Номер 1, страница 442 - гдз по физике 10 класс учебник Грачев, Погожев

Задания к главе 10 «Электростатика». Задания по проектной и исследовательской деятельности. Глава 10. Электростатика. Электродинамика - номер 1, страница 442.

Условие.

Задания к главе 10 «Электростатика»

1. Запланируйте и проведите эксперименты по электризации тел, связанной с образованием индукционных и поляризационных зарядов.

Решение.

1. Запланируйте и проведите эксперименты по электризации тел, связанной с образованием индукционных и поляризационных зарядов.

Решение:

Для демонстрации явлений образования индукционных и поляризационных зарядов можно спланировать и провести два наглядных эксперимента. Перед проведением экспериментов важно понимать различие между этими явлениями. Электростатическая индукция — это перераспределение свободных электрических зарядов в проводнике под действием внешнего электростатического поля, приводящее к появлению на противоположных сторонах проводника зарядов противоположных знаков. Поляризация диэлектриков — это смещение связанных зарядов в атомах или молекулах диэлектрика (или ориентация полярных молекул) под действием внешнего электрического поля, в результате чего на поверхностях диэлектрика возникают связанные заряды.

Эксперимент 1. Демонстрация электростатической индукции

Цель: Продемонстрировать разделение зарядов в проводнике под действием внешнего электрического поля и зарядить проводник методом индукции.

Оборудование: два проводящих шара на изолирующих подставках (или два электроскопа), эбонитовая (или стеклянная) палочка, кусок шерсти (или шелка).

План проведения:
1. Установить два проводящих шара на изолирующих подставках так, чтобы они соприкасались. В начальном состоянии система из двух шаров электрически нейтральна.
2. Наэлектризовать эбонитовую палочку трением о шерсть. Палочка приобретет отрицательный заряд.
3. Поднести заряженную палочку к одному из шаров (например, к шару А), не касаясь его. Под действием электрического поля палочки свободные электроны в проводящих шарах переместятся на дальний от палочки шар (шар Б). В результате на ближнем к палочке шаре А возникнет избыточный положительный заряд (индуцированный положительный заряд), а на дальнем шаре Б — избыточный отрицательный заряд (индуцированный отрицательный заряд).
4. Не убирая эбонитовую палочку, раздвинуть шары, нарушив контакт между ними.
5. Убрать палочку. После этого шар А останется заряженным положительно, а шар Б — отрицательно. Заряды распределятся равномерно по поверхностям каждого шара.
6. Проверить наличие и знак зарядов на шарах с помощью электроскопа. При поднесении каждого шара к электроскопу его стрелка будет отклоняться.

Объяснение: Явление электростатической индукции возможно в проводниках благодаря наличию в них большого количества свободных носителей заряда (электронов). Внешнее электрическое поле вызывает направленное движение этих зарядов, приводя к их перераспределению. Суммарный заряд системы (двух шаров) при этом остается равным нулю до момента их разделения. Этот метод позволяет электризовать тела, не приводя их в контакт с уже заряженным телом.

Эксперимент 2. Демонстрация поляризации диэлектриков

Цель: Продемонстрировать притяжение нейтральных диэлектрических тел к заряженному телу как следствие явления поляризации.

Оборудование: пластмассовая расческа (или линейка), мелкие кусочки бумаги, тонкая струйка воды из-под крана, кусок шерстяной ткани или сухие волосы.

План проведения:
1. Наэлектризовать расческу, потерев ее о сухие волосы или шерстяную ткань.
2. Поднести заряженную расческу к мелким кусочкам бумаги, не касаясь их. Можно наблюдать, как кусочки бумаги притягиваются к расческе.
3. Открыть кран так, чтобы из него текла тонкая, непрерывная струйка воды.
4. Поднести заряженную расческу к струйке воды. Можно увидеть, как струйка изгибается, притягиваясь к расческе.

Объяснение: Бумага и вода являются диэлектриками. В них отсутствуют свободные заряды, которые могли бы перемещаться по всему объему. Однако под действием внешнего электрического поля молекулы диэлектрика поляризуются. В неполярных диэлектриках (как целлюлоза в бумаге) происходит смещение электронных облаков относительно ядер, и молекулы становятся индуцированными диполями. В полярных диэлектриках (как вода, молекулы $H_2O$ которой являются постоянными диполями) происходит ориентация диполей вдоль силовых линий поля. В результате на поверхности диэлектрика, ближайшей к заряженному телу (расческе), образуется связанный заряд противоположного знака, а на дальней поверхности — того же знака. Сила притяжения между расческой и ближайшими к ней зарядами оказывается больше силы отталкивания от дальних зарядов, так как кулоновская сила убывает с расстоянием ($F \sim 1/r^2$). Это приводит к возникновению результирующей силы, притягивающей нейтральный диэлектрик к заряженному телу.

Ответ: Представлен план двух экспериментов для демонстрации образования индукционных и поляризационных зарядов. Первый эксперимент показывает, как методом электростатической индукции можно разделить заряды в проводнике и получить два разноименно заряженных тела. Второй эксперимент наглядно демонстрирует притяжение нейтральных диэлектрических объектов к заряженному телу, которое объясняется явлением поляризации.