РУҚА
25

Решение: Движение заряженного шарика

ЕГЭ · Физика · Задание 25 · Электростатика и конденсаторы
ПовышеннаяФИПИF31560Развёрнутое решение≈ 8 минутРазбор в 5 шагов
Условие

Две большие параллельные вертикальные пластины из диэлектрика расположены на расстоянии $d = 5\ \text{см}$ друг от друга. Пластины равномерно заряжены разноимёнными зарядами. Модуль напряжённости поля между пластинами $E = 6 \cdot 10^5\ \text{В/м}$. Между пластинами, на равном расстоянии от них, помещён маленький шарик с зарядом $Q = 5 \cdot 10^{-11}\ \text{Кл}$ и массой $M = 3 \cdot 10^{-3}\ \text{г}$. После того как шарик отпускают, он начинает падать. Какую скорость будет иметь шарик, когда коснётся одной из пластин? Трением о воздух и размерами шарика пренебречь.

Открыть задачу и решить самому
Дальше ответЕсли ещё решаете — начните с подсказок: они ведут к ответу, но не выдают его.
К подсказкам

Решение по шагам

5 шагов
1

На шарик действуют сила тяжести и электрическая сила. Горизонтальная составляющая движения определяется электрическим полем, а вертикальная — свободным падением.

$$F_{\text{эл}} = QE$$
2

Переведём массу в килограммы и найдём ускорение шарика в направлении к пластине:

$$M = 3 \cdot 10^{-3}\ \text{г} = 3 \cdot 10^{-6}\ \text{кг},\qquad a_x = \frac{QE}{M} = \frac{5 \cdot 10^{-11} \cdot 6 \cdot 10^5}{3 \cdot 10^{-6}} = 10\ \text{м/с}^2$$
3

До пластины шарик проходит половину расстояния между пластинами. Время движения найдём из закона равноускоренного движения:

$$\frac{d}{2} = \frac{a_x t^2}{2},\qquad t = \sqrt{\frac{d}{a_x}} = \sqrt{\frac{0{,}05}{10}} \approx 0{,}071\ \text{с}$$
4

Горизонтальная и вертикальная составляющие скорости к моменту касания пластины равны:

$$v_x = a_x t \approx 10 \cdot 0{,}071 \approx 0{,}71\ \text{м/с},\qquad v_y = gt \approx 10 \cdot 0{,}071 \approx 0{,}71\ \text{м/с}$$

Так как составляющие скорости перпендикулярны, модуль скорости равен:

$$v = \sqrt{v_x^2 + v_y^2} = \sqrt{0{,}71^2 + 0{,}71^2} \approx 1{,}0\ \text{м/с}$$
Ответ

Скорость шарика при касании пластины равна $1\ \text{м/с}$.

Этот ответ получен в разборе, но не сверен с официальным ключом из банка — проверьте выкладки, прежде чем заучивать результат.

Где здесь ошибаются

Не перевести массу из граммов в килограммы.

Использовать расстояние $d$ вместо половины расстояния $d/2$.

Сложить горизонтальную и вертикальную составляющие скорости арифметически, а не по теореме Пифагора.

Не учесть одновременно движение под действием электрической силы и свободное падение.

Закрепить приёмВ теме «Электростатика и конденсаторы» ещё 120 задач — с ответом и таким же разбором.
Тренироваться

Как решать задание 25 ЕГЭ, физика

Разбор этой задачи разложен на 5 шагов: видно, откуда берётся каждое число и где теряется балл. Ответ приведён рядом с выкладками, а не вместо них.

Задача из темы «Электростатика и конденсаторы»: в ней 121 задача, и у каждой есть такой же разбор. Регистрация не нужна.