Номер 1133, страница 150 - гдз по физике 10-11 класс задачник Рымкевич

1133. Как зарядить цинковую пластину, закреплённую на стержне электрометра, положительным зарядом, имея электрическую дугу, стеклянную палочку и лист бумаги? Палочкой прикасаться к пластине нельзя.

Решение

Чтобы зарядить цинковую пластину положительным зарядом с помощью имеющихся предметов, можно воспользоваться одним из двух физических явлений: фотоэлектрическим эффектом или электростатической индукцией. Учитывая наличие электрической дуги и цинковой пластины, наиболее вероятным и прямым является первый способ.

Способ 1: Использование фотоэлектрического эффекта

Этот способ основан на явлении внешнего фотоэффекта — испускании электронов веществом под действием света. Электрическая дуга является мощным источником излучения, в том числе в ультрафиолетовом диапазоне. Цинк — это металл, который активно испускает электроны (фотоэлектроны) под действием ультрафиолета.

Порядок действий следующий:

1. Убедиться, что изначально цинковая пластина и соединенный с ней электрометр электрически нейтральны (стрелка электрометра на нуле).
2. Зажечь электрическую дугу и направить ее свет на поверхность цинковой пластины.
3. Кванты ультрафиолетового излучения (фотоны), падая на цинк, будут выбивать с его поверхности электроны.

Поскольку электроны являются отрицательно заряженными частицами, их потеря приводит к возникновению на изначально нейтральной системе «пластина-электрометр» избыточного положительного заряда. Стрелка электрометра отклонится, показав наличие заряда. В этом способе стеклянная палочка и лист бумаги не используются.

Способ 2: Использование электростатической индукции

Этот способ позволяет зарядить тело, не используя прямого контакта с другим заряженным телом. Сначала необходимо получить заряженный объект.

Порядок действий следующий:

1. Потереть стеклянную палочку о лист бумаги. В результате электризации трением бумага приобретет отрицательный заряд, а палочка — положительный. Для зарядки пластины положительным зарядом нам понадобится отрицательно заряженная бумага.
2. Поднести лист бумаги к цинковой пластине, не касаясь её.
3. Под действием отрицательного поля бумаги свободные электроны в проводящей системе (пластина и стержень электрометра) оттолкнутся и переместятся на наиболее удаленную часть — стрелку электрометра.
4. Не убирая бумагу, кратковременно коснуться стержня электрометра пальцем (выполнить заземление). Оттолкнувшиеся электроны уйдут с электрометра через тело в землю.
5. Вначале убрать палец от стержня, разрывая заземление, и только потом убрать лист бумаги.

В результате этих действий на изолированной системе «пластина-электрометр» образуется недостаток электронов, что означает наличие у нее нескомпенсированного положительного заряда. В этом способе не используется электрическая дуга.

Ответ: Чтобы зарядить цинковую пластину положительно, нужно осветить ее светом от электрической дуги. Ультрафиолетовая часть спектра дуги вызовет фотоэффект — выбивание электронов с поверхности цинка. Потеряв отрицательно заряженные электроны, пластина и соединенный с ней электрометр приобретут положительный заряд.