Задание №5 — ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ
К металлической гильзе поднесли, не дотрагиваясь, положительно заряженную стеклянную палочку. Гильза притянулась к палочке (см. рисунок).
Что произойдёт с гильзой, если удалить стеклянную палочку и поднести к гильзе отрицательно заряженную эбонитовую палочку?
Гильза оттолкнётся от отрицательно заряженной эбонитовой палочки, так как после опыта со стеклянной палочкой на ближайшей к палочке стороне гильзы уже накопился отрицательный заряд.
Гильза притянется к отрицательно заряженной эбонитовой палочке, так как она приобрела от стеклянной палочки положительный заряд, а разноимённо заряженные тела притягиваются.
Гильза притянется к отрицательно заряженной эбонитовой палочке, так как за счёт электризации через влияние на ближайшей к палочке стороне гильзы накопился положительный заряд.
Результат эксперимента зависит от того, какая из палочек (стеклянная или эбонитовая) имела наибольший по модулю электрический заряд.
Правильный ответ
3
Пояснение
Решение.
Для решения данной задачи проанализируем физические процессы, происходящие с металлической гильзой в электрическом поле заряженных тел.
1. Электризация через влияние (электростатическая индукция). Металлическая гильза является проводником, то есть содержит большое количество свободных электронов. Когда к ней подносят заряженное тело, не касаясь её, происходит перераспределение зарядов внутри металла. Свободные электроны под действием электрического поля перемещаются по гильзе.
2. Первый этап опыта. К гильзе подносят положительно заряженную стеклянную палочку. Свободные электроны (отрицательный заряд) притягиваются к ней и скапливаются на ближайшей к палочке стороне гильзы. На противоположной стороне гильзы возникает избыток положительного заряда. Поскольку отрицательный заряд находится ближе к палочке, сила притяжения превышает силу отталкивания положительного заряда, и гильза притягивается. Важно отметить, что суммарный заряд гильзы остаётся равным нулю, так как контакта не было.
3. Второй этап опыта. Стеклянную палочку удаляют. Заряды в гильзе снова распределяются равномерно, и она возвращается в нейтральное состояние. Затем к ней подносят отрицательно заряженную эбонитовую палочку. В этом случае свободные электроны гильзы будут отталкиваться от палочки и переместятся на дальнюю сторону гильзы. В результате на ближайшей к эбонитовой палочке стороне гильзы образуется избыток положительного заряда.
4. Вывод. Так как положительный заряд на гильзе теперь находится ближе к отрицательной палочке, сила электрического притяжения будет больше силы отталкивания удалённых электронов. Следовательно, гильза снова притянется к палочке. Это происходит из-за перераспределения зарядов (электризации через влияние), при котором на ближней стороне всегда индуцируется заряд противоположного знака.
Таким образом, верным является утверждение № 3.
Ответ: 3
Источник: ФИПИ