Номер 1, страница 35, часть 2 - гдз по физике 10 класс учебник Кронгарт, Казахбаева

Творите

Начертите приблизительный вид эквипотенциальных поверхностей и силовых линий поля возле положительного точечного заряда, помещенного над земной поверхностью.

Для решения этой задачи и построения картины поля воспользуемся методом изображений. Земную поверхность, которая является хорошим проводником, можно с высокой точностью аппроксимировать бесконечной проводящей плоскостью. Потенциал Земли (и этой плоскости) условно принимается равным нулю ($V=0$).

Суть метода заключается в том, что электростатическое поле в пространстве над проводящей поверхностью, создаваемое положительным точечным зарядом $+q$, находящимся на некоторой высоте над ней, полностью эквивалентно полю, которое создавалось бы системой из двух зарядов в пустом пространстве: исходного заряда $+q$ и его "зеркального изображения" — фиктивного отрицательного заряда $-q$, расположенного симметрично относительно плоскости на той же глубине под ней.

Силовые линии поля

Силовые линии электрического поля характеризуют его направление и интенсивность. В данном случае они начинаются на положительном заряде $+q$ и заканчиваются на индуцированных отрицательных зарядах, скопившихся на поверхности земли. В модели с изображением они выглядят так, как будто направлены от заряда $+q$ к заряду $-q$. Силовые линии всегда направлены от положительного заряда. Поскольку поверхность земли является проводящей, силовые линии вблизи нее и на ней самой должны быть ей строго перпендикулярны. Единственная прямая силовая линия — это вертикаль, опущенная из заряда на землю. Все остальные линии являются кривыми, которые изгибаются и входят в поверхность земли под прямым углом. Густота линий максимальна вблизи заряда, где поле наиболее сильное, и уменьшается по мере удаления от него.

Эквипотенциальные поверхности

Эквипотенциальные поверхности — это поверхности равного потенциала. Они всегда и в каждой точке перпендикулярны силовым линиям поля. Сама поверхность земли является эквипотенциальной поверхностью, так как это проводник в состоянии равновесия; ее потенциал принят за $V=0$. В непосредственной близости от точечного заряда $+q$, где его собственное поле доминирует, эквипотенциальные поверхности имеют форму, близкую к сферической, с центром в точке расположения заряда. Потенциал этих поверхностей положителен и уменьшается по мере удаления от заряда. По мере приближения к земле эти сферические поверхности деформируются: они "сплющиваются" со стороны, обращенной к земле, и растягиваются в стороны. Чем ближе эквипотенциаль к земле, тем меньше ее потенциал, и в пределе на самой земле он становится равным нулю.

Ответ: Приблизительный вид поля следующий: силовые линии начинаются на положительном заряде и заканчиваются на поверхности земли, входя в нее строго перпендикулярно. Линии искривлены, за исключением центральной вертикальной линии. Эквипотенциальные поверхности окружают заряд; вблизи него они почти сферические, а по мере приближения к земле их форма искажается, они "сплющиваются" снизу. Сама земная поверхность является эквипотенциалью с нулевым потенциалом.