AEB9E8 — Электрическое поле: ответ и решение

Дайте развернутый ответ.

Воспользовавшись оборудованием, представленным на рис. 1, учитель собрал модель плоского конденсатора (рис. 2), зарядил нижнюю пластину положительным зарядом, а корпус электрометра заземлил. Соединённая
с корпусом электрометра верхняя пластина конденсатора приобрела отрицательный заряд, равный по модулю заряду нижней пластины. После этого учитель уменьшил расстояние между пластинами (рис. 3). Как изменились при этом показания электрометра (увеличились, уменьшились, остались прежними)? Ответ поясните, указав, какие явления
и закономерности Вы использовали для объяснения. Показания электрометра в данном опыте прямо пропорциональны разности потенциалов между пластинами конденсатора.


Рис. 1

Рис. 2	Рис. 3

Решение задания AEB9E8

Ответ: показания электрометра уменьшатся

Модель: плоский конденсатор, утечкой заряда и краевыми эффектами пренебрегаем. Система отсчёта связана с лабораторией. Сравниваем электростатические состояния; движения тел под действием сил не рассчитываем. Электрометр измеряет разность потенциалов стержня и корпуса, а не непосредственно заряд.
1. После зарядки нижняя пластина со стержнем и стрелкой не соединена с источником или землёй, поэтому её заряд q остаётся постоянным. Верхняя пластина соединена с заземлённым корпусом; её потенциал фиксирован, но потенциал изолированной нижней пластины может меняться.
2. При неизменной площади пластин S ёмкость воздушного конденсатора
C = ε₀Sd.
Учитель уменьшил d без бокового смещения. Значит ёмкость возросла. По определению ёмкости напряжение равно
U = qC = qdε₀S.
При постоянных q и S уменьшение d уменьшает U.
3. Отклонение стрелки по условию пропорционально разности потенциалов пластин. Следовательно показания электрометра уменьшатся. Сам заряд изолированной системы при этом не исчезает: изменилась связь заряда с потенциалом из-за новой геометрии поля.
4. Проверка. При уменьшении зазора вдвое идеальная модель даёт удвоение ёмкости и уменьшение напряжения вдвое. Собственная небольшая ёмкость электрометра не меняет направление эффекта. Числовых значений в задаче нет, поэтому подстановка не требуется. Если бы конденсатор оставался подключённым к источнику постоянного напряжения, менялся бы заряд при постоянном U; здесь такого подключения нет.

Ответ: показания электрометра уменьшатся.

Электрическое поле: схема решения задания AEB9E8 — Обозначения: Зарядка закончена: Заряд q изолированной стороны постоянен: Электрометр измеряет U. Пластины сближают: d уменьшается; C увеличивается: U = qd ÷ (ε₀S). Наблюдение: Разность потенциалов уменьшается: Отклонение стрелки уменьшится.

КЭС:	3.1 Электрическое поле
Тип ответа:	Развернутый ответ

Задание AEB9E8: Электрическое поле

Решение задания AEB9E8

Помочь улучшить сайт

Комментарии к решению