Задания
Версия для печати и копирования в MS Word
 № 4755
i

Два то­чеч­ных за­ря­да 8 умно­жить на 10 в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка минус 6 пра­вая круг­лая скоб­ка Кл и 27 умно­жить на 10 в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка минус 6 пра­вая круг­лая скоб­ка Кл на­хо­дят­ся в ва­ку­у­ме на рас­сто­я­нии  дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 5 конец дроби м друг друга. В какой точке от­рез­ка, со­еди­ня­ю­ще­го за­ря­ды, на­пря­жен­ность со­зда­ва­е­мо­го этими за­ря­да­ми элек­три­че­ско­го поля наи­мень­шая, если за­ря­ды раз­но­имен­ное. На­пря­жен­ность поля в точке счи­та­ет­ся по фор­му­ле E= дробь: чис­ли­тель: kq, зна­ме­на­тель: r в квад­ра­те конец дроби , где k=9 умно­жить на 10 в сте­пе­ни 9 дробь: чис­ли­тель: H умно­жить на м в квад­ра­те , зна­ме­на­тель: Кл в квад­ра­те конец дроби , q  — ве­ли­чи­на за­ря­да, со­зда­ю­ще­го поле, r  — рас­сто­я­ние от то­чеч­но­го за­ря­да до дан­ной точки.

Спрятать решение

Ре­ше­ние.

Обо­зна­чим qA заряд, рас­по­ло­жен­ный в точке A, qB  — заряд, рас­по­ло­жен­ный в точке B. От­ме­тим про­из­воль­ную точку M от­рез­ка AB, обо­зна­чим рас­сто­я­ние MA через x. На­пря­жен­ность элек­три­че­ско­го поля рас­смат­ри­ва­ет­ся во внут­рен­них точ­ках от­рез­ка AB, сле­до­ва­тель­но, 0 мень­ше x мень­ше дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 5 конец дроби и MB= дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 5 конец дроби минус x. Ис­поль­зуя фор­му­лу для вы­чис­ле­ния на­пря­жен­но­сти поля, по­лу­чим:

E_qA= дробь: чис­ли­тель: 9 умно­жить на 10 в сте­пе­ни 9 умно­жить на 8 умно­жить на 10 в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка минус 6 пра­вая круг­лая скоб­ка , зна­ме­на­тель: x в квад­ра­те конец дроби ,

E_qB= дробь: чис­ли­тель: 9 умно­жить на 10 в сте­пе­ни 9 умно­жить на 270,11310 в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка минус 6 пра­вая круг­лая скоб­ка , зна­ме­на­тель: левая круг­лая скоб­ка 0,2 минус x пра­вая круг­лая скоб­ка в квад­ра­те конец дроби .

Вы­чис­лим общую на­пря­жен­ность поля в точке M: \vec E_M= \vec E_qA плюс \vec E_qB, сле­до­ва­тель­но, E_M=E_qA плюс E_qB и

E_M=9 умно­жить на 10 в сте­пе­ни 9 умно­жить на 10 в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка минус 6 пра­вая круг­лая скоб­ка левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: 8, зна­ме­на­тель: x в квад­ра­те конец дроби плюс дробь: чис­ли­тель: 27, зна­ме­на­тель: левая круг­лая скоб­ка 0,2 минус x пра­вая круг­лая скоб­ка в квад­ра­те конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка =9 умно­жить на 10 в кубе левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: 8, зна­ме­на­тель: x в квад­ра­те конец дроби плюс дробь: чис­ли­тель: 27, зна­ме­на­тель: левая круг­лая скоб­ка 0,2 минус x в квад­ра­те пра­вая круг­лая скоб­ка конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка .

Вве­дем функ­цию f левая круг­лая скоб­ка x пра­вая круг­лая скоб­ка =9 умно­жить на 10 в кубе левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: 8, зна­ме­на­тель: x в квад­ра­те конец дроби плюс дробь: чис­ли­тель: 27, зна­ме­на­тель: левая круг­лая скоб­ка 0,2 минус x пра­вая круг­лая скоб­ка в квад­ра­те конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка . За об­ласть ее опре­де­ле­ния можно при­нять мно­же­ство всех дей­стви­тель­ных чисел, кроме x=0 и x= дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 5 конец дроби . Най­дем

f' левая круг­лая скоб­ка x пра­вая круг­лая скоб­ка =9 умно­жить на 10 в кубе левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: 27 умно­жить на 2, зна­ме­на­тель: левая круг­лая скоб­ка 0,2 минус x пра­вая круг­лая скоб­ка в кубе конец дроби минус дробь: чис­ли­тель: 8 умно­жить на 2, зна­ме­на­тель: x в кубе конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка ,

тогда f' левая круг­лая скоб­ка x пра­вая круг­лая скоб­ка =0, если

 дробь: чис­ли­тель: 27 умно­жить на 2, зна­ме­на­тель: левая круг­лая скоб­ка 0,2 минус x пра­вая круг­лая скоб­ка в кубе конец дроби минус дробь: чис­ли­тель: 8 умно­жить на 2, зна­ме­на­тель: x в кубе конец дроби рав­но­силь­но левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: 3, зна­ме­на­тель: 0,2 минус x конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка в кубе = левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: 2, зна­ме­на­тель: x конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка в кубе рав­но­силь­но дробь: чис­ли­тель: 3, зна­ме­на­тель: 0,2 минус x конец дроби = дробь: чис­ли­тель: 2, зна­ме­на­тель: x конец дроби рав­но­силь­но 5x=0,4 рав­но­силь­но x=0,08.

От­сю­да f' левая круг­лая скоб­ка 0,01 пра­вая круг­лая скоб­ка мень­ше 0 и f' левая круг­лая скоб­ка 0,19 пра­вая круг­лая скоб­ка боль­ше 0. Функ­ция f убы­ва­ет на  левая круг­лая скоб­ка 0; 0,08 пра­вая круг­лая скоб­ка , воз­рас­та­ет на  левая круг­лая скоб­ка 0,08; 0,2 пра­вая круг­лая скоб­ка . Сле­до­ва­тель­но, в точке x=0,08 она при­ни­ма­ет наи­мень­шее зна­че­ние. Таким об­ра­зом, на­пря­жен­ность элек­три­че­ско­го поля, со­зда­ва­е­мо­го дан­ны­ми за­ря­да­ми, наи­мень­шая в точке от­рез­ка AB, ко­то­рая уда­ле­на от точки A, где на­хо­дит­ся заряд, рав­ный 8 умно­жить на 10 в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка минус 6 пра­вая круг­лая скоб­ка Кл, на рас­сто­я­ние 0,08 м.

 

Ответ: в точке x=0,08.

 

При­ме­ча­ния.

От­сут­ствие по­яс­не­ния о со­на­прав­лен­но­сти век­то­ров на­пря­жен­но­сти  \bar E_qA и \bar E_qB, при­ло­жен­ных к точке M от­рез­ка AB, сле­ду­ет счи­тать не­до­че­том т. к. ссыл­ка на со­на­прав­лен­ность этих век­то­ров яв­ля­ет­ся обос­но­ва­ни­ем пе­ре­хо­да от век­тор­но­го ра­вен­ства \vec E_M= \vec E_qA плюс \vec E_qB к ска­ляр­но­му ра­вен­ству E_M=E_qA плюс E_qB.

Мно­гие уче­ни­ки не вос­поль­зо­ва­лись наи­бо­лее про­стым спо­со­бом для на­хож­де­ния кри­ти­че­ских точек. Они ре­ша­ли пол­ное ку­би­че­ское урав­не­ние  дробь: чис­ли­тель: 27, зна­ме­на­тель: левая круг­лая скоб­ка 0,2 минус x пра­вая круг­лая скоб­ка в кубе конец дроби минус дробь: чис­ли­тель: 8, зна­ме­на­тель: x в кубе конец дроби , не до­га­дав­шись из­влечь из обеих его ча­стей, ку­би­че­ский ко­рень. Этим они об­рек­ли себя на вы­пол­не­ние более слож­ных вы­кла­док. Од­на­ко счи­тать такой прием ре­ше­ния урав­не­ния не­до­че­том и сни­жать оцен­ку не­це­ле­со­об­раз­но.

 

При­ве­дем дру­гое ре­ше­ние.

Пусть рас­сто­я­ние от точки до мень­ше­го по ве­ли­чи­не за­ря­да равно x, тогда рас­сто­я­ние до боль­ше­го за­ря­да равно 0,2 минус x. Зна­чит, на­пря­жен­ность поля со­став­ля­ет

E левая круг­лая скоб­ка x пра­вая круг­лая скоб­ка = дробь: чис­ли­тель: 9 умно­жить на 10 в сте­пе­ни 9 умно­жить на 8 умно­жить на 10 в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка минус 6 пра­вая круг­лая скоб­ка , зна­ме­на­тель: x в квад­ра­те конец дроби плюс дробь: чис­ли­тель: 9 умно­жить на 10 в сте­пе­ни 9 умно­жить на 27 умно­жить на 10 в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка минус 6 пра­вая круг­лая скоб­ка , зна­ме­на­тель: левая круг­лая скоб­ка 0,2 минус x пра­вая круг­лая скоб­ка в квад­ра­те конец дроби .

Мы вы­бра­ли знак плюс между на­пря­жен­но­стя­ми, по­сколь­ку за­ря­ды раз­но­имен­ные, но на­хо­дят­ся по раз­ные сто­ро­ны от нашей точки. Пре­об­ра­зу­ем дан­ное вы­ра­же­ние и най­дем его ми­ни­маль­ное зна­че­ние при x при­над­ле­жит левая круг­лая скоб­ка 0; 0,2 пра­вая круг­лая скоб­ка :

E' левая круг­лая скоб­ка x пра­вая круг­лая скоб­ка = левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: 72 000, зна­ме­на­тель: x в квад­ра­те конец дроби плюс дробь: чис­ли­тель: 243 000, зна­ме­на­тель: левая круг­лая скоб­ка 0,2 минус x пра­вая круг­лая скоб­ка в квад­ра­те конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка '= 9000 левая круг­лая скоб­ка 8x в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка минус 2 пра­вая круг­лая скоб­ка плюс 27 левая круг­лая скоб­ка 0,2 минус x пра­вая круг­лая скоб­ка в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка минус 2 пра­вая круг­лая скоб­ка пра­вая круг­лая скоб­ка '=
= 9000 левая круг­лая скоб­ка минус 16x в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка минус 3 пра­вая круг­лая скоб­ка минус 54 левая круг­лая скоб­ка 0,2 минус x пра­вая круг­лая скоб­ка в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка минус 3 пра­вая круг­лая скоб­ка умно­жить на левая круг­лая скоб­ка минус 1 пра­вая круг­лая скоб­ка пра­вая круг­лая скоб­ка .

Най­дем ко­рень про­из­вод­ной, решая урав­не­ние E' левая круг­лая скоб­ка x пра­вая круг­лая скоб­ка = 0 при x при­над­ле­жит левая круг­лая скоб­ка 0; 0,2 пра­вая круг­лая скоб­ка :

9000 левая круг­лая скоб­ка минус 16x в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка минус 3 пра­вая круг­лая скоб­ка минус 54 левая круг­лая скоб­ка 0,2 минус x пра­вая круг­лая скоб­ка в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка минус 3 пра­вая круг­лая скоб­ка умно­жить на левая круг­лая скоб­ка минус 1 пра­вая круг­лая скоб­ка пра­вая круг­лая скоб­ка =0 рав­но­силь­но минус 16x в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка минус 3 пра­вая круг­лая скоб­ка плюс 54 левая круг­лая скоб­ка 0,2 минус x пра­вая круг­лая скоб­ка в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка минус 3 пра­вая круг­лая скоб­ка =0 рав­но­силь­но
 рав­но­силь­но 54 левая круг­лая скоб­ка 0,2 минус x пра­вая круг­лая скоб­ка в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка минус 3 пра­вая круг­лая скоб­ка =16x в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка минус 3 пра­вая круг­лая скоб­ка рав­но­силь­но 54x в кубе =16 левая круг­лая скоб­ка 0,2 минус x пра­вая круг­лая скоб­ка в кубе рав­но­силь­но 27x в кубе =8 левая круг­лая скоб­ка 0,2 минус x пра­вая круг­лая скоб­ка в кубе рав­но­силь­но
 рав­но­силь­но левая круг­лая скоб­ка 3x пра­вая круг­лая скоб­ка в кубе = левая круг­лая скоб­ка 0,4 минус 2x пра­вая круг­лая скоб­ка в кубе рав­но­силь­но 3x=0,4 минус 2x рав­но­силь­но 5x=0,4 рав­но­силь­но x=0,08.

Най­ден­ная точка имен­но точка ми­ни­му­ма, по­сколь­ку

\lim\limits_xarrow 0 9000 левая круг­лая скоб­ка 8x в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка минус 2 пра­вая круг­лая скоб­ка плюс 27 левая круг­лая скоб­ка 0,2 минус x пра­вая круг­лая скоб­ка в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка минус 2 пра­вая круг­лая скоб­ка пра­вая круг­лая скоб­ка =\lim\limits_xarrow 0,2 9000 левая круг­лая скоб­ка 8x в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка минус 2 пра­вая круг­лая скоб­ка плюс 27 левая круг­лая скоб­ка 0,2 минус x пра­вая круг­лая скоб­ка в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка минус 2 пра­вая круг­лая скоб­ка пра­вая круг­лая скоб­ка = плюс бес­ко­неч­ность .

Итак, эта точка на­хо­дит­ся на рас­сто­я­нии 0,08 метра от мень­ше­го за­ря­да и 0,12 метра от боль­ше­го.

Спрятать критерии
Критерии проверки:

За за­да­ние (или за каж­дый из че­ты­рех пунк­тов сю­же­та из че­ты­рех за­да­ний)

вы­став­ля­ет­ся одна из сле­ду­ю­щих оце­нок:

+ (3 балла),    ± (2 балла),    ∓ (1 балл),    − (0 бал­лов)

При этом не­об­хо­ди­мо ру­ко­вод­ство­вать­ся сле­ду­ю­щим.

Кри­те­рии оце­ни­ва­ния вы­пол­не­ния за­да­нийБаллы
Вер­ное и пол­ное вы­пол­не­ние за­да­ния3
Ход ре­ше­ния вер­ный, ре­ше­ние до­ве­де­но до от­ве­та, но до­пу­щен один не­до­чет2
Ход ре­ше­ния вер­ный, ре­ше­ние до­ве­де­но до от­ве­та, но до­пу­ще­но два не­до­че­та или одна гру­бая ошиб­ка1
Осталь­ные слу­чаи0

К не­до­че­там от­но­сят­ся, на­при­мер: опис­ки, не­точ­но­сти в ис­поль­зо­ва­нии ма­те­ма­ти­че­ской сим­во­ли­ки; по­греш­но­сти на ри­сун­ках, не­до­ста­точ­но пол­ные обос­но­ва­ния; не­точ­но­сти в ло­ги­ке рас­суж­де­ний при срав­не­нии чисел, до­ка­за­тель­стве тож­деств или не­ра­венств; вы­чис­ли­тель­ные ошиб­ки, не по­вли­яв­шие прин­ци­пи­аль­но на ход ре­ше­ния и не упро­стив­шие за­да­чу, если за­да­ча не яв­ля­лась вы­чис­ли­тель­ной; за­ме­на стро­го знака не­ра­вен­ства не­стро­гим или на­о­бо­рот; не­вер­ное при­со­еди­не­ние либо ис­клю­че­ние гра­нич­ной точки из про­ме­жут­ка мо­но­тон­но­сти и ана­ло­гич­ные.

Гру­бы­ми ошиб­ка­ми яв­ля­ют­ся, на­при­мер: по­те­ря или при­об­ре­те­ние по­сто­рон­не­го корня; не­вер­ный отбор ре­ше­ния на про­ме­жут­ке при пра­виль­ном ре­ше­нии в общем виде; вы­чис­ли­тель­ная ошиб­ка в за­да­че на вы­чис­ле­ние; не­вер­ное из­ме­не­ние знака не­ра­вен­ства при умно­же­нии на от­ри­ца­тель­ное число, ло­га­риф­ми­ро­ва­нии или по­тен­ци­ро­ва­нии и т. п.


Задание парного варианта: 4761

? Источник: Вы­пуск­ной эк­за­мен по ма­те­ма­ти­ке. Ма­те­ма­ти­че­ские клас­сы, РСФСР, 1989 год, ра­бо­та 4, ва­ри­ант 1
? Классификатор: Вы­чис­ле­ния и пре­об­ра­зо­ва­ния (кроме три­го­но­мет­рии)
?
Сложность: 10 из 10