Решение: Движение шарика между пластинами
Между двумя металлическими близко расположенными пластинами, укреплёнными на изолирующих подставках, подвесили на шёлковой нити лёгкий незаряженный шарик из фольги. Когда пластины подсоединили к разноимённым клеммам высоковольтного источника напряжения, шарик пришёл в движение. Опишите движение шарика и объясните его. В ответе укажите, какие физические явления и закономерности Вы использовали для объяснения.
Решение по шагам
4 шагаМежду разноимённо заряженными металлическими пластинами существует электрическое поле. В незаряженном металлическом шарике свободные электроны перемещаются под действием этого поля, поэтому на его сторонах возникают индуцированные заряды противоположных знаков.
Ближайшая к любой пластине сторона шарика несёт индуцированный заряд противоположного знака. Сила притяжения между ближайшими разноимёнными зарядами оказывается больше силы отталкивания между одноимёнными зарядами на дальней стороне, поэтому шарик притягивается к одной из пластин.
$$F = k\dfrac{|q_1q_2|}{r^2}$$При касании пластины часть её заряда переходит на шарик. Шарик заряжается зарядом того же знака, что и пластина, поэтому после касания отталкивается от неё.
Под действием электрического поля шарик движется к противоположной пластине. При её касании он получает заряд противоположного знака и снова отталкивается. Таким образом, шарик совершает колебательное движение между пластинами, периодически перенося электрический заряд от одной пластины к другой. Движение постепенно может затухать из-за сопротивления воздуха и потерь энергии.
$$F = qE$$Шарик поляризуется в электрическом поле и сначала притягивается к одной из пластин. При касании он заряжается одноимённо с этой пластиной и отталкивается от неё, после чего движется к противоположной пластине. При новом касании знак его заряда меняется, и процесс повторяется. Поэтому шарик колеблется между пластинами. Объяснение основано на электростатической индукции, электризации при соприкосновении, взаимодействии зарядов и действии силы $F=qE$.
Этот ответ получен в разборе, но не сверен с официальным ключом из банка — проверьте выкладки, прежде чем заучивать результат.
Где здесь ошибаются
Утверждать, что незаряженный шарик сразу отталкивается от пластины.
Не объяснять, почему после касания знак заряда шарика меняется.
Считать, что шарик всё время притягивается к одной и той же пластине.
Не упоминать поляризацию проводника и электризацию при соприкосновении.