Електричне поле

 















Приклади розвязування задач

з теми: Електричне поле













рік

1. Електричні заряди. Закон збереження електричного заряду. Закон Кулона


.1 Скільки електронів проходять через поперечний переріз провідника за 3 хв. При силі струму 2А?


Дано:

=3хв.=180с=2A

N-?

Розвязування

,


1.2 Протон і електрон атому водню зазнають гравітаційне і електричне притягання. Яка із взаємодій більша і в скільки разів?


Дано:e=9,1·10-31кгp=1,67·10-27кг

=1,6·1019 Кл

qp=1,6·10-19Кл=6,67·10-11 (H·м2)/кг2

к=9·109 Н·м2/Кл2

Розвязування


.3 Знайти відстань між зарядами q1=1мкКл, q2=6мкКл, якщо сила взаємодії дорівнює 9мН.


Дано:1=10-6Кл2=6·10-6 Кл=9·10-3Н=9·109Н·м2/Кл2?

Розвязування


1.4 Однакові кульки масою по 0,5 г підвісили на нитці в точках В і С. Визначити силу натягу нитки на ділянках АВ і ВС, якщо кульки мають заряди по 5 нКл, а відстань між кульками 4 см.

Дано:

m1=m2=0,5кг=5·10-4кг=BC=4см=4·10-2м1=q2=5·10-9КлH1-?

FH2-?

Розвязування

Заряди однойменні, отже вони відштовхуються.

За II законом Ньютона:

У точці С:


OY:

: У точці В:


н2=Fн1+mg-Fкн2=(Fk+mg)+mg-Fk=2mg

Fн2=2·5·10-4кг·10н/кг=10мН


.5 Дві кульки, розташовані на відстані 20 см одна від одної, мають однакові негативні заряди й взаємодіють із силою 0,46 мН. Визначити кількість надлишкових електронів на кожній кульці.


Дано:

R=20·10-2м=0,2м1=q2=q<0=0,46·10-3H

Розвязування


.6 Дано три однойменні заряди: q1=12 нКл, q2=20 нКл і q3=5 нКл. Заряди q1 і q2 розташовані на відстані 8 мм. Заряд q3 розташований на відстані 3 мм від q1 і 5 мм від q2. Яка сила діятиме на заряд q3? Як змінюється сила, якщо q2=-20 нКл?


Дано:) q1=12·10-9Кл2=20·10-9 Кл

q3=5·10-9 Кл=8·10-3м1=3·10-3м2=5·10-3м

Б) q2=-20·10-9 Кл?

Розвязування A)

Б)


1.7 Заряди 40 нКл і -10 нКл розташували на відстані 10 см один від одного. Яким треба взяти третій заряд щоб система перебувала у рівновазі? Де треба його розташувати?


Дано:1=40·10-9Кл2=-10·10-9Кл=10·10-2м1-?2-?3-?

Розвязування


Якщо заряди q1 і q2 різнойменні, то заряд q3 розташовують на прямій за тим зарядом, який менший за модулем.


,

; R2=R+R1

; ;

;

;

R1=10 см, R2=20 см


На відстані 10 см від меншого за модулем заряду і на відстані 20 см від більшого.


.8 Однакові металеві кульки q1=5 нКл і q2=11 нКл знаходяться на відстані 8 мм одна від одної. Кульки доторкнули одну до одної. На яку відстань їх треба розвести, щоб сила взаємодії не змінилася?


Дано:1=5·10-5 Кл2=11·10-9Кл1=8·10-3м1=F22-?

Розвязування

,

,


.9 Дві однакові металеві кульки зарядили так, що заряд однієї з них у 10 разів більший, ніж другої. Кульки доторкнули одну до одної і розвели на попередню відстань. У скільки разів (за модулем) зміниться сила їхньої взаємодії , якщо: 1) заряди однойменні; 2) різнойменні.


Дано:1=q2=10q1=R2=R

Розвязування

1)

,

) ,


1.10 Дві однакові металеві кульки масою по 0,25 г підвішено в одній точці на нитках довжиною 30 см. Після надання їм відємного заряду кульки розійшлися на відстань 20 см одна від одної. Скільки електронів було передано кулькам?


Дано:1=m2=m=

,25г=0,25·10-3 кг=30см=0,3м=20см=0,2м1=q2=q?

Розвязування



OX: Ncos?-mg=0, : Fел-Nsin?=0


1.11 Дві однакові металеві заряджені кульки знаходяться на відстані 10 см одна від одної. Сила відштовхування кульок 50 мкН. Після дотику та віддалення кульок на початкову відстань сила відштовхування стала рівною 120 мкН. Знайдіть заряди кульок перед дотиком.


Дано:=0,1 м1=50·10-6H2=120·10-6H1-?2-?

Розвязування Після дотику:

,

;

1R2-2qkq1+kq12=0

·10-5·10-2-2·1,2·10-8·9·109q1+9·109q12=0

·109q1-216q1+5·10-7=0

Д=46656-18000=28656,


Задачі для самостійної роботи


№ 1.12 Два різнойменні рівні за модулем заряди, що знаходяться на відстані 5 см один від одного притягуються з силою 4 мН. Визначіть модулі зарядів. Відповідь: .

№ 1.13 Заряди 5 нКл і 8 нКл розташовані на відстані 10 см один від одного. Яка сила діятиме на заряд 4 нКл, розміщений у точці, що віддалена на 4 см від меншого заряду і 6 см від більшого? Відповідь:

№ 1.14 Заряди 20 нКл і 50 нКл розташовані на відстані 12 см один від одного. Де треба розмістити третій заряд, щоб він перебував у рівновазі? Відповідь: від меншого заряду.

№ 1.15 Дві однакові свинцеві кульки масою по 2,5 г підвішено в одній точці на нитках довжиною 1 м. Після надання їм відємного заряду кульки розійшлися на відстань 10 см одна від одної. Скільки електронів було передано кулькам? Відповідь: 0,23·1012

№ 1.16 Однакові металеві кульки заряджені однойменно зарядами q і 4q, розташовані на відстані r одна від одної. Кульки доторкнули одну до одної. На яку відстань х їх треба розвести, щоб сила взаємодії не змінилася? Відповідь: х=1,25·r

№ 1.17 У вершинах квадрата із стороною а=50 см розташували заряди по 1·10-6 Кл. Який негативний заряд треба помістити в точці перетину діагоналей, щоб уся система пребувлаа в рівновазі? Відповідь: q?9,6·10-7Кл .

№ 1.18 Дві однакові кульки, підвішені на нитках завдовжки по 20 см, дотикаються одна до одної. Кулькам надали загального заряду 4·10-7 Кл, після чого вони розійшлися так, що кут між нитками дорівнює 600. Визначити масу кожної кульки.

Відповідь: m?1,6г

№ 1.19 З якою силою взаємодіють два заряди -2·10-8 Кл і

·10-8 Кл, перебуваючи на відстані 9 см один від одного в парафіні? У склі? Відповідь: F1=1·10-3H, F2?2,9·10-4H

2. Напруженість електричного поля


2.1 Яка сила діє на заряд 12 нКл, розташований у точці, в якій напруженість електричного поля становить 2 кВ/м?


Дано:=12·10-9 Кл

Е=2·103 В/м?

Розвязування ,


2.2 Напруженість електричного поля точкового заряду на відстані 2 м від нього дорівнює 64 В/м. Визначити напруженість цього поля на відстані 8 м від заряду.


Дано:1=2 м1=64 В/м2=8 м2-?

Розвязування

2.3 Визначити напруженість поля в точках С і Д, якщо два заряди q1=30 нКл і q2=-20 нКл знаходиться в точках А і В, а відстані дорівнюють: АС=5 см, СВ=4 см, ВД=3 см.


Дано:1=30·10-9Кл2=-20·10-9Кл

АС=5·10-2м

СВ=4·10-2м

ВД=3·10-2м

Ес-?

Ед-?

Розвязування




.4 У двох вершинах А і С квадрату із стороною а=3 см розташовані різнойменні заряди q1 і q2, модулі яких однакові і дорівнюють 2·10-6 Кл. Знайдіть напруженість поля у двох інших вершинах квадрату.


Дано:

a=3 м1=2·10-6Кл2=-2·10-6КлB-?Д-?

Розвязування



,


2.5 З яким прискоренням рухається електрон у полі, напруженість якого становить 10 кВ/м?


Дано:

?

Розвязування

, ,


.6 Заряди по 0,1 мкКл розташували на відстані 6 см один від одного. Визначити напруженість поля в точці, віддаленій на 5 см від кожного із зарядів.


Дано:

q1=q2=q=0,1·10-6 Кл1=6 см = 6·10-2м2=5 см= 5·10-2м?

Розвязування



, ,

, ,

.

2.7 У точці А(див. мал.) розташували заряд q1, а в точці В - заряд q2.

Визначити проекції на вісь Х вектора напруженості результуючого поля в точках С і Д, якщо АС=6 см, СВ=ВД=3 см, 1) q1=40 нКл, q2=10 нКл; 2) q1=-40 нКл, q2=-10 нКл.

електричний заряд закон поле

Дано:

АС=6·10-2м

СВ=ВД=3·10-2м1=40·10-9 Кл2=10·10-9 КлC-?Д-?

Розвязування


;


В точці Д:


(2)


Дано:

АС=6·10-2м

СВ=ВД=3·10-2м1=40·10-9 Кл2=10·10-9 КлC-?Д-?

Розвязування



В точці: С:

В точці Д:


.8 У трьох вершинах квадрата, сторона якого становить 0,4 м, розташували однакові позитивні заряди по 0,5·10-9 Кл. Визначити напруженість поля в четвертій вершині.


Дано:

а=0,4 м

q1=q2=q3=q=

=5·10-9Кл

EД-?

Розвязування


Задачі для самостійної роботи


.9 Визначити заряд, який створює електричне поле, якщо на відстані 5 см від заряду напруженість поля 1,6·10-8 Н/Кл. Відповідь: q=4,4·10-8 Кл

.10 Між двома точковими зарядами q1=4·10-9 Кл і q2=-5·10-9 Кл відстань дорівнює 60 см. Визначити напруженість поля в середній точці між зарядами.

Відповідь: Е=0,9 кН/Кл.

.11 Між зарядами q1=6,4·10-6 Кл і q2=-6,4·10-6 Кл відстань дорівнює 12 см. Визначити напруженість поля в точці, віддаленій на 8 см від обох зарядів.

Відповідь: Е=1,4·107 Н/Кл

.12. В основі рівностороннього трикутника із стороною 3 м розташовано заряди по +q і -q. Визначити напруженість поля в центрі трикутника.

Відповідь:

.13 В основі рівностороннього трикутника із стороною 4 см розташовано заряди q1=30 нКл і q2=-30 нКл. Визначити напруженість у вершині трикутника. Відповідь: Е=16,875·104 В/м

.14 Два заряди q1=8 нКл і q2=16 нКл розташували на відстані 6 см один від одного. В якій точці поля напруженість дорівнює нулеві, якщо: 1) заряди однойменні; 2) різнойменні (q2=-16 нКл)?

Відповідь: 1) на відстані 2,5·10-2м від меншого заряду q1; 2) на відстані 15·10-2 м від q1.

.15 У вертикально напрямленому однорідному електричному полі помістили порошинку, маса якої 1·10-9 г, а заряд 3,2·10-17 Кл. Яка напруженість поля, коли силу ваги порошинки зрівноважує сила електричного поля?

3. Провідники і діелектрики в електростатичному полі


.1 В металевій кулі радіусом 3 см надали заряду 16 нКл. Визначити поверхневу густину заряду і напруженість поля в точках, віддалених від центра кулі на 2 см і 4 см.


Дано:=3·10-2м=16·10-8Кл1=2·10-2м2=4·10-2м

?-?

E1-?2-?

Розвязування



На відстані R1<R точки знаходяться всередині кулі, тому Е=0.


,

3.2 Заряджена куля має поверхневу густину ?. Визначити напруженість поля в точці, віддаленій від поверхні кулі на відстань, що дорівнює її діаметрові.


Дано:

?

R?

Розвязування


;

;


.3 Визначити напруженість поля зарядженої нескінченної пластини, якщо поверхнева густина заряду на ній дорівнює 708 нКл/м2.


Дано:

?


Розвязування



3.4 Велику заряджену пластину з поверхневою густиною заряду 40 нКл/м2 занурили в масло. Визначити наруженість поля поблизу середини пластини.


Дано:

?

Розвязування

Приблизу середини пластини поле буде однорідним.



.5 Обчислити значення кожного з двох однакових зарядів, якщо в маслі на відстані 6 см один від одного вони взаємодіють із силою 0,4 мН.


Дано:=6·10-2м=0,4·10-3H

?=2,5

Розвязуання


.6 У скільки разів треба змінити значення кожного з двох однакових зарядів, щоб під час занурення їх у воду сила взаємодії на тій самій відстані між ними була така сама, як і в повітрі?


Дано:

F=F!

R=R!

?=1

?!=81


Розвязування



У воді:


,

3.7 Позитивно заряджена кулька, що маэ масу 0,18 г і густину речовини 1800 кг/м3, перебуває у завислому стані в рідкому діелектрику, густина якого 900 кг/м3. У діелектрику є однорідне електричне поле напруженістю 45 кВ/м, напрямлене вертикально вгору. Визначити заряд кульки.


Дано:=0,18·10-3кг

?1=1800 кг/м3

?2=900кг/м3

E=45·103 В/м

Розвязування



За II законом Ньютона:


:


Задачі для самостійної роботи


№ 3.8 Електричний заряд 9·10-9 Кл рівномірно розподілений на поверхні кулі, радіус якої 1 м. Чому дорівнює напруженість поля біля поверхні кулі, на відстані 2 м від центра кулі і в середині кулі? Відповідь: 81 Н/Кл; 20 н/Кл; 0.


№ 3.9 Визначити заряд Землі, якщо напруженість електричного поля біля її поверхні становить 100 В/м. Припустити, що радіус земної кулі дорівнюює 6000 км. Відповідь: -400·103 Кл.

№ 3.10 Три однакових заряди розташували у вакуумі, воді й газі. Напруженість поля в деякій точці у вакуумі дорівнює 9·108 Н/Кл. Яку напруженість має поле в цій самій точці у воді та гасі? Відповідь: 1,1·107 Н/Кл; 4,3·108 Н/Кл.

4. Різниця потенціалів. Звязок між напруженістю та напругою


№ 4.1 Яку роботу виконує поле під час переміщення заряду 20 нКл з точки, потенціал якої 700В, у точку з потенціалом -100 В, у точку з потенціалом 400В?


Дано:

1) q=20·10-9Кл

?1=700В

?2=200В

) q=20·10-9 Кл

?1=-100 В

?2=400 В

А-?

Розвязування


А=( ?1- ?2)·q1=(700В-200В)·20·10-9Кл=

-5Дж=10мкДж

А2=(-100В-400В)·20·10-9Кл=-10мкКл


.2 Напруженість однорідного електричного поля дорівнює 2 кВ/м. В ньому перемістили на 3 см в напрямі силової ліній заряд -30нКл. Визначити роботу поля, зміну потенціальної енергії взаємодії заряду з полем і різницю потенціалів між початковою і кінцевою точками переміщення.


Дано:=2·103В/м

?d=3·10-2м=-30·10-9 Кл

А-?

?W-?

(?1-?2)-?

Розвязування За умовою заряд перемістили в напрямі силової лінії, отже:



№ 4.3 Електрон перемістився в прискорюючому полі з точки, потенціал якої 200 В, у точку з потенціалом 300В. Визначити кінетичну енергію електрона, зміну потенціальної енергії взаємодії з полем і набуту швидкість. Вважати, що початкова швидкість електрона дорівнює нулеві.


Дано:

Розвязування



4.4 В однорідному полі, напруженість якого 50 кВ/м, перемістили заряд 6 нКл. Вектор переміщення становить 20 см і утворює кут 600 з напрямом силової лінії. Визначити різницю потенціалів між початковою та кінцевою точками переміщення, роботу, поля і зміну потенціальної енергії взаємодії заряду й поля.


Дано:=50·103В/м=6·10-9 Кл=0,2 м

?=600

(?1-?2)-?

А-?

?Wp-?

Розв'язання


A=F·s·cos?

F=E·q

A=E·q·S·cos?

A=50·103В/м·6·10-19Кл·0,2м·1/2=30·10-6Дж

?Wp=-A=-30·10-6Дж

A=(?1-?2) ·q

?1-?2=A/q=E·S·cos?

?1-?2=50·103В/м·0,2м·1/2=5кВ


.5 Електрон, рухаючись під дією електричного поля, збільшив свою швидкість з 10 до 30 Мм/с. Визначити різницю потенціалів між початковою та кінцевою точками переміщення.


Дано:=-1,6·10-19Кл=9,1·10-31кг1=10·106м/с2=30·106м/с

U=(?1- ?2)-?


Розвязування


4.6 Між двома пластинами, розташованими горизонтально в вакуумі на відстані 7,2 мм одна від одної перебуває в рівновазі негативно заряджена крапля масла, маса якої 15 нг. Скільки надлишкових електронів має крапля, якщо на пластини подано напругу 1 кВ?


Дано:=7,2·10-3м<0=15·10-9г=

=15·10-12кг=1kB=103B?


Розвязування



.7 Порівняти роботи, виконанні полем під час переміщення заряду А в точки В,С і Д (див мал.)

Розвязок: А=(?1- ?2)·q

На колі всі точки мають однаковий потенціал, отже

?А-?В= ?А-?С=?А-?Д. Значення роботи будуть однаковими.

4.8 На малюнку зображено силові лінії і дві еквіпотенціальні поверхні (А та В). У якій точці, С чи Д, напруженість поля більша? Потенціал?

Розвязок: Вектор напруженості йде від В до А, то більший потенціал має поверхня В. Оскільки точка С належить поверхні В, то потенціал в точці С більше. При перетині поверхні В густина силових ліній більша, отже напруженість поля також більша в точці С.


Задачі для самостійної роботи:


.9 Яку роботу треба виконати, щоб перемістити заряд 5·10-8Кл між двома точками електричного поля з різницею потенціалів 1600В? Відповідь: 8·10-8Дж

.10 Яку кінетичну енергію додатково дістане електрон, пройшовши різницю потенціалів 106В? Відповідь: 1,6·10-13Дж?

.11 Яку різницю потенціалів має пройти електрон, щоб швидкість його збільшилася від нуля до 8000 км/с?

Відповідь: 0,18·103В.

5. Електроємність конденсатора


.1 Між пластинами конденсатора, різниця потекнціалів якого 12,25 кВ, висить, не падаючи, пилинка масою 2·10-14 кг. Відстань між пластинами конденсатора 5 см. Чому дорівнює електричний заряд порошинки?


Дано:

U=12,25·103B=2·10-14кг

?d=5·10-2м?


Розвязування



.2 Плоский конденсатор складається з двох пластин площею 80 см2 кожна. Між пластинами повітря. На одній пластині заряд 4·10-9 Кл, напруга між пластинами 180В. Знайти відстань між пластинами.

Дано:

S=80·10-4м2

?=1

q=4·10-9Кл=180B

?0=8,85·1012Кл2/(Н·м2)


Розвязування


;


5.3 Конденсатор якої ємності треба підключити послідовно до конденсатора ємністю 800пФ, щоб ємність батареї стала рівною 160 пФ?


Дано:

С1=800·10-12Ф

С2=160·10-12Ф

С2-?

Розвязування


5.4 Конденсатор ємністю 6 мкФ, заряджений до напруги 400В, зєднали паралельно з незарядженим конденсатором ємністю 19 мкФ. Якою стала напруга на конденсаторах?


Дано:

С1=6·10-6Ф=400B2=19·10-6Ф1=U2-?

Розвязування



.5 Зайдіть загальну ємність батареї конденсаторів, якщо С1=С2=С3=С4=С5=С6=2пФ.

Дано:

С123=

456=2пФ

С-?

Розвязування


С1,212=4пФ

С4,545=4пФ


.6 В плоский конденсатор влітає електрон із швидкістю 2·107м/с паралельно пластинам. На яку відстань зміститься електрон від початкової траєкторії при вильоті з конденсатора? Відстань між пластинами 32 см, , довжина конденсатора 5 см; різниця потенціалів між пластинами 200В. Відношення заряду електрона до його маси q/m=1,76·1011Кл/кг.


Дано:

v0=2·107м/с=0,02 м=0,05 м=200B

q/m=1,76·1011Кл/кг?

Розвязування

Електрична сила, яка діє на електрон, перпендикулярна швидкості електрона, тому він буде рухатися по пораболі. Рівняння руху:

Електрична сила, яка діє на електрон, перпендикулярна швидкості електрона, тому він буде рухатися по пораболі. Рівняння руху:


.7 Конденсатор змінної ємності складається з 12 пластин, площа кожної з яких 10 см2. Повітряний зазор між суміжними пластинами 1 мм. Яка повна ємність конденсатора?

Дано:

N=12=12 см2=10·10-4м2=1мм=1·10-3м

С-?


Розвязування

11 конденсаторів зднаних паралельно:


5.8 Конденсатор, ємність якого С1=2мкФ, заряджають до напруги U1=110В. Потім відєднавши від мережі, його замикають на конденсатор, ємність якого С2 невідома. Визначити ємність конденсатора С2, якщо він заряджається до напруги U2=44B.


Дано:

С1=2·10-6Ф1=110В2=44В

С2-?

Розвязування



.9 Площа кожної з пластин плоского конденсатора становить 200 см2, а відстань між ними дорівнює 1 см. Визначити енергію поля, якщо напруженість 500 кВ/м.

Дано:

S=200·10-4м2

d=1·10-2м

E=5·105В/мp-?

Розвязування



5.10 Знайти ємність конденсатора С, площа пластини якого S=200cм2, а відстань між ними l=10 мм, якщо у конденсатор встановлено металеву пластину завтовшки d=2 мм, паралельну обкладками конденсатора.

Дано:

S=200см2=2·10-2м2

l=10-2м=2·10-3м2

?0=8,85·10-12Ф/м

С-?

Розвязування

Даний конденсатор із встановленою пластиною можна розглядати як два послідовно зєднаних конденсатора.

Позначимо а - відстань від однієї з обкладок до металевої пластини.

Тоді ємність першого конденсатора:


Ємність другого конденсатора:



Конденсатори зєднані паралельно:



Задачі для самостійної роботи

№ 5.11 Яка ємність конденсатора, коли він дістав заряд 6·10-5 Кл від джерела напруги 120В? Відповідь: С=0,5мкФ.

№ 5.12 Є два конденсатори ємністю С1=2 мкФ і С2=4 мкФ. Визначити їх загальну ємність у випадку паралельного і послідовного зєднання. Відповідь: С1=6 мкФ, С2=1,3 мкФ.

.13 Визначити загальну ємність конденсаторів, ввімкнених за схемою, якщо С1=4 мкФ, С2=6 мкФ, С3=10 мкФ, С4=5 мкФ.

Відповідь: С=6 мкФ.

.14 Визначити енергію електричного поля плоского конденсатора ємністю 20 мкФ, коли напруга, прикладена до конденсатора, дорівнює 220В. Відповідь: 484 МДж.

.15 Яка кількість теплоти виділяється в провіднику під час заряджання через нього конденсатора, зарядженого до різниці потенціалів 1,2 кВ. Ємність конденсатора 100 мкФ. Відповідь: Q=72 Дж.


Приклади розвязування задач з теми: Електричне поле

Больше работ по теме:

Жидкие кристаллы. Как работает LCD
Контрольная работа
Заземление. Режимы работы нейтрали
Контрольная работа
Законы теплотехники
Контрольная работа
Изгиб
Контрольная работа
Измерение тока и напряжения
Контрольная работа

КОНТАКТНЫЙ EMAIL: [email protected]

Скачать реферат © 2017 | Пользовательское соглашение

Скачать      Реферат

ПРОФЕССИОНАЛЬНАЯ ПОМОЩЬ СТУДЕНТАМ