Взаимодействие зарядов. Закон Кулона

1.1. Взаимодействие зарядов. Закон Кулона

Электростатика изучает электрическое поле, которое создается непод-вижными относительно данной системы отсчета электрическими зарядами. Взаимодействие между электрическими зарядами осуществляется за счет электростатического поля. При изучении теоретического материала необходимо уяснить понятия «электрический заряд», «точечный заряд» и усвоить, что закон Кулона применим только к точечным зарядам и сферически-симметричным заряженным телам и вычисляет величину силы взаимодейст-вия между ними:

F_e = (1)

где – электрическая постоянная;

– модули взаимодействующих точечных неподвижных электрических зарядов;

e - диэлектрическая проницаемость среды между зарядами – скалярная величина, показывающая, во сколько раз ослабляется электростатическое взаимодействие между зарядами в данной среде по сравнению с вакуумом;

r – расстояние между взаимодействующими точечными зарядами.

При решении задач по электростатике следует иметь в виду, что при взаи-модействии нескольких зарядов силы взаимодействия каждой пары зарядов не зависят от наличия остальных зарядов (принцип независимости сил), поэтому сила , действующая на каждый заряд, равна векторной сумме сил , дейст-вующих на него со стороны всех других зарядов (принцип суперпозиции сил):

. (2)

В задачах, в которых заряды находятся в равновесии, результирующая сила , действующая на каждый заряд, равна нулю.

Задачи

1. (1) Три точечных заряда 2,1; -3,2 и 4,3 нКл находятся на одной прямой на расстоянии 60 см друг от друга. Найти величину и направление силы, действующей на центральный отрицательный заряд.

2. (1) В вершинах равностороннего треугольника АВС со стороной 10 см находятся точечные заряды: q_A = -2,2 нКл, q_В = -14 нКл, q_С = -6,5 нКл. Найти величину и направление силы, действующей на заряд 1,2 нКл, расположенный в середине стороны АС.

3. (2) В вершинах правильного шестиугольника со стороной 10 см расположены точечные заряды q, 1q, 3q, 4q, 2q, q (q = 1,3 мкКл). Найти величину и направление силы, действующей на точечный заряд q, лежащий в плоскости шес-тиугольника и равноудаленный от его вершин.

4. (2) В вершинах квадрата ABCD находятся точечные заряды: q_А= 40 мкКл, q_В= -20 мкКл, q_С= 46 мкКл, q_D = 62 мкКл. Сторона квадрата равна 0,24 м. Найти силу, действующую на заряд 30 мкКл, помещенный в середину стороны CD.

5. (2) Заряды 9q и -q закреплены на расстоянии 1,0 м друг от друга. Третий заряд q может передвигаться только вдоль прямой, проходящей через первые два заряда. Определить положение равновесия третьего заряда. При каком знаке этого заряда его равновесие будет устойчивым?

6. (2) Три одинаковых заряда по 1,6 мКл каждый расположены в вершинах равностороннего треугольника. Какой отрицательный заряд необходимо поместить в центре треугольника, чтобы его притяжение уравновесило силы взаимного отталкивания зарядов? Будет ли это равновесие устойчивым?

7. (2) Шарик массой 2,4 г, имеющий заряд 20 нКл, подвешен на тонкой изолирующей нити. Определить силу натяжения нити, если под шариком на расстоянии 5,4 см от него расположить одноименный заряд 0,12 мкКл.

8. (2) Два одинаковых шарика подвешены на нитях к одной точке так, что их поверхности соприкасаются. После сообщения шарикам заряда 4,2 мкКл они оттолкнулись и разошлись на угол 60°. Найти массу каждого шарика, если расстояние от точки подвеса до центра каждого шарика равно 2,1 м.

9. (2) Два одинаковых шарика массой 0,98 г каждый подвешены на нитях к одной точке так, что их поверхности соприкасаются. После сообщения шарикам некоторого заряда они оттолкнулись и разошлись на угол 30°. Найти заряд, сообщенный шарикам, если расстояние от точки подвеса до центра шарика равно 1,0 м.

10. (3) Одинаковые шарики, подвешенные на закрепленных в одной точке нитях равной длины, зарядили одинаковыми одноименными зарядами. Шарики оттолкнулись, и угол между нитями стал равен 60°. После погружения шариков в керосин угол между нитями уменьшился до 50°. Найти диэлектрическую проницаемость керосина. Плотность шариков равна 2,1 г/см³, керосина – 0,80 г/см³.

⇐ Предыдущая 123 4 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒