Номер 709, страница 92 - гдз по физике 10-11 класс задачник Рымкевич

709¹. На шёлковой нити висит алюминиевая гильза. Необходимо определить, заряжена ли эта гильза, а если заряжена, то каков знак заряда. Предложите несколько способов.

Решение

Для определения, заряжена ли алюминиевая гильза, и каков знак ее заряда, можно применить несколько методов, основанных на законах электростатики.

Способ 1: Использование пробного заряженного тела

Этот метод основан на наблюдении за взаимодействием гильзы с телом, заряд которого нам известен. В качестве такого тела можно использовать, например, стеклянную палочку, потертую о шелк (она заряжается положительно, $q > 0$), или эбонитовую палочку, потертую о мех (заряжается отрицательно, $q < 0$).

Сначала поднесем к гильзе, не касаясь ее, положительно заряженную стеклянную палочку. Возможны два исхода. Первый исход: гильза отталкивается от палочки. Это явление происходит только в том случае, если тела имеют одноименные заряды. Следовательно, гильза заряжена положительно. Второй исход: гильза притягивается к палочке. Это может произойти в двух случаях: либо гильза заряжена отрицательно (разноименные заряды притягиваются), либо гильза электрически нейтральна. Нейтральная проводящая гильза притянется из-за явления электростатической индукции: под действием поля палочки свободные электроны в алюминии сместятся к палочке, создав на ближней стороне гильзы избыточный отрицательный заряд, а на дальней — избыточный положительный. Поскольку отрицательные заряды окажутся ближе к палочке, сила притяжения превысит силу отталкивания, и гильза в целом притянется.

Чтобы разрешить неоднозначность в случае притяжения, необходимо провести вторую часть эксперимента. Уберем стеклянную палочку и поднесем к гильзе отрицательно заряженную эбонитовую палочку. Если гильза, которая ранее притягивалась к положительной палочке, теперь оттолкнется от отрицательной, мы можем однозначно заключить, что она заряжена отрицательно. Если же гильза снова притянется, это означает, что она нейтральна, так как нейтральное тело притягивается к любому заряженному телу.

Ответ: Необходимо последовательно подносить к гильзе тела с известным положительным и отрицательным зарядом. Если гильза отталкивается от положительно заряженного тела, ее заряд положителен. Если отталкивается от отрицательно заряженного — ее заряд отрицателен. Если гильза притягивается к обоим телам — она не заряжена.

Способ 2: Использование электрометра или электроскопа

Электрометр — это прибор, позволяющий не только обнаружить заряд, но и судить о его величине. Сначала коснемся гильзой шарика незаряженного электрометра. Если стрелка электрометра отклонится, это будет означать, что гильза заряжена, так как часть ее заряда перешла на прибор. Если стрелка останется на нуле, гильза не заряжена.

Если электрометр показал наличие заряда, для определения его знака нужно поднести к шарику электрометра (к которому прикасалась гильза), не касаясь, тело с известным знаком заряда, например, положительно заряженную стеклянную палочку. Если стрелка электрометра отклонится еще больше, значит, заряд на электрометре (и исходный заряд на гильзе) был положительным. Если же стрелка электрометра начнет опускаться к нулю, значит, заряд на электрометре (и на гильзе) был отрицательным, так как поле палочки частично скомпенсировало поле отрицательных зарядов на приборе.

Ответ: Нужно коснуться гильзой незаряженного электрометра. Если он зарядится, то для определения знака заряда нужно поднести к нему тело с известным зарядом и наблюдать за изменением показаний. Увеличение отклонения стрелки при поднесении положительного заряда означает, что гильза была заряжена положительно, а уменьшение — что она была заряжена отрицательно.