Электростатика, 10 класс: примеры с решением

Электростатика изучает неподвижные электрические заряды и поле, которое они создают. На странице: формулы, разбор задачи на закон Кулона, частые ошибки и список решённых заданий 10 класса.

15 заданий10 класс
Физика9 класс4 заданияПодстановка в формулу центростремительного ускорения

Центростремительное ускорение при движении по окружности (в м/с²) вычисляется по формуле a = ω²R, где ω — угловая скорость (в с⁻¹), R — радиус окружности (в…

Физика10 классЗакон Кулона

Дано: q₁ = 25 (единица измерения не видна), q₂ = 6 мкКл, r = 8 м (на фото записано как «v = 8 м»), k = 9 · 10⁹. Найти: Fк — ?

Физика10 классРавновесие заряженной бусинки на нити, закон Кулона

Закреплённые шарики связаны нитью длины S = 1,4 м, пропущенной через бусинку (см. рис.). Шарикам сообщают положительные заряды, отношение этих зарядов Q₁/Q₂ =…

Физика10 классЗакон сохранения энергии в электростатическом поле

Дано q1=+1,5мкКл q2=+2,5мкКл Q=+10нКл R1=3,5см R2=2см k=9,0•10⁹Н•м²/Кл² С какой минимальной скоростью бусинка массой 10 мг должна двигаться из точки В в точку…

Физика10 классПотенциал электрического поля

Дано q1=+1,5мкКл q2=+2,5мкКл Q=+10нКл R1=3,5см R2=2см k=9,0•10⁹Н•м²/Кл² Чему равен потенциал поля создаваемый зарядами q1 и q2 в точке С если точка С может…

Физика10 классПотенциал электрического поля

Дано q1=+1,5мкКл q2=+2,5мкКл Q=+10нКл R1=3,5см R2=2см k=9,0•10⁹Н•м²/Кл² Чему равен потенциал поля создаваемый зарядами q1 и q2 в точке С если точка С может…

Физика10 классПотенциальная энергия взаимодействия точечных зарядов

Два точечных заряда q₁ = +1.5 мкКл и q₂ = +2.5 мкКл закреплены. Маленькая бусинка с зарядом Q = +10 нКл может без трения скользить по гладкой спице, изогнутой…

Физика10 классЭлектростатическое поле и диэлектрики

Вопросы для самопроверки 1. Как ведут себя свободные электроны металла, помещённого во внешнее электростатическое поле? 2. В чём состоит явление…

Физика10 класс5 заданийЭлектростатическое поле

Каковы основные особенности электростатического поля?

Физика10 класс2 заданияЗакон Кулона

Чему равна сила взаимодействия двух одинаковых точечных зарядов, равных 9 · 10⁻⁹ Кл, находящихся на расстоянии 0,3 м друг от друга в вакууме?

Физика8 классЭлектрический заряд. Электроскоп и электрометр

1. Отрицательно заряженное тело притягивает подвешенный на шёлковой нити лёгкий шарик. Можно ли утверждать, что шарик заряжен положительно? Ответ обоснуйте. 2…

Физика10 класс3 заданияЗакон Кулона

Два точечных заряда q₁ = 2·10⁻⁶ Кл и q₂ = 4·10⁻⁶ Кл находятся на расстоянии 30 см друг от друга. Определите силу их взаимодействия. (k = 9·10⁹ Н·м²/Кл²)

Физика10 классЭлектростатика

Контрольная работа по теме «Электростатика» Вариант 1 Часть А. Выберите один правильный ответ (по 1 баллу) А1. Как направлена сила Кулона, действующая на…

Физика10 классЭлектростатическая энергия и движение заряженной бусинки

Чему равна потенциальная энергия бусинки в точке E (с учётом знака)? Ответ выразите в микроджоулях, округлите до целых. Чему равна электростатическая сила…

Физика10 классПотенциальная энергия взаимодействия точечных зарядов

Два точечных заряда q₁ = -1.5 мкКл и q₂ = +2.5 мкКл закреплены. Маленькая бусинка с зарядом Q = +1 нКл может без трения скользить по гладкой спице, изогнутой в…

Что изучает электростатика

Электростатика — раздел электродинамики о зарядах, которые не движутся, и об их взаимодействии. Если заряды текут по проводнику, это уже постоянный ток. Если создают магнитное действие, это магнитное поле.

В теме встречаются такие вещи:

  • электрический заряд и его свойства;
  • закон Кулона, то есть сила взаимодействия точечных зарядов;
  • электрическое поле, его напряжённость и принцип суперпозиции;
  • потенциал, работа поля и потенциальная энергия заряда;
  • проводники и диэлектрики в поле;
  • конденсаторы, их ёмкость и энергия.

Свойства заряда нужно знать твёрдо. Заряды бывают двух знаков: одноимённые отталкиваются, разноимённые притягиваются. Заряд сохраняется: в замкнутой системе сумма зарядов не меняется. Он дискретен: любой заряд кратен элементарному, e ≈ 1,6×10⁻¹⁹ Кл.

Основные формулы электростатики

Эти формулы нужны почти в каждой задаче 10 класса и в ЕГЭ.

  • Закон Кулона: F = k|q₁||q₂| / r², где k = 9×10⁹ Н×м²/Кл². В таком виде он верен для точечных зарядов в вакууме. В среде сила уменьшается в ε раз.
  • Напряжённость поля: E = F / q. Для точечного заряда Q: E = kQ / r². Это вектор: он направлен от положительного заряда и к отрицательному.
  • Принцип суперпозиции: поле нескольких зарядов равно векторной сумме полей каждого: E = E₁ + E₂ + …
  • Потенциал точечного заряда: φ = kQ / r. Это скаляр, его значения просто складывают с учётом знака.
  • Работа поля: A = q(φ₁ − φ₂). Она равна убыли потенциальной энергии заряда.
  • Энергия взаимодействия двух точечных зарядов: W = kq₁q₂ / r.
  • Ёмкость плоского конденсатора: C = εε₀S / d, где ε₀ = 8,85×10⁻¹² Ф/м.
  • Энергия конденсатора: W = CU² / 2.

Если в задаче заряд движется в поле, подключается закон сохранения энергии: сумма кинетической и потенциальной энергии остаётся постоянной. Об энергии вообще читай в теме работа и энергия.

Как решить задачу на закон Кулона

Разберём типичное задание. Два точечных заряда q₁ = 2×10⁻⁶ Кл и q₂ = 4×10⁻⁶ Кл находятся на расстоянии 30 см. Найти силу их взаимодействия.

Шаг 1. Переведи всё в СИ. Расстояние: 30 см = 0,3 м. Заряды уже в кулонах.

Шаг 2. Запиши закон: F = k|q₁||q₂| / r².

Шаг 3. Подставь: F = 9×10⁹ × 2×10⁻⁶ × 4×10⁻⁶ / 0,3².

Шаг 4. Считай по частям. В числителе 9×10⁹ × 8×10⁻¹² = 0,072. В знаменателе 0,3² = 0,09. Получаем F = 0,072 / 0,09 = 0,8 Н.

Шаг 5. Определи направление. Заряды одноимённые, значит, они отталкиваются, и сила каждого направлена от другого заряда вдоль соединяющей их прямой.

Такие же шаги подходят для задач, где заряды заданы в мкКл или нКл: сначала переводи в кулоны, потом подставляй. Свойства силы как вектора, третий закон Ньютона и равновесие описаны в темах силы в механике и законы Ньютона.

Напряжённость, суперпозиция и энергия: что ещё встречается

Напряжённость зависит от заряда и расстояния как E = kQ / r². Отсюда быстрые оценки. Если расстояние до заряда выросло вдвое, поле ослабло в 4 раза. Если при этом заряд ещё и уменьшился вдвое, поле ослабло в 8 раз.

В задачах на суперпозицию нужно сложить векторы. Например, третий заряд лежит посередине между двумя другими. Если оба заряда положительные, а пробный заряд тоже положительный, их силы направлены в противоположные стороны. Модуль результирующей силы равен разности модулей, а направлена она в сторону более слабого заряда.

Задачи с бусинкой на спице решают через энергию. Потенциальная энергия бусинки с зарядом Q в поле заряда q равна kqQ / r, причём в поле нескольких зарядов энергии складываются. Запиши полную энергию в начальной точке и в конечной, приравняй и найди скорость. Трение в таких задачах обычно отсутствует, поэтому энергия сохраняется.

Для конденсатора: C = 4 мкФ, U = 200 В. Тогда W = 4×10⁻⁶ × 200² / 2 = 0,08 Дж. При напряжении 400 В энергия вырастает в 4 раза, до 0,32 Дж, потому что U стоит в квадрате.

Где ошибаются чаще всего

  • Не переводят единицы. Заряд в мкКл (10⁻⁶ Кл) или нКл (10⁻⁹ Кл), расстояние в см или мм подставляют как есть. Перед расчётом приводи всё к кулонам и метрам.
  • Забывают возвести расстояние в квадрат. В законе Кулона и в формуле напряжённости стоит r². В формулах потенциала и потенциальной энергии r в первой степени. Не путай их.
  • Подставляют знаки зарядов в закон Кулона и путаются. Считай модуль силы по модулям зарядов, а притяжение или отталкивание определяй отдельно по знакам. В формулах потенциала и энергии знак заряда, наоборот, обязательно учитывай.
  • Складывают напряжённости как числа. Напряжённость — вектор, и сначала нужен чертёж с направлениями. Потенциалы же складываются просто как числа.
  • Теряют диэлектрическую проницаемость. В формуле ёмкости ε стоит в числителе, в законе Кулона для среды F уменьшается в ε раз.

Какие задания присылают ученики и как пользоваться страницей

По электростатике 10 класса чаще всего присылают расчёты по закону Кулона, задачи на напряжённость и принцип суперпозиции, расчёт ёмкости и энергии конденсатора, а также длинные задачи с бусинкой на спице в форме восьмёрки. Встречаются и теоретические вопросы: определение напряжённости, особенности электростатического поля, электроскоп и электрометр, индукция в проводниках.

Найди в списке выше задание, похожее на твоё, и сверь ход решения со своим. Если похожего нет, сфотографируй условие и загрузи его: получишь решение с ходом по шагам.

Частые вопросы

Что такое электростатика в физике?

Это раздел физики об электрических зарядах, которые покоятся, и о создаваемом ими электрическом поле. В нём изучают закон Кулона, напряжённость, потенциал и конденсаторы.

Какие главные формулы нужно знать по электростатике?

Закон Кулона F = k|q₁||q₂| / r², напряжённость E = F / q и E = kQ / r², потенциал φ = kQ / r, ёмкость плоского конденсатора C = εε₀S / d и энергия конденсатора W = CU² / 2.

Чем напряжённость отличается от потенциала?

Напряжённость — векторная величина, она показывает силу, действующую на единичный заряд. Потенциал — скаляр, он характеризует энергию единичного заряда в данной точке поля, и значения от разных зарядов складываются как обычные числа.

Как найти силу, если заряды даны в микрокулонах?

Переведи заряды в кулоны: 1 мкКл = 10⁻⁶ Кл, а расстояние в метры. Затем подставь в закон Кулона F = k|q₁||q₂| / r² и вычисли.

Электростатика, 10 класс: примеры с решением | ДЗмэн