Решение: Движение заряженного тела между пластинами
Две параллельные металлические пластины, расположенные горизонтально, подключены к электрической схеме, приведённой на рисунке. Между пластинами находится в равновесии маленькое заряженное тело массой $m$ и зарядом $q$. Электростатическое поле между пластинами считать однородным. Опираясь на законы механики и электродинамики, объясните, как и в каком направлении начнёт двигаться тело, если сдвинуть ползунок реостата вправо.
Решение по шагам
5 шаговВ первоначальном состоянии тело покоится, поэтому электрическая сила уравновешивает силу тяжести. Электрическая сила направлена вверх:
$$F_\text{эл}=mg$$Для однородного поля между пластинами напряжённость связана с напряжением формулой:
$$E=\dfrac{U}{d}$$При сдвигании ползунка реостата вправо сопротивление внешней цепи уменьшается. Сила тока возрастает, вследствие чего увеличивается напряжение на параллельно подключённых пластинах.
$$R_\text{реостата}\downarrow \Rightarrow I\uparrow \Rightarrow U\uparrow$$Расстояние между пластинами не меняется, поэтому увеличение напряжения приводит к увеличению напряжённости электрического поля и модуля электрической силы.
$$U\uparrow \Rightarrow E\uparrow \Rightarrow F_\text{эл}=|q|E\uparrow$$После изменения положения ползунка электрическая сила становится больше силы тяжести. Равнодействующая сил направлена вверх, поэтому тело начнёт двигаться вверх с ускорением.
$$F_\text{эл}>mg \Rightarrow F_\text{рез}\uparrow$$При перемещении ползунка вправо сопротивление реостата уменьшается, напряжение между пластинами и напряжённость поля увеличиваются. Электрическая сила, первоначально равная силе тяжести, становится больше неё, поэтому тело начнёт двигаться вверх.
Этот ответ получен в разборе, но не сверен с официальным ключом из банка — проверьте выкладки, прежде чем заучивать результат.
Где здесь ошибаются
Считать, что при увеличении силы тока напряжение на пластинах уменьшается.
Забыть, что тело первоначально находилось в равновесии и электрическая сила была направлена вверх.
Указать направление движения без объяснения изменения напряжённости поля.