Конденсатор. Электроемкость — задача ЕГЭ — Физика ЕГЭ

Условие, ответ и разбор задачи

Электродинамика: анализ утвержденийВариант профиматики 2026 №1Профиматика

Исходный рисунок к задаче 14 варианта профиматики 2026 №1

Для оценки заряда, накопленного воздушным конденсатором, можно использовать устройство, изображенное на рисунке: легкий шарик из оловянной фольги подвешен на изолирующей нити между двумя пластинами конденсатора, при этом одна из пластин заземлена, а другая заряжена положительно. Когда устройство собрано, а конденсатор заряжен (и отсоединен от источника), шарик приходит в колебательное движение, касаясь поочередно обеих пластин.

Выберите все верные утверждения, соответствующие колебательному движению шарика после первого касания пластины.

1) По мере колебаний шарика напряжение между пластинами уменьшается.

2) По мере колебаний шарика электроемкость конденсатора увеличивается.

3) При движении шарика к заземленной пластине он заряжен положительно, а при движении к положительно заряженной пластине

-

отрицательно.

4) При движении шарика к положительно заряженной пластине его заряд равен нулю, а при движении к заземленной пластине

-

положителен.

5) При движении шарика к заземленной пластине он заряжен отрицательно, а при движении к положительно заряженной пластине

-

положительно.

Ответ:

Решение

1) Верно. При каждом касании шарик переносит часть электрического заряда с положительно заряженной пластины на заземлённую, постепенно разряжая конденсатор. Так как свободный заряд

Q

на пластинах уменьшается, а электроёмкость

C

плоского конденсатора остаётся постоянной, напряжение между пластинами

U = \frac{Q}{C}

со временем уменьшается.

2) Неверно. Электроёмкость плоского воздушного конденсатора определяется геометрическими параметрами и диэлектриком между пластинами:

C = \frac{\varepsilon_0 S}{d}

где

S

— площадь пластин,

d

— расстояние между ними,

\varepsilon_0

— электрическая постоянная. Электроёмкость не зависит ни от заряда, ни от напряжения, поэтому в процессе колебаний шарика она не изменяется.

3) Верно. При касании положительно заряженной пластины шарик одноимённо заряжается (получает знак

+

) и под действием сил электростатического отталкивания движется к заземлённой пластине. При касании заземлённой пластины в присутствии электрического поля положительной пластины он отдаёт положительный заряд в землю и приобретает отрицательный знак за счёт индуцированного/проводимого заряда. Отрицательно заряженный шарик отталкивается от заземлённой и притягивается к положительно заряженной пластине, двигаясь к ней.

4) Неверно. Согласно п. 3, после касания заземлённой пластины шарик приобретает отрицательный заряд (в поле положительной пластины потенциал земли равен нулю, что заставляет электроны перетекать из земли на шарик). Движение к положительной пластине происходит под действием кулоновского притяжения именно отрицательно заряженного шарика.

5) Неверно. Утверждение противоречит физическому механизму колебаний: шарик отталкивается от пластины, которой только что коснулся, благодаря одноимённому с ней заряду. Следовательно, при движении к заземлённой пластине он заряжен положительно, а при движении к положительно заряженной пластине — отрицательно.