证明:$(1)$连接$OE$,过点$O$作$OF⊥CD $于$F$
∵$BC$切$⊙O$于点$E$
∴$OE⊥BC$,$OE=OA$
∵$AC$为正方形$ABCD$的对角线
∴$∠ACB=∠ACD$
∴$OF=OE=OA$
∴$CD$是$⊙O$的切线
解:$(2)$∵四边形$ABCD$为正方形,边长为$10$
∴$AB=BC=10$,$∠B=90°$,$∠ACB=45°$
∴$AC= \sqrt {AB²+BC²}=10\sqrt 2$
∵$OE⊥BC$
∴$OE=EC$
设$OA=r$,则$ OE=EC=r$
∴$OC= \sqrt {OE²+EC²}=\sqrt {2}r$
∵$OA+OC=AC$
∴$r+\sqrt {2}r=10\sqrt 2$
解得$r=20-10\sqrt 2$
∴$⊙O$的半径为$20-10\sqrt 2$