Номер 13.26, страница 65 - гдз по физике 8 класс задачник Генденштейн, Кирик

Электромагнитные явления. 13. Домашние экспериментальные задания - номер 13.26, страница 65.

Условие.

13.26. Поднесите к электрометру заряженную палочку и коснитесь шарового кондуктора. Стрелка отклоняется. Одновременно пальцем другой руки прикоснитесь к шаровому кондуктору электрометра. Стрелка приходит в нулевое положение. Уберите палец, а затем наэлектризованную палочку. Стрелка электрометра отклоняется. Объясните наблюдаемое явление.

Решение.

Решение

Описанное явление представляет собой процесс электризации через влияние, или электростатической индукции. Последовательность действий и наблюдений точно соответствует методу зарядки проводника через влияние, в результате которого проводник приобретает заряд, противоположный по знаку заряду поднесённого тела. Объясним происходящее по шагам, для определённости предположив, что к электрометру подносят положительно заряженную палочку.

1. Приближение заряженной палочки к электрометру

Когда положительно заряженную палочку подносят близко к шаровому кондуктору электрометра (не касаясь его), её электрическое поле вызывает перераспределение свободных зарядов в проводящей системе электрометра. Свободные электроны (отрицательные заряды) притягиваются к палочке и скапливаются на шаре. В результате шар приобретает избыточный отрицательный заряд. На дальнем от палочки конце проводника — на стержне и лёгкой стрелке — образуется недостаток электронов, то есть они приобретают избыточный положительный заряд. Так как и стержень, и стрелка заряжены одноимённо (положительно), они отталкиваются друг от друга под действием кулоновских сил. Это приводит к отклонению стрелки от вертикального положения. Это объясняет первое наблюдение: «Стрелка отклоняется».

2. Прикосновение пальцем к кондуктору (заземление)

Когда человек прикасается пальцем к кондуктору, он соединяет электрометр со своим телом, которое является проводником большого размера и по сути соединено с Землёй. Электрометр оказывается заземлён. Положительные заряды, которые были оттеснены на стержень и стрелку, получают возможность переместиться ещё дальше от отталкивающей их палочки — они уходят через тело человека в Землю. (Более точно, электроны из Земли притягиваются к положительному заряду на стрелке и нейтрализуют его). Отрицательные же заряды на шаре остаются на месте, так как они «связаны» — их удерживает сильное притяжение к близко расположенной положительной палочке. Поскольку избыточный заряд со стрелки и стержня ушёл, сила отталкивания между ними исчезает, и стрелка под действием силы тяжести возвращается в нулевое (вертикальное) положение. Это объясняет второе наблюдение: «Стрелка приходит в нулевое положение».

3. Снятие заземления и удаление палочки

Сначала убирают палец. Электрометр снова становится электрически изолированной системой. На нём сохраняется избыточный отрицательный заряд, который по-прежнему удерживается полем палочки в области шара. Стрелка остаётся в нулевом положении.

Затем убирают заряженную палочку. Внешнее электрическое поле, удерживавшее отрицательные заряды на шаре, исчезает. Теперь ничто не мешает избыточному отрицательному заряду распределиться по всей поверхности проводящей системы электрометра, чтобы силы отталкивания между электронами были минимальны. Заряд равномерно распределяется по шару, стержню и стрелке. В результате и стержень, и стрелка оказываются заряженными отрицательно. Между ними вновь возникает сила электростатического отталкивания, которая заставляет стрелку отклониться. Это объясняет финальное наблюдение: «Стрелка электрометра отклоняется».

Ответ:

Наблюдаемое явление — это электризация через влияние (электростатическая индукция). Оно происходит в три этапа:
1. При поднесении заряженной палочки к электрометру происходит разделение зарядов: на ближней к палочке части (шаре) концентрируется заряд противоположного знака, а на дальней (стержне и стрелке) — заряд того же знака, что и у палочки. Одноимённо заряженные стержень и стрелка отталкиваются, и стрелка отклоняется.
2. Прикосновение пальцем (заземление) позволяет заряду, одноимённому с палочкой, уйти с электрометра в землю, так как он отталкивается полем палочки. Стрелка и стержень становятся нейтральными, и стрелка возвращается в нулевое положение. Заряд противоположного знака остаётся на шаре, удерживаемый полем палочки.
3. После того как убирают палец (снимают заземление), а затем палочку, избыточный заряд противоположного знака, оставшийся на электрометре, равномерно распределяется по всему проводнику. Стрелка и стержень снова оказываются одноимённо заряженными (но уже другим знаком, нежели в первом пункте) и отталкиваются, что приводит к финальному отклонению стрелки.