Страница 102 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин

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

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

Чтобы определить, наэлектризовано ли тело, необходимо выполнить следующий простой опыт. Сначала нужно приготовить несколько очень маленьких и легких кусочков бумаги и положить их на горизонтальную поверхность, например, на стол. Затем следует поднести исследуемое тело (например, расческу или ручку) к этим кусочкам бумаги, не касаясь их.

Если тело наэлектризовано, оно создает вокруг себя электрическое поле. Под действием этого поля в нейтральных кусочках бумаги (которые являются диэлектриками) происходит явление электростатической индукции (или поляризации). Это означает, что свободные и связанные заряды внутри бумаги перераспределяются: на стороне кусочка, ближайшей к заряженному телу, концентрируется заряд противоположного знака, а на дальней стороне — заряд того же знака, что и у тела. Поскольку сила притяжения между разноименными зарядами больше силы отталкивания между одноименными (из-за разного расстояния до тела), результирующая сила будет силой притяжения. В итоге легкие кусочки бумаги притянутся к наэлектризованному телу.

Если же тело электрически нейтрально (не заряжено), оно не создаст электрического поля, и никакого взаимодействия с кусочками бумаги наблюдаться не будет. Они останутся лежать на столе.

Ответ: Если при поднесении тела к мелким листочкам бумаги они притягиваются к нему, значит, тело наэлектризовано. Если листочки остаются неподвижны, тело не наэлектризовано.

2. Как взаимодействуют друг с другом две одинаковые палочки?

Подразумевается, что речь идет о двух одинаковых палочках, которые были наэлектризованы одинаковым способом (например, обе потерты о шерсть или шелк). В этом случае обе палочки приобретают электрический заряд одного и того же знака (обе становятся либо положительно заряженными, либо отрицательно заряженными).

Согласно основному закону электростатики, тела, имеющие заряды одного знака (одноименные заряды), отталкиваются друг от друга. Следовательно, если поднести такие палочки друг к другу, они будут испытывать силу взаимного отталкивания.

Если же палочки не наэлектризованы, то они являются электрически нейтральными и заметного электростатического взаимодействия между ними не будет.

Ответ: Две одинаково наэлектризованные палочки будут отталкиваться друг от друга.

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

2. Когда два одинаковых тела электризуют одинаковым способом, они приобретают электрические заряды одного и того же знака. Например, если две эбонитовые палочки потереть о мех, обе палочки получат отрицательный заряд. Аналогично, две стеклянные палочки, потертые о шелк, станут положительно заряженными.

Согласно основному закону электростатики, тела, имеющие электрические заряды одного знака (одноименные заряды), отталкиваются друг от друга. Тела с зарядами разных знаков (разноименные заряды) притягиваются.

Следовательно, две одинаковые палочки, наэлектризованные одинаковым способом, будут иметь заряды одного знака (обе положительные или обе отрицательные) и будут отталкиваться друг от друга. Сила, с которой они взаимодействуют, называется силой Кулона.

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

3. В природе существует два вида (или рода) электрических зарядов. Их условно назвали положительными и отрицательными.

1. Положительный заряд (+) – это заряд, который возникает, например, на стеклянной палочке при трении ее о шелк. Носителями элементарного положительного заряда являются протоны, которые находятся в ядрах атомов.

2. Отрицательный заряд (−) – это заряд, который возникает, например, на эбонитовой палочке при трении ее о мех. Носителем элементарного отрицательного заряда является электрон.

Все тела в обычном состоянии электрически нейтральны, так как количество положительных зарядов (протонов) в их атомах равно количеству отрицательных зарядов (электронов). Процесс электризации заключается в нарушении этого баланса, то есть в создании избытка или недостатка электронов.

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

3. Сколько видов электрических зарядов существует в природе? Какие опыты это подтверждают?

3. В природе существует два вида электрических зарядов. Их условно назвали положительными (+) и отрицательными (–).

Существование двух видов зарядов подтверждается простыми опытами по электризации тел. Например:

• Если потереть эбонитовую палочку о мех, она приобретет отрицательный заряд. Если потереть стеклянную палочку о шелк, она приобретет положительный заряд.
• Если поднести друг к другу две эбонитовые палочки, наэлектризованные трением о мех, они будут отталкиваться.
• Аналогично, две стеклянные палочки, потертые о шелк, также будут отталкиваться друг от друга.
• Однако если поднести наэлектризованную эбонитовую палочку (отрицательный заряд) к наэлектризованной стеклянной палочке (положительный заряд), они будут притягиваться.

Наблюдение двух различных типов взаимодействия — отталкивания и притяжения — между наэлектризованными телами и привело к выводу о существовании двух и только двух видов электрических зарядов.

Ответ: В природе существует два вида электрических зарядов: положительные и отрицательные. Это подтверждается опытами по электризации, в которых наблюдается как притяжение (между разноименно заряженными телами), так и отталкивание (между одноименно заряженными телами).

4. Тела, имеющие электрические заряды одного знака (одноименные заряды), отталкиваются друг от друга. Это означает, что два тела, заряженные положительно, будут отталкиваться, и два тела, заряженные отрицательно, также будут отталкиваться.

Это фундаментальный принцип электростатики, который наблюдается в экспериментах, описанных в предыдущем пункте. Сила взаимодействия между зарядами описывается законом Кулона: $F = k \frac{q_1 q_2}{r^2}$, где $F$ — сила взаимодействия, $q_1$ и $q_2$ — величины зарядов, $r$ — расстояние между ними, а $k$ — коэффициент пропорциональности. Если знаки зарядов $q_1$ и $q_2$ одинаковы (оба положительные или оба отрицательные), их произведение $q_1 q_2$ будет положительным, что соответствует силе отталкивания.

Ответ: Тела, имеющие заряды одного знака (одноименно заряженные), взаимно отталкиваются.

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

одного знака
Тела, обладающие электрическими зарядами одного и того же знака (то есть оба заряда положительные или оба отрицательные), испытывают взаимное отталкивание. Это фундаментальный принцип электростатики, который гласит, что одноименные заряды отталкиваются. Сила этого взаимодействия описывается законом Кулона. Величина силы $F$ между двумя точечными зарядами $q_1$ и $q_2$, находящимися на расстоянии $r$ друг от друга, равна:
$F = k \frac{|q_1 \cdot q_2|}{r^2}$
где $k$ — коэффициент пропорциональности. В случае зарядов одного знака силы, действующие на тела, направлены в противоположные стороны вдоль прямой, их соединяющей. Это и есть отталкивание.
Ответ: Тела, имеющие заряды одного знака, отталкиваются.

разного знака
Тела, обладающие электрическими зарядами противоположных знаков (то есть один заряд положительный, а другой — отрицательный), испытывают взаимное притяжение. Согласно основному принципу электростатики, разноименные заряды притягиваются. Величина силы притяжения также определяется по закону Кулона:
$F = k \frac{|q_1 \cdot q_2|}{r^2}$
Однако в этом случае, когда заряды имеют противоположные знаки, силы, действующие на тела, направлены навстречу друг другу вдоль прямой, их соединяющей. Это и есть притяжение.
Ответ: Тела, имеющие заряды разного знака, притягиваются.

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

1. Это явление объясняется электризацией тел при трении. В процессе распиливания листа плексигласа или полистирола происходит интенсивное трение между зубьями ножовки и материалом листа.

Плексиглас и полистирол являются диэлектриками, то есть материалами, которые легко электризуются. Ножовка, как правило, сделана из металла. При трении двух разнородных материалов часть электронов переходит с одного тела на другое. В результате и ножовка, и отделившиеся от листа опилки приобретают электрические заряды. Согласно трибоэлектрическому эффекту, эти заряды, как правило, противоположны по знаку: одно тело заряжается положительно, а другое — отрицательно.

Между разноименно заряженными телами (ножовкой и опилками) возникает сила электростатического притяжения. Эта сила оказывается достаточной, чтобы удержать легкие опилки на поверхности ножовки, преодолевая силу тяжести. Таким образом, опилки "прилипают" к ножовке из-за электростатического взаимодействия.

Ответ: Прилипание опилок к ножовке объясняется явлением электризации трением. В процессе пиления ножовка и опилки приобретают электрические заряды противоположных знаков, что приводит к их взаимному электростатическому притяжению.

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

Решение

Для определения, какой из двух шариков заряжен, а какой нет, необходимо воспользоваться третьим телом, о котором известно, что оно заряжено. Например, это может быть стеклянная палочка, потёртая о шёлк (приобретает положительный заряд), или эбонитовая палочка, потёртая о мех (приобретает отрицательный заряд). Назовём это тело «пробным».

Алгоритм действий следующий:

1. Взять пробное тело (для определённости, положительно заряженную стеклянную палочку).
2. Поднести пробное тело поочерёдно к каждому из шариков на небольшое расстояние, не допуская касания.
3. Наблюдать за характером взаимодействия между пробным телом и каждым из шариков.

По результатам наблюдения возможны два варианта:

1. Один шарик отталкивается, а другой притягивается.

Электростатическое отталкивание наблюдается только в том случае, когда взаимодействующие тела имеют одноимённые заряды. Притяжение же возможно как между разноимённо заряженными телами, так и между заряженным и незаряженным телом (в последнем случае оно происходит за счёт явления электростатической индукции). Таким образом, отталкивание является однозначным признаком наличия заряда. Тот шарик, который оттолкнулся от пробного тела, является заряженным (и его заряд имеет тот же знак, что и у пробного тела). Второй шарик, который притянулся, — незаряженный.

2. Оба шарика притягиваются к пробному телу.

Такая ситуация возникнет, если заряд имеющегося шарика противоположен по знаку заряду пробного тела. Незаряженный шарик также будет притягиваться к пробному телу из-за электростатической индукции (перераспределения зарядов внутри него). Однако сила взаимодействия в этих случаях будет разной. Сила кулоновского притяжения между пробным телом и шариком с противоположным зарядом будет заметно больше, чем сила притяжения между пробным телом и нейтральным шариком. Следовательно, тот шарик, который притягивается сильнее, и является заряженным. Тот, что притягивается слабее, — нейтральный.

Для большей надёжности в случае, когда оба шарика притягиваются, можно провести дополнительную проверку, используя пробное тело с зарядом другого знака (например, отрицательно заряженную эбонитовую палочку). В этом случае заряженный шарик будет от неё отталкиваться, что позволит однозначно его идентифицировать.

Ответ:

Необходимо поднести к обоим шарикам поочередно заведомо заряженное тело (например, наэлектризованную палочку). Шарик, который оттолкнется от этого тела, является заряженным. Если же оба шарика притянутся, то заряженным будет тот, который притянется с большей силой.

3. Объясните электризацию волос (см. рис. на с. 100).

Решение

Электризация волос — это физическое явление, при котором волосы приобретают избыточный электрический заряд. Чаще всего это происходит в результате трения, например, при расчесывании пластмассовой расческой или при соприкосновении с головным убором из шерсти или синтетики. Данный процесс называется электризацией трением или трибоэлектрическим эффектом.

Механизм этого явления заключается в следующем. Все тела в обычном состоянии электрически нейтральны, так как число положительно заряженных протонов в их атомах равно числу отрицательно заряженных электронов. Однако при трении двух тел из разных материалов часть электронов может перейти с одного тела на другое. Некоторые материалы, как человеческий волос, имеют свойство легко отдавать электроны, а другие, как пластмасса или шерсть, — легко их принимать.

Когда вы расчесываете волосы, происходит трение между волосами и расческой. В процессе этого трения электроны переходят с волос на расческу. В результате каждый волос теряет электроны и приобретает положительный электрический заряд. Расческа же, наоборот, получает избыток электронов и становится отрицательно заряженной.

После того как все волосы оказались заряжены одноименно (положительно), между ними начинают действовать силы электростатического отталкивания. Согласно закону Кулона, одноименные заряды отталкиваются. Эти силы заставляют отдельные волоски отталкиваться друг от друга. Поскольку волосы очень легкие, силы отталкивания оказываются достаточными, чтобы преодолеть силу тяжести, из-за чего волосы поднимаются и расходятся в разные стороны, то есть "встают дыбом".

Стоит отметить, что электризация волос сильнее проявляется в сухом воздухе (например, зимой в отапливаемых помещениях). Во влажном воздухе на поверхностях тел образуется тончайшая пленка воды, которая обладает проводимостью и способствует быстрому "стеканию" заряда, тем самым нейтрализуя его.

Ответ: Электризация волос происходит из-за трения (например, о расческу или шапку), в результате которого электроны переходят с волос на другой предмет. Волосы при этом приобретают одинаковый (положительный) электрический заряд. Так как одноименные заряды отталкиваются, отдельные волоски начинают отталкиваться друг от друга, из-за чего они поднимаются и расходятся в стороны.

1. На рисунке 56 показано взаимодействие заряженных тел. Найдите ошибки в рисунке и исправьте их.

Решение

Для анализа каждого случая, представленного на рисунке, необходимо применить основные законы электростатики: тела с одноименными зарядами отталкиваются, тела с разноименными зарядами притягиваются, а заряженное тело притягивает незаряженное (нейтральное) тело.

а) На рисунке показано взаимодействие положительного (+) и отрицательного (−) зарядов. Согласно закону электростатики, разноименные заряды должны притягиваться. На рисунке же изображено их отталкивание, что является ошибкой. Правильно было бы направить стрелки сил навстречу друг другу. Ответ: ошибка, разноименные заряды притягиваются.

б) На рисунке показано взаимодействие двух положительных (+) зарядов. Одноименные заряды отталкиваются, что и показано на рисунке. Направление сил указано верно. Ответ: ошибки нет.

в) На рисунке показано взаимодействие отрицательного (−) и положительного (+) зарядов. Как и в случае (а), это разноименные заряды, и они должны притягиваться. На рисунке ошибочно показано отталкивание. Ответ: ошибка, разноименные заряды притягиваются.

г) На рисунке показано взаимодействие двух отрицательных (−) зарядов. Это одноименные заряды, поэтому они должны отталкиваться друг от друга. Направление сил на рисунке указано верно. Ответ: ошибки нет.

д) На рисунке показано взаимодействие нейтрального (незаряженного) тела и положительно заряженного (+). Вследствие явления электростатической индукции, заряженное тело всегда притягивает нейтральное. На рисунке ошибочно показано отталкивание. Ответ: ошибка, заряженное тело притягивает нейтральное.

2. Рассмотрите рисунок 57. Считая, что тело 1 заряжено, определите знак его заряда в каждом случае.

Решение

Для определения знака заряда тела 1 в каждом из случаев воспользуемся основным правилом взаимодействия электрических зарядов: тела, имеющие заряды одинакового знака (одноименные), отталкиваются, а тела, имеющие заряды противоположных знаков (разноименные), притягиваются. Направление стрелок на рисунке указывает направление силы, действующей на каждое тело.

а) На рисунке а) мы видим, что тела 1 и 2 отталкиваются, так как стрелки, указывающие направление сил, направлены в противоположные стороны друг от друга. Тело 2 имеет положительный заряд (+). Так как отталкиваются одноименные заряды, следовательно, тело 1 также имеет положительный заряд.

Ответ: положительный (+).

б) На рисунке б) тела 1 и 2 также отталкиваются. Тело 2 имеет отрицательный заряд (–). Поскольку отталкиваются только одноименные заряды, тело 1 должно иметь такой же, то есть отрицательный, заряд.

Ответ: отрицательный (–).

в) На рисунке в) показано притяжение тел 1 и 2, так как стрелки сил направлены навстречу друг другу. Тело 2 заряжено положительно (+). Притяжение возникает между разноименными зарядами, поэтому тело 1 должно быть заряжено отрицательно.

Ответ: отрицательный (–).

г) На рисунке г) тела 1 и 2 притягиваются. Тело 2 имеет отрицательный заряд (–). Для возникновения силы притяжения тело 1 должно иметь противоположный по знаку заряд, то есть положительный.

Ответ: положительный (+).