Дополнительные задачи - В.И. Лукашик, Сборник задач по физике
Д. 136. Два электрических заряда взаимодействуют с некоторой силой. Какое из утверждений верно: 1) один заряд действует на другой заряд; 2) поле одного заряда действует на другой заряд, и наоборот; 3) поле одного заряда действует на поле другого заряда?
Оба заряда действуют друг на друга только посредством электрического поля. Электрическое поле оказывает воздействие на электрический разряд, что следует из его определения.
Поле одного заряда никак не зависит от полей, созданных другими зарядами (от них зависит только суперпозиция этих полей). Таким образом, верно только второе утверждение.
Д. 137. Обладает ли электрическим полем кусочек янтаря, найденный вами на берегу моря? Будет ли он притягивать легкие кусочки бумаги?
Нет, т.к. он не обладает зарядом, значит и притягивать тела к себе он не будет. Кусочек янтаря станет обладать электрическим полем только после того, как сообщить ему заряд, например потерев его о шерсть.
Д. 138. Почему под действием электрического поля наэлектризованная палочка притягивает к себе легкую полоску незаряженной металлической фольги? Ведь в электрически нейтральной фольге в равной мере присутствуют как положительный, так и отрицательный заряды (рис. 17д) и наряду с притяжением должно происходить и отталкивание.
Фольга является проводником, поэтому отрицательно заряженные частицы (электроны) легко перемещаются под действием электрического поля в сторону положительно заряженной наэлектризованной палочки. Таким образом, со стороны палочки на фольге возникает концентрация отрицательного заряда, а с обратной стороны - положительного. Воздействие электрического поля на отрицательный заряд сильнее, чем на положительный, поскольку отрицательный заряд находится ближе к палочке.
Д. 139. В одном из своих произведений известный русский писатель В. К. Арсеньев так описывает поведение шаровой молнии, медленно плывущей по воздуху: «...шар всячески избегает соприкосновения с ветвями деревьев, обходит каждый сучок, каждую веточку или былинку». Объясните причины такого движения.
Перед грозой происходит перераспределение зарядов между землей и грозовым облаком. Тот факт, что шаровая молния огибала растения, объясняется тем, что заряд растений и молнии был одинаковым.
Д. 140. Одной из поверхностей тонкой металлической пластинки сообщили некоторый заряд. Одинаково ли электрическое поле по обе стороны пластинки?
Металл является проводником, а это означает, что при отсутствии внешнего электрического поля заряд равномерно распределяется по всей площади с обоих сторон металлической пластины. Значит поле, создаваемое зарядом, по обе стороны пластины будет одинаковым.
Д. 141. Изобразите распределение зарядов на двух параллельных близко расположенных металлических пластинах, одну из которых изолировали, а другой сообщили некоторый отрицательный заряд. Существует ли электрическое поле по обе стороны изолированной пластины?
Д. 142. Две параллельные металлические пластины подсоединили в первом случае к полюсам электрофорной машины, во втором случае одну из пластин соединили с положительным полюсом электрофорной машины, а другую заземлили. Изменилось ли электрическое поле между пластинами и вне их?
Электрическое поле между пластинами, подключенными к разным полюсам электрофорной машины, в два раза больше, чем поле между ними, когда одна из пластин заземлена. Это связано с тем, что в первом случае поле между пластинами есть суперпозиция полей, создаваемых двумя пластинами с зарядами q и —q.
В случае же, когда одна из пластин заземлена, поле создается только одной пластиной заряда q, т.к. заряд заземленной пластины нулевой.
Поле вокруг изолированной пластины существует, т.к. диэлектрики пропускают электрическое поле.
Д. 143. Ознакомьтесь с условием задачи Д. 140. Мысленно сверните заряженную пластинку в трубку. Изменится ли при этом электрическое поле в непосредственной близости к наружной поверхности заряженной трубки?
Между одноименными зарядами внутри трубки действуют отталкивающие силы, вследствие чего заряд концентрируется на наружной стороне трубки. Это означает, что вблизи поверхности трубки поле больше, чем у аналогично заряженной пластины.
Д. 144. Небольшой заряженный шарик 1 (рис. 18д) поместили вблизи большого металлического незаряженного шара 2. Существует ли и какими зарядами порождено электрическое поле в точках А и Б?
Заряд 1 индуцирует со своей стороны на шаре 2 отрицательный заряд. Эти заряды создают поле в точке А. Внутри проводника поле отсутствует, следовательно, в точке Б поля нет.
Д. 145. К поверхности уединенного незаряженного металлического шара прикоснулись заряженным шариком и удалили его. То же самое проделали с проводящей сферой. Как распределится заряд, сообщенный телам в каждом случае? Создает ли сообщенный телам заряд электрическое поле: 1) вне тел; 2) внутри этих тел?
Вследствие отталкивающих сил, действующих между одноименно заряженными частицами, заряд в обоих случаях сконцентрируется по наружной поверхности тел. Вне тел будет создаваться электрическое поле, внутри тел - нет.
Д. 146. Изменится ли электрическое поле сферы, если один и тот же заряд сообщается ей двумя способами: 1) наружной поверхностью; 2) внутренней поверхностью сферы через небольшое отверстие в ней?
Не изменится, поскольку в обоих случаях заряд сконцентрируется на внешней поверхности сферы.
Д. 147. Небольшой заряженный шарик поместили в центр незаряженной проводящей сферы (рис. 19д). Изобразите распределение зарядов в проводящей сфере. Существует ли электрическое поле в точках А и Б и каким зарядом оно порождено?
В точке А поле существует, оно порождено зарядом внутри сферы. В точке Б поле порождено индуцированным положительным зарядом снаружи сферы.
Оба заряда действуют друг на друга только посредством электрического поля. Электрическое поле оказывает воздействие на электрический разряд, что следует из его определения.
Поле одного заряда никак не зависит от полей, созданных другими зарядами (от них зависит только суперпозиция этих полей). Таким образом, верно только второе утверждение.
Д. 137. Обладает ли электрическим полем кусочек янтаря, найденный вами на берегу моря? Будет ли он притягивать легкие кусочки бумаги?
Нет, т.к. он не обладает зарядом, значит и притягивать тела к себе он не будет. Кусочек янтаря станет обладать электрическим полем только после того, как сообщить ему заряд, например потерев его о шерсть.
Д. 138. Почему под действием электрического поля наэлектризованная палочка притягивает к себе легкую полоску незаряженной металлической фольги? Ведь в электрически нейтральной фольге в равной мере присутствуют как положительный, так и отрицательный заряды (рис. 17д) и наряду с притяжением должно происходить и отталкивание.
Фольга является проводником, поэтому отрицательно заряженные частицы (электроны) легко перемещаются под действием электрического поля в сторону положительно заряженной наэлектризованной палочки. Таким образом, со стороны палочки на фольге возникает концентрация отрицательного заряда, а с обратной стороны - положительного. Воздействие электрического поля на отрицательный заряд сильнее, чем на положительный, поскольку отрицательный заряд находится ближе к палочке.
Д. 139. В одном из своих произведений известный русский писатель В. К. Арсеньев так описывает поведение шаровой молнии, медленно плывущей по воздуху: «...шар всячески избегает соприкосновения с ветвями деревьев, обходит каждый сучок, каждую веточку или былинку». Объясните причины такого движения.
Перед грозой происходит перераспределение зарядов между землей и грозовым облаком. Тот факт, что шаровая молния огибала растения, объясняется тем, что заряд растений и молнии был одинаковым.
Д. 140. Одной из поверхностей тонкой металлической пластинки сообщили некоторый заряд. Одинаково ли электрическое поле по обе стороны пластинки?
Металл является проводником, а это означает, что при отсутствии внешнего электрического поля заряд равномерно распределяется по всей площади с обоих сторон металлической пластины. Значит поле, создаваемое зарядом, по обе стороны пластины будет одинаковым.
Д. 141. Изобразите распределение зарядов на двух параллельных близко расположенных металлических пластинах, одну из которых изолировали, а другой сообщили некоторый отрицательный заряд. Существует ли электрическое поле по обе стороны изолированной пластины?
Д. 142. Две параллельные металлические пластины подсоединили в первом случае к полюсам электрофорной машины, во втором случае одну из пластин соединили с положительным полюсом электрофорной машины, а другую заземлили. Изменилось ли электрическое поле между пластинами и вне их?
Электрическое поле между пластинами, подключенными к разным полюсам электрофорной машины, в два раза больше, чем поле между ними, когда одна из пластин заземлена. Это связано с тем, что в первом случае поле между пластинами есть суперпозиция полей, создаваемых двумя пластинами с зарядами q и —q.
В случае же, когда одна из пластин заземлена, поле создается только одной пластиной заряда q, т.к. заряд заземленной пластины нулевой.
Поле вокруг изолированной пластины существует, т.к. диэлектрики пропускают электрическое поле.
Д. 143. Ознакомьтесь с условием задачи Д. 140. Мысленно сверните заряженную пластинку в трубку. Изменится ли при этом электрическое поле в непосредственной близости к наружной поверхности заряженной трубки?
Между одноименными зарядами внутри трубки действуют отталкивающие силы, вследствие чего заряд концентрируется на наружной стороне трубки. Это означает, что вблизи поверхности трубки поле больше, чем у аналогично заряженной пластины.
Д. 144. Небольшой заряженный шарик 1 (рис. 18д) поместили вблизи большого металлического незаряженного шара 2. Существует ли и какими зарядами порождено электрическое поле в точках А и Б?
Заряд 1 индуцирует со своей стороны на шаре 2 отрицательный заряд. Эти заряды создают поле в точке А. Внутри проводника поле отсутствует, следовательно, в точке Б поля нет.
Д. 145. К поверхности уединенного незаряженного металлического шара прикоснулись заряженным шариком и удалили его. То же самое проделали с проводящей сферой. Как распределится заряд, сообщенный телам в каждом случае? Создает ли сообщенный телам заряд электрическое поле: 1) вне тел; 2) внутри этих тел?
Вследствие отталкивающих сил, действующих между одноименно заряженными частицами, заряд в обоих случаях сконцентрируется по наружной поверхности тел. Вне тел будет создаваться электрическое поле, внутри тел - нет.
Д. 146. Изменится ли электрическое поле сферы, если один и тот же заряд сообщается ей двумя способами: 1) наружной поверхностью; 2) внутренней поверхностью сферы через небольшое отверстие в ней?
Не изменится, поскольку в обоих случаях заряд сконцентрируется на внешней поверхности сферы.
Д. 147. Небольшой заряженный шарик поместили в центр незаряженной проводящей сферы (рис. 19д). Изобразите распределение зарядов в проводящей сфере. Существует ли электрическое поле в точках А и Б и каким зарядом оно порождено?
В точке А поле существует, оно порождено зарядом внутри сферы. В точке Б поле порождено индуцированным положительным зарядом снаружи сферы.