Номер 3, страница 21 - гдз по физике 8 класс дидактические материалы Марон, Марон

Тренировочные задания. Электрические явления. ТЗ-9. Электризация тел. Закон Кулона. Электрическое поле. Строение атома - номер 3, страница 21.

Условие.

3. а) Почему расходятся листочки электроскопа, если дотронуться до шарика на верхнем конце его стержня заряженным телом?

б) Почему кусочки бумаги, притянувшись к наэлектризованной палочке, затем от неё отталкиваются?

Решение.

а) Решение:

Электроскоп — это прибор для обнаружения электрического заряда. В незаряженном состоянии его листочки, сделанные из лёгкой фольги, висят вертикально. Весь электроскоп, включая металлический шарик, стержень и листочки, является проводником, по которому могут свободно перемещаться электрические заряды (электроны).

Когда до шарика электроскопа дотрагиваются заряженным телом, происходит процесс электризации через контакт. Часть заряда с тела переходит на электроскоп. Например, если тело заряжено отрицательно (имеет избыток электронов), то эти избыточные электроны распределяются по всему проводнику, включая стержень и листочки. Если же тело заряжено положительно (имеет недостаток электронов), оно "забирает" часть свободных электронов с электроскопа.

В любом случае, в результате контакта стержень и оба листочка электроскопа приобретают электрический заряд одного знака (одноимённый заряд) — либо отрицательный ($-$), либо положительный ($+$). Согласно основному закону электростатики (закону Кулона), одноимённые заряды отталкиваются. Так как оба листочка оказываются заряжены одноимённо, между ними возникает сила электростатического отталкивания, которая заставляет их разойтись на некоторый угол. Величина этого угла зависит от величины заряда, полученного электроскопом.

Ответ: Листочки электроскопа расходятся потому, что при контакте с заряженным телом они, как и весь стержень электроскопа, получают одноимённый электрический заряд. Силы электростатического отталкивания между одноимённо заряженными листочками заставляют их отклоняться друг от друга.

б) Решение:

Это явление объясняется последовательностью двух процессов: электростатической индукции (приводящей к притяжению) и электризации через контакт (приводящей к отталкиванию).

Этап 1: Притяжение. Кусочки бумаги изначально электрически нейтральны, а бумага является диэлектриком. Когда к нейтральному кусочку бумаги подносят наэлектризованную палочку (например, заряженную отрицательно, то есть имеющую заряд со знаком `$-$`), её электрическое поле вызывает поляризацию диэлектрика. Это означает, что связанные заряды внутри молекул бумаги смещаются: положительные заряды смещаются к палочке, а отрицательные — от неё. В результате та сторона кусочка бумаги, которая обращена к палочке, приобретает эффективный положительный заряд ($+$), а противоположная сторона — эффективный отрицательный ($-$). Сила притяжения между палочкой и ближайшей к ней, противоположно заряженной стороной кусочка бумаги оказывается сильнее, чем сила отталкивания от дальней, одноимённо заряженной стороны. Поэтому результирующая сила направлена в сторону палочки, и кусочек бумаги притягивается к ней.

Этап 2: Отталкивание. В момент, когда кусочек бумаги касается заряженной палочки, происходит контактная электризация. Часть избыточного заряда с палочки (в нашем примере — электроны) переходит на кусочек бумаги. После этого кусочек бумаги перестаёт быть нейтральным и сам приобретает заряд того же знака, что и палочка (в данном случае — отрицательный, `$-$`). Теперь и палочка, и кусочек бумаги заряжены одноимённо. Согласно закону Кулона, тела с одноимёнными зарядами отталкиваются. Возникшая сила отталкивания заставляет кусочек бумаги "отскакивать" от палочки.

Ответ: Сначала нейтральные кусочки бумаги притягиваются к заряженной палочке из-за явления электростатической индукции (поляризации). После контакта с палочкой они получают от неё часть заряда, становясь заряженными одноимённо с палочкой. В результате одноимённо заряженные тела начинают отталкиваться.