Номер 1, страница 110 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин

1. Предложите эксперименты, подтверждающие гипотезу Рихмана об электрическом поле.

Вопрос содержит некоторую историческую неточность. Георг Вильгельм Рихман (1711-1753) был выдающимся физиком-экспериментатором, работавшим в области электричества, в частности, атмосферного. Однако само понятие "электрическое поле" как фундаментальной физической концепции было введено значительно позже, в XIX веке, Майклом Фарадеем. Рихман исследовал электрические явления, которые мы сегодня объясняем с помощью теории поля, но он не мог сформулировать "гипотезу об электрическом поле" в современном понимании. Также важно не путать физика Георга Рихмана с математиком Бернхардом Риманом, автором знаменитой "гипотезы Римана" о дзета-функции, которая не имеет отношения к физике электричества.

Таким образом, вопрос следует интерпретировать как просьбу предложить эксперименты, демонстрирующие и подтверждающие те явления, которые изучал Рихман и которые лежат в основе учения об электрическом поле.

1. Эксперимент, демонстрирующий электростатическую индукцию и действие электрических сил на расстоянии

Этот опыт является аналогом опытов, которые проводил сам Рихман со своим "электрическим указателем" (электрометром) для измерения "электрической силы".

Оборудование: Электроскоп или электрометр, стеклянная палочка, кусок шелка (или эбонитовая палочка и мех).

Ход эксперимента:
1. Наэлектризуйте стеклянную палочку, потерев ее о шелк. Палочка приобретет положительный заряд.
2. Поднесите заряженную палочку к шару (кондуктору) незаряженного электроскопа, не касаясь его.
3. Наблюдайте за поведением стрелки (или листочков) электроскопа. Стрелка отклонится.
4. Уберите палочку. Стрелка электроскопа вернется в исходное положение.

Объяснение: Заряженная палочка создает вокруг себя электрическое поле. Когда палочка подносится к электроскопу, его поле действует на свободные электроны в металлическом стержне и стрелке электроскопа. Под действием поля отрицательно заряженные электроны перемещаются к шару (ближе к палочке), в результате чего на шаре возникает избыток отрицательного заряда. На дальнем конце проводника — на стрелке и нижней части стержня — возникает недостаток электронов, то есть избыточный положительный заряд. Так как и стержень, и стрелка заряжены теперь одноименно (положительно), они отталкиваются друг от друга в соответствии с законом Кулона. Это явление называется электростатической индукцией. Оно доказывает, что заряженное тело действует на другие тела на расстоянии посредством создаваемого им поля, что и являлось предметом изучения Рихмана.

Ответ: Эксперимент с поднесением заряженного тела к электроскопу демонстрирует явление электростатической индукции, подтверждая, что электрическое взаимодействие передается на расстояние через пространство (посредством поля).

2. Эксперимент, подтверждающий электрическую природу молнии (безопасный аналог опыта Рихмана)

Георг Рихман трагически погиб во время эксперимента по исследованию атмосферного электричества. Его целью было доказать, что грозовые облака несут огромный электрический заряд. Воспроизводить его опыт смертельно опасно, но можно провести безопасную демонстрацию.

Оборудование: Длинная проволочная антенна, установленная на открытом воздухе (в безопасном месте), высокочувствительный электрометр или гальванометр, надежное заземление.

Ход эксперимента:
1. Подключите антенну к электрометру. Обеспечьте надежное заземление всей установки для безопасности.
2. Во время приближения грозы наблюдайте за показаниями прибора из безопасного укрытия.

Объяснение: Грозовые облака несут на себе огромный электрический заряд. В результате между облаком и землей создается мощное электрическое поле. Напряженность этого поля может достигать десятков тысяч вольт на метр. Антенна, находясь в этом поле, приобретает индуцированный электрический заряд, что регистрируется электрометром. Колебания стрелки прибора будут указывать на изменение напряженности атмосферного электрического поля. Этот опыт наглядно доказывает гипотезу Франклина и Рихмана об электрической природе грозовых явлений.

Ответ: Регистрация электрического потенциала с помощью антенны и электрометра во время грозы подтверждает, что облака заряжены и создают в атмосфере сильное электрическое поле.

3. Эксперимент по визуализации силовых линий электрического поля

Хотя сам Рихман не использовал понятие силовых линий, этот опыт наглядно демонстрирует то, что Фарадей позже назовет электрическим полем.

Оборудование: Два электрода различной формы (например, два стержня для создания однородного поля или стержень и кольцо), источник высокого напряжения (например, электрофорная машина), неглубокая кювета с диэлектрической жидкостью (касторовое или вазелиновое масло) и мелкими непроводящими частицами (манная крупа, тальк или мелкие опилки).

Ход эксперимента:
1. Налейте в кювету тонкий слой масла и равномерно насыпьте на его поверхность манную крупу.
2. Поместите электроды в масло на некотором расстоянии друг от друга.
3. Подключите электроды к полюсам источника высокого напряжения.
4. Слегка встряхните кювету и наблюдайте за поведением крупинок.

Объяснение: Каждая крупинка в электрическом поле поляризуется — в ней происходит разделение зарядов. В результате крупинки ведут себя как маленькие диполи и выстраиваются вдоль направления действия электрических сил, образуя цепочки. Эти цепочки наглядно показывают форму и направление силовых линий электрического поля между электродами. Для двух точечных зарядов (или стержней) картина будет напоминать поле диполя, а для двух пластин — однородное поле. Этот эксперимент делает видимой структуру поля, подтверждая его реальность.

Ответ: Эксперимент с мелкими частицами в диэлектрической жидкости, помещенными в электрическое поле, позволяет визуализировать силовые линии и подтверждает концепцию поля как материального посредника взаимодействия зарядов.