Darmowe konto pozwoli wrócić do niego później.
Wspólne informacje do wiązki zadań
Kilkanaście lat po tym, jak J.J. Thomson odkrył elektron, Robert A. Millikan wykonał doświadczenie, w którym wyznaczył ładunek elektryczny elektronu.
W jednej z wersji tego doświadczenia naelektryzowane kropelki oleju poruszały się w powietrzu, w obszarze jednorodnego pola elektrycznego, pomiędzy równoległymi i przeciwnie naładowanymi płytkami metalowymi. Do naelektryzowania kropelek oleju wykorzystano wiązkę jąder helu
Darmowe konto pozwoli wrócić do niego później.
Kropelki oleju rozpylano w obszar pola elektrycznego. Obserwacja ruchu kropelki pod mikroskopem pozwalała wyznaczyć jej prędkość (zobacz rysunek poniżej).
Na dodatnio naelektryzowane kropelki oleju działają:
• siła grawitacji
• siła oporu powietrza, której wartość jest wprost proporcjonalna do wartości prędkości kropelki:
• siła elektryczna (wtedy, gdy pole elektryczne pomiędzy płytkami jest włączone).
Informacja do zadań 10.1. i 10.2.
Kropelka, która w obszarze pomiędzy płytkami wytraciła poziomą składową prędkości na skutek działania siły oporu powietrza, może – zależnie od wartości natężenia pola elektrycznego pomiędzy płytkami – pozostawać w spoczynku, wznosić się lub opadać pionowo.
Przyjmij, że ruch kropelki opisujemy w układzie inercjalnym.
Polecenie
W sytuacji, gdy pole elektryczne pomiędzy płytkami jest wyłączone, kropelka o masie i ładunku opada pionowo ze stałą prędkością o wartości . Natomiast w sytuacji, gdy pole elektryczne pomiędzy płytkami jest włączone (oraz natężenie pola ma odpowiednią wartość) kropelka o masie i ładunku wznosi się pionowo ze stałą prędkością o wartości .
Oblicz iloraz – wartości siły elektrycznej działającej na wznoszącą się kropelkę i wartości siły grawitacji działającej na tę kropelkę.
Ocena według schematu punktowania CKE, zwykle w 15–30 s
Dowiedz się, ile punktów naprawdę zdobywasz. Zrób zdjęcie kartki albo wklej odpowiedź: Maturownik+ porówna ją ze schematem punktowania, policzy punkty i wytłumaczy, gdzie i dlaczego je tracisz.
Wynik:
poprawna metoda wyznaczenia ilorazu
Kluczowe jest wykorzystanie warunku równowagi sił (stała prędkość) dla obu sytuacji oraz dostrzeżenie, że siła oporu proporcjonalna do prędkości zmienia się dwukrotnie.
Gdy pole jest wyłączone, kropelka opada ruchem jednostajnym (równowaga sił):
Ponieważ :
Gdy pole jest włączone, kropelka wznosi się ruchem jednostajnym (równowaga sił):
Siła oporu dla prędkości :
Wstawiając:
poprawne zapisanie równania równowagi sił, gdy pole jest wyłączone, a kropelka opada, oraz poprawne zapisanie równania równowagi sił, gdy pole jest włączone, a kropelka się wznosi, łącznie z uwzględnieniem, że siła oporu w drugim przypadku ma wartość dwa razy większą od wartości siły oporu w pierwszym przypadku.
poprawne zapisanie równania równowagi sił, gdy pole jest wyłączone, a kropelka opada, oraz uwzględnienie, że siła oporu jest proporcjonalna do prędkości LUB poprawne zapisanie równania równowagi sił, gdy pole jest włączone, a kropelka się wznosi, oraz uwzględnienie, że siła oporu jest proporcjonalna do prędkości LUB poprawne zapisanie równania równowagi sił dla obu przypadków bez uwzględnienia proporcjonalności siły oporu do prędkości LUB zapisanie jedynie samego prawidłowego wyniku bez przedstawienia toku rozumowania/obliczeń.