Страница 95 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин, Иванов

1. Как при помощи листочков бумаги обнаружить, наэлектризовано ли тело?

1. Чтобы с помощью листочков бумаги определить, наэлектризовано ли тело, нужно проделать простой опыт. Следует мелко нарвать бумагу на легкие кусочки и разложить их на горизонтальной поверхности, например, на столе. После этого нужно поднести исследуемое тело к этим кусочкам, не прикасаясь к ним.

Если тело наэлектризовано (то есть имеет избыточный электрический заряд), оно создаст вокруг себя электрическое поле. Это поле вызовет поляризацию в электрически нейтральных кусочках бумаги. Это означает, что под действием поля произойдет перераспределение зарядов внутри бумаги: та сторона каждого кусочка, которая обращена к телу, приобретет заряд, противоположный по знаку заряду тела, а противоположная сторона — одноименный заряд. Например, если тело заряжено отрицательно, оно притянет к себе положительно заряженные ядра атомов в бумаге и оттолкнет от себя электроны.

В результате между наэлектризованным телом и поляризованными кусочками бумаги возникнет сила притяжения. Сила притяжения к ближайшей (противоположно заряженной) стороне кусочка будет больше, чем сила отталкивания от дальней (одноименно заряженной) стороны, так как электростатическое взаимодействие ослабевает с расстоянием. Если эта результирующая сила притяжения окажется достаточной, чтобы преодолеть силу тяжести, действующую на легкие кусочки бумаги, они притянутся к телу.

Если же тело не наэлектризовано, оно не создаст заметного электрического поля, и никакого взаимодействия с кусочками бумаги наблюдаться не будет.

Ответ: Если при поднесении тела к маленьким кусочкам бумаги они притягиваются к нему, это означает, что тело наэлектризовано. Если взаимодействия не происходит, тело электрически нейтрально.

2. Вопрос, вероятно, звучит так: «Как взаимодействуют друг с другом два одинаковых тела (например, палочки), наэлектризованные одинаковым образом?».

Когда два одинаковых тела электризуют одинаковым способом (например, две стеклянные палочки трут о шелк или две эбонитовые палочки — о мех), они приобретают заряды одного и того же знака. Стеклянные палочки в данном примере станут положительно заряженными, а эбонитовые — отрицательно.

Основной принцип электростатики гласит, что одноименные заряды отталкиваются, а разноименные — притягиваются. Поскольку в нашем случае оба тела (палочки) будут иметь заряды одного знака (оба «+» или оба «-»), между ними возникнет сила электростатического отталкивания.

Это легко наблюдать на опыте: если одну из наэлектризованных палочек подвесить на тонкой непроводящей нити, чтобы она могла свободно вращаться, а вторую, заряженную тем же способом, поднести к ней, то подвешенная палочка начнет удаляться (отталкиваться) от подносимой.

Ответ: Два одинаковых тела, наэлектризованные одним и тем же способом, приобретают одноименные электрические заряды и поэтому отталкиваются друг от друга.

2. Как взаимодействуют друг с другом две одинаковые палочки, наэлектризованные одинаковым способом?

1. Для того чтобы определить, наэлектризовано ли тело, можно использовать легкую гильзу из бумаги или металлической фольги, подвешенную на тонкой непроводящей нити. К этой гильзе, которая изначально электрически нейтральна, подносят исследуемое тело, не касаясь ее. Если тело заряжено, оно вызовет перераспределение зарядов в нейтральной гильзе (явление электростатической индукции). На стороне гильзы, ближайшей к телу, сконцентрируется заряд противоположного знака, а на дальней стороне — заряд того же знака, что и у тела. Поскольку разноименные заряды окажутся ближе друг к другу, чем одноименные, сила притяжения между телом и гильзой будет преобладать над силой отталкивания. В результате гильза притянется к поднесенному телу. Если же тело не наэлектризовано, никакого взаимодействия не произойдет, и гильза останется неподвижной.

Ответ: Нужно поднести тело к легкой гильзе, подвешенной на нити. Если гильза притянется к телу, значит, тело наэлектризовано.

2. Когда две одинаковые палочки электризуют одинаковым способом (например, две стеклянные палочки натирают шелком или две эбонитовые палочки натирают мехом), они приобретают электрические заряды одного и того же знака. В случае стеклянных палочек обе станут положительно заряженными, а в случае эбонитовых — обе отрицательно заряженными. Согласно фундаментальному закону электростатики, тела, имеющие одноименные электрические заряды, взаимно отталкиваются. Следовательно, две такие палочки при их сближении будут отталкиваться друг от друга.

Ответ: Две одинаковые палочки, наэлектризованные одинаковым способом, будут отталкиваться друг от друга.

3. В природе существует два вида электрических зарядов. Их условно назвали положительными и отрицательными. Носителями элементарного отрицательного заряда являются электроны, а носителями элементарного положительного заряда — протоны. Взаимодействие между зарядами подчиняется простому правилу: одноименные заряды (два положительных или два отрицательных) отталкиваются, а разноименные заряды (положительный и отрицательный) притягиваются.

Ответ: Существуют два вида электрических зарядов: положительные и отрицательные.

3. Какие два вида электрических зарядов существуют в природе?

3. Какие два вида электрических зарядов существуют в природе?

В природе принято различать два вида электрических зарядов: положительные и отрицательные. Носителями элементарного отрицательного заряда являются электроны, а носителями элементарного положительного заряда — протоны. В обычном состоянии атомы и, следовательно, тела электрически нейтральны, так как число протонов в их ядрах равно числу электронов. Тело становится заряженным, когда оно теряет или приобретает электроны. При потере электронов тело заряжается положительно, а при приобретении — отрицательно.

Ответ: В природе существуют два вида электрических зарядов: положительные и отрицательные.

4. Как взаимодействуют...

Взаимодействие электрических зарядов подчиняется фундаментальному принципу: одноименные заряды (то есть два положительных или два отрицательных) отталкиваются друг от друга, в то время как разноименные заряды (положительный и отрицательный) притягиваются. Сила этого электростатического взаимодействия, будь то притяжение или отталкивание, прямо пропорциональна произведению величин зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними, что описывается законом Кулона.

Ответ: Одноименные заряды отталкиваются, а разноименные — притягиваются.

4. Как взаимодейст- вуют тела, имеющие заряды одного знака; разного знака?

3. Какие два вида электрических зарядов существуют в природе?

В природе установлено существование двух видов электрических зарядов. Их условно назвали положительными и отрицательными. Носителем элементарного отрицательного заряда является электрон, а носителем элементарного положительного заряда — протон. В обычном, нейтральном состоянии, тело содержит одинаковое количество протонов и электронов, поэтому их заряды взаимно компенсируются. Электризация тела происходит за счет приобретения или потери электронов. Если тело приобретает избыточные электроны, оно становится отрицательно заряженным. Если тело теряет электроны, в нем начинает преобладать положительный заряд протонов, и тело становится положительно заряженным.

Ответ: В природе существуют два вида электрических зарядов: положительные и отрицательные.

4. Как взаимодействуют тела, имеющие заряды одного знака; разного знака?

Взаимодействие наэлектризованных тел определяется основным принципом электростатики, который зависит от знаков их зарядов.

Тела, имеющие заряды одного знака (одноимённые заряды), например, два положительно заряженных тела или два отрицательно заряженных, взаимно отталкиваются. Между ними возникает сила, которая стремится увеличить расстояние между ними.

Тела, имеющие заряды разного знака (разноимённые заряды), то есть одно заряжено положительно, а другое отрицательно, взаимно притягиваются. Сила, действующая между ними, стремится уменьшить расстояние между ними.

Это правило можно кратко сформулировать так: одноимённые заряды отталкиваются, а разноимённые — притягиваются.

Ответ: Тела, имеющие заряды одного знака, отталкиваются друг от друга. Тела, имеющие заряды разного знака, притягиваются друг к другу.

1. Если ножовкой распиливать лист плексигласа или полистирола, то опилки, образующиеся в процессе распилки, прилипают к ножовке. Как можно объяснить это явление?

1. Решение

Данное явление можно объяснить с помощью концепции электризации тел при трении, также известной как трибоэлектрический эффект.

1. Трение и передача заряда. Когда полотно ножовки движется вперед и назад, оно интенсивно трется о лист плексигласа или полистирола. Оба этих материала (металл ножовки и пластик) состоят из атомов. При тесном контакте и трении электроны могут переходить с одного материала на другой. Плексиглас и полистирол являются диэлектриками и имеют склонность приобретать отрицательный заряд, то есть "забирать" электроны у других материалов при трении.

2. Заряд опилок и ножовки. В результате трения и отделения мелких частиц, образующиеся опилки плексигласа или полистирола становятся электрически заряженными (скорее всего, отрицательно). По закону сохранения заряда, полотно ножовки приобретает равный по величине, но противоположный по знаку заряд (положительный).

3. Электростатическое притяжение. Между разноименно заряженными телами — опилками (отрицательный заряд) и ножовкой (положительный заряд) — возникает сила электростатического притяжения. Эта сила притягивает легкие опилки к поверхности ножовки и удерживает их, несмотря на силу тяжести.

Таким образом, "прилипание" опилок — это прямое следствие их электризации в процессе пиления.

Ответ: Прилипание опилок к ножовке объясняется явлением электризации при трении. В процессе пиления и опилки, и ножовка приобретают электрические заряды противоположных знаков, что приводит к возникновению силы электростатического притяжения между ними.

2. На тонких шёлковых нитях подвешены два одинаковых шарика: один заряженный, второй незаряженный. Предложите способ определения, какой шарик заряжен, а какой нет.

Решение

Для того чтобы определить, какой из шариков заряжен, а какой нет, можно воспользоваться явлением электростатической индукции. Согласно этому явлению, заряженное тело способно притягивать к себе незаряженные (электрически нейтральные) тела. В то же время два нейтральных тела друг с другом электростатически не взаимодействуют.

Предлагаемый способ определения состоит в следующем:

1. Необходимо взять третий, заведомо незаряженный, легкий предмет. Для этой цели подойдет, например, небольшая полоска бумаги, соломинка или любой другой диэлектрический предмет.

2. Этот предмет нужно поочередно поднести к каждому из двух подвешенных шариков, не допуская касания.

3. В процессе необходимо внимательно наблюдать за реакцией каждого шарика.

Наблюдаемый результат позволит сделать однозначный вывод:

Тот шарик, который является заряженным, создаст вокруг себя электрическое поле. Это поле вызовет поляризацию в поднесенном нейтральном предмете (то есть перераспределение в нем положительных и отрицательных зарядов). В результате этого между заряженным шариком и поляризованным предметом возникнет сила притяжения. Визуально это проявится в том, что шарик отклонится от своего положения равновесия в сторону предмета.

Тот шарик, который является незаряженным, не создаст электрического поля и никак не будет взаимодействовать с другим незаряженным предметом. Поэтому при поднесении к нему предмета шарик останется неподвижным.

Ответ:

Нужно поочередно подносить к каждому шарику легкий незаряженный предмет. Заряженный шарик притянется к этому предмету, а незаряженный останется неподвижным.

УПРАЖНЕНИЕ 21

1. На рисунке 49 показано взаимодействие заряженных тел. Найдите ошибки в рисунке.

а) $(\text{+})$ $\to$ $\leftarrow$ $(\text{-})$

б) $(\text{+})$ $\to$ $\leftarrow$ $(\text{+})$

в) $(\text{-})$ $\leftarrow$ $\to$ $(\text{+})$

г) $(\text{-})$ $\leftarrow$ $\to$ $(\text{-})$

д) $(\circ)$ $\to$ $(\text{+})$

Рис. 49

а) $(\text{?})$ 1 $\to$ $\leftarrow$ $(\text{?})$ 2

б) $(\text{?})$ 1 $\to$ $\leftarrow$ $(\text{?})$ 2

в) $(\text{?})$ 1 $\leftarrow$ $\to$ $(\text{?})$ 2

г) $(\text{?})$ 1 $\leftarrow$ $\to$ $(\text{?})$ 2

Рис. 50

Решение

Для определения ошибок на рисунке необходимо исходить из основных положений электростатики о взаимодействии зарядов:

1. Тела, имеющие заряды одного знака (одноименные), отталкиваются.
2. Тела, имеющие заряды противоположных знаков (разноименные), притягиваются.
3. Заряженное тело способно притягивать к себе незаряженные (нейтральные) тела.

Проанализируем каждый из представленных случаев.

а) Показано взаимодействие положительно заряженного тела (+) и отрицательно заряженного тела (-). Это разноименные заряды, следовательно, они должны притягиваться. Стрелки на рисунке указывают движение тел навстречу друг другу, что соответствует силе притяжения. Данный случай изображен верно.

Ответ: Ошибки нет.

б) Показано взаимодействие двух положительно заряженных тел (+). Это одноименные заряды, следовательно, они должны отталкиваться. Стрелки на рисунке указывают движение тел в противоположные стороны друг от друга, что соответствует силе отталкивания. Данный случай изображен верно.

Ответ: Ошибки нет.

в) Показано взаимодействие отрицательно заряженного тела (-) и положительно заряженного тела (+). Это разноименные заряды, и они должны притягиваться. На рисунке же стрелки показывают, что тела отталкиваются. Это ошибка.

Ответ: Ошибка. Разноименно заряженные тела должны притягиваться, а не отталкиваться.

г) Показано взаимодействие двух отрицательно заряженных тел (-). Это одноименные заряды, и они должны отталкиваться. На рисунке левое тело отталкивается от правого (что верно), однако правое тело показано притягивающимся к левому (что неверно). Оба тела должны двигаться друг от друга. Это ошибка.

Ответ: Ошибка. Одноименно заряженные тела отталкиваются, поэтому оба тела должны двигаться в противоположные стороны друг от друга.

д) Показано взаимодействие незаряженного (нейтрального) тела и положительно заряженного тела (+). Заряженное тело всегда притягивает нейтральное за счет явления электростатической индукции (на ближней к заряженному телу стороне нейтрального тела индуцируется заряд противоположного знака, а на дальней — того же знака, что приводит к суммарной силе притяжения). На рисунке показано отталкивание, что является ошибкой.

Ответ: Ошибка. Заряженное тело должно притягивать нейтральное, а не отталкивать его.

2. Рассмотрите рисунок 50. Считая, что все тела 1 и 2 заряжены, определите знаки зарядов тел в каждом случае.

Для определения знаков зарядов тел необходимо исходить из основного принципа электростатического взаимодействия: тела, имеющие заряды одного знака (одноименные), отталкиваются, а тела, имеющие заряды противоположных знаков (разноименные), притягиваются. В задаче рассматриваются три случая (обычно обозначаемые буквами а, б, в на рисунке 50), которые мы проанализируем.

а) В первом случае (рисунок 50, а) мы наблюдаем, что тела 1 и 2 отталкиваются друг от друга. Это явление происходит, когда заряды тел имеют одинаковый знак. Следовательно, оба тела заряжены либо положительно, либо отрицательно.

Ответ: заряды тел 1 и 2 одинаковы по знаку (оба «+» или оба «−»).

б) Во втором случае (рисунок 50, б) тела 1 и 2 притягиваются друг к другу. Такое взаимодействие возможно только между телами с разноименными зарядами. Это значит, что если одно тело имеет положительный заряд, то другое обязательно имеет отрицательный, и наоборот.

Ответ: заряды тел 1 и 2 противоположны по знаку (одно «+», другое «−»).

в) В третьем случае (рисунок 50, в) тела 1 и 2 снова отталкиваются. Как и в первом случае, это указывает на то, что их заряды одноименные. Таким образом, оба тела могут быть заряжены либо положительно, либо отрицательно.

Ответ: заряды тел 1 и 2 одинаковы по знаку (оба «+» или оба «−»).