Номер 4, страница 182, часть 2 - гдз по физике 8 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 2. Олимпиадные задачи. Глава III. Электрические явления. Параграф 14. Закон сохранения электрического заряда. Закон Кулона - номер 4, страница 182.

Условие.

4. Как изменится угол отклонения стрелки заряженного электрометра, если поднести руку к шару электрометра, не касаясь его? Обоснуйте свой ответ и проиллюстрируйте его рисунками, показывающими перераспределение зарядов в электрометре при проведении опыта.

Решение.

Угол отклонения стрелки заряженного электрометра уменьшится. Это происходит из-за явления электростатической индукции.

Тело человека является проводником. Когда руку подносят к шару заряженного электрометра, не касаясь его, в руке происходит разделение зарядов под действием электрического поля электрометра. На стороне руки, ближайшей к шару электрометра, возникает индуцированный (наведенный) заряд, противоположный по знаку заряду электрометра. Этот индуцированный заряд притягивает к себе заряды, находящиеся в электрометре. В результате происходит перераспределение зарядов в самом электрометре: часть заряда со стержня и стрелки перемещается на шар, ближе к руке. Уменьшение величины заряда на стрелке и стержне приводит к уменьшению силы их электростатического отталкивания, и, как следствие, угол отклонения стрелки уменьшается.

Рассмотрим два возможных случая и проиллюстрируем их описание.

1. Электрометр заряжен положительно.

Иллюстрация: Изначально положительные заряды (+) равномерно распределены по шару, стержню и стрелке электрометра, стрелка отклонена на определенный угол. При поднесении руки на её стороне, обращенной к шару, индуцируется отрицательный заряд (–). Положительные заряды на электрометре перераспределяются: их концентрация увеличивается на шаре и уменьшается на стержне и стрелке. В результате угол отклонения стрелки становится меньше.

Обоснование: Когда к положительно заряженному шару подносят руку, свободные электроны в теле человека (которое является проводником) притягиваются к шару. Вследствие этого на ближней к шару стороне руки накапливается индуцированный отрицательный заряд. Этот отрицательный заряд, в свою очередь, притягивает к себе положительные заряды электрометра. В результате часть положительных зарядов со стержня и стрелки перемещается на шар. Заряд стержня и стрелки уменьшается, сила отталкивания между ними ослабевает, и угол отклонения стрелки уменьшается.

2. Электрометр заряжен отрицательно.

Иллюстрация: Изначально отрицательные заряды (–, избыточные электроны) равномерно распределены по электрометру, стрелка отклонена. При поднесении руки на её ближней стороне индуцируется положительный заряд (+). Избыточные электроны на электрометре перераспределяются, скапливаясь на шаре, ближе к руке. Заряд на стержне и стрелке уменьшается, и стрелка опускается, уменьшая угол отклонения.

Обоснование: Когда к отрицательно заряженному шару подносят руку, свободные электроны в теле человека отталкиваются от шара. На ближней к шару стороне руки возникает недостаток электронов, то есть индуцированный положительный заряд. Этот положительный заряд притягивает к себе избыточные электроны электрометра. Часть электронов со стержня и стрелки перемещается на шар. В результате модуль заряда на стержне и стрелке уменьшается, сила их взаимного отталкивания ослабевает, и стрелка опускается.

Таким образом, независимо от знака заряда электрометра, при поднесении к его шару руки угол отклонения стрелки будет уменьшаться.

Ответ: Угол отклонения стрелки заряженного электрометра уменьшится. Это объясняется явлением электростатической индукции: поднесенная рука (проводник) вызывает перераспределение заряда в электрометре. Наведенный на руке заряд противоположного знака притягивает к себе часть зарядов со стрелки и стержня электрометра на его шар. Это приводит к уменьшению заряда на стрелке и стержне, ослаблению их взаимного отталкивания и, следовательно, к уменьшению угла отклонения стрелки.