Номер 376, страница 60 - гдз по физике 8 класс сборник вопросов и задач Марон, Марон

Электрические явления. Проводники и непроводники электричества. Закон Кулона. Электрическое поле - номер 376, страница 60.

Условие.

► 376. Опыты с воздушным шариком. В сухом помещении потрите газетой воздушный шарик. а) Поднесите его к какому-либо предмету, например к потолку. Объясните, почему шарик прилипает и держится несколько часов. б) Наэлектризуйте два шарика о газету. Подвесьте их на длинных нитях рядом. Почему они отталкиваются? в) Наэлектризуйте один шарик о газету, а другой о кусок шерстяной материи. Подвесьте их на некотором расстоянии один от другого. Почему они притягиваются? Особенно хорошо видно их взаимодействие, если один из шариков катить по поверхности стола, то за ним покатится и другой. Почему?

Решение.

а) При трении воздушного шарика о газету происходит процесс электризации трением. Резина, из которой сделан шарик, имеет большее сродство к электрону, чем бумага, поэтому шарик отнимает электроны у газеты и приобретает отрицательный электрический заряд. Потолок в помещении электрически нейтрален. Когда отрицательно заряженный шарик подносят к потолку, он вызывает явление электростатической индукции: свободные электроны в материале потолка отталкиваются от шарика, в то время как положительно заряженные ионы в кристаллической решетке притягиваются. В результате поверхность потолка, находящаяся ближе к шарику, приобретает избыточный положительный заряд. Между отрицательным зарядом шарика и наведенным положительным зарядом потолка возникает сила электростатического притяжения. Эта сила оказывается достаточной, чтобы преодолеть силу тяжести, действующую на шарик, и он "прилипает" к потолку. Шарик остается на потолке долгое время (несколько часов), потому что и резина шарика, и материал потолка являются диэлектриками, то есть плохо проводят электрический заряд. Кроме того, сухой воздух также является хорошим изолятором, что препятствует быстрой утечке заряда с шарика.
Ответ: Шарик прилипает к потолку из-за силы электростатического притяжения между заряженным шариком и поляризованной поверхностью потолка. Он держится долго, так как материалы являются диэлектриками, и заряд стекает очень медленно, особенно в сухом воздухе.

б) Когда оба воздушных шарика наэлектризовывают трением об один и тот же предмет (газету), они оба приобретают электрический заряд одного и того же знака. Как было объяснено в пункте (а), при трении о газету резиновый шарик заряжается отрицательно. Следовательно, оба шарика будут иметь отрицательный заряд. Согласно основному закону электростатики, тела, имеющие одноименные заряды, отталкиваются друг от друга. Поэтому подвешенные рядом шарики будут испытывать силу взаимного отталкивания, которая заставит их нити отклониться друг от друга.
Ответ: Оба шарика при трении о газету приобретают одноименный (отрицательный) заряд и, согласно закону электростатики, отталкиваются друг от друга.

в) Электризация трением приводит к перераспределению электронов между двумя телами, и знак приобретаемого заряда зависит от свойств обоих материалов. В данном опыте подразумевается, что при трении о газету и о шерсть шарики приобретают заряды противоположных знаков. Например, при трении о газету шарик становится отрицательно заряженным ($q_1 < 0$), а при трении о шерстяную материю — положительно заряженным ($q_2 > 0$). В соответствии с законом электростатики, тела, имеющие разноименные заряды, притягиваются друг к другу. Именно поэтому шарики в этом опыте будут притягиваться.
Наблюдение, когда один шарик катится по столу вслед за другим, является наглядной демонстрацией этой силы притяжения. Сила электростатического взаимодействия между разноименно заряженными шариками оказывается больше, чем сила трения покоя, действующая на второй шарик со стороны стола. Поэтому, когда первый шарик перемещается, он "тянет" за собой второй, заставляя его катиться следом.
Ответ: При трении о разные материалы (газету и шерсть) шарики приобретают разноименные электрические заряды, что приводит к их взаимному притяжению. Эта сила притяжения заставляет один шарик катиться по столу вслед за другим.