2.1. Электризация тел. Два вида электрических зарядов

Краткая теория по теме «Электризация тел. Два вида электрических зарядов»

Говорят, что если тело, после натирания его о другое тело приобрело способность притягивать к себе другие тела, то это тело наэлектризовано или что ему сообщили электрический заряд. Заряд — скалярная физическая величина, являющаяся количественной мерой электромагнитного взаимодействия. Тело обладает электрическим зарядом (т.е. оно наэлектризовано), если оно при определенных условиях притягивается к другим телам или отталкивается от них.

В природе существует два вида зарядов, которые были условно названы положительными (заряд, полученный на стеклянной палочке, потертой о шелк) и отрицательными (заряд, полученный на эбонитовой палочке, потертой о мех). Наличие электрических зарядов в природе связано с особенностями строения атома. В целом атом является частицей нейтральной. Но в состав атома входят положительно заряженные частицы — протоны и отрицательно заряженные частицы — электроны.  Наличие в природе заряженных частиц обусловлено способностью атомов присоединять или отдавать электроны. Условно это можно изобразить в виде схем, показанных на рисунке.

Кроме того, сами электроны могут существовать отдельно от атомов, электроны, которые не связаны ни с какими атомами называются свободными. Итого, наличие электрического заряда у тел обусловлено наличием в них заряженных частиц (носителей заряда): положительных и отрицательных ионов и свободных электронов.

Важно! При электризации трением электризуются оба тела (смотри рисунок выше). При электризации с одного тела на другое могут переходить только электроны. Тело с которого уходят электроны заряжается положительно. Тело на которое попадают электроны заряжается отрицательно. Значит, положительный заряд — недостаток электронов, а отрицательный заряд — избыток электронов. 

Обозначение электрического заряда — $q$.

Единица измерения — кулон (Кл). Заряд 1 Кл — это заряд, проходящий через поперечное сечение проводника за 1 секунду при силе тока 1 А. Заряд 1 Кл — очень большой в электростатике, обычно при электризации тела получают заряд, измеряемый в мкКл или нКл.

Минимально возможный заряд называется элементарным. Такой заряд имеет электрон и протон. Элементарный заряд $e=1,6\cdot 10^{-19}$ Кл.

Приборы для обнаружения и сравнения электрических зарядов — электроскоп и электрометр. Принцип действия основан на взаимном отталкивании одноименных частиц, находящихся на лепестках электроскопа или на стрелке и стержне электрометра. Чем больше угол расхождения лепестков электроскопа или угол отклонения стрелки электрометра, тем больше электрический заряд электроскопа или электрометра.

Электроскоп Электрометр

Решение заданий Открытого банка заданий ФИПИ

1. Для перевозки бензина используются автоцистерны и железнодорожные цистерны. В каком случае к корпусу цистерны необходимо прикреплять массивную металлическую цепь, которая должна волочиться по земле? Ответ поясните.

Нажмите, чтобы увидеть решение

Ответ: Прикреплять массивную цепь необходимо к автоцистерне.

Пояснение. В результате трения бензин и корпус цистерны могут наэлектризоваться. Поэтому высока вероятность пробоя — может проскочить искра, которая воспламенит бензин или его пары. Цепь в данном случае должна играть роль заземления — она отводит образующийся электрический заряд в землю. В случае с железнодорожной цистерной такая цепь не потребуется, поскольку заряд и так будет стекать с цистерны на землю через корпус и рельсы.

[свернуть]

2. На нити подвешен незаряженный металлический шарик. К нему сверху поднесли заряженную палочку. Изменится ли (и если да, то как) сила натяжения нити?

1) не изменится
2) увеличится независимо от знака заряда палочки
3) уменьшится независимо от знака заряда палочки
4) увеличится или уменьшится в зависимости от знака заряда палочки

Нажмите, чтобы увидеть решение

Наэлектризованная палочка вне  зависимости от своего заряда будет притягивать к себе незаряженный шарик, в результате чего натяжение нити должно уменьшиться.

Ответ: 3

[свернуть]

3. Учитель на уроке, используя палочку, кусок ткани и электроскоп,  последовательно провёл опыты по электризации. Условия проведения опытов и показания электроскопа представлены в таблице.

Опыт 1.

Палочку и ткань в исходном состоянии поднесли поочередно
к электроскопу

Опыт 2.

Палочку потёрли о ткань, дотронулись палочкой до электроскопа
и убрали её

Опыт 3.

Палочку вновь поднесли,
не дотрагиваясь,
к заряженному палочкой электроскопу

Опыт 4.

Ткань поднесли, не дотрагиваясь,  к заряженному палочкой электроскопу

Выберите из предложенного перечня два утверждения, которые соответствуют результатам проведённых экспериментальных наблюдений. Укажите их номера.

1) Палочка и ткань электризуются при трении.
2) При трении палочка и ткань приобретают равные по величине заряды.
3) При трении палочка и ткань приобретают разные по знаку заряды.
4) Угол расхождения лепестков электроскопа зависит от степени наэлектризованности палочки.
5) Электризация связана с перемещением электронов с одного тела на другое.

Нажмите, чтобы увидеть решение

 

Утверждение 1 — верно. При поднесении и палочки и ткани к электроскопу происходит изменение угла отклонения лепестков электроскопа, значит и палочка и ткань наэлектризованы;

Утверждение 2 — неверно. Для сравнения величины зарядов необходимо было к двум незаряженным электроскопам поднести заряженные палочку и ткань. Если бы угол отклонения лепестков был одинаков, то заряды палочки и ткани также были бы одинаковы. В данной серии опытов это не проверялось;

Утверждение 3 — верно. При поднесении ткани к электроскопу в опыте 4 происходит уменьшение угла отклонения лепестков электроскопа, значит заряды ткани и палочки, от которой был заряжен электроскоп, разные по знаку;

Утверждение 4 — неверно. Для того, чтобы это проверить, необходимо последовательно дважды наэлектризовать, например, палочку и дважды коснуться ей электроскопа и зарегистрировать изменение угла отклонения лепестков электроскопа. Такая последовательность действий в представленной серии опытов не проводилась;

Утверждение 5 — неверно. Проведенные опыты не позволяют судить о том какие частицы покидали одно тело и переходили на другое. 

Ответ: 13

[свернуть]

4. Отрицательно заряженная эбонитовая палочка притягивает подвешенную на нити лёгкую гильзу из алюминиевой фольги. Заряд гильзы может быть

А. положителен.
Б. равен нулю.

Верным(-и) является(-ются) утверждение(-я):

1) только А
2) только Б
3) и А, и Б
4) ни А, ни Б

Нажмите, чтобы увидеть решение

Отрицательно заряженная палочка может притягивать как незаряженную гильзу, так и положительно заряженную гильзу, поэтому оба утверждения верны.

Ответ: 3

[свернуть]

5. На какую минимальную величину может изменяться заряд золотой пылинки?

1) на величину, равную по модулю заряду электрона
2) на величину, равную по модулю заряду ядра атома золота
3) на сколь угодно малую величину
4) на любую величину в зависимости от размера пылинки

Нажмите, чтобы увидеть решение

Минимальный заряд который может получить пылинка — это заряд электрона, который эта пылинка может потерять или, наоборот, получить в результате электризации.

Ответ: 1

[свернуть]

6. Лёгкий незаряженный шарик из металлической фольги подвешен на тонкой шелковой нити. При поднесении к шарику стержня с положительным электрическим зарядом (без прикосновения) шарик

1) притягивается к стержню
2) отталкивается от стержня
3) не испытывает ни притяжения, ни отталкивания
4) на больших расстояниях притягивается к стержню, на малых расстояниях отталкивается

Нажмите, чтобы увидеть решение

Любое наэлектризованное тело притягивает к себе ненаэлектризованные тела, поэтому шарик будет притягиваться к стержню.

Ответ: 1

[свернуть]

7. В процессе трения о шёлк стеклянная палочка приобрела положительный заряд. Как при этом изменилось количество заряженных частиц  на палочке и шёлке при условии, что обмен атомами при трении не происходил?

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:  

1) увеличивается
2) уменьшается
3) не изменяется

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

Количество электронов на шелке Количество электронов на палочке
   

Нажмите, чтобы увидеть решение

Процесс электризации связан с переходом электронов с одного тела на другое, причем электризуются оба тела — одно заряжается положительно, а другое отрицательно. Так как палочка приобрела положительный заряд, значит электроны с палочки перешли на шелк, который зарядился отрицательно. Таким образом, количество электронов на палочке уменьшилось, а количество электронов на шелке увеличилось.

Ответ: 12

[свернуть]

8. В процессе трения о шерсть эбонитовая палочка приобрела отрицательный заряд. Как при этом изменилось количество заряженных частиц на эбонитовой палочке при условии, что обмен атомами при  трении не происходил?

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

1) увеличивается
2) уменьшается
3) не изменяется

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

Количество электронов на эбонитовой палочке Количество протонов на эбонитовой палочке
   

Нажмите, чтобы увидеть решение

Процесс электризации связан с переходом электронов с одного тела на другое, причем электризуются оба тела — одно заряжается положительно, а другое отрицательно. Так как палочка приобрела отрицательный заряд, значит электроны с меха перешли на палочку, значит количество электронов на палочке — увеличилось. Поскольку обмена атомами в процессе электризации не происходило, а протоны входят в состав ядра атома, то количество протонов на палочке не изменилось.

Ответ: 13

[свернуть]

9. Учитель на уроке, используя две одинаковые палочки и кусок ткани,  последовательно провёл опыты по электризации. Описание действий учителя представлены на рисунке.

Опыт 1.

После трения палочек о ткань наблюдается взаимное отталкивание палочек 

Опыт 2.

После трения палочки о ткань наблюдается взаимное притяжение между палочкой и тканью

Выберите из предложенного перечня два утверждения, которые соответствуют результатам проведённых экспериментальных наблюдений. Укажите их номера.

1) При трении электризуется только палочка.
2) При трении палочка приобретает положительный заряд.
3) И палочка, и ткань электризуются при трении.
4) При трении палочка и ткань приобретают  разные по знаку заряды.
5) Электризация связана с перемещением электронов с одного тела на другое.

Нажмите, чтобы увидеть решение

Утверждение 1 — неверно. Утверждение 3 — верно. В результате опытов наблюдается взаимодействие и палочек и ткани, значит электризуются оба тела — и палочка, и ткань;

Утверждение 2 — неверно. Установить знак заряда палочки можно по ее взаимодействию с положительно заряженным телом, поскольку нам неизвестен заряд ткани, то судить о том каков знак заряда палочки мы не можем;

Утверждение 4 — верно. Заряженные палочка и ткань притягиваются друг к другу (опыт 2), значит они в результате электризации приобретают заряды разного знака;

Утверждение 5 — неверно. Проведенные опыты не позволяют судить о том какие частицы покидали одно тело и переходили на другое. 

Ответ: 34

[свернуть]

10. Учитель на уроке, используя палочку, кусок ткани и электроскоп,  последовательно провёл опыты по электризации. Условия проведения опытов и показания электроскопа представлены на рисунке.

Опыт 1.

Палочку в исходном состоянии поднесли
к электроскопу

Опыт 2.

Палочку потёрли
о ткань и поднесли,
не дотрагиваясь,
к электроскопу

Опыт 3.

Палочку дополнительно потёрли о ткань
и поднесли,
не дотрагиваясь,
к электроскопу

Выберите из предложенного перечня два утверждения, которые соответствуют результатам проведённых экспериментальных наблюдений. Укажите их номера.

1) Палочка электризуется при трении о ткань.
2) При трении палочка и ткань приобретают равные по величине заряды.
3) При трении палочка и ткань приобретают разные по знаку заряды.
4) Угол расхождения лепестков электроскопа зависит от степени наэлектризованности палочки.
5) Электризация связана с перемещением электронов с одного тела на другое.

Нажмите, чтобы увидеть решение

Утверждение 1 — верно. При поднесении палочки к электроскопу происходит изменение угла отклонения лепестков электроскопа, значит палочка наэлектризована;

Утверждение 2 и 3 — неверно. Ткань не подносили к электроскопу, чтобы оценить заряжена она или нет, значит мы не можем судить о том, что ткань заряжена и что ткань имеет заряд противоположный заряду палочки;

Утверждение 4 — верно. Палочку дважды электризовали, дважды подносили к электроскопу и наблюдали изменение угла отклонения лепестков электроскопа, значит угол отклонения лепестков электроскопа зависит от степени наэлектризованности палочки;

Утверждение 5 — неверно. Проведенные опыты не позволяют судить о том какие частицы покидали одно тело и переходили на другое. 

Ответ: 14

[свернуть]

11. В процессе электризации нейтральный атом превратился в отрицательный ион. Как при этом изменились масса атомного ядра и число электронов?

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:  

1) увеличивается
2) уменьшается
3) не изменяется

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

Масса атомного ядра Число электронов
   

Нажмите, чтобы увидеть решение

Атомное ядро состоит из протонов и нейтронов. Превращаясь в отрицательный ион атом присоединяет электроны (или несколько электронов). Значит масса атомного ядра не меняется, а число электронов увеличивается.

Ответ: 31

[свернуть]

12. Какие превращения энергии происходят при трении эбонитовой палочки о мех?

1) Механическая энергия превращается в электрическую
2) Внутренняя энергия превращается в электрическую
3) Энергия света превращается в электрическую
4) Химическая энергия превращается в электрическую

Нажмите, чтобы увидеть решение

Всякий процесс электризации сводится к разъединению положительных и отрицательных зарядов, но так как между собой эти заряды притягиваются, то на их разъединение затрачивается некоторая работа. Эта затраченная механическая работа и равна полученной при электризации электрической энергии. Значит происходит превращение механической энергии в электрическую.

Ответ: 1

[свернуть]

13. Для каждого физического понятия из первого столбца подберите соответствующий пример из второго столбца.

ФИЗИЧЕСКИЕ ПОНЯТИЯ ПРИМЕРЫ
А) физическая величина

Б) физическое явление

В) физический закон (закономерность)

1) электризация янтаря при трении
2) электрометр
3) электрический заряд
4) электрический заряд всегда кратен элементарному заряду
5) электрон

Нажмите, чтобы увидеть решение

Физическая величина — электрический заряд. Физическое явление — электризация янтаря при трении. Физический закон (закономерность) — электрический заряд всегда кратен элементарному заряду.

Ответ: 314

[свернуть]

14. Прочитайте текст и вставьте на места пропусков слова (словосочетания) из приведённого списка.

Знак избыточного заряда, который  тела получают при электризации трением, зависит от энергии связи электрона с атомами вещества. Чем меньше эта энергия связи, тем легче вещество отдаёт свои (А)__________. На диаграмме представлен ряд веществ в порядке возрастания (сверху вниз) (Б)__________ с атомами вещества.

Согласно данной модели электризации при трении палочки из янтаря о кусок шерсти янтарь получает (В)__________ заряд, а шерсть получает (Г)__________ заряд.

Список слов и словосочетаний:

1) протоны
2) электроны
3) отрицательный
4) положительный
5) нейтральный
6) энергия связи электрона
7) взаимодействие атомов 

Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

Нажмите, чтобы увидеть решение

Знак избыточного заряда, который  тела получают при электризации трением, зависит от энергии связи электрона с атомами вещества. Чем меньше эта энергия связи, тем легче вещество отдаёт свои электроны (2). На диаграмме представлен ряд веществ в порядке возрастания (сверху вниз) энергия связи электрона (6) с атомами вещества. Согласно данной модели электризации при трении палочки из янтаря о кусок шерсти янтарь получает отрицательный (3) заряд (так как энергия связи электрона с атомами вещества меньше, чем энергия связи электрона с атомами янтаря, то атомы шерсти отдают электроны при электризации, которые переходят на янтарь и он заряжается отрицательно), а шерсть получает положительный (4) заряд.

Ответ: 2634

[свернуть]

15. Стеклянную и эбонитовую пластинки потёрли друг о друга. На эбонитовой пластинке образовался отрицательный заряд. Заряд на стеклянной пластинке

1) равен нулю
2) положительный, равный по модулю заряду эбонитовой пластинки
3) положительный, меньше по модулю, чем заряд эбонитовой пластинки
4) отрицательный, равный заряду эбонитовой пластинки

Нажмите, чтобы увидеть решение

При электризации трением электризуются оба тела. Тела получают одинаковые по модулю и противоположные по знаку заряды.

Ответ: 2

[свернуть]

Скачать файл с заданиями открытого банка ФИПИ Электризация тел. Два вида электрических зарядов (2443 Загрузки )