Взаимодействие электрических зарядов. Электроскоп

На прошлом уроке мы обнаружили два рода электрического заряда. Теперь превратим наблюдения в правило и проверим, какой вывод позволяет сделать электроскоп.

Предскажи три результата

Рассмотри три пары заведомо электризованных тел: $+$ и $+$, $-$ и $-$, $+$ и $-$. До демонстрации запиши для каждой пары прогноз: притяжение, отталкивание или отсутствие заметного действия.

Пауза для прогноза: закрой следующий абзац листом бумаги и сначала запиши все три ответа.

Наблюдения приводят к правилу:

Одноимённые заряды отталкиваются, разноимённые заряды притягиваются.

Это качественное правило. Закон, связывающий силу взаимодействия с величинами зарядов и расстоянием, в рамки этого урока не входит.

Взаимодействие — взаимное

Если оба подвеса могут свободно двигаться, изменяется положение обоих. Нельзя говорить, что одно тело «активно действует», а второе только «пассивно реагирует». Наблюдается взаимодействие двух тел.

Для честного сравнения нужно:

• использовать лёгкие тела на одинаковых подвесах;
• начинать с одинакового расстояния;
• не касаться заряженных частей пальцами;
• повторять опыт и отмечать влажность воздуха;
• не сравнивать «силу зарядов» только по углу отклонения без контроля массы, длины нити и расстояния.

Ловушка: притяжение не всегда раскрывает два знака

Если два заведомо заряженных тела притягиваются, их заряды разноимённы. Но если известно только, что одно тело заряжено, притяжение второго не доказывает, что оно имеет противоположный заряд: нейтральное тело тоже может притянуться.

Поэтому логика вывода такова:

1. Отталкивание доказывает, что оба тела заряжены одноимённо.
2. Притяжение двух заведомо заряженных тел указывает на разноимённые заряды.
3. Притяжение без дополнительных данных не позволяет установить заряд второго тела.

Механизм притяжения нейтрального тела будет понятнее после тем о строении атома, проводниках и электризации через влияние. Сейчас важно не делать вывод сильнее, чем позволяют данные.

Электроскоп обнаруживает заряд

Электроскоп — прибор для обнаружения электрического заряда. В простейшем электроскопе есть металлическая ручка или шар, проводящий стержень и два очень лёгких подвижных металлических листка.

Когда заряд оказывается на проводящей части прибора, оба листка приобретают заряд одного рода. Одноимённые заряды отталкиваются, поэтому листки расходятся. Чем сильнее расхождение, тем заметнее электрическое состояние в данных условиях, но школьный электроскоп без шкалы не является точным измерителем заряда в кулонах.

Важно различать выводы:

• листки разошлись — прибор обнаружил наличие заряда;
• листки не разошлись — заряд мог быть слишком мал, быстро уйти или опыт мог быть нарушен влажностью;
• по одному расхождению незаряженного заранее электроскопа знак заряда не определяется;
• для определения знака нужна дополнительная процедура с зарядом известного знака.

Безопасная демонстрация

Демонстрацию проводит учитель исправным школьным прибором. Учащиеся сначала показывают карточку с прогнозом, затем наблюдают положение листков и записывают только тот вывод, который подтверждён.

До контакта перенеси в тетрадь пустой протокол. В этом уроке используется только контактная процедура; электризация через влияние будет изучаться позже.

Маршрут наблюдения:

1. Убедиться, что листки в исходном состоянии почти вместе.
2. Подготовить пластмассовую палочку установленным способом.
3. Кратко коснуться ручки палочкой по инструкции учителя.
4. Зафиксировать положение листков.
5. Убрать палочку и снова описать состояние.
6. Повторить опыт, если результат слабый, не меняя сразу несколько условий.

Заряженные предметы держат вдали от компьютеров, телефонов, розеток и чувствительной электроники. Прибор не разбирают. Самодельные устройства с острыми элементами учащимся не выдают.

После демонстрации

Заверши протокол и напиши одну фразу, которую нельзя утверждать по наблюдению. Например: «По одному расхождению листков нельзя определить знак неизвестного заряда».

Разбери ситуации

Ситуация 1

Два лёгких тела отталкиваются. Что можно сказать об их электрическом состоянии и знаках?

Ситуация 2

Заряженная палочка притягивает неизвестный лёгкий шарик. Можно ли уверенно утверждать, что шарик заряжен противоположно?

Ситуация 3

После контакта неизвестного тела с незаряженным электроскопом листки разошлись. Что прибор доказал и чего не доказал?

Ситуация 4

Во влажный день после обычной подготовки листки почти не расходятся. Доказывает ли это отсутствие электризации?

Частые ошибки

Проверь себя

1. Как взаимодействуют одноимённые заряды?
2. Как взаимодействуют разноимённые заряды?
3. Какое наблюдение позволяет уверенно утверждать, что оба тела заряжены?
4. Почему одно притяжение не всегда раскрывает знаки тел?
5. Для чего служит электроскоп?
6. Почему простое расхождение листков не определяет знак неизвестного заряда?
7. Назови две причины слабого результата во влажный день.

Сначала ответь самостоятельно, затем переходи к ключу.

---

Ответы

К ситуациям

1. Оба тела электризованы и имеют одноимённые заряды; отталкивание — достаточный признак одинакового рода зарядов.
2. Нет. Шарик может быть нейтральным; для вывода о противоположном знаке нужны дополнительные данные.
3. Прибор обнаружил наличие заряда после взаимодействия. Одно это наблюдение не определило знак и не измерило заряд в кулонах.
4. Нет. При высокой влажности заряд быстрее уходит; нужно восстановить условия, повторить подготовку и проверить прибор.

К самопроверке

1. Отталкиваются.
2. Притягиваются.
3. Устойчивое отталкивание двух свободных тел.
4. Заряженное тело может притягивать нейтральное, поэтому данных о знаке второго тела недостаточно.
5. Для обнаружения электрического заряда.
6. Листки расходятся при заряде любого знака; знак определяют только дополнительной процедурой с известным зарядом.
7. Высокая влажность, касание заряженной части рукой, загрязнение изолятора, слишком малый заряд или неисправность установки.

Короткий итог

• Одноимённые заряды отталкиваются, разноимённые притягиваются.
• Отталкивание — надёжный признак одноимённых зарядов двух тел.
• Притяжение без дополнительных данных не всегда определяет знаки.
• Электроскоп обнаруживает наличие заряда по расхождению листков.
• Простое расхождение листков не даёт численного значения и не определяет знак заряда.