ФИПИ тапсырмаларының шешімдері ЕГЭ по физикаға: «Электростатика және конденсаторлар» — жауаптарымен

Направление электрического поля

На рисунке представлено расположение двух неподвижных отрицательных точечных электрических зарядов $-q$ и $-q$. Как направлен относительно рисунка вектор напряжённости суммарного электрического поля…

1. 1
   Вектор напряжённости электрического поля отрицательного точечного заряда направлен к этому заряду.$$\vec{E} \ directed\ toward\ -q$$
2. 2
   Точка $A$ расположена справа от обоих зарядов, поэтому напряжённость поля каждого заряда в точке $A$ направлена влево.

Ещё 1 қадам — толық шешімде

Направление суммарного поля

На рисунке представлено расположение двух неподвижных положительных точечных электрических зарядов $+q$ и $+q$. Как направлен вектор напряжённости суммарного электрического поля этих зарядов в точке…

1. 1
   Поле положительного точечного заряда направлено от заряда.$$\vec{E}\text{ направлен от }+q$$
2. 2
   Точка $A$ расположена слева от обоих зарядов, поэтому напряжённость поля от каждого заряда в точке $A$ направлена влево.$$\vec{E}_1 \leftarrow,\quad \vec{E}_2 \leftarrow$$

Ещё 1 қадам — толық шешімде

Движение частицы в конденсаторе

Заряженная частица массой $m$, движущаяся в вакууме со скоростью $\vec{v}$ ($v \ll c$), влетает в поле плоского конденсатора. Расстояние между пластинами конденсатора равно $d$, а напряжённость…

1. 1
   Электрическая сила направлена перпендикулярно первоначальному направлению движения, поэтому продольная составляющая скорости частицы не изменяется.$$v_x=\mathrm{const}$$
2. 2
   При увеличении напряжённости поля увеличивается ускорение и, следовательно, поперечная составляющая скорости частицы.$$a_\perp=\dfrac{|q|E}{m}$$

Ещё 2 қадам — толық шешімде

Направление ускорения заряда

Положительный точечный заряд $+q$ находится в поле двух неподвижных точечных зарядов: положительного $+Q$ и отрицательного $-Q$ (см. рисунок). Куда направлено относительно рисунка ускорение заряда…

1. 1
   Положительный заряд $+Q$ отталкивает заряд $+q$, поэтому сила со стороны $+Q$ направлена от $+Q$ к заряду $+q$ — вверх и вправо.
2. 2
   Отрицательный заряд $-Q$ притягивает заряд $+q$, поэтому сила со стороны $-Q$ направлена к $-Q$ — вниз и вправо.

Ещё 1 қадам — толық шешімде

Разрядка заряженного конденсатора

Заряженный конденсатор подключили к резистору, и конденсатор стал разряжаться. Как меняются в процессе разрядки конденсатора его электроёмкость и разность потенциалов между обкладками конденсатора?

1. 1
   Электроёмкость определяется конструкцией конденсатора: площадью обкладок, расстоянием между ними и диэлектриком. При разрядке эти параметры не меняются.$$C = \varepsilon_0 \varepsilon \dfrac{S}{d}$$
2. 2
   При разрядке заряд конденсатора уменьшается. Так как электроёмкость постоянна, разность потенциалов между обкладками также уменьшается.$$U = \dfrac{q}{C}$$

Ещё 1 қадам — толық шешімде

Движение протона в конденсаторе

Протон, движущийся в вакууме со скоростью $v \ll c$, пролетает между пластинами заряженного конденсатора так, как показано на рисунке. Как изменятся кинетическая энергия вылетевшей частицы и время…

1. 1
   Сила электрического поля направлена вертикально вниз, поэтому горизонтальная составляющая скорости протона не изменяется.$$v_x=\mathrm{const}$$
2. 2
   Время пролёта определяется длиной конденсатора и горизонтальной скоростью. Поэтому при уменьшении напряжённости поля время пролёта не изменится.$$t=\dfrac{l}{v_x}=\mathrm{const}$$

Ещё 1 қадам — толық шешімде

Изменение сопротивления и тока

Неразветвлённая электрическая цепь состоит из источника постоянного напряжения и проволочного резистора. Резистор заменили на другой, с проволокой из того же металла и того же поперечного сечения…

1. 1
   Сопротивление проволоки определяется формулой $R = \rho \dfrac{l}{S}$. Материал и площадь поперечного сечения не изменились, а длина уменьшилась в два раза.$$R_2 = \dfrac{R_1}{2}$$
2. 2
   Напряжение источника постоянно, поэтому по закону Ома сила тока обратно пропорциональна сопротивлению.$$I = \dfrac{U}{R}, \quad I_2 = 2I_1$$

Ещё 1 қадам — толық шешімде

Зарядка конденсатора

Конденсатор подсоединили к источнику тока, и он стал заряжаться. Как меняются в процессе зарядки конденсатора электроёмкость конденсатора и энергия электрического поля конденсатора?

1. 1
   При зарядке расстояние между обкладками, их площадь и свойства диэлектрика не меняются. Поэтому электроёмкость конденсатора остаётся постоянной.$$C = \varepsilon\varepsilon_0\dfrac{S}{d} = \mathrm{const}$$
2. 2
   В процессе зарядки заряд конденсатора увеличивается. При постоянной электроёмкости энергия электрического поля возрастает.$$W = \dfrac{q^2}{2C}$$

Колебания заряженного шарика

Для оценки заряда, накопленного воздушным конденсатором, можно использовать устройство, изображённое на рисунке: лёгкий шарик из оловянной фольги подвешен на изолирующей нити между двумя пластинами…

1. 1
   После первого касания положительно заряженной пластины шарик получает положительный заряд и начинает двигаться к заземлённой пластине.
2. 2
   При касании заземлённой пластины шарик получает электроны и становится отрицательно заряженным. Поэтому он начинает двигаться обратно к положительно заряженной пластине.

Ещё 2 қадам — толық шешімде

Энергия заряженного конденсатора

Две параллельные металлические пластины больших размеров расположены на малом расстоянии $d$ друг от друга и подключены к источнику постоянного напряжения. Пластины закрепили на изолирующих…

1. 1
   Между большими параллельными пластинами поле можно считать однородным. Поэтому напряжённость в точках $A$, $B$ и $C$ одинакова.$$E = \text{const}$$
2. 2
   Левая пластина отрицательная, а правая положительная. Потенциал возрастает при движении от левой пластины к правой, поэтому потенциал точки $A$ ниже потенциала точки $C$.

Ещё 3 қадам — толық шешімде

Колебания шарика в конденсаторе

В устройстве, изображённом на рисунке, лёгкий шарик из алюминиевой фольги подвешен между пластинами плоского конденсатора на изолирующей нити, при этом одна из пластин заземлена, а другая заряжена…

1. 1
   Алюминиевый шарик является проводником. При соприкосновении с пластинами он приобретает заряд, знак которого определяется взаимодействием с соответствующей пластиной.
2. 2
   После столкновения с пластиной шарик движется к противоположной пластине. В рассматриваемом движении при приближении к заземлённой пластине шарик имеет положительный заряд, а при движении к положительно заряженной пластине — отрицательный.

Ещё 2 қадам — толық шешімде

Зависимость ёмкости от площади

Ученику необходимо на опыте обнаружить зависимость электроёмкости плоского конденсатора от площади его пластин. У него имеется пять конденсаторов, характеристики которых приведены в таблице. Какие…

1. 1
   Ёмкость плоского конденсатора определяется формулой:$$C = \varepsilon_0 \varepsilon \dfrac{S}{d}$$
2. 2
   Чтобы исследовать зависимость ёмкости от площади пластин, расстояние между пластинами и диэлектрик должны быть одинаковыми, а площадь — различаться.

Ещё 1 қадам — толық шешімде

Поле плоского конденсатора

Две параллельные металлические пластины больших размеров расположены на расстоянии $d$ друг от друга и подключены к источнику постоянного напряжения. Пластины закрепили на изолирующих подставках и…

1. 1
   После отключения от источника конденсатор изолирован, поэтому заряд на его пластинах остаётся постоянным.
2. 2
   При уменьшении расстояния между пластинами ёмкость плоского конденсатора увеличивается: $C = \varepsilon_0 S/d$. Поэтому первое утверждение неверно.

Ещё 4 қадам — толық шешімде

Энергия заряженного конденсатора

Две параллельные металлические пластины больших размеров расположены на расстоянии $d$ друг от друга и подключены к источнику постоянного напряжения (рис. 1). Пластины закрепили на изолирующих…

1. 1
   После отключения от источника конденсатор становится изолированным, поэтому заряд его пластин сохраняется.$$Q=\mathrm{const}$$
2. 2
   При изменении расстояния между пластинами заряд правой пластины не изменяется. Поэтому утверждение 4 верно.

Ещё 4 қадам — толық шешімде

Зависимость заряда конденсатора

Необходимо экспериментально изучить зависимость заряда, накопленного конденсатором, от ЭДС аккумулятора. Какие две схемы следует использовать для проведения такого исследования?

1. 1
   Для полностью заряженного конденсатора сила тока становится равной нулю, поэтому падение напряжения на сопротивлениях отсутствует. Напряжение на конденсаторе равно ЭДС аккумулятора.$$U_C = \mathcal{E}$$
2. 2
   Заряд конденсатора определяется его ёмкостью и напряжением. Так как ёмкость во всех схемах одинакова, для исследования зависимости заряда от ЭДС нужно менять только ЭДС источника.$$q = CU_C = C\mathcal{E}$$

Ещё 1 қадам — толық шешімде

Изменение параметров конденсатора

Пространство между пластинами заряженного плоского воздушного конденсатора, отключённого от источника напряжения, полностью заполняют диэлектриком. Как изменяются при этом заряд конденсатора и его…

1. 1
   Конденсатор отключён от источника напряжения, поэтому его заряд не может измениться.$$q = \text{const}$$
2. 2
   При заполнении пространства между пластинами диэлектриком относительная диэлектрическая проницаемость увеличивается, поэтому электроёмкость возрастает.$$C = \varepsilon_0 \varepsilon \dfrac{S}{d}$$

Ещё 1 қадам — толық шешімде

Конденсатор при изменении расстояния

Плоский воздушный конденсатор ёмкостью $C_0$, подключённый к источнику постоянного напряжения, состоит из двух металлических пластин, находящихся на расстоянии $d_0$ друг от друга. Расстояние между…

1. 1
   Конденсатор подключён к источнику постоянного напряжения, поэтому напряжение $U$ между пластинами постоянно.
2. 2
   В интервале от $t_1$ до $t_4$ расстояние между пластинами уменьшается. Для плоского воздушного конденсатора $C=\dfrac{\varepsilon_0 S}{d}$, поэтому ёмкость возрастает.

Ещё 4 қадам — толық шешімде

Зависимость ёмкости от площади

Необходимо экспериментально изучить зависимость электроёмкости плоского конденсатора от площади его пластин. На всех представленных установках $S$ — площадь пластин конденсатора, $d$ — расстояние…

1. 1
   Электроёмкость плоского конденсатора определяется формулой:$$C = \varepsilon_0\varepsilon\dfrac{S}{d}$$
2. 2
   Чтобы экспериментально исследовать зависимость $C$ от площади пластин $S$, необходимо сохранять неизменными диэлектрическую проницаемость среды $\varepsilon$ и расстояние между пластинами $d$.

Ещё 1 қадам — толық шешімде

Исследование ёмкости конденсатора

Ученику необходимо на опыте обнаружить зависимость электроёмкости плоского конденсатора от площади его пластин. У него имеется пять конденсаторов, характеристики которых приведены в таблице. Какие…

1. 1
   Чтобы исследовать зависимость электроёмкости от площади пластин, необходимо изменять только площадь, а остальные параметры оставить одинаковыми.
2. 2
   Конденсаторы 1 и 4 имеют одинаковые расстояния между пластинами: $0{,}6\ \text{мм}$, и одинаковый диэлектрик — парафин.

Ещё 1 қадам — толық шешімде

Изменение параметров конденсатора

Плоский конденсатор с воздушным зазором между обкладками подключён к источнику постоянного напряжения. Как изменятся электроёмкость конденсатора и величина его заряда в результате заполнения зазора…

1. 1
   При заполнении зазора диэлектриком диэлектрическая проницаемость среды увеличивается, поэтому электроёмкость плоского конденсатора возрастает.$$C = \varepsilon_0 \varepsilon \dfrac{S}{d}$$
2. 2
   Конденсатор подключён к источнику постоянного напряжения, поэтому напряжение между обкладками остаётся постоянным. Из формулы $q = CU$ следует, что при увеличении электроёмкости заряд также увеличивается.$$q = CU = \text{const?}$$