличился в 1,25 раза
С) увеличился в 1,8 раза Д) уменьшился в 1,8 раза Е) не изменился
12. Два одинаковых маленьких металлических шарика заряжены положи-
тельными зарядами q и 4q. Центры шариков находятся на расстоянии r друг от
друга. Шарики привели в соприкосновение. На какое расстояние х после этого
нужно развести центры шариков, чтобы сила их взаимодействия осталась
прежней?
13. Напряженность электрического поля на поверхности капли, образо-
вавшейся при слиянии N маленьких одинаково заряженных одинаковых капе-
138
лек, больше напряженности на поверхности маленькой капельки до слияния в
3
1
N
3
2
N
2
3
N
2
1
N
А) W
В)
ε
1
W
С)
ε
1ε
W
Д) (1)W
Е) (+1)W
А) 68,3 В
В) 70,3 В
С) 72,3 В
Д) 74,3 В
Е) 76,3 В
А) 2,8 кВ
В) 3,2 кВ
С) 3,6 кВ
Д) 4,0 кВ
Е) 4,4 кВ
… раз.
А)
В)
С)
Д)
Е) N
14. Для того чтобы удалить пластину диэлектрика с диэлектрической
проницаемостью из заряженного и отключенного от источника напряжения
плоского конденсатора, обладающего энергией W, нужно совершить работу …
15. Определите ускоряющую разность потенциалов, которую должен
пройти в электрическом поле электрон, чтобы его скорость возросла от v1 =
1 Мм/с до v2 = 5 Мм/с. Масса электрона m = 9,1110
е = 1,610
19
Кл.
31
кг, элементарный заряд
16. Восемь заряженных водяных капель радиусом 1 мм каждая сливаются
в одну большую каплю. Найдите потенциал большой капли, если заряд малой
10
10
Кл. Электрическая постоянная 8,8510
12
Ф/м.
17. Между двумя горизонтально расположенными пластинами, заряжен-
ными до 10 кВ, удерживается в равновесии пылинка массой 210
10
кг. Опреде-
лите заряд пылинки, если расстояние между пластинами 5 см. Ускорение сво-
бодного падения равно 10 м/с
2
.
139
А) 110
11
Кл
В) 110
12
Кл
С) 110
13
Кл
Д) 110
14
Кл
Е) 110
15
Кл
2
R
А) 0
В)
2
0
Rπε4
q
С)
2
0
Rπε2
q
Д)
2
0
Rπε
q
Е)
Rπε2
q
0
А) +е
В) 0
С) -е
Д) +2е
Е) -2е
А) 100 Н/Кл
В) 200 Н/Кл
С) 300 Н/Кл
Д) 400 Н/Кл
Е) 500 Н/Кл
18. Если проводящий шар радиуса R заряжен зарядом q, то в точке на рас-
стоянии
от центра шара напряженность электрического поля равна (элек-
трическая постоянная равна 0) …
19. Капля, имеющая отрицательный заряд (-е), при освещении потеряла
один электрон. Каким стал заряд капли? Элементарный заряд равен е.
20. Энергия заряженного и отключенного от источника напряжения
плоского воздушного конденсатора при уменьшении расстояния между его
пластинами вдвое и заполнении пространства между пластинами диэлектриком
с =2:
А) не изменится В) увеличится в 4 раза С) уменьшится в 4 раза
Д) уменьшится в 2 раза Е) увеличится в 2 раза
21. Разность потенциалов между точками, лежащими на одной силовой
линии на расстоянии r = 3 см друг от друга, равна = 12 В. Найдите напряженность Е электрического поля, если известно, что поле однородно.
140
22. Заряженный шар вследствие электростатической индукции притяги-
А) 6,29 мм
В) 7,29 мм
С) 8,29 мм
Д) 9,29 мм
Е) 10,29 мм
А) 14 см
В) 12 см
С) 10 см
Д) 8 см
Е) 6 см
вает незаряженное тело. Как изменится сила притяжения, действующая на тело,
если этот шар окружить незаряженной металлической сферой?
А) станет равной нулю В) несколько уменьшится
С) несколько увеличится Д) не изменится
Е) ответ зависит от знака заряда на шаре
23. Определите расстояние между пластинами плоского конденсатора,
если между ними приложена разность потенциалов U = 150 В, причем площадь
каждой пластины S = 100 см2, ее заряд Q = 10 нКл. Диэлектриком служит слюда
( = 7). Электрическая постоянная 0 = 8,8510
24. Возможно ли, чтобы два одноименно заряженных проводника притягивались?
А) невозможно ни при каких условиях
В) возможно при любых условиях
С) возможно, если заряды проводников равны
Д) возможно, если заряд одного проводника много больше заряда друго-
го проводника
Е) верный ответ не указан
12
Ф/м.
нечности со скоростью 10 см/с. На какое минимальное расстояние может при-
близиться шарик к точечному заряду, равному 1,33 нКл? Электрическая постоянная 8,8510
25. Шарик массой 40 мг, имеющий заряд 1 нКл, перемещается из беско-
12
Ф/м.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]