Дано:
- Электрометр изначально незаряжен.
- На сферу электрометра воздействует отрицательно заряженная палочка.
Найти:
а) Отклонилась ли стрелка электрометра?
б) Приобрел ли электрометр электрический заряд?
в) Какие по знаку заряды образуются на сфере, стержне и стрелке электрометра?
г) Остался ли электрометр заряженным?
Решение:
а) Отклонилась ли стрелка электрометра?
Когда отрицательно заряженная палочка подносится к сфере электрометра, происходит перераспределение зарядов на сфере. Заряды на сфере, находящиеся рядом с палочкой, будут отталкиваться (из-за того, что они тоже отрицательные), а заряды с другой стороны будут притягиваться (так как сфера была изначально нейтральной). Из-за этого на стрелке электрометра возникнет отклонение. Отклонение будет происходить в сторону, противоположную палочке, поскольку отрицательные заряды будут отталкиваться.
Ответ: Да, стрелка отклонится.
б) Приобрел ли электрометр электрический заряд?
Когда палочка удаляется, сфера электрометра будет оставаться заряженной, так как часть заряда с палочки могла перейти на сферу или перераспределиться на ней. При этом, хотя заряд на электрометре изменился, его общая сумма остаётся равной нулю, так как электрометр вначале был нейтральным. Таким образом, электрометр сам по себе не приобретает заряд, он лишь перераспределяет заряды на своей поверхности.
Ответ: Электрометр не приобретает электрический заряд, он лишь перераспределяет заряды на своей поверхности.
в) Какие по знаку заряды образуются на сфере, стержне и стрелке электрометра?
На сфере: на стороне, ближайшей к отрицательной палочке, будут возникать положительные заряды (из-за притяжения к отрицательному заряду палочки), а на противоположной стороне — отрицательные заряды (из-за отталкивания от отрицательного заряда палочки).
На стержне: стержень электрометра будет оставаться нейтральным, поскольку он не подвергается прямому воздействию электрического поля, а лишь служит проводником для изменения положения стрелки.
На стрелке: стрелка будет отклоняться в сторону, противоположную палочке, потому что на сфере электрометра будет возникать неравномерное распределение зарядов, создавая электростатическое поле, которое будет воздействовать на стрелку.
Ответ: На сфере образуются положительные заряды на стороне, близкой к палочке, и отрицательные заряды на противоположной стороне. Стержень остаётся нейтральным. Стрелка отклоняется в сторону противоположную палочке.
г) Остался ли электрометр заряженным?
После того как палочка удаляется, электрометр может остаться с перераспределёнными зарядами на своей поверхности, но в целом его суммарный заряд остаётся равным нулю. Сфера и стержень электрометра не приобретают остаточный заряд, поскольку процесс был чисто перераспределением зарядов.
Ответ: Нет, электрометр не остался заряженным.