ГДЗ по физике, 8 класс, Перышкин, номер 27.6

План решения:

Вспомним два ключевых свойства электрических зарядов. Во-первых, заряженное тело притягивает к себе нейтральные тела (за счёт явления электростатической индукции). Во-вторых, одноимённо заряженные тела отталкиваются, а разноимённо — притягиваются. Поскольку у нас есть один заряженный и один нейтральный шарик, нам нужно найти способ их различить, используя только взаимодействие между ними или с внешним объектом.

Ход рассуждений и вычисление:

Самый простой способ — использовать явление электростатической индукции . Если поднести заряженный шарик к нейтральному, они притянутся друг к другу. Но если мы просто сблизим шарики, то оба могут проявить взаимное притяжение: заряженный притянется к нейтральному, а нейтральный — к заряженному. Это не поможет определить, кто из них «источник» заряда, так как сила взаимодействия по третьему закону Ньютона равна для обоих тел.

Однако есть более надёжный метод, требующий дополнительного действия. Нужно заставить шарики соприкоснуться . При соприкосновении одинаковых шариков заряд распределится между ними поровну. После этого оба шарика станут заряженными одноимённо. Если теперь их развести на небольшое расстояние, они будут отталкиваться .

Но как понять, какой был заряжен изначально? Здесь помогает второй способ, не требующий контакта шариков друг с другом, а использующий внешний объект. Возьмём любой другой заряженный предмет (например, эбонитовую палочку, потёртую о шерсть). Поднесём его по очереди к каждому шарику. 1. Тот шарик, который будет отталкиваться от палочки, точно заряжен (так как нейтральное тело всегда притягивается к заряженному). 2. Тот шарик, который будет притягиваться , может быть как заряженным (разноимённо), так и нейтральным. Этот способ менее однозначен без знания знака заряда палочки.

Вернёмся к первому способу с соприкосновением, но добавим уточнение. Если мы просто соединим шарики проводником или дадим им коснуться друг друга, заряд перераспределится. Чтобы узнать, какой был заряжен до соединения, нужно наблюдать за процессом. Но в условии сказано «подвешены... предложите способ». Самый классический школьный ответ опирается на свойство нейтральных тел притягиваться к заряженным, но это симметрично. Давайте рассмотрим вариант с использованием третьего тела. Если у нас нет других заряженных тел, единственный способ различить их — это зарядить один из них известным способом или использовать эффект отталкивания после контакта. На самом деле, существует трюк: если подвесить шарики очень близко друг к другу, они притянутся. Если затем их слегка раздвинуть и отпустить, они снова сойдутся. Это не различает их. Правильный логический путь: Заряженное тело обладает свойством притягивать мелкие лёгкие предметы (пылинки, бумажки). Нейтральное — нет. Но здесь шарики большие. Рассмотрим стандартное решение для этой задачи в физике 8 класса: Если взять третий заряженный предмет (известного знака или просто заряженный) и подносить его к шарикам: - Шарик, который отталкивается от него, обязательно заряжен (одноимённо). - Шарик, который притягивается , может быть заряжен разноимённо или быть нейтральным. Если же у нас нет третьего предмета, то задача решается через контакт. Соединим шарики металлической перемычкой или дадим им коснуться друг друга. Заряд разделится. Теперь оба заряжены. Оттолкнув их друг от друга, мы увидим отталкивание. Но это не скажет, кто был заряжен первым. Однако, есть нюанс: если шарик заряжен, он может индуцировать заряд на втором. Если мы быстро разведём их, пока они ещё не успели полностью обменяться зарядом при контакте, или если контакт был кратковременным, то тот, что был заряжен, потеряет часть заряда, а нейтральный приобретёт. Оба станут заряженными. Самый верный способ без дополнительных приборов: Поднести к каждому шарику мелкую бумажку или пылинку. Заряженный шарик притянет бумажку к себе. Нейтральный шарик бумажку не притянет (если она не заряжена сама). Так как в условии речь идёт о взаимодействии двух шариков, предположим, что мы можем манипулировать ими. Способ: Заставить шарики соприкоснуться, а затем развести. Если после соприкосновения они отталкиваются, значит, оба получили заряд. Но чтобы узнать, какой был заряжен изначально , этот способ не подходит напрямую, если мы не знаем историю процесса. Перечитаем условие внимательно: «Предложите способ определить, какой из них заряжен». Обычно подразумевается использование свойств заряженных тел. Лучший ответ: Используйте третье заряженное тело (например, пластинку слюды или другую палочку). Поднесите её к одному шарику, затем к другому. Тот шарик, который будет отталкиваться от заряженного тела, является заряженным. Тот, который притягивается, может быть нейтральным (или заряженным противоположно, но в задаче сказано, что один заряжен, другой нет, поэтому притягивающийся — нейтральный).

Проверка:

Действительно, нейтральное тело всегда притягивается к заряженному телу любого знака из-за поляризации. Заряженное тело может как притягиваться (если знаки разные), так и отталкиваться (если знаки одинаковые). Поскольку у нас один заряжен (q), а другой нейтрален (0), то при поднесении внешнего заряда Q: - К нейтральному шарику сила будет только притяжения. - К заряженному шарику сила может быть притяжением или отталкиванием. Если мы видим отталкивание, то шарик точно заряжен. Если видим притяжение, то это либо нейтральный, либо заряженный разноимённо. Чтобы исключить неоднозначность, достаточно проверить оба шарика одним и тем же внешним зарядом. Тот, который хоть раз проявит отталкивание, — заряженный. Если оба притягиваются, то нужно поменять знак внешнего заряда или использовать другой метод (контакт с землёй и т.д.), но в рамках школьной программы обычно предполагается наличие возможности создать отталкивание или использование мелких предметов.

Альтернативный способ без внешних зарядов: Прислонить к каждому шарику кусочек бумаги. Заряженный шарик притянет бумагу, нейтральный — нет.