Страница 172 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

47.17 [1180] Металлический шар заряжен (рис. VII-10). Какого знака заряды у шариков одинаковой массы, подвешенных на шёлковых нитях?

Рис. VII-10

а) На рисунке видно, что шарик а отталкивается от большого металлического шара. Большой шар заряжен отрицательно, что обозначено знаком «–». Согласно основному закону электростатики, тела с одноименными зарядами отталкиваются. Следовательно, чтобы возникла сила отталкивания, шарик а должен иметь такой же знак заряда, как и большой шар.

Ответ: шарик а заряжен отрицательно.

б) Шарик б, в свою очередь, притягивается к большому отрицательно заряженному шару. Притяжение возникает между телами, имеющими разноименные заряды. Поэтому шарик б должен быть заряжен положительно.
(Также стоит отметить, что заряженное тело может притягивать и незаряженное проводящее тело за счет явления электростатической индукции. Однако, вопрос о знаке заряда подразумевает, что шарик обладает собственным результирующим зарядом).

Ответ: шарик б заряжен положительно.

47.18 [1181] Какой из подвешенных шариков (см. условие предыдущей задачи) имеет больший заряд?

Какой из подвешенных шариков (см. условие предыдущей задачи) имеет больший заряд?

Для ответа на этот вопрос необходимо проанализировать силы, действующие на шарики в состоянии равновесия. Предположим, что условие предыдущей задачи описывает стандартную ситуацию: два небольших шарика с массами $m_1$ и $m_2$ и зарядами $q_1$ и $q_2$ подвешены на нитях равной длины из одной точки. В результате электростатического отталкивания они расходятся и занимают положение равновесия.

Решение

Рассмотрим силы, действующие на каждый шарик. На каждый шарик действуют три силы: сила тяжести ($F_{g1} = m_1g$ и $F_{g2} = m_2g$, направлены вертикально вниз), сила натяжения нити ($T_1$ и $T_2$, направлены вдоль нитей) и сила электростатического отталкивания (сила Кулона $F_e$).

Согласно третьему закону Ньютона, силы электростатического взаимодействия, с которыми шарики действуют друг на друга, равны по модулю и противоположны по направлению. То есть сила, действующая на шарик 1 со стороны шарика 2, равна по модулю силе, действующей на шарик 2 со стороны шарика 1. Обозначим модуль этой силы как $F_e$. Величина этой силы определяется законом Кулона:$F_e = k \frac{|q_1 q_2|}{r^2}$,где $k$ – электростатическая постоянная, а $r$ – расстояние между шариками.

Запишем условия равновесия для каждого шарика в проекциях на горизонтальную и вертикальную оси. Пусть нити отклонились от вертикали на углы $\alpha_1$ и $\alpha_2$ соответственно. Для первого шарика условия равновесия имеют вид: $T_1 \sin \alpha_1 = F_e$ (вдоль горизонтальной оси) и $T_1 \cos \alpha_1 = m_1g$ (вдоль вертикальной оси). Разделив первое уравнение на второе, получим:$\tan \alpha_1 = \frac{F_e}{m_1g}$.

Аналогично для второго шарика: $T_2 \sin \alpha_2 = F_e$ и $T_2 \cos \alpha_2 = m_2g$. Отсюда следует:$\tan \alpha_2 = \frac{F_e}{m_2g}$.

Из полученных уравнений видно, что углы отклонения $\alpha_1$ и $\alpha_2$ зависят от масс шариков $m_1$ и $m_2$ и от модуля силы Кулона $F_e$. Сама сила Кулона $F_e$ зависит от произведения зарядов $|q_1 q_2|$, а не от величины каждого заряда в отдельности.

Например, если бы мы изменили заряды шариков на $q'_1 = 2q_1$ и $q'_2 = q_2/2$, произведение зарядов $|q'_1 q'_2| = |(2q_1)(q_2/2)| = |q_1 q_2|$ осталось бы прежним. Следовательно, сила $F_e$ не изменилась бы, и шарики остались бы в том же самом положении равновесия. Это означает, что по положению шариков (углам отклонения) невозможно определить, какой из них имеет больший заряд. Даже если в предыдущей задаче даны массы шариков и углы их отклонения, мы можем найти только произведение их зарядов, но не величину каждого заряда.

Ответ: Определить, какой из шариков имеет больший заряд, на основании данных о их положении в состоянии равновесия невозможно. Углы отклонения шариков определяются их массами и силой электростатического взаимодействия, которая, в свою очередь, зависит от произведения зарядов, а не от их индивидуальных значений.

47.19 [1182] Определите знак заряда шариков, подвешенных на нитях (рис. VII-11).

Рис. VII-11

Для определения знака заряда шариков воспользуемся основным законом электростатики: тела с одноименными зарядами отталкиваются, а с разноименными — притягиваются. Также следует помнить, что заряженное тело может притягивать к себе незаряженное (нейтральное) тело за счет явления электростатической индукции. Однако отталкивание возможно только между одноименно заряженными телами. В условии задачи требуется определить знак заряда, что подразумевает, что шарики заряжены.

1. Первый случай (сверху):
К шарику поднесен отрицательно заряженный стержень (знак "минус"). Шарик притягивается к стержню, что видно по отклонению нити. Притяжение возникает между разноименными зарядами. Следовательно, заряд шарика должен быть положительным. Ответ: положительный (+).

2. Второй случай:
К шарику поднесен положительно заряженный стержень (знак "плюс"). Шарик отталкивается от стержня. Отталкивание возникает только между одноименными зарядами. Следовательно, заряд шарика такой же, как и у стержня — положительный. Ответ: положительный (+).

3. Третий случай:
К шарику поднесен положительно заряженный стержень (знак "плюс"). Шарик притягивается к стержню. Притяжение возникает между разноименными зарядами. Так как стержень заряжен положительно, заряд шарика должен быть отрицательным. Ответ: отрицательный (–).

4. Четвертый случай (снизу):
К шарику поднесен отрицательно заряженный стержень (знак "минус"). Шарик отталкивается от стержня. Отталкивание возникает между одноименными зарядами. Следовательно, заряд шарика такой же, как и у стержня — отрицательный. Ответ: отрицательный (–).

47.20 [1183] На стержень электроскопа насажен полый металлический шар, в который помещён эбонитовый стержень, обёрнутый мехом. Стержень вынули, а мех остался в шаре. Почему после этого разошлись листочки электроскопа?

При трении эбонитового стержня о мех происходит электризация: эбонитовый стержень приобретает отрицательный заряд $q_{ст}$, а мех — равный по модулю положительный заряд $q_{м}$, то есть $q_{м} = -q_{ст}$. Пока стержень и мех находятся вместе внутри полого металлического шара, их суммарный заряд равен нулю, и они не оказывают влияния на электроскоп. Его листочки остаются в исходном положении.

Когда отрицательно заряженный эбонитовый стержень вынимают из шара, внутри остается только мех, обладающий положительным зарядом $q_{м}$. Этот заряд, находясь внутри проводящей полости, по закону электростатической индукции вызывает перераспределение свободных зарядов в проводнике (шар, стержень и листочки электроскопа).

Положительный заряд меха притягивает к внутренней поверхности полого шара свободные электроны. В результате внутренняя поверхность шара приобретает отрицательный заряд, равный по величине $-q_{м}$. Поскольку система электроскопа была изначально электрически нейтральной, на его внешней поверхности, а также на стержне и листочках, возникает избыточный положительный заряд, равный по величине $q_{м}$.

Так как оба листочка электроскопа получают одноименный (положительный) заряд, они начинают отталкиваться друг от друга под действием кулоновских сил, что и приводит к их расхождению.

Ответ: В процессе электризации трением мех приобретает положительный заряд, а эбонитовый стержень — отрицательный. После удаления стержня внутри полого шара электроскопа остается положительно заряженный мех. За счет электростатической индукции он вызывает появление на листочках электроскопа положительного заряда. Одноименно заряженные листочки отталкиваются друг от друга, поэтому они расходятся.

47.21 [1184] Какого знака заряд оказался у электроскопа в случае, указанном в предыдущей задаче? Что произойдёт с листочками электроскопа, если стержень вновь вставить в мех?

Решение

Для ответа на данный вопрос необходимо обратиться к контексту, заданному в предыдущей задаче (47.20). Обычно в таких задачах рассматривается эбонитовый стержень, который при трении о мех приобретает отрицательный заряд, в то время как мех заряжается положительно.

Какого знака заряд оказался у электроскопа в случае, указанном в предыдущей задаче?

В предыдущей задаче стержень, скорее всего, использовался для зарядки электроскопа. Самый вероятный метод, начинающийся с поднесения стержня к электроскопу (не касаясь), — это зарядка через электростатическую индукцию. Этот процесс приводит к тому, что электроскоп приобретает заряд, противоположный по знаку заряду поднесенного тела.

Процесс зарядки через индукцию с помощью отрицательного стержня выглядит так:
1. К шарику нейтрального электроскопа подносят отрицательно заряженный стержень. Свободные электроны в проводнике электроскопа отталкиваются от стержня и скапливаются на листочках, заставляя их разойтись.
2. Не убирая стержень, к электроскопу прикасаются пальцем (заземляют его). Избыточные электроны с листочков перетекают в землю.
3. Палец убирают, разрывая контакт с землей. Теперь на электроскопе имеется недостаток электронов, то есть чистый положительный заряд.
4. Стержень убирают. Положительный заряд равномерно распределяется по электроскопу, и листочки, получив одноименные заряды, снова расходятся.

Таким образом, после завершения процесса зарядки электроскоп приобретает положительный заряд.

Ответ: Электроскоп оказался заряжен положительно.

Что произойдёт с листочками электроскопа, если стержень вновь вставить в мех?

К этому моменту электроскоп уже заряжен положительно и является электрически изолированной системой. Его листочки находятся в разошедшемся состоянии из-за кулоновского отталкивания. Отрицательно заряженный стержень и положительно заряженный мех находятся отдельно от электроскопа. Когда стержень вставляют обратно в мех, их разноименные заряды взаимодействуют и происходит их взаимная нейтрализация.

Это действие происходит на расстоянии от электроскопа и никак не влияет на величину заряда, находящегося на нем. Поскольку заряд электроскопа и его листочков не изменяется, сила отталкивания между листочками также остается прежней.

Ответ: Положение листочков электроскопа не изменится.

$47.22^\circ [1185^\circ]$

На стержень электроскопа насадили полый металлический шар, над которым поместили воронку с песком так, что песок тонкой струйкой сыплется в шар. Почему при этом расходятся листочки электроскопа?

Решение

Расхождение листочков электроскопа всегда свидетельствует о том, что на них появился электрический заряд. В данном опыте заряд возникает вследствие явления, известного как электризация трением или трибоэлектрический эффект.

Когда струйка песка (который является диэлектриком) сыплется в полый металлический шар, песчинки при движении и падении трутся о его внутреннюю поверхность. При контакте и трении двух разнородных веществ (в данном случае — песчинок и металла) происходит обмен электронами между ними. Одно вещество отдает электроны и заряжается положительно, а другое их принимает и заряжается отрицательно.

Таким образом, металлический шар, который является частью электроскопа, приобретает электрический заряд определенного знака. Песок, который скапливается внутри шара, приобретает равный по модулю, но противоположный по знаку заряд.

Поскольку металлический шар, стержень и листочки электроскопа образуют единую проводящую систему, полученный шаром заряд распределяется по всем ее частям, включая и листочки. В результате оба листочка оказываются заряженными одноименно (оба положительно или оба отрицательно).

Согласно закону Кулона, тела, имеющие одноименные заряды, отталкиваются друг от друга. Возникающая между листочками сила электростатического отталкивания заставляет их разойтись в стороны. Угол расхождения листочков будет тем больше, чем больший заряд накопится на электроскопе.

Ответ: Листочки электроскопа расходятся, потому что при трении падающих песчинок о внутреннюю поверхность металлического шара происходит электризация. Шар, стержень и листочки электроскопа приобретают электрический заряд одного знака, и в результате взаимного отталкивания одноименно заряженных листочков они расходятся.

47.23° [1186°]

Как узнать, каким зарядом заряжается электроскоп в случае, указанном в предыдущей задаче?

Решение

Поскольку в условии не приведена предыдущая задача, в которой был заряжен электроскоп, опишем общий метод определения знака его заряда.

Чтобы определить знак заряда на электроскопе, нужно воспользоваться явлением электростатической индукции, используя другое тело, знак заряда которого нам известен. Например, известно, что стеклянная палочка, потёртая о шёлк, заряжается положительно, а эбонитовая палочка, потёртая о мех, — отрицательно.

Предположим, электроскоп уже заряжен, и его лепестки разошлись на некоторый угол. Алгоритм действий следующий:

1. Возьмём тело с известным знаком заряда, например, положительно заряженную стеклянную палочку.

2. Поднесём эту палочку к шарику (кондуктору) электроскопа, не касаясь его.

3. Будем наблюдать за поведением лепестков электроскопа.

Далее возможны два сценария:

Случай 1: Угол расхождения лепестков увеличился.
Это означает, что заряд электроскопа имеет тот же знак, что и заряд поднесённого тела. В нашем примере — положительный. Происходит это потому, что одноимённые заряды отталкиваются. Положительно заряженная палочка отталкивает положительные заряды, имеющиеся на стержне и шарике электроскопа, вниз, к лепесткам. В результате суммарный положительный заряд на лепестках возрастает, сила их электростатического отталкивания увеличивается, и они расходятся ещё сильнее.

Случай 2: Угол расхождения лепестков уменьшился.
Это означает, что заряд электроскопа противоположен по знаку заряду поднесённого тела. В нашем примере — отрицательный. Это объясняется тем, что разноимённые заряды притягиваются. Положительно заряженная палочка притягивает отрицательные заряды с лепестков и стержня электроскопа вверх, к шарику. В результате заряд на лепестках уменьшается (частично компенсируется), сила их взаимного отталкивания ослабевает, и они опадают (сходятся).

Таким образом, по реакции лепестков на поднесение тела с известным зарядом можно однозначно определить знак заряда, который получил электроскоп.

Ответ:

Чтобы узнать, каким зарядом заряжен электроскоп, нужно поднести к его шарику тело с заранее известным знаком заряда (например, положительно заряженную палочку). Если лепестки электроскопа разойдутся ещё больше, то его заряд имеет тот же знак, что и у поднесённого тела. Если лепестки сойдутся (опадут), то заряд электроскопа имеет противоположный знак.

Рис. VII-11

$47.24^\circ [1187^\circ]$ Как можно при помощи электроскопа, стеклянной палочки и шёлковой ткани определить, зарядом какого знака заряжено тело?

Решение

Для определения знака заряда неизвестного тела с помощью электроскопа, стеклянной палочки и шёлковой ткани необходимо выполнить следующую последовательность действий:

1. Создание эталонного заряда. Потрём стеклянную палочку о шёлковую ткань. Согласно трибоэлектрическому эффекту, стеклянная палочка приобретает положительный заряд, а шёлк — отрицательный. Мы будем использовать положительно заряженную стеклянную палочку в качестве эталона.

2. Зарядка электроскопа. Коснёмся заряженной стеклянной палочкой металлического шарика (стержня) электроскопа. Часть положительного заряда перейдёт с палочки на электроскоп (зарядка через соприкосновение). Лепестки электроскопа, получив одноимённые заряды, оттолкнутся друг от друга и разойдутся на некоторый угол. После удаления палочки электроскоп останется заряженным положительно.

3. Проверка знака заряда. Поднесём исследуемое тело к шарику заряженного электроскопа, не касаясь его. Далее наблюдаем за поведением лепестков. Существует два возможных исхода:

а) Угол расхождения лепестков увеличивается. Это происходит в том случае, если исследуемое тело заряжено положительно. Его поле отталкивает положительные заряды, находящиеся в стержне электроскопа, к лепесткам. В результате заряд лепестков увеличивается, сила их взаимного отталкивания возрастает, и они расходятся ещё сильнее.

б) Угол расхождения лепестков уменьшается. Это происходит, если исследуемое тело заряжено отрицательно. Его поле притягивает положительные заряды электроскопа из лепестков вверх, к шарику. В результате заряд на лепестках уменьшается, сила их взаимного отталкивания ослабевает, и они начинают сходиться.

Таким образом, по изменению угла расхождения лепестков электроскопа, предварительно заряженного известным (положительным) зарядом, можно однозначно определить знак заряда исследуемого тела.

Ответ:

Сначала необходимо наэлектризовать стеклянную палочку, потерев её о шёлк, чтобы придать ей известный положительный заряд. Затем, коснувшись этой палочкой электроскопа, нужно передать ему часть положительного заряда — его лепестки разойдутся. После этого следует поднести исследуемое тело к шарику заряженного электроскопа, не касаясь его. Если угол расхождения лепестков увеличится, то исследуемое тело заряжено положительно. Если угол расхождения лепестков уменьшится, то тело заряжено отрицательно.

$47.25^\circ [1188^\circ]$ Как при помощи отрицательно заряженной палочки определить, каким зарядом заряжен электроскоп?

Чтобы определить, каким зарядом заряжен электроскоп, нужно использовать явление электростатической индукции. Для этого следует выполнить следующие действия:

1. Медленно поднести отрицательно заряженную палочку к металлическому шару (или стержню) электроскопа, но не касаться его. Поле палочки вызовет перераспределение зарядов в проводящей системе электроскопа.

2. Внимательно наблюдать за поведением лепестков электроскопа.

Возможны два исхода, на основе которых можно сделать вывод о знаке заряда электроскопа:

Случай 1: Угол расхождения лепестков увеличивается.

Это означает, что заряд на лепестках стал больше. Отрицательно заряженная палочка отталкивает от себя свободные электроны в стержне электроскопа. Эти электроны перемещаются вниз, на лепестки. Если лепестки уже были заряжены отрицательно, то приток дополнительных электронов увеличит их общий отрицательный заряд. Согласно закону Кулона, сила отталкивания между одноименно заряженными лепестками возрастет, и они разойдутся на больший угол. Таким образом, если лепестки расходятся дальше, электроскоп заряжен отрицательно.

Случай 2: Угол расхождения лепестков уменьшается.

Это означает, что заряд на лепестках стал меньше. Если электроскоп изначально был заряжен положительно (т.е. на нем был недостаток электронов), то отрицательное поле палочки будет притягивать к шару свободные электроны из всей системы, в том числе и с лепестков. Перемещение электронов с лепестков на шар приведет к частичной нейтрализации их положительного заряда. В результате сила отталкивания между лепестками уменьшится, и они сойдутся ближе друг к другу. Таким образом, если лепестки сходятся, электроскоп заряжен положительно.

Ответ:

Необходимо поднести отрицательно заряженную палочку к шару электроскопа, не касаясь его. Если угол между лепестками увеличится, значит, электроскоп заряжен отрицательно. Если угол между лепестками уменьшится, значит, электроскоп заряжен положительно.

47.26 [1189] Почему сближаются листочки заряженного электроскопа, если к его шарику поднести (не касаясь шарика) палец?

Это явление объясняется электростатической индукцией. Тело человека является проводником электрического тока и в целом электрически нейтрально, однако в нем присутствуют свободные заряды (электроны), которые могут перемещаться под действием внешнего электрического поля.

Рассмотрим два случая:

1. Электроскоп заряжен положительно. Это означает, что на его шарике, стержне и листочках имеется недостаток электронов. Листочки отталкиваются друг от друга, так как несут одноименные положительные заряды. Когда к шарику подносят палец, его положительный заряд притягивает к кончику пальца свободные электроны из тела человека. В результате на ближней к шарику части пальца индуцируется (наводится) отрицательный заряд. Этот наведенный отрицательный заряд, в свою очередь, притягивает к себе положительные заряды самого электроскопа. Так как электроскоп является проводником, часть положительного заряда с листочков и нижней части стержня перемещается вверх, на шарик. В результате заряд на листочках уменьшается, сила их взаимного отталкивания ослабевает, и они сближаются под действием силы тяжести.

2. Электроскоп заряжен отрицательно. В этом случае на нем имеется избыток электронов. При поднесении пальца отрицательно заряженный шарик отталкивает свободные электроны в пальце от его кончика. На кончике пальца индуцируется положительный заряд. Этот индуцированный положительный заряд притягивает к себе избыточные электроны (отрицательный заряд) электроскопа. Электроны с листочков и стержня перемещаются вверх, к шарику, стремясь оказаться ближе к пальцу. Заряд листочков снова уменьшается, что приводит к уменьшению силы отталкивания и их сближению.

Ответ: При поднесении пальца к шарику заряженного электроскопа происходит перераспределение заряда в системе «электроскоп–палец» из-за электростатической индукции. На кончике пальца наводится заряд, противоположный по знаку заряду электроскопа. Этот наведенный заряд притягивает к себе заряды с листочков электроскопа, которые перемещаются на шарик. В результате заряд на листочках уменьшается, сила их кулоновского отталкивания ослабевает, и они сближаются.

47.27 [1198] Почему разряжается электроскоп, если его шарика коснуться пальцами?

Решение

Электроскоп — это прибор для обнаружения электрического заряда. Его действие основано на явлении электростатического отталкивания. Когда электроскоп заряжен, его подвижные части (обычно лёгкие лепестки или стрелка) отталкиваются от неподвижного стержня, так как получают одноимённые заряды.

Человеческое тело является проводником электричества. Это связано с тем, что в тканях нашего организма содержится большое количество воды с растворёнными в ней солями, которые диссоциируют на ионы. Эти ионы являются свободными носителями заряда, способными перемещаться под действием электрического поля.

Когда человек касается пальцем шарика заряженного электроскопа, он создаёт электрическую цепь, соединяющую электроскоп через своё тело с Землёй. Земля имеет огромные размеры и, следовательно, огромную электрическую ёмкость. Её можно рассматривать как гигантский резервуар, способный принять или отдать практически любое количество электрического заряда, не изменяя при этом своего электрического потенциала (который условно принимают равным нулю). Этот процесс называется заземлением.

Рассмотрим два возможных случая:

1. Электроскоп заряжен отрицательно. Это значит, что на нём имеется избыток электронов. При прикосновении электроны, отталкиваясь друг от друга, переходят с электроскопа на тело человека и далее уходят в Землю. Электроскоп теряет свой избыточный отрицательный заряд, становится электрически нейтральным, и его лепестки опадают.

2. Электроскоп заряжен положительно. Это значит, что на нём имеется недостаток электронов. При прикосновении электроны из Земли через тело человека переходят на электроскоп, чтобы скомпенсировать недостаток. В результате положительный заряд электроскопа нейтрализуется, и его лепестки также опадают.

Таким образом, в любом случае прикосновение пальцем к заряженному электроскопу приводит к его разрядке из-за перераспределения зарядов между электроскопом и Землёй через тело человека.

Ответ: Электроскоп разряжается, потому что человеческое тело является проводником электричества. Прикосновение пальцем создаёт проводящий путь для электрического заряда ($q$) между электроскопом и Землёй. В результате этого процесса, называемого заземлением, заряд с электроскопа стекает в Землю (или из Земли на электроскоп), и прибор становится электрически нейтральным.

47.28 [н] К незаряженным электроскопу и электрометру поднесли заряженные шарики (рис. VII-12). Перенесите рисунок в тетрадь и укажите знаки зарядов в тех частях приборов, которые обозначены буквами от А до F.

Рис. VII-12

Решение

В задаче рассматривается явление электростатической индукции в проводниках (электроскоп и электрометр). Изначально оба прибора электрически нейтральны. При поднесении заряженного тела (без касания) происходит перераспределение свободных зарядов внутри проводника: одноименные заряды отталкиваются от подносимого тела, а разноименные притягиваются к нему. В целом оба прибора остаются электрически нейтральными, так как происходит только разделение зарядов.

A

К шарику A подносят положительно заряженный шарик. Свободные электроны (отрицательные заряды) из всего проводника (шарик, стержень и лепестки) притягиваются к внешнему положительному заряду и скапливаются на шарике A. Таким образом, шарик A приобретает избыточный отрицательный заряд.

Ответ: знак заряда «минус» ($-$).

B

Стержень B является частью единого проводника с шариком A и лепестками C. Из-за перемещения электронов вверх к шарику A, на стержне B возникает их недостаток, что приводит к появлению избыточного положительного заряда.

Ответ: знак заряда «плюс» ($+$).

C

Лепестки C, так же как и стержень B, лишаются части свободных электронов. Они приобретают избыточный положительный заряд и, отталкиваясь друг от друга из-за одноименных зарядов, расходятся.

Ответ: знак заряда «плюс» ($+$).

D

К шарику E подносят отрицательно заряженный шарик. Он отталкивает свободные электроны из шарика E в нижнюю часть прибора. Эти электроны скапливаются на стержне D и стрелке F, сообщая им избыточный отрицательный заряд.

Ответ: знак заряда «минус» ($-$).

E

Из-за того что свободные электроны были оттолкнуты отрицательно заряженным шариком из сферы E вниз, на сфере E возникает их недостаток, что равносильно появлению избыточного положительного заряда.

Ответ: знак заряда «плюс» ($+$).

F

Стрелка F, как и стержень D, накапливает избыточные электроны, оттолкнувшиеся от внешнего отрицательного заряда. В результате стрелка F приобретает отрицательный заряд. Так как неподвижная часть стержня, с которой взаимодействует стрелка, также заряжена отрицательно, стрелка отклоняется из-за силы электростатического отталкивания.

Ответ: знак заряда «минус» ($-$).