Номер 7, страница 252 - гдз по физике 8 класс учебник Изергин

Домашние экспериментальные задания - номер 7, страница 252.

Условие.

Задание 7

Проводники и диэлектрики в электрическом поле

Цель: увидеть различия в электризации по индукции проводников и диэлектриков в электрическом поле.

Порядок выполнения

1. Бумага является диэлектриком, алюминиевая фольга — проводником. Наэлектризуйте пластмассовую ручку или линейку из органического стекла (плексигласа).

2. Поднесите наэлектризованную линейку к мелким кусочкам бумаги или кусочкам сухого пенопласта. Что происходит с кусочками диэлектрика при поднесении к ним наэлектризованного тела? Сделайте рисунок.

3. Поднесите наэлектризованную линейку к кусочкам фольги. Что происходит с проводящими кусочками фольги при поднесении к ним наэлектризованного тела? Сделайте рисунок. Объясните явление в обоих случаях.

Решение.

2. Поднесите наэлектризованную линейку к мелким кусочкам бумаги или кусочкам сухого пенопласта. Что происходит с кусочками диэлектрика при поднесении к ним наэлектризованного тела? Сделайте рисунок.

При поднесении наэлектризованной линейки к мелким кусочкам бумаги (или пенопласта), они притягиваются к линейке.

Объяснение явления: Бумага является диэлектриком. В диэлектриках нет свободных зарядов, способных перемещаться по всему объему тела. Молекулы диэлектрика в целом электронейтральны. Когда к кусочку бумаги подносят наэлектризованное тело (например, отрицательно заряженную линейку), электрическое поле этого тела действует на связанные заряды внутри молекул. Происходит поляризация диэлектрика: положительные заряды в молекулах смещаются в сторону линейки, а отрицательные – в противоположную сторону. В результате на стороне кусочка бумаги, обращенной к линейке, возникает избыточный положительный заряд, а на противоположной стороне – избыточный отрицательный заряд. Так как сила взаимодействия зарядов зависит от расстояния ($F = k \frac{|q_1 q_2|}{r^2}$), сила притяжения между линейкой и ближним к ней положительным зарядом бумаги оказывается больше, чем сила отталкивания между линейкой и более удаленным отрицательным зарядом. В итоге возникает результирующая сила, притягивающая кусочек бумаги к линейке.

Описание рисунка: На рисунке следует изобразить наэлектризованную линейку (например, со знаком «-» по всей длине, если она заряжена отрицательно). Под ней – кусочек бумаги. Внутри кусочка бумаги изображены молекулы в виде вытянутых овалов (диполей). Та сторона каждого овала, которая ближе к линейке, имеет знак «+», а дальняя – знак «-». Это иллюстрирует поляризацию. Также следует показать стрелкой силу притяжения $F_{пр}$, направленную от кусочка бумаги к линейке.

Ответ: Кусочки диэлектрика (бумаги, пенопласта) притягиваются к наэлектризованному телу вследствие явления поляризации.

3. Поднесите наэлектризованную линейку к кусочкам фольги. Что происходит с проводящими кусочками фольги при поднесении к ним наэлектризованного тела? Сделайте рисунок. Объясните явление в обоих случаях.

При поднесении наэлектризованной линейки к кусочкам алюминиевой фольги, они притягиваются к линейке гораздо сильнее, чем кусочки бумаги.

Объяснение явления: Алюминиевая фольга является проводником. В проводниках есть свободные электроны, которые могут перемещаться по всему объему. Когда к кусочку фольги подносят отрицательно заряженную линейку, ее электрическое поле заставляет свободные электроны переместиться на дальнюю от линейки сторону фольги. В результате ближняя к линейке сторона фольги приобретает избыточный положительный заряд (из-за недостатка электронов), а дальняя сторона – избыточный отрицательный заряд. Этот процесс перераспределения зарядов в проводнике под действием внешнего электрического поля называется электростатической индукцией. Как и в случае с диэлектриком, сила притяжения между отрицательно заряженной линейкой и индуцированным положительным зарядом на ближней стороне фольги оказывается больше силы отталкивания между линейкой и индуцированным отрицательным зарядом на дальней стороне. Поскольку в проводнике происходит разделение зарядов на макроскопические расстояния (а не просто смещение внутри молекул), индуцированные заряды значительно больше, и, как следствие, сила притяжения намного сильнее, чем в случае с диэлектриком.

Описание рисунка: На рисунке изображена отрицательно заряженная линейка (со знаками «-»). Под ней – кусочек фольги. На поверхности фольги, обращенной к линейке, изображены знаки «+», символизирующие индуцированный положительный заряд. На противоположной поверхности фольги изображены знаки «-», символизирующие скопившиеся там свободные электроны. Показана большая по величине сила притяжения $F_{пр}$, направленная от фольги к линейке.

Сравнение явлений: Основное различие между поведением диэлектрика (бумаги) и проводника (фольги) в электрическом поле заключается в механизме перераспределения зарядов. В диэлектрике происходит поляризация – лишь небольшое смещение связанных зарядов внутри молекул. В проводнике происходит электростатическая индукция – перемещение свободных зарядов по всему объему, что приводит к появлению на поверхностях значительно больших по величине индуцированных зарядов и, соответственно, к более сильному притяжению.

Ответ: Кусочки проводника (фольги) сильно притягиваются к наэлектризованному телу вследствие явления электростатической индукции.