Страница 98 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин, Иванов

1. Каков принцип действия электроскопа?

1. Принцип действия электроскопа основан на явлении электростатического отталкивания, которое описывается законом Кулона. Суть этого явления заключается в том, что тела, имеющие электрические заряды одного знака, отталкиваются друг от друга.

Электроскоп представляет собой прибор, состоящий из металлического стержня, к которому прикреплены один или два легких проводящих элемента — обычно это полоски тонкой фольги (лепестки) или легкая металлическая стрелка, способная вращаться вокруг оси. Стержень с лепестками или стрелкой изолирован от корпуса прибора при помощи диэлектрической пробки.

Процесс обнаружения заряда выглядит следующим образом:

1. Когда к металлическому шару (или стержню) электроскопа прикасаются каким-либо заряженным предметом, электрический заряд с этого предмета перетекает и равномерно распределяется по всей проводящей системе электроскопа: стержню и лепесткам (или стрелке).
2. В результате и лепестки, и стержень приобретают заряд одного и того же знака (например, оба становятся отрицательно заряженными).
3. Согласно закону Кулона, между одноименно заряженными лепестками возникает сила электростатического отталкивания. Эта сила заставляет их разойтись в стороны на определенный угол.

Чем больше величина заряда, переданного электроскопу, тем сильнее сила отталкивания между лепестками и, следовательно, тем на больший угол они расходятся. Таким образом, по углу расхождения лепестков можно не только обнаружить наличие заряда, но и качественно оценить его величину (сравнить, больше он или меньше другого заряда).

Также электроскоп можно зарядить через влияние (электростатическая индукция), поднеся заряженное тело к шару электроскопа, не касаясь его. В этом случае на лепестках индуцируется заряд того же знака, что и у поднесенного тела, и они также расходятся.

Ответ: Принцип действия электроскопа основан на законе Кулона, согласно которому одноименные электрические заряды отталкиваются. При сообщении электроскопу заряда его подвижные части (лепестки или стрелка) приобретают заряд одного знака, отталкиваются друг от друга и расходятся на угол, величина которого зависит от величины сообщенного заряда.

2. Что общего у электроскопа и электрометра и каковы различия между ними?

1. Каков принцип действия электроскопа?

Принцип действия электроскопа основан на явлении электростатического отталкивания одноименных электрических зарядов. Электроскоп представляет собой прибор, состоящий из металлического стержня и прикрепленных к нему легких проводящих лепестков. Стержень с лепестками изолирован от корпуса прибора.

Когда к электроскопу прикасаются заряженным телом, электрический заряд перераспределяется по стержню и лепесткам. Поскольку лепестки получают заряд одного знака (оба положительный или оба отрицательный), они начинают отталкиваться друг от друга в соответствии с законом Кулона. Сила отталкивания заставляет лепестки разойтись на определенный угол.

Величина этого угла зависит от величины сообщенного заряда: чем больше заряд, тем сильнее сила отталкивания и тем на больший угол расходятся лепестки. Таким образом, по углу расхождения лепестков можно качественно судить о величине электрического заряда. Обнаружение заряда возможно и без прямого контакта, за счет электростатической индукции: при поднесении заряженного тела к шару электроскопа на лепестках индуцируется одноименный заряд, и они также расходятся.

Ответ: Принцип действия электроскопа основан на силе электростатического отталкивания одноименно заряженных тел: при сообщении заряда лепестки электроскопа получают одноименные заряды и отталкиваются друг от друга.

2. Что общего у электроскопа и электрометра и каковы различия между ними?

Общим для электроскопа и электрометра является их основное назначение — обнаружение электрического заряда, а также физический принцип действия, который основан на отталкивании одноименных зарядов. Оба прибора имеют схожую базовую конструкцию: проводящую систему, состоящую из стержня и подвижного элемента (лепестки или стрелка), который отклоняется при сообщении ему заряда.

Различия между ними существенны.Во-первых, по назначению и точности: электроскоп — это качественный индикатор, который лишь показывает наличие заряда и позволяет грубо его сравнить. Электрометр — это количественный измерительный прибор со шкалой, который позволяет измерять величину заряда или разности потенциалов.Во-вторых, по конструкции: у электроскопа подвижной частью обычно являются два легких лепестка из фольги, а у электрометра — легкая металлическая стрелка, вращающаяся на оси и отклоняющаяся вдоль шкалы.В-третьих, по защите от помех: электрометры, как правило, имеют металлический заземленный корпус для экранирования от внешних полей, что повышает точность, в то время как у электроскопов корпус обычно стеклянный.

Ответ: Общим для электроскопа и электрометра является принцип действия (отталкивание одноименных зарядов) и назначение (обнаружение заряда). Различия заключаются в конструкции (лепестки у электроскопа, стрелка и шкала у электрометра) и в том, что электроскоп — качественный индикатор, а электрометр — количественный измерительный прибор.

3. По какому признаку можно судить о величине сообщенного заряда?

О величине заряда, сообщенного электроскопу или электрометру, можно судить по углу отклонения их подвижной части (лепестков или стрелки).

Согласно закону Кулона, сила электростатического отталкивания $F$ между двумя одноименными зарядами прямо пропорциональна их величинам. Когда прибор получает заряд $Q$, этот заряд распределяется между его частями. Возникающая сила отталкивания заставляет подвижную часть отклоняться. Чем больше сообщенный прибору заряд $Q$, тем больше сила отталкивания и, следовательно, тем больше угол, на который расходятся лепестки электроскопа или отклоняется стрелка электрометра.

Таким образом, угол расхождения лепестков или угол отклонения стрелки является мерой сообщенного заряда. В электрометре, благодаря наличию шкалы, это соответствие можно определить количественно.

Ответ: О величине сообщенного заряда судят по углу отклонения подвижной части прибора: чем больше угол отклонения лепестков (у электроскопа) или стрелки (у электрометра), тем больше величина сообщенного заряда.

3. По какому признаку вещества делятся на проводники, диэлектрики и полупроводники? Приведите примеры веществ каждого типа.

Вещества делятся на проводники, диэлектрики и полупроводники по их способности проводить электрический ток. Эта фундаментальная характеристика, известная как электрическая проводимость (или обратная ей величина — удельное электрическое сопротивление), напрямую зависит от наличия и концентрации в веществе свободных носителей заряда. Свободные носители заряда — это частицы (чаще всего электроны или ионы), которые могут свободно перемещаться внутри материала под действием внешнего электрического поля, создавая электрический ток.

Проводники

Это вещества, которые обладают высокой электрической проводимостью, то есть они хорошо проводят электрический ток. Это обусловлено наличием в них очень большого числа свободных носителей заряда. В металлах такими носителями являются свободные электроны, которые образуют так называемый «электронный газ». В растворах электролитов носителями заряда выступают положительные и отрицательные ионы.

Примеры: все металлы (например, медь, серебро, золото, алюминий, железо), графит, растворы и расплавы солей, кислот и щелочей (электролиты).

Ответ: Проводники — вещества, хорошо проводящие электрический ток благодаря высокой концентрации свободных носителей заряда. Примеры: медь, алюминий, растворы солей.

Диэлектрики

Это вещества, которые очень плохо проводят электрический ток, их также называют изоляторами. Удельное сопротивление диэлектриков может быть в $10^{15} - 10^{22}$ раз больше, чем у металлов. В этих материалах практически отсутствуют свободные носители заряда. Все электроны прочно связаны со своими атомами или молекулами и не могут свободно перемещаться по объему вещества.

Примеры: стекло, резина, фарфор, эбонит, сухая древесина, пластики, дистиллированная вода, воздух и другие газы при нормальных условиях.

Ответ: Диэлектрики — вещества, практически не проводящие электрический ток из-за отсутствия свободных носителей заряда. Примеры: стекло, резина, пластик.

Полупроводники

Это вещества, которые по своей электрической проводимости занимают промежуточное положение между проводниками и диэлектриками. Главной особенностью полупроводников является сильная зависимость их проводимости от внешних факторов: температуры, освещенности, наличия примесей. При низких температурах чистый полупроводник ведет себя как диэлектрик, а при повышении температуры или добавлении примесей его проводимость значительно возрастает. Это свойство лежит в основе работы большинства современных электронных устройств.

Примеры: кремний (Si), германий (Ge), селен (Se), арсенид галлия (GaAs), оксид меди (I).

Ответ: Полупроводники — вещества, чья проводимость находится между проводниками и диэлектриками и сильно зависит от внешних условий (температуры, примесей). Примеры: кремний, германий.