Global EE

Электростатика — Задание 21 ЕГЭ по физике №00010671

Задание №21. Качественная Задача

Электростатика

№2. Задание 21

ID: 00010671

Если потереть шерстью эбонитовую палочку, то она электризуется, приобретая отрицательный заряд, и стрелка электрометра при поднесении палки к его шару отклоняется, а при удалении палки — возвращается к неотклонённому состоянию. Если же в момент поднесения наэлектризованной палки к электрометру коснуться рукой его металлического корпуса и сразу же убрать руку, то после удаления палки отклонение стрелки сохраняется, хотя и меньшее по величине.

Рисунок к заданию 21 ЕГЭ по физике — Электростатика

Объясните, основываясь на известных физических законах и закономерностях, почему это происходит.

Электрометр (см. рис.) представляет собой металлический цилиндрический корпус, передняя и задняя стенки которого стеклянные. Корпус закреплён на изолирующей подставке. Через изолирующую втулку внутрь корпуса сверху входит металлическая трубка, заканчивающаяся внизу стержнем с установленной на нём легкоподвижной стрелкой, отклонение которой определяется величиной заряда. Стрелка может вращаться вокруг горизонтальной оси. Внутри корпуса установлена шкала электрометра, по которой определяется отклонение стрелки. Снаружи корпуса, наверху трубки прикрепляется металлический шар или тарелка, к которой подносят заряженные тела.

Источник: ФИПИ

Решение

Дано:

Эбонитовая палочка несёт заряд $q \lt 0$; в момент поднесения к электрометру происходит касание корпуса рукой, затем рука убирается, затем убирается палочка.

Найти:

Объяснить, почему после удаления палочки стрелка остаётся отклонённой.

Решение:

Шаг 1. Поднесение палочки без касания (первый опыт).

Палочка несёт заряд $q \lt 0$. Её электрическое поле действует на проводник электрометра: $$\vec{F} = q\vec{E}$$ Положительные заряды электрометра (металлическая игла и стрелка) смещаются к набалдашнику (к палочке), отрицательные — в стрелку. Суммарный заряд электрометра остаётся нулевым — это электростатическая индукция. При удалении палочки заряды возвращаются на прежние места, стрелка возвращается к нулю.

Шаг 2. Поднесение палочки + касание рукой (второй опыт).

В момент поднесения опять возникает разделение зарядов: плюсы идут к шару, минусы идут в стрелку. Затем человек касается корпуса. Человек — проводник, и часть избыточных отрицательных зарядов из стрелки перетекает через руку на тело человека (заземление): $$\text{Суммарный заряд электрометра становится} \gt 0$$

Шаг 3. Убирание руки, затем палочки.

После того как рука убрана, заряд перераспределиться обратно уже не может — цепочка разорвана. После удаления палочки электрометр оказывается с суммарным положительным зарядом (ненулевым), и его стрелка остаётся отклонённой, так как одноимённые заряды на стрелке и игле отталкиваются.

Ответ

При поднесении палочки электроны электрометра перераспределяются (индукция). Касание рукой даёт возможность избыточным отрицательным зарядам частично стекать на человека (заземление). После удаления руки электрометр остаётся с ненулевым положительным зарядом — стрелка остаётся отклонённой.

Видеоразбор

Другие задания по теме «Электростатика» (8)