Номер 11.18, страница 58 - гдз по физике 8 класс задачник Генденштейн, Кирик

Электромагнитные явления. 11. Закон сохранения электрического заряда. Закон Кулона - номер 11.18, страница 58.

Условие.

11.18. С помощью каких опытов можно сравнить электрические заряды двух тел?

Решение.

Сравнить электрические заряды двух тел можно с помощью нескольких опытов, основанных на явлении электростатического взаимодействия.

Опыт 1: Сравнение зарядов с помощью электрометра (или электроскопа)

Электрометр – это прибор, который позволяет обнаружить и оценить величину электрического заряда. Угол отклонения стрелки электрометра пропорционален величине заряда, переданного на прибор.

Порядок проведения опыта:

1. Зарядить электрометр, коснувшись его стержня первым телом (тело 1 с зарядом $q_1$).

2. Зафиксировать показание электрометра – угол отклонения стрелки $\alpha_1$. Величина заряда, полученного электрометром, пропорциональна заряду тела, а угол отклонения стрелки является мерой этого заряда: $\alpha_1 \sim |q_1|$.

3. Разрядить электрометр, например, коснувшись его рукой.

4. Зарядить электрометр от второго тела (тело 2 с зарядом $q_2$), коснувшись его стержня.

5. Зафиксировать новое показание электрометра – угол отклонения стрелки $\alpha_2$. Аналогично, $\alpha_2 \sim |q_2|$.

6. Сравнить углы отклонения. Если $\alpha_1 > \alpha_2$, то можно сделать вывод, что величина заряда первого тела больше, чем второго ($|q_1| > |q_2|$). Если $\alpha_1 < \alpha_2$, то $|q_1| < |q_2|$. Если $\alpha_1 = \alpha_2$, то заряды тел по модулю равны ($|q_1| = |q_2|$).

Этот метод позволяет сравнить модули зарядов. Чтобы определить знак заряда, можно предварительно зарядить электрометр зарядом известного знака, а затем подносить исследуемые тела к стержню (не касаясь). Если стрелка отклоняется сильнее, знак заряда тела совпадает со знаком заряда электрометра. Если угол отклонения уменьшается, знаки зарядов противоположны.

Ответ: Сравнить заряды можно с помощью электрометра, поочередно заряжая его от исследуемых тел и сравнивая углы отклонения его стрелки. Большему углу отклонения соответствует больший по модулю заряд.

Опыт 2: Сравнение зарядов на основе закона Кулона (с использованием крутильных весов)

Этот метод позволяет не только сравнить, но и определить отношение зарядов. Он основан на измерении силы взаимодействия заряженных тел.

Порядок проведения опыта:

1. Взять эталонный (пробный) точечный заряд $q_0$.

2. Поднести к нему на известное расстояние $\text{r}$ первое исследуемое тело с зарядом $q_1$.

3. Измерить силу их взаимодействия $F_1$ (например, с помощью крутильных весов). Согласно закону Кулона, эта сила равна: $F_1 = k \frac{|q_1 q_0|}{r^2}$.

4. Заменить первое тело вторым с зарядом $q_2$, расположив его на том же расстоянии $\text{r}$ от пробного заряда $q_0$.

5. Измерить новую силу взаимодействия $F_2 = k \frac{|q_2 q_0|}{r^2}$.

6. Сравнить измеренные силы. Поскольку коэффициент $\text{k}$, пробный заряд $q_0$ и расстояние $\text{r}$ в обоих случаях одинаковы, отношение сил будет равно отношению модулей зарядов:

$ \frac{F_1}{F_2} = \frac{k \frac{|q_1 q_0|}{r^2}}{k \frac{|q_2 q_0|}{r^2}} = \frac{|q_1|}{|q_2|} $

Таким образом, измерив силы взаимодействия, можно найти, во сколько раз заряд одного тела больше или меньше заряда другого.

Ответ: Сравнить заряды можно, измерив силы их взаимодействия с одним и тем же пробным зарядом на одинаковом расстоянии. Отношение сил будет равно отношению модулей исследуемых зарядов.