Экспериментальное задание 2.1, страница 13 - гдз по физике 8 класс учебник Кабардин

Домашнее экспериментальное задание 2.1

Работаем самостоятельно

Изготовление и испытание электроскопа

Изготовьте и испытайте электроскоп.

Устройство самодельного электроскопа представлено на рисунке 2.10. Прибор состоит из четырёх деталей: подставки 1, стойки 2, оси 3, стрелки 4.

В качестве подставки можно взять пластину из плексигласа или чайное блюдце. Для изготовления стойки возьмите кусок медной или алюминиевой проволоки диаметром около 1 мм, длиной 50 см и согните её плоскогубцами по форме стойки 2 (см. рис. 2.10). Расстояние между сторонами стойки сделайте равным примерно 3 см. Клеем для пластмассы и металла приклейте стойку к подставке.

Для изготовления стрелки вырежите из тонкой металлической фольги (обёртка шоколада) прямоугольник размером 10х4 см. Покройте одну сторону фольги тонким слоем клея, сложите вдвое вдоль длинной стороны и разгладьте. Повторите эту операцию ещё два раза и получите восьмислойный прямоугольник 10х0,5 см. Приложите к этому прямоугольнику посередине вдоль длинной стороны край линейки и согните фольгу под углом $90^\circ$. У вас получится лёгкая и прочная стрелка.

Нанесите каплю клея на середину стрелки и положите поперёк стрелки в эту каплю иголку. Она будет служить осью стрелки. Не дожидаясь полного высыхания клея, установите ось стрелки на предназначенное ей место на стойке и, слегка изменяя взаимное положение оси и стрелки, добейтесь вертикального расположения стрелки, чтобы она могла свободно вращаться между сторонами стойки.

Для испытания изготовленного электроскопа наэлектризуйте ручку трением о бумагу или ткань, прикоснитесь ею к стойке электроскопа и пронаблюдайте результат. Если электроскоп сделан правильно, его стрелка отклонится от вертикального положения.

Используя свой электроскоп, исследуйте способность различных материалов к электризации при соприкосновении.

Рис. 2.10

В данном домашнем задании предлагается изготовить и испытать простейший электроскоп, а также исследовать с его помощью явление электризации. Ниже представлено развернутое объяснение физических принципов, лежащих в основе работы прибора, и методика проведения экспериментов.

Изготовление и испытание электроскопа

Процесс изготовления, описанный в задании, направлен на создание прибора, состоящего из двух основных проводящих частей: неподвижной стойки (2) и подвижной легкой стрелки (4). Обе части устанавливаются на диэлектрическую подставку (1) для изоляции от земли и других предметов. Ось (3) позволяет стрелке свободно вращаться.

Принцип работы и испытание электроскопа основаны на законе Кулона и свойстве проводников распределять электрический заряд.

1. Электризация предмета. Когда вы натираете ручку о бумагу или ткань, происходит электризация трением. Электроны переходят с одного тела на другое. В результате ручка приобретает избыточный электрический заряд (положительный или отрицательный).

2. Зарядка электроскопа по контакту. Прикосновение наэлектризованной ручкой к металлической стойке электроскопа приводит к передаче части заряда. Так как и стойка, и стрелка изготовлены из проводящих материалов (металлическая проволока и фольга), полученный заряд $\text{q}$ быстро распределяется по всей их поверхности.

3. Взаимодействие зарядов. После перераспределения заряда и стойка, и стрелка оказываются заряженными одноименно (оба элемента имеют заряд одного знака). Согласно закону Кулона, одноименные заряды отталкиваются. Между стойкой и стрелкой возникает сила электростатического отталкивания $F_e$.

4. Отклонение стрелки. Под действием силы отталкивания $F_e$ подвижная стрелка отклоняется от неподвижной стойки. Сила тяжести, действующая на стрелку, создает возвращающий момент, который стремится вернуть стрелку в вертикальное положение. Стрелка остановится в положении, где вращающий момент, создаваемый силой Кулона, уравновесится возвращающим моментом силы тяжести. Угол отклонения стрелки $\alpha$ от вертикали будет тем больше, чем больше заряд $\text{q}$, переданный электроскопу.

Таким образом, если при прикосновении заряженным предметом стрелка отклоняется, значит, электроскоп изготовлен правильно и работает. Величина угла отклонения позволяет качественно судить о величине переданного заряда.

Ответ: При испытании электроскопа наэлектризованной ручкой стрелка отклонится от вертикального положения. Это происходит потому, что при контакте заряд с ручки переходит на проводящие стойку и стрелку. Так как они получают одноименные заряды, между ними возникает сила электростатического отталкивания, которая и заставляет стрелку отодвинуться от стойки.

Исследование способности различных материалов к электризации при соприкосновении

Используя изготовленный электроскоп, можно провести серию экспериментов для сравнения способности различных материалов электризоваться при трении (трибоэлектрический эффект).

Методика проведения исследования:

1. Подготовьте несколько пар различных материалов для трения. Например:

• пластиковая линейка и шерстяная ткань;
• стеклянная палочка и шелковая ткань;
• эбонитовая палочка и мех;
• лист бумаги и полиэтиленовый пакет.

2. Перед каждым новым измерением необходимо разряжать электроскоп. Для этого достаточно прикоснуться к его стойке пальцем. Ваш тело выступит в роли большого проводника, и заряд "утечет" в землю. Стрелка должна вернуться в исходное вертикальное положение.

3. Возьмите первую пару материалов (например, пластиковую линейку и шерсть) и энергично потрите их друг о друга.

4. Немедленно после трения поднесите один из предметов (например, линейку) и коснитесь им стойки разряженного электроскопа. Наблюдайте за отклонением стрелки.

5. Оцените угол отклонения. Можно использовать транспортир для более точной оценки или просто сравнивать "на глаз" (например, "малое", "среднее", "большое" отклонение).

6. Занесите результат в таблицу (например: Материал 1, Материал 2, Угол отклонения).

7. Разрядите электроскоп и повторите шаги 3-6 для других пар материалов.

Анализ результатов:

Сравнивая углы отклонения стрелки для разных пар, вы можете сделать вывод о том, какие материалы при трении электризуются сильнее, а какие — слабее. Чем больше угол отклонения, тем больший заряд был передан электроскопу, и, следовательно, тем сильнее была электризация пары материалов. В результате вы сможете составить свой собственный "трибоэлектрический ряд", расположив материалы в порядке возрастания или убывания их способности к электризации.

Ответ: Для исследования способности материалов к электризации необходимо поочередно натирать друг о друга различные пары предметов, после чего одним из них касаться электроскопа. Сравнивая углы отклонения стрелки электроскопа, можно сделать вывод о степени электризации каждой пары: чем больше угол, тем сильнее электризуются материалы при трении друг о друга. Перед каждым новым измерением электроскоп следует разряжать, прикасаясь к нему рукой.