Задачи - опыты по физике (стр. 13 )

Без скамейки учащийся приседает на корточки, обхватив ноги руками.

56. Электрическая индукция.

Установка. Школьный электроскоп (с банкой из стекла). Кусок кожи.

Условие задачи. Перед вами незаряженный электроскоп, листочки которого опущены.

Что и как надо наэлектризовать с помощью выставленных предметов, для того чтобы эту электризацию обнаружить по листочкам электроскопа, раздвинувшимся на некоторый угол?

Дополнения. 1. Можно ли считать, что в результате выполненного вами решения задачи электроскоп зарядился электричеством?

Что необходимо сделать дополнительно для того, чтобы электроскоп зарядился? Будут ли при этом раздвинуты листочки электроскопа?

Решение и пояснения

56. (10, 7-й кл.) Стенки электроскопа (против его листочков) электризуются при помощи натирания их кожей.

Дополнения (даются вместе с задачей). 1. Несмотря на разошедшиеся листочки, стержень электроскопа (электроскоп) не зарядился.

Коснуться шарика рукой. При заряженном электроскопе листочки будут опущены.

Стеклянный колпак электроскопа тщательно очищается от грязи и жира в том случае, если он не электризуется или слабо электризуется. Его надо обмыть теплой мыльной водой, затем чистой водой и высушить в теплом токе воздуха, не вытирая. Можно промыть еще спиртом.

Как всегда, лучший результат электризации стекла при натирании его кожей получается с амальгамированной кожей.

57. Электрическая индукция.

Установка. Шаровой проводник. Электрический маятник. Стеклянная (или эбонитовая) палочка с натирателем для ее электризации.

Условие задачи. Зарядите шаровой проводник с помощью наэлектризованной стеклянной палочки. Установите около него электрический маятник так, чтобы он отклонился от вертикали в сторону шарового проводника, но находился бы от него на расстоянии приблизительно в 5 см.

Каким образом, не изменяя расстояния между точкой подвеса маятника и шаровым проводником и не изменяя заряда последнего, вызвать по желанию увеличение и уменьшение угла отклонения маятника от вертикали?

Действовать на маятник можно только со стороны, противоположной шаровому проводнику.

Решение и пояснения

       57. (10-й кл.) Приближая руку к шарику маятника со стороны, противоположной шаровому проводнику, вызовем уменьшение угла. Наоборот, приближая к шарику наэлектризованную стеклянную палочку, вызываем увеличение угла отклонения маятника от вертикали.

58. Электризация и индукция.

Установка. Стеклянная палочка, употребляемая для электризации. Металлическая палочка или трубка, закрытая с двух концов (см. решение). Электроскоп. Кусок кожи и меха. Деревянная подставка с изолятором, на который можно было бы положить металлическую палочку.

Условие задачи. Можно ли на концах стеклянной палочки получить два одновременно существующих разноименных заряда?

Можно ли на концах металлической палочки получить два одновременно существующих разноименных заряда?

Попытайтесь с помощью опыта ответить утвердительно или отрицательно на оба предложенные вопроса.

Кроме выставленных предметов, ничем пользоваться нельзя.

Дополнения. 1. В задаче решаются два вопроса. Если вы будете решать их одновременно вместе с товарищем и выберете для себя решение первого вопроса, то какие дополнительные предметы понадобятся вашему товарищу для решения второго вопроса?

2. Что дополнительно понадобится вам, если ваш товарищ первым выберет для себя решение второго вопроса?

Решение и пояснения

       58. (7, 10-й кл.) Стеклянная палочка, натертая мехом, электризуется отрицательно. Электризация эта слабая, поэтому обязательным условием для успеха опыта является требование, чтобы палочка ни разу не электризовалась положительно. Отрицательную электризацию новой стеклянной палочки можно отчетливо обнаружить на электроскопе, заряженном положительным электричеством. Натерев кожей противоположный конец палочки (держа ее за середину), убеждаемся с помощью положительно заряженного электроскопа, что один ее конец несет положительный, а другой – отрицательный заряд.

На изолятор подставки кладут горизонтально металлическую палочку. К одному ее концу подносят положительно наэлектризованный конец стеклянной палочки и возбуждают на концах металлической палочки индукционные заряды. Обычным приемом с помощью положительно заряженного электроскопа определяют знаки зарядов на концах металлической палочки.

Дополнения. 1. Стеклянная палочка, кожа, электроскоп.

2. То же самое.

Металлическую трубку можно закрыть с двух концов пробками, обернутыми в алюминиевую фольгу.

Наэлектризованная стеклянная палочка (так же, как эбонитовая) через некоторое время разряжается, так что с помощью даже очень чувствительного электроскопа или электрометра на ней нельзя обнаружить свободного положительного заряда. Однако значительная доля положительного заряда сохранилась на поверхности палочки и только нейтрализовалась благодаря осевшим на ней отрицательным ионам воздуха. Образовавшийся в результате этого двойной электрический слой удерживается на поверхности палочки очень продолжительное время. Поэтому, когда такую, казалось бы вполне нейтральную стеклянную палочку, пытаются наэлектризовать отрицательным электричеством с помощью меха, то она электризуется положительно. Вследствие механического трения с поверхности палочки удаляется слой отрицательных ионов и вновь появляется положительный слой электричества, образовавшийся ранее при трении палочки о кожу. Вот почему для полного успеха опыта следует пользоваться стеклянной палочкой, которая ни разу не была наэлектризована положительным электричеством.

59. Нейтральный и заряженный проводник.

Установка. Электроскоп. Стеклянная и эбонитовая палочка с соответствующими натирателями для их электризации.

Условие задачи. Наэлектризуйте стеклянную палочку и зарядите ею электроскоп так, чтобы угол между его листочками не превышал 50–60°. Уберите стеклянную палочку и больше ее не трогайте.

Как с помощью наэлектризованной эбонитовой палочки, не касаясь ею электроскопа: 1) разрядить листочки электроскопа, 2) зарядить их отрицательным электричеством, 3) снова разрядить их и, наконец, 4) зарядить их положительным электричеством.

Дополнения. 1. Можно ли, проделав первый опыт, сказать, что электроскоп разрядился?

Можно ли, проделав второй опыт, сказать, что электроскоп зарядился отрицательным электричеством? Проделайте второй опыт. Приложите палец к шарику электроскопа. Отнимите палец и уберите эбонитовую палочку. Какого знака и какое количество электричества сравнительно с первым зарядом получил теперь электроскоп?

Решение и пояснения

59. (7-й кл.) Приближая эбонитовую палочку к шарику электроскопа и затем вновь удаляя от него.

Дополнения (даются вместе с задачей). 1 и 2. Нет. Электроскоп в обоих случаях заряжен положительно.

3. Электроскоп после опыта имеет положительный заряд, величина которого больше первоначального.

60. Процесс заряжения проводника.

Установка. Листок алюминиевой фольги. Ножницы. Свеча (без подсвечника). Стеклянная или эбонитовая палочка с соответствующими натирателями для их электризации.

Условие задачи. Вырежьте ножницами из листа алюминиевой фольги квадратные кусочки (каждая сторона примерно в 2 см), положите их на стол, наэлектризуйте свечу трением о ладонь руки, охватив свечу пальцами, затем поднесите наэлектризованную поверхность свечи к середине квадратного куска фольги. Он притянется к свече, но не оттолкнется.

Возьмите теперь стеклянную палочку и сильно наэлектризуйте ее. Поднесите ее к вырезанному вами кусочку фольги. Результат получится противоположный – кусочек фольги притянется к стеклянной палочке и затем оттолкнется от нее.

Чем вы объясните обнаруженные вами явления, если известно, во-первых, что проводник, поднесенный к наэлектризованному телу, сам заряжается одноименным с телом электричеством и, во-вторых, что одноименные электричества взаимно отталкиваются?

Дополнения. 1. Возьмите металлическую палочку с изолированной ручкой. Зарядите ее электричеством. Можно ли, используя ее вместо наэлектризованной свечи, воспроизвести те опыты, которые вы проделали со свечой?

2. Оторвите от газеты небольшой кусочек. Примерно такой же кусочек отрежьте от нее ножницами. Положите эти кусочки на край толстой книги или коробки так, чтобы оторванный край одной бумажки и отрезанный край другой несколько выступали за край коробки или книги. Поднесите по очереди к этим краям наэлектризованную стеклянную палочку.

О какой бумажке можно с большей уверенностью сказать, что она не оттолкнется от наэлектризованной палочки?

Решение и пояснения

60. (10-й кл.) Любой процесс заряжения проводника начинается с возбуждения на нем индукционных зарядов. По соприкосновении наэлектризованного диэлектрика с проводником результаты могут быть различные, в зависимости от нескольких причин (см. решение дополнений к этой задаче и решение задач 62, 63 и 64) и, в частности, от поверхностной плотности электричества на диэлектрике. Когда она имеет небольшое значение (на свече), индукционный заряд проводника не может быть нейтрализован тем количеством электричества, которое находится на части поверхности диэлектрика, соприкасающейся с проводником. Заряд всей остальной части диэлектрика будет по–прежнему притягивать проводник. Естественно, что при больших плотностях электричества на поверхности диэлектрика (стеклянная палочка) этого явления не произойдет. Чаще всего при сильной электризации проводник начнет отталкиваться от наэлектризованной палочки до возникновения между ними подлинного контакта. До контакта возникает искровой разряд.

Дополнения. 1. Нет. На алюминиевую фольгу переходит заряд со всей поверхности металлической палочки.

2. О бумажке с оторванным краем. По этому краю торчат волокна (видимые даже простым глазом), которые не допускают возникновения контакта между бумажкой и наэлектризованной палочкой.

61. Заряжение проводника односторонне и двухсторонне наэлектризованным диэлектриком.

Установка. Толстая плоскопараллельная стеклянная пластинка, например, из оптического набора. (Толщина ее 0,5—1 см. Размер ее не меньше 100 см-.) Натиратель, который вы применяете для электризации стеклянной палочки. (Лучше амальгамированная кожа.) Электроскоп.