Задание №14 — Конденсатор. Электрическая ёмкость конденсатора
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 положительно. Когда устройство собрано, шарик приходит в колебательное движение, при котором сталкивается с пластинами конденсатора.
Выберите все верные утверждения, соответствующие колебательному движению шарика в конденсаторе после первого столкновения шарика с пластиной.
1) Пренебрегая сопротивлением воздуха при движении шарика, его колебания можно считать гармоническими.
2) При движении шарика к заземлённой пластине он заряжен положительно, а при движении к положительно заряженной пластине – отрицательно.
3) При движении шарика к положительно заряженной пластине его заряд равен нулю, а при движении к заземлённой пластине его заряд – положительный.
4) По мере колебаний шарика электрическая ёмкость конденсатора увеличивается.
5) По мере колебаний шарика заряд конденсатора уменьшается.
Правильный ответ
25
Пояснение
Решение:
Шарик из алюминиевой фольги — проводник. Коснувшись положительно заряженной пластины, он получает положительный заряд, отталкивается от неё и летит к заземлённой пластине. Коснувшись заземлённой пластины, он отдаёт положительный заряд в землю и, находясь в поле конденсатора, заряжается отрицательно, после чего отталкивается от заземлённой пластины и летит к положительной. Далее цикл повторяется.
1) Сила, действующая на шарик в однородном поле, постоянна по модулю и не пропорциональна смещению шарика, поэтому между пластинами он движется равноускоренно, и колебания не являются гармоническими. Неверно.
2) Это в точности описанная выше картина: к заземлённой пластине шарик летит с положительным зарядом, к положительной — с отрицательным. Верно.
3) Противоречит п. 2: при полёте к положительной пластине заряд шарика отличен от нуля (он отрицателен). Неверно.
4) Электроёмкость плоского конденсатора зависит только от геометрии пластин и диэлектрика между ними; они не меняются, поэтому . Неверно.
5) За каждый перелёт шарик уносит порцию положительного заряда с заряженной пластины и отдаёт её в землю, поэтому заряд конденсатора уменьшается (и колебания постепенно прекращаются). Верно.
Ответ: 25