Задание №22156 ЕГЭ по Физике

Тема : Однородное электростатическое поле

Раздел: Электричество и магнетизм

25 линия

Не выполнено

Маленький шарик массой m с зарядом q = 5 нКл, подвешенный к потолку на лёгкой шёлковой нитке длиной l = 0,8 м, находится в горизонтальном однородном электростатическом поле Формула с модулем напряжённости поля (см. рис.). Шарик отпускают с нулевой начальной скоростью из положения, в котором нить вертикальна. В момент, когда нить образует с вертикалью угол α = 30°, модуль скорости шарика v = 0,9 м/с. Чему равна масса шарика m? Сопротивлением воздуха пренебречь.

Дано: q = 5 нКл = Формула Кл; l = 0,8м; E = 6⋅10⁵В/м; α = 30°; v = 0,9 м/с.

Найти: m - ?

Решение:

1) Систему отсчёта, связанную с Землёй, будем считать инерциальной. На шарик действуют вертикальная сила тяжести Формула , горизонтальная сила со стороны электрического поля и вдоль нити сила её натяжения (см. рис.).

2) По теореме об изменении кинетической энергии материальной точки в ИСО, Формула Работа силы T равна нулю, так как эта сила в любой момент времени перпендикулярна скорости шарика. Силы и потенциальны, поэтому их работа при переходе из начальной точки в конечную не зависит от выбора траектории.

3) Выберем траекторию перехода в виде двух последовательных шагов: сначала из исходного положения вверх на расстояние h, затем по горизонтали на расстояние b в конечное положение. На этой траектории сумма работ силы тяжести и силы со стороны электрического поля:
Формула