Страница 111 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин

1. Составьте план эксперимента, доказывающего, что электрическое поле обладает энергией.

Чтобы доказать, что электрическое поле обладает энергией, необходимо провести эксперимент, в котором энергия электрического поля будет преобразована в другую, легко наблюдаемую форму энергии, например, в световую или тепловую. Классическим примером такого эксперимента является зарядка и разрядка конденсатора.

Цель эксперимента

Продемонстрировать наличие энергии у электрического поля путем её накопления в конденсаторе и последующего преобразования в световую и тепловую энергию при разрядке.

Оборудование

• Конденсатор большой ёмкости (например, электролитический конденсатор 1000 мкФ, 16 В).
• Источник постоянного тока (например, батарейка «Крона» 9 В или лабораторный блок питания).
• Нагрузка (потребитель энергии): лампа накаливания на низкое напряжение (например, от карманного фонарика) или светодиод с последовательно включенным токоограничивающим резистором (220–470 Ом).
• Соединительные провода.
• Двухпозиционный переключатель для удобства переключения цепей зарядки и разрядки.

Ход эксперимента

1. Собрать электрическую цепь. С помощью переключателя обеспечить возможность подключения конденсатора либо к источнику тока (для зарядки), либо к лампе (для разрядки). При использовании электролитического конденсатора важно строго соблюдать полярность подключения.
2. Зарядка конденсатора. Перевести переключатель в положение, соединяющее конденсатор с источником тока. В этот момент начинается процесс зарядки: источник совершает работу по разделению зарядов, которые накапливаются на обкладках конденсатора. Эта работа запасается в виде энергии электрического поля, возникающего между обкладками. Энергия заряженного конденсатора определяется формулой:
   $W = \frac{CU^2}{2}$
   где $C$ — электроёмкость конденсатора, а $U$ — напряжение между его обкладками. Подождать несколько секунд для полной зарядки.
3. Разрядка конденсатора. Перевести переключатель в положение, отключающее источник тока и подключающее заряженный конденсатор к лампе.

Наблюдение

В момент подключения заряженного конденсатора к лампе она ярко вспыхивает и затем плавно гаснет. Это происходит потому, что конденсатор разряжается через лампу, его энергия расходуется, а напряжение на обкладках падает до нуля.

Вывод

Свечение и нагрев лампы — это процессы, требующие затрат энергии. Эта энергия была получена от конденсатора. В заряженном конденсаторе энергия запасена именно в электрическом поле между его обкладками. Когда конденсатор разряжается, электрическое поле исчезает, а его энергия преобразуется в другие виды (световую и тепловую). Таким образом, эксперимент наглядно доказывает, что электрическое поле обладает энергией.

Ответ: План эксперимента для доказательства наличия энергии у электрического поля включает следующие шаги: 1. Зарядить конденсатор от источника постоянного тока, в результате чего энергия источника будет запасена в виде энергии электрического поля между обкладками конденсатора. 2. Разрядить конденсатор через лампочку. 3. Наблюдать кратковременную вспышку лампы, которая является результатом преобразования энергии электрического поля в световую и тепловую энергию. Этот наблюдаемый эффект доказывает, что электрическое поле обладает энергией.

2. Как изменяется электрическая сила, действующая на заряженную гильзу при удалении её от заряженного тела? Как это показать на опыте?

Как изменяется электрическая сила, действующая на заряженную гильзу при удалении её от заряженного тела?

Электрическая сила взаимодействия между двумя заряженными телами описывается законом Кулона. Согласно этому закону, сила $F$, действующая между двумя точечными зарядами, прямо пропорциональна произведению модулей этих зарядов ($q_1$ и $q_2$) и обратно пропорциональна квадрату расстояния ($r$) между ними.

Математически это выражается формулой:

$F = k \frac{|q_1 q_2|}{r^2}$

где $k$ — это коэффициент пропорциональности.

Из данной формулы следует, что сила взаимодействия $F$ находится в обратной квадратичной зависимости от расстояния $r$. Это означает, что при увеличении расстояния между заряженной гильзой и заряженным телом, электрическая сила, действующая на гильзу, будет уменьшаться. Например, при увеличении расстояния в 2 раза сила уменьшится в $2^2 = 4$ раза.

Ответ: При удалении заряженной гильзы от заряженного тела электрическая сила, действующая на неё, уменьшается. Эта сила обратно пропорциональна квадрату расстояния между телами.

Как это показать на опыте?

Зависимость величины электрической силы от расстояния можно продемонстрировать с помощью простого эксперимента. Для этого понадобятся легкая гильза из фольги, штатив, непроводящая (шелковая) нить и тело для электризации (например, эбонитовая палочка и кусок меха).

Порядок проведения опыта:

1. Подвесить гильзу на шелковой нити к штативу.
2. Наэлектризовать эбонитовую палочку, потерев её о мех. Палочка получит отрицательный заряд.
3. Зарядить гильзу, прикоснувшись к ней наэлектризованной палочкой. Гильза также станет заряженной отрицательно (зарядка через соприкосновение).
4. Поднести заряженную палочку к заряженной гильзе на небольшое расстояние. Гильза оттолкнется от палочки, так как их заряды одноименные. Нить, на которой висит гильза, отклонится от вертикального положения на определенный угол. Этот угол характеризует величину силы отталкивания.
5. Медленно удалять палочку от гильзы, увеличивая расстояние между ними.

В ходе наблюдения будет видно, что по мере увеличения расстояния между палочкой и гильзой угол отклонения нити от вертикали уменьшается. Это наглядно показывает, что сила электрического взаимодействия (в данном случае отталкивания) ослабевает с увеличением расстояния.

Ответ: Для демонстрации на опыте необходимо зарядить подвешенную на нити гильзу и другое тело одноименным зарядом. При сближении этих тел гильза отклонится на некоторый угол под действием силы отталкивания. При постепенном увеличении расстояния между телами угол отклонения гильзы будет уменьшаться, что доказывает ослабление электрической силы.