Номер 4, страница 208 - гдз по физике 8 класс учебник Хижнякова, Синявина

Домашние лабораторные работы - номер 4, страница 208.

Условие.

4. Конструирование электроскопа

Цель работы: сконструировать электроскоп и испытать его в действии.

Средства измерения и материалы: стеклянный сосуд (флакон) с пробкой из диэлектрического материала, металлический стержень или тонкий гвоздь, лёгкая проволочка, две полоски металлической фольги, стеклянная палочка, кусочек шёлка (или кожи).

Гипотеза исследования

Если два листочка фольги подвесить к одному и тому же проводнику, а затем коснуться проводника заряженной палочкой, то заряженные листочки будут взаимодействовать.

Конкретизируйте гипотезу, учитывая, что в этом случае заряд на листочках будет одного и того же знака, а угол отклонения листочков зависит от величины заряда.

Порядок выполнения работы

1. Рассмотрите рис. 171, а, б. Найдите на них детали, которые предстоит сконструировать.

Рис. 171

2. Проткните гвоздём (или металлическим стержнем) пробку. Вставьте её вместе с гвоздём во флакон.

3. Перемещая гвоздь относительно пробки, добейтесь такого его положения, чтобы он был опущен примерно на половину высоты флакона. Выньте пробку вместе с гвоздём из флакона.

4. На остриё гвоздя намотайте тонкую проволочку так, чтобы противоположные концы проволочки образовали два крючка. Через них проденьте две узкие полоски из тонкой металлической фольги (см. рис. 171, б).

5. Вставьте полоски с гвоздём во флакон.

6. Испытайте прибор в действии. Наэлектризуйте стеклянную палочку, натерев её кусочком шёлка или кожи. Поднесите её к электроскопу и коснитесь ею гвоздя — стержня прибора. Затем уберите наэлектризованную палочку от металлического стержня прибора. Наэлектризуйте палочку ещё раз и опять коснитесь ею стержня электроскопа. Убедитесь, что угол расхождения лепестков фольги заряженного электроскопа при этом увеличился.

7. Сделайте вывод о подтверждении или опровержении гипотезы.

Решение.

Конкретизация гипотезы

Решение

Изначальная гипотеза гласит: "Если два листочка фольги подвесить к одному и тому же проводнику, а затем коснуться проводника заряженной палочкой, то заряженные листочки будут взаимодействовать". Для конкретизации необходимо учесть, что при контакте с заряженным телом проводник (стержень и лепестки) приобретает заряд того же знака. Одноимённо заряженные тела отталкиваются. Сила отталкивания, согласно закону Кулона, прямо пропорциональна величине зарядов. Следовательно, чем больше заряд на лепестках, тем сильнее они будут отталкиваться и на больший угол разойдутся.

Ответ: Конкретизированная гипотеза: если два листочка фольги, подвешенные к одному металлическому стержню, зарядить путём соприкосновения с наэлектризованным телом, то лепестки получат одноимённые заряды и оттолкнутся друг от друга. Угол расхождения лепестков будет тем больше, чем больше величина сообщённого им заряда.

Порядок выполнения работы

1. Рассмотрите рис. 171, а, б. Найдите на них деталях, которые предстоит сконструировать.

Решение

На рисунке 171а показан электроскоп в собранном виде. Он включает в себя: стеклянный сосуд (флакон), диэлектрическую пробку, металлический стержень (гвоздь), проходящий сквозь пробку, и два лепестка из металлической фольги, закреплённые на нижнем конце стержня.
На рисунке 171б крупным планом показан узел крепления лепестков к стержню. Видно, что на стержень намотана проволока, концы которой согнуты в виде крючков, на которые подвешены полоски фольги.
Таким образом, предстоит изготовить узел крепления лепестков, состоящий из проволоки и полосок фольги, закрепить его на металлическом стержне, а затем собрать всю конструкцию, поместив её через пробку в стеклянный сосуд.

Ответ: Детали, которые предстоит сконструировать и собрать: узел из металлического стержня, проволочных крючков и лепестков из фольги, который затем устанавливается в диэлектрическую пробку и помещается в стеклянный сосуд.

2. Проткните гвоздём (или металлическим стержнем) пробку. Вставьте её вместе с гвоздём во флакон.

Решение

Это первый этап сборки электроскопа. Металлический стержень будет служить проводником для передачи электрического заряда от внешнего тела к лепесткам. Пробка из диэлектрического материала (например, резины или пластика) необходима для изоляции стержня от флакона и окружающей среды, что предотвратит быструю потерю (утечку) заряда.

Ответ: В результате выполнения этого шага собран узел "пробка-стержень" и установлен в горлышко флакона для предварительной примерки.

3. Перемещая гвоздь относительно пробки, добейтесь такого его положения, чтобы он был опущен примерно на половину высоты флакона. Выньте пробку вместе с гвоздём из флакона.

Решение

Регулировка положения стержня важна для правильной работы прибора. Лепестки фольги должны свободно висеть внутри сосуда, не касаясь дна и стенок, а также быть защищёнными от потоков воздуха. После подбора оптимальной высоты узел извлекается для монтажа лепестков.

Ответ: Положение стержня отрегулировано, его нижний конец находится на середине высоты флакона. Сборочный узел "пробка-стержень" извлечён для дальнейших действий.

4. На остриё гвоздя намотайте тонкую проволочку так, чтобы противоположные концы проволочки образовали два крючка. Через них проденьте две узкие полоски из тонкой металлической фольги (см. рис. 171, б).

Решение

На этом шаге создаётся индикаторная часть электроскопа. Проволока обеспечивает надёжный электрический контакт между стержнем и лепестками. Крючки позволяют лепесткам свободно вращаться и отклоняться. Лёгкие полоски фольги выбраны из-за их малой массы, что обеспечивает высокую чувствительность прибора – они отклоняются даже под действием небольшой электрической силы.

Ответ: К нижнему концу стержня прикреплены два лепестка из металлической фольги с помощью проволочных крючков.

5. Вставьте полоски с гвоздём во флакон.

Решение

Это завершающий этап сборки. Стержень с лепестками, закреплённый в пробке, устанавливается в рабочее положение во флаконе. Теперь электроскоп готов к использованию.

Ответ: Прибор собран и готов к проведению эксперимента.

6. Испытайте прибор в действии. Наэлектризуйте стеклянную палочку, натерев её кусочком шёлка или кожи. Поднесите её к электроскопу и коснитесь ею гвоздя — стержня прибора. Затем уберите наэлектризованную палочку от металлического стержня прибора. Наэлектризуйте палочку ещё раз и опять коснитесь ею стержня электроскопа. Убедитесь, что угол расхождения лепестков фольги заряженного электроскопа при этом увеличился.

Решение

При натирании стеклянной палочки о шёлк она приобретает положительный заряд. При касании этой палочкой металлического стержня электроскопа часть положительного заряда переходит на систему "стержень-лепестки" (зарядка через контакт). Так как оба лепестка получают заряд одного знака (положительный), между ними возникает сила электростатического отталкивания, и они расходятся на некоторый угол. После удаления палочки заряд на электроскопе сохраняется, и лепестки остаются в разошедшемся состоянии.
При повторном касании стержня снова заряженной палочкой на электроскоп переходит дополнительная порция заряда. Общий заряд на лепестках $\text{q}$ увеличивается. Согласно закону Кулона, сила отталкивания $F_э$ между лепестками пропорциональна произведению их зарядов, то есть $F_э \sim q^2$. С увеличением заряда сила отталкивания возрастает, что приводит к увеличению угла расхождения лепестков.

Ответ: При первом касании заряженной палочкой лепестки электроскопа расходятся. При повторном касании угол их расхождения увеличивается, что подтверждает зависимость силы отталкивания от величины заряда.

7. Сделайте вывод о подтверждении или опровержении гипотезы.

Решение

Проведённый эксперимент демонстрирует, что при сообщении электроскопу электрического заряда его лепестки, получая одноимённые заряды, отталкиваются друг от друга. Также было установлено, что при увеличении заряда, сообщённого электроскопу, угол расхождения лепестков увеличивается. Эти наблюдения полностью подтверждают выдвинутую и конкретизированную гипотезу.

Ответ: Гипотеза полностью подтвердилась. Лепестки электроскопа при зарядке получают одноимённые заряды и отталкиваются, а угол их расхождения прямо зависит от величины сообщённого заряда.