Страница 99 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин, Иванов

Два лёгких изолированных металлических шарика, заряженных положительно, подвешены на одинаковых шёлковых нитях в одной точке. Что произойдёт, если прикоснуться рукой к одному из шариков? Обоснуйте свой ответ.

Изначально два лёгких металлических шарика заряжены положительно. Так как одноимённые заряды отталкиваются, между шариками действует сила электростатического отталкивания (сила Кулона). Эта сила, уравновешиваемая силой тяжести и силой натяжения нитей, заставляет шарики разойтись на определённый угол и занять положение равновесия.

Человеческое тело является хорошим проводником электрического тока. Прикосновение рукой к одному из шариков эквивалентно его заземлению, так как тело человека имеет большую электрическую ёмкость и, как правило, находится в контакте с Землёй.

Поскольку шарик заряжен положительно, это означает, что на нём имеется недостаток электронов. При заземлении электроны из Земли через тело человека перетекут на шарик и нейтрализуют его положительный заряд. В результате шарик, к которому прикоснулись, станет электрически нейтральным (его заряд станет равен нулю).

После того как один из шариков разрядится, сила электростатического отталкивания между шариками исчезнет. Однако второй шарик останется заряженным положительно. Этот положительно заряженный шарик будет притягивать к себе незаряженный (нейтральный) шарик за счёт явления электростатической индукции. Положительный заряд второго шарика вызовет перераспределение свободных электронов в объёме нейтрального шарика: на стороне, ближней к заряженному шарику, сконцентрируется отрицательный заряд, а на дальней — положительный. Сила притяжения между положительным зарядом второго шарика и индуцированным отрицательным зарядом на ближней стороне первого шарика будет больше, чем сила отталкивания от индуцированного положительного заряда на дальней стороне. В результате возникнет результирующая сила притяжения.

Под действием этой силы притяжения шарики начнут сближаться и в итоге соприкоснутся. При соприкосновении заряд, оставшийся на втором шарике, перераспределится между обоими шариками. Так как шарики одинаковые, заряд разделится поровну. Оба шарика станут снова заряжены положительно, но величина заряда на каждом из них будет меньше, чем первоначальный заряд.

После этого шарики снова начнут отталкиваться друг от друга, но уже с меньшей силой, и разойдутся на угол, который будет меньше первоначального.

Ответ: Шарик, к которому прикоснулись рукой, разрядится. Сила отталкивания между шариками исчезнет, и они притянутся друг к другу из-за электростатической индукции до соприкосновения. После соприкосновения заряд со второго шарика равномерно распределится между обоими шариками, и они снова оттолкнутся друг от друга, но разойдутся на меньший угол, чем были вначале.

■ Как при помощи электроскопа определить знак заряда авторучки, потёртой о ткань, используя положительно заряженную палочку? Проведите предложенный эксперимент.

Чтобы определить знак заряда натёртой о ткань авторучки, необходимо выполнить следующие шаги:

1. Зарядить электроскоп положительно.

Для этого нужно коснуться шара электроскопа положительно заряженной палочкой. Часть положительного заряда перейдет на электроскоп, в результате чего его лепестки разойдутся. После этого палочку следует убрать.

2. Поднести испытуемый предмет.

Поднесите наэлектризованную авторучку к шару заряженного электроскопа, не касаясь его.

3. Проанализировать результат.

Далее следует наблюдать за поведением лепестков электроскопа. Существует две возможности:

• Лепестки расходятся еще сильнее. Это происходит, если заряд авторучки и заряд электроскопа одноименные. Так как электроскоп заряжен положительно, то и заряд авторучки является положительным. Положительно заряженная ручка отталкивает положительные заряды из стержня электроскопа на лепестки, увеличивая их заряд и силу отталкивания.

• Лепестки опадают (угол между ними уменьшается). Это происходит, если заряд авторучки и заряд электроскопа разноименные. Следовательно, заряд авторучки является отрицательным. Отрицательно заряженная ручка притягивает к себе положительные заряды с лепестков, уменьшая их заряд и ослабляя силу отталкивания.

Ответ: Необходимо зарядить электроскоп положительным зарядом при помощи известной заряженной палочки (лепестки разойдутся). Затем, поднося к шару электроскопа наэлектризованную авторучку, нужно наблюдать за лепестками. Если они разойдутся еще больше — заряд ручки положителен. Если угол между лепестками уменьшится — заряд ручки отрицателен.