Номер 48.3, страница 174 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

§ 48. Электрическое поле. Глава 7. Электрические явления - номер 48.3, страница 174.

48.3 [д. 138] Почему под действием электрического поля наэлектризованная палочка притягивает к себе лёгкую полоску незаряженной металлической фольги? Ведь в электрически нейтральной фольге в равной мере присутствуют как положительный, так и отрицательный заряды (рис. VII-16) и наряду с притяжением должно происходить и отталкивание.

Рис. VII-16

Это явление объясняется электростатической индукцией. Когда наэлектризованная палочка (допустим, заряженная положительно, как на рисунке) подносится к незаряженной полоске металлической фольги, она создает вокруг себя электрическое поле.

Металлическая фольга является проводником, а это значит, что в ней есть свободные электроны, которые могут перемещаться по всему объему. Под действием электрического поля палочки эти свободные электроны (отрицательные заряды) притягиваются к положительно заряженной палочке и смещаются к ближайшему к ней краю фольги. В результате на ближней к палочке стороне фольги образуется избыточный отрицательный заряд.

Одновременно на дальнем от палочки краю фольги возникает недостаток электронов, что приводит к появлению там избыточного положительного заряда (образованного ионами кристаллической решетки металла). Таким образом, хотя в целом полоска фольги остается электрически нейтральной, заряды в ней перераспределяются: отрицательные заряды оказываются ближе к палочке, а положительные — дальше.

Теперь на фольгу действуют две основные силы: сила притяжения между положительно заряженной палочкой и индуцированными отрицательными зарядами на ближней стороне фольги, и сила отталкивания между палочкой и индуцированными положительными зарядами на дальней стороне.

Согласно закону Кулона, сила взаимодействия между зарядами обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними: $F \sim \frac{1}{r^2}$. Поскольку отрицательные заряды на фольге находятся ближе к палочке, чем положительные, сила притяжения ($F_{прит}$) будет больше, чем сила отталкивания ($F_{отт}$).

Результирующая сила, действующая на фольгу, является векторной суммой этих сил. Так как $F_{прит} > F_{отт}$, суммарная сила будет направлена в сторону палочки, что и приводит к притяжению легкой полоски фольги.

Ответ: Наэлектризованная палочка притягивает незаряженную металлическую фольгу из-за явления электростатической индукции. Под действием электрического поля палочки в фольге происходит перераспределение свободных зарядов: на ближней к палочке стороне фольги скапливается заряд противоположного знака, а на дальней — одноименного. Сила притяжения между палочкой и зарядами на ближней стороне фольги оказывается больше силы отталкивания между палочкой и зарядами на дальней стороне, так как сила взаимодействия обратно пропорциональна квадрату расстояния. В результате результирующая сила направлена в сторону палочки, что и вызывает притяжение.