Экспериментальное исследование, страница 336 - гдз по физике 10 класс учебник Хижнякова, Синявина

Основы электродинамики. Глава 12. Разность потенциалов. Энергия электростатического поля. Параграф 61. Диэлектрики в электростатическом поле. Вопросы - страница 336.

Условие.

Экспериментальное исследование

На гибкой металлической сетке, установленной на изолирующих подставках, закреплены бумажные лепестки. Если наэлектризованной эбонитовой палочкой коснуться сетки, то лепестки отклоняются одинаково (рис. 263, а). На рис. 263, б показана эта же сетка в изогнутом положении. После касания сетки заряженной палочкой лепестки на вогнутых поверхностях сетки опадают, а на выпуклых — отклоняются на большой угол.

Рис. 263

1) Объясните одинаковое отклонение лепестков на сетке в начальном положении (см. рис. 263, а).

2) Почему лепестки на выпуклых поверхностях сетки отклоняются, а на вогнутых — опадают (см. рис. 263, б)?

Решение.

1) Объясните одинаковое отклонение лепестков на сетке в начальном положении (см. рис. 263, а).

Когда заряженная эбонитовая палочка касается металлической сетки, заряд с палочки переходит на сетку. Поскольку металлическая сетка является проводником, полученный ею заряд распределяется по всей ее поверхности. В случае плоской сетки (рис. 263, а) распределение заряда является равномерным. Это означает, что поверхностная плотность заряда $ \sigma $ (заряд, приходящийся на единицу площади поверхности) одинакова во всех точках сетки. Бумажные лепестки, находясь в контакте с сеткой, также приобретают одноименный с ней заряд. В результате между одноименно заряженными лепестками и сеткой возникают силы электростатического отталкивания. Так как заряд распределен равномерно, величина этих сил одинакова для всех лепестков, что и приводит к их одинаковому отклонению.

Ответ: Одинаковое отклонение лепестков обусловлено равномерным распределением электрического заряда по поверхности плоской проводящей сетки, что создает равные силы отталкивания, действующие на каждый лепесток.

2) Почему лепестки на выпуклых поверхностях сетки отклоняются, а на вогнутых – опадают (см. рис. 263, б)?

На проводнике сложной формы электрический заряд распределяется неравномерно. Плотность заряда максимальна на участках с наибольшей кривизной поверхности (на остриях и выступах) и минимальна на плоских и вогнутых участках. Когда сетка изогнута (рис. 263, б), ее выпуклые части имеют большую кривизну (меньший радиус кривизны), а вогнутые — меньшую. В соответствии с этим свойством, почти весь заряд с сетки концентрируется на ее выпуклых поверхностях, в то время как на вогнутых поверхностях его практически не остается.

Сила электростатического отталкивания, действующая на лепестки, пропорциональна поверхностной плотности заряда в месте их крепления. На выпуклых участках высокая плотность заряда создает сильную отталкивающую силу, которая заставляет лепестки отклоняться на значительный угол. На вогнутых участках, где плотность заряда близка к нулю, сила отталкивания оказывается слишком слабой, чтобы преодолеть силу тяжести, действующую на лепестки, поэтому они опадают.

Ответ: Лепестки на выпуклых поверхностях отклоняются из-за высокой концентрации на них электрического заряда, что создает большую силу отталкивания. На вогнутых поверхностях плотность заряда очень мала, поэтому сила отталкивания недостаточна, чтобы отклонить лепестки.