Номер 9, страница 63 - гдз по физике 8 класс учебник Исаченкова, Громыко

9. На рисунке 107 показан легкий незаряженный шарик из фольги, подвешенный на шелковой нити. Объясните, почему шарик после того, как начинают вращать ручку электрофорной машины, сначала притягивается к электроду машины, а затем, коснувшись его, отталкивается.

Рис. 107

Процесс, описанный в задаче, можно объяснить, разделив его на два последовательных физических явления: электростатическую индукцию и электризацию через контакт.

Притяжение шарика к электроду

1. Когда ручку электрофорной машины вращают, на ее электродах (конденсаторах, т.н. лейденских банках) накапливается большой статический заряд. Допустим, на ближайшем к шарику электроде накопился положительный заряд. Этот заряд создает вокруг себя электрическое поле.

2. Шарик из фольги является проводником и изначально электрически нейтрален. Это означает, что в нем содержится одинаковое количество положительных и отрицательных зарядов (протонов и электронов), и они распределены по объему равномерно.

3. Когда нейтральный шарик попадает в электрическое поле заряженного электрода, происходит явление электростатической индукции. Свободные электроны в проводящем шарике приходят в движение под действием поля. Если электрод заряжен положительно, то электроны (отрицательные заряды) смещаются на ту сторону шарика, которая ближе к электроду. Соответственно, на противоположной, дальней от электрода стороне шарика, возникает недостаток электронов, то есть избыточный положительный заряд.

4. В результате шарик, оставаясь в целом нейтральным, становится поляризованным. Теперь между заряженным электродом и поляризованным шариком действуют силы Кулона. Сила притяжения между положительным электродом и индуцированным отрицательным зарядом на ближней стороне шарика больше, чем сила отталкивания между тем же электродом и индуцированным положительным зарядом на дальней стороне шарика. Это происходит потому, что сила взаимодействия обратно пропорциональна квадрату расстояния, а ближняя сторона шарика находится на меньшем расстоянии от электрода. Результирующая сила оказывается силой притяжения, и шарик движется к электроду.

Отталкивание шарика после касания

1. В момент касания шарика и электрода происходит электризация через контакт (проводимость). Поскольку оба тела являются проводниками, заряд перераспределяется между ними. Часть заряда с электрода переходит на шарик.

2. Если электрод был заряжен положительно, то часть свободных электронов с шарика перетечет на электрод. В итоге шарик потеряет часть своих электронов и сам приобретет нескомпенсированный положительный заряд. Теперь и шарик, и электрод заряжены одноименно — положительно.

3. Согласно основному закону электростатики, одноименные заряды отталкиваются. Между положительно заряженным шариком и положительно заряженным электродом возникает сила отталкивания, которая заставляет шарик резко отодвинуться от электрода.

Ответ:

Шарик сначала притягивается к электроду вследствие электростатической индукции: под действием электрического поля электрода в нейтральном шарике происходит перераспределение зарядов, и он поляризуется. Сила притяжения к ближайшей, противоположно заряженной части шарика, оказывается больше силы отталкивания от дальней, одноименно заряженной части. После касания шарик получает от электрода заряд того же знака путем прямого контакта. Так как одноименные заряды отталкиваются, шарик отталкивается от электрода.