Какой заряд имеет шарик массой 0,1 г, который подвешен между двумя вертикально расположенными параллельными пластинами с напряженностью 45,000 Н/Кл, если он отклоняется от вертикали на угол 10°?

Физика 11 класс Электрическое поле и силы, действующие на заряженные тела заряд шарика масса шарика напряженность электрического поля угол отклонения физика 11 класс Новый

Для решения этой задачи нам нужно понять, какие силы действуют на шарик и как они соотносятся друг с другом. Начнем с того, что на шарик действуют две основные силы: сила тяжести и сила электрического поля.

Шаг 1: Найдем силу тяжести

Сила тяжести (Fт) рассчитывается по формуле:

Fт = m * g

где:

• m - масса шарика (0,1 г = 0,0001 кг),
• g - ускорение свободного падения (примерно 9,81 м/с²).

Подставим значения:

Fт = 0,0001 кг * 9,81 м/с² = 0,000981 Н.

Шаг 2: Найдем силу электрического поля

Сила электрического поля (Fэл) действует на заряженный шарик и рассчитывается по формуле:

Fэл = E * q

где:

• E - напряженность электрического поля (45,000 Н/Кл),
• q - заряд шарика.

Шаг 3: Рассмотрим равновесие сил

Когда шарик отклоняется от вертикали на угол 10°, на него действуют компоненты сил. Сила тяжести будет действовать вниз, а сила электрического поля - в горизонтальном направлении. Мы можем разложить силу тяжести на две компоненты:

• Вертикальная компонента: Fт,в = Fт * cos(10°),
• Горизонтальная компонента: Fт,г = Fт * sin(10°).

В равновесии силы электрического поля уравновешивают горизонтальную компоненту силы тяжести:

Fэл = Fт,г.

Шаг 4: Подставим значения

Сначала найдем горизонтальную компоненту силы тяжести:

Fт,г = Fт * sin(10°) = 0,000981 Н * sin(10°).

Синус 10° ≈ 0,1736, тогда:

Fт,г ≈ 0,000981 Н * 0,1736 ≈ 0,000170 Н.

Шаг 5: Установим равенство сил

Теперь подставим это значение в уравнение для силы электрического поля:

E * q = Fт,г.

Подставим известные значения:

45,000 Н/Кл * q = 0,000170 Н.

Шаг 6: Найдем заряд q

Теперь можем выразить заряд:

q = 0,000170 Н / 45,000 Н/Кл ≈ 3,78 * 10^-6 Кл.

Таким образом, заряд шарика составляет примерно 3,78 мкКл.