Номер 5, страница 22, часть 2 - гдз по физике 8 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 2. Глава III. Электрические явления. Параграф 14. Закон сохранения электрического заряда. Закон Кулона - номер 5, страница 22.

Условие.

5. К шарику, укреплённому на верхнем конце стержня заряженного электроскопа, поднесли положительно заряженную палочку, не касаясь ею шарика. При этом угол между листочками электроскопа уменьшился. Каков знак заряда электроскопа? Обоснуйте свой ответ схематическими рисунками: изобразите заряды на различных элементах электроскопа до того, как к нему поднесли заряженную палочку, и когда она находится вблизи шарика на верхнем конце стержня электроскопа.

Рис. 14.3

Решение.

Угол между листочками заряженного электроскопа зависит от силы их взаимного электростатического отталкивания. Сила отталкивания, в свою очередь, прямо пропорциональна величине зарядов на листочках. В условии задачи сказано, что при поднесении положительно заряженной палочки угол между листочками уменьшился. Это означает, что сила их отталкивания ослабла, а значит, и заряд на каждом из листочков уменьшился по модулю.

Данное явление объясняется электростатической индукцией. Положительно заряженная палочка создаёт электрическое поле, которое вызывает перераспределение свободных зарядов в проводнике (электроскопе). Положительное поле палочки притягивает к себе отрицательные заряды (свободные электроны) и отталкивает положительные.

Рассмотрим два возможных случая:

1. Если бы электроскоп был заряжен положительно (недостаток электронов), то под действием поля палочки еще больше свободных электронов с листочков ушло бы к шарику. Это привело бы к увеличению положительного заряда на листочках, усилению их отталкивания и, следовательно, к увеличению угла между ними. Это противоречит условию задачи.
2. Если электроскоп заряжен отрицательно (избыток электронов), то положительно заряженная палочка притянет часть этих избыточных электронов с листочков и стержня вверх, к шарику. В результате этого отрицательный заряд на листочках уменьшится, сила их взаимного отталкивания ослабнет, и угол между ними уменьшится. Это полностью соответствует наблюдению.

Следовательно, изначально электроскоп был заряжен отрицательно.

Каков знак заряда электроскопа?

Знак заряда электроскопа — отрицательный.

Ответ: Отрицательный.

Обоснуйте свой ответ схематическими рисунками: изобразите заряды на различных элементах электроскопа до того, как к нему поднесли заряженную палочку, и когда она находится вблизи шарика на верхнем конце стержня электроскопа.

Рисунок 1: Электроскоп до поднесения палочки.

Изображаем электроскоп, состоящий из металлического шарика, стержня и двух лёгких листочков. Поскольку он заряжен отрицательно, избыточные электроны (обозначенные знаками «–») равномерно распределены по всей его проводящей поверхности: на шарике, стержне и листочках. Листочки несут одноименные (отрицательные) заряды, поэтому они отталкиваются друг от друга и расходятся на некоторый угол.

Рисунок 2: К электроскопу поднесли положительно заряженную палочку.

Изображаем ту же систему, но рядом с шариком электроскопа (не касаясь его) находится палочка, заряженная положительно (обозначена знаками «+»). Под действием электрического поля палочки происходит перераспределение зарядов в электроскопе. Свободные электроны (знаки «–») со стержня и листочков притягиваются к положительной палочке и скапливаются на шарике. Поэтому на шарике изображается концентрация знаков «–». На листочках, соответственно, количество знаков «–» уменьшается. Из-за уменьшения заряда на листочках сила их взаимного отталкивания ослабевает, и они изображаются сходящимися, то есть угол между ними становится меньше, чем на первом рисунке.

Ответ: Обоснование и описание распределения зарядов на схематических рисунках приведены выше. Они демонстрируют, что уменьшение угла расхождения листочков при поднесении положительного заряда возможно только в том случае, если электроскоп был изначально заряжен отрицательно.