Помогите, пожалуйста, с задачами по физике
1) В однородном электрическом поле напряженностью 1 кВ/м переместили заряд -25 нКл в направлении силовой линии на 2 см. Найти работу поля и изменение потенциальной энергии заряда.
2) При перемещении заряда между точками, отстоящими от отрицательной пластины на 12 и 40 см, электрическое поле совершило работу 40 мкДж. Чему равен заряд, если напряженость поля 800 В/м ?
3) В однородном электрическом поле напряженностью 60 кВ/м переместили заряд 5 нКл. Перемещение, равное по модулю 20 см, образует угол 60° с направлением силовой линии. Найти работу поля, изменение потенциальной энергии взаимодействия заряда и поля. Дать ответы на те же вопросы для случая перемещения отрицательного заряда.
1) Работа поля определяется как произведение силы, действующей на заряд, на расстояние его перемещения в направлении этой силы:
W = F * s * cos(theta),
где F - сила, s - перемещение заряда, theta - угол между силой и перемещением.
В данном случае сила равна F = q * E, где q - заряд, E - напряженность электрического поля, поэтому можно записать:
W = q * E * s * cos(theta) = -25 * 10^-9 Кл * 1 * 10^3 В/м * 0.02 м * cos(0) = -1 мкДж,
где знак минус означает, что работа поля была отрицательной.
Изменение потенциальной энергии заряда можно найти по формуле:
Delta U = q * Delta V,
где Delta V - изменение потенциала между начальной и конечной точками.
В однородном поле Delta V = E * s * cos(theta) = 1 * 10^3 В/м * 0.02 м * cos(0) = 20 В.
Тогда
Delta U = q * Delta V = -25 * 10^-9 Кл * 20 В = -0.5 мкДж.
Ответ: работа поля W = -1 мкДж, изменение потенциальной энергии заряда Delta U = -0.5 мкДж.
2) Работа поля также определяется как произведение силы на перемещение, поэтому можно записать:
W = q * E * (s1 - s2),
где s1 и s2 - расстояния от заряда до точек, между которыми он перемещался.
Подставляя известные значения, получим:
40 * 10^-6 Дж = q * 800 В/м * (0.4 м - 0.12 м),
откуда q = 75 * 10^-9 Кл.
Ответ: заряд q = 75 * 10^-9 Кл.
3) Работа поля снова вычисляется по формуле W = q * E * s * cos(theta), где s - перемещение заряда, theta - угол между s и направлением силовой линии. В данном случае theta = 60 градусов, s = 0.2 м, E = 60 * 10^3 В/м, q = 5 * 10^-9 Кл, поэтому
W = q * E * s * cos(theta) = 5 * 10^-9 Кл * 60 * 10^3 В/м * 0.2 м * cos(60) = 0.5 мкДж.
Изменение потенциальной энергии можно найти аналогично предыдущим задачам, Delta U = q * Delta V,
где Delta V = E * s * cos(theta) = 60 * 10^3 В/м * 0.2 м * cos(60) = 6 кВ.
Тогда
Delta U = q * Delta V = 5 * 10^-9 Кл * 6 кВ = 30 мкДж.
Для отрицательного заряда, поле совершит работу с противоположным знаком, а изменение потенциальной энергии будет равно Delta U = -30 мкДж.
Ответ: для положительного заряда: работа поля W = 0.5 мкДж, изменение потенциальной энергии заряда Delta U = 30 мкДж, для отрицательного заряда: работа поля W = -0.5 мкДж, изменение потенциальной энергии з