Проводим опыты, страница 111 - гдз по физике 8 класс учебник Громов, Родина

Глава 3. Электрические явления. Параграф 27. Объяснение электризации. Закон сохранения заряда. Вспомните - страница 111.

Условие.

Поднесите к незаряженной гильзе (см. рис. 3.6) отрицательно заряженный предмет. Почему гильза к нему притягивается: она ведь не заряжена? Что происходит со свободными электронами внутри гильзы? На какой стороне гильзы (той, которая обращена к поднесённому предмету, или на противоположной) образуется избыточное число электронов? Как при этом заряжается другая сторона гильзы? Почему та же самая гильза после соприкосновения с заряженным предметом тут же отталкивается от него?

Решение.

Почему гильза к нему притягивается: она ведь не заряжена?

Хотя гильза в целом электронейтральна (её суммарный заряд равен нулю), при поднесении к ней отрицательно заряженного предмета происходит явление электростатической индукции. Под действием электрического поля заряженного предмета свободные электроны в металлической гильзе, являющейся проводником, перераспределяются. Отрицательный заряд предмета отталкивает свободные электроны гильзы, заставляя их сместиться на дальнюю от предмета сторону. В результате ближняя к предмету сторона гильзы приобретает избыточный положительный заряд (из-за недостатка электронов), а дальняя — избыточный отрицательный заряд (из-за избытка электронов).
Сила притяжения между отрицательно заряженным предметом и образовавшимся на ближней стороне гильзы положительным зарядом оказывается больше силы отталкивания между предметом и отрицательным зарядом на дальней стороне гильзы. Это происходит потому, что расстояние в первом случае меньше. Согласно закону Кулона, сила взаимодействия обратно пропорциональна квадрату расстояния ($F \sim 1/r^2$). Поэтому результирующая сила направлена в сторону заряженного предмета, и гильза притягивается.

Ответ: Гильза притягивается из-за явления электростатической индукции, в результате которого на ближней к предмету стороне гильзы образуется индуцированный положительный заряд, а на дальней — отрицательный. Сила притяжения к ближней стороне оказывается больше силы отталкивания от дальней, так как она находится на меньшем расстоянии.

Что происходит со свободными электронами внутри гильзы?

Свободные электроны, будучи подвижными носителями заряда в металле и обладая отрицательным зарядом, испытывают силу отталкивания со стороны поднесённого отрицательно заряженного предмета. Под действием этой электростатической силы они перемещаются внутри гильзы в направлении, противоположном предмету.

Ответ: Свободные электроны под действием электрического поля отрицательно заряженного предмета отталкиваются от него и перемещаются на противоположную сторону гильзы.

На какой стороне гильзы (той, которая обращена к поднесённому предмету, или на противоположной) образуется избыточное число электронов?

Так как одноименные заряды отталкиваются, отрицательно заряженный предмет отталкивает свободные электроны в гильзе. Поэтому они скапливаются на стороне, наиболее удаленной от этого предмета.

Ответ: Избыточное число электронов образуется на противоположной от поднесённого предмета стороне гильзы.

Как при этом заряжается другая сторона гильзы?

Другая сторона гильзы, то есть та, которая обращена к поднесённому предмету, заряжается положительно. Это происходит потому, что с этой стороны уходят свободные электроны, оставляя там неподвижные положительные ионы кристаллической решётки металла. Таким образом, на этой стороне возникает недостаток электронов, что эквивалентно появлению нескомпенсированного положительного заряда.

Ответ: Другая (ближняя к предмету) сторона гильзы заряжается положительно из-за недостатка свободных электронов, которые сместились на противоположную сторону.

Почему та же самая гильза после соприкосновения с заряженным предметом тут же отталкивается от него?

При соприкосновении незаряженной проводящей гильзы с отрицательно заряженным предметом происходит передача заряда (этот процесс называется электризацией через контакт или проводимость). Часть избыточных электронов с заряженного предмета переходит на гильзу, так как система стремится к выравниванию электрических потенциалов. В результате гильза сама приобретает избыточный отрицательный заряд.
После этого и предмет, и гильза оказываются заряженными одноименно (отрицательно). Согласно основному закону электростатики, одноименные заряды отталкиваются. Поэтому гильза отталкивается от предмета.

Ответ: После соприкосновения часть отрицательного заряда переходит с предмета на гильзу. В результате и гильза, и предмет становятся заряженными отрицательно и начинают отталкиваться друг от друга.