第9章 4. 静电的防止与利用-【新课程能力培养】2024-2025学年高中物理必修第三册同步练习（人教版2019）

第九章 静电场及其应用 练 知识点 1 静电感应平衡 1. （多选） 用金属箔做成一 个不带电的圆环 ， 放在 干燥的绝缘桌面上 。 小 明同学用绝缘材料做的 笔套与头发摩擦后， 将笔套自上向下慢慢 靠近圆环， 当距离约为 0.5 cm 时， 圆环 被吸引到笔套上， 如图所示。 对上述现 象的判断与分析 ， 下列说法正确的是 （ ） A. 摩擦使笔套带电 B. 笔套靠近圆环时， 圆环上、 下部感应 出异号电荷 C. 圆环被吸引到笔套的过程中， 圆环所 受静电力的合力大于圆环的重力 D. 笔套碰到圆环后， 笔套所带的电荷立 刻被全部中和 2. （多选） 如图所示， 把一 个架在绝缘支架上的枕 形导体放在正电荷形成 的电场中。 导体处于静 电平衡时， 下列说法正确的是 （ ） A. A 、 B 两点场强相等， 且都为 0 B. A 、 B 两点场强不相等 C. 感应电荷产生的附加电场 E A <E B D. 当开关 S 闭合时， 电子从大地沿导线 向导体移动 3. 如图所示， 在孤立点电荷 ＋Q 形成的电场 中， 金属圆盘 A 处于静电平衡状态。 若金 属圆盘平面与点电荷在同一平面内， 试在 圆盘内作出由盘上感应电荷形成的附加电 场的三条电场线。 （用实线表示， 要求严 格作图） 知识点 2 尖端放电 4. （多选） 下列措施中， 属于防止静电危害 的是 （ ） A. 油罐车后有一条拖在地上的铁链条 B. 小汽车上有一根露在车面上的小天线 C. 在印染厂中保持适当的湿度 D. 在地毯上夹杂 0.05～0.07 mm 的不锈钢 丝导电纤维 知识点 3 静电屏蔽 5. 将悬挂在细线上的 带正电的小球 A 放 在不带电的金属空 心球 C 内 （不和球 壁接触）， 另有一个悬挂在细线上的带负 电的小球 B 向 C 靠近， 如图所示， 下列 说法正确的有 （ ） 4.静电的防止与利用 基 础 练 习 第 1 题图 A B + + + - - - S + 第 2 题图 +Q A 第 3 题图 - + A C B 第 5 题图 11 练 高 中 物 理 必 修 第三册 （人教版） A. A 往左偏离竖直方向， B 往右偏离竖直 方向 B. A 的位置不变， B 往右偏离竖直方向 C. A 往左偏离竖直方向， B 的位置不变 D. A 和 B 的位置都不变 知识点 4 静电吸附 6. （多选） 静电除尘器除 尘机理如图所示。 尘埃 在电场中通过某种机制 带电， 在电场力的作用 下向集尘极迁移并沉积， 以达到除尘目 的， 下列表述正确的是 （ ） A. 到达集尘极的尘埃带正电荷 B. 电场方向由集尘极指向放电极 C. 带电尘埃所受电场力的方向与电场方 向相同 D. 同一位置带电荷量越多的尘埃所受电场 力越大 提 升 练 习 7. 如图所示， 在球壳内部球 心放置带电荷量 ＋Q 的点 电荷， 球壳内有 A 点， 壳 壁中有 B 点 ， 壳外有 C 点， 则下列说法正确的是 （ ） A. A 、 B 两点场强均为 0 B. E A >E B >E C C. 如果 A 、 C 和球心在一条直线上， 则 A 、 C 两点的场强方向相同 D. B 点场强方向指向球心 8. 静电除尘器是目前普遍采用 的一种高效除尘器。 某除尘 器模型的收尘板是很长的条 形金属板， 图中直线 ab 为 该收尘板的横截面。 工作时收尘板带正 电， 其左侧的电场线分布如图所示； 粉尘 带负电， 在电场力作用下向收尘板运动， 最后落在收尘板上。 若用粗黑曲线表示原 来静止于 P 点的带电粉尘颗粒的运动轨 迹， 则下列 4 幅图中可能正确的是 （忽略 重力和空气阻力） （ ） 9. 如图所示， 两个相同的空心金属球 M 和 N ， M 带 －Q 电荷， N 不带电 （ M 、 N 相距 很远， 互不影响）， 旁边各放一个不带电 的金属球 P 和 R ， 当将带正电 Q 的小球分 别放入 M 和 N 的空腔中时 （ ） 放电极 带电尘埃 集尘极 直流高压电源 第 6 题图 +Q C B A 第 7 题图 a b P 第 8 题图 a b P a b P A B a b P C D a b P 12 第九章 静电场及其应用 练 A. P 、 R 上均出现感应电荷 B. P 、 R 上均没有感应电荷 C. P 上有， 而 R 上没有感应电荷 D. P 上没有， 而 R 上有感应电荷 10. 如图所示为某静电除尘器的工作原理 图， 根据此图请判断以下说法正确的是 （ ） A. 离子发生器的作用是在空气经过时使 其中的粉尘带上负电 B. 集尘盘负极吸附大量粉尘的原因是粉 尘带上了正电 C. 若预过滤网破裂， 不影响除尘器的除 尘效果 D. 该除尘器能有效去除空气中的有毒气体 11. 利用静电除尘器可以消除空气中的粉尘。 静电除尘器由金属管 A 和悬在管中的金 属丝 B 组成， A 和 B 分别接 到高压电源正极和负极， 其 装置示意图如图所示。 A 、 B 之间有很强的电场， 距 B 越 近， 场强 （填 “越 大” 或 “越小”）。 B 附近的 气体分子被电离成为电子和 正离子， 粉尘吸附电子后被吸附到 （填 “ A ” 或 “ B ”） 上， 最后在重 力作用下落入下面的漏斗中。 + Q M P + Q N R 第 9 题图 - A + B 第 11 题图 第 10 题图 脏空气 洁净空气 集尘盘 离子 发生器 预过 滤网 - + - + - - + + 13 第三册 （人教版）高 中 物 理 必 修 由矢量三角形可知库仑力在变小， 根据库仑定律 F 库 ＝k q 2 L 2 可知 L 变大， 即 A 、 B 之间的距离变大， C 正确， D 错 误； 对 B 球受力分析如图所示， B 球受到重力 mg 、 支 持力 F NB 、 库仑力 F 库 和推力 F ， 根据平衡条件可知 F＝ F 库 cos β ， 在 B 球向 C 移动的过程中， β 在变大， 则 cos β 变小， 库仑力也在减小， 故推力 F 变小， 即 F 1 ＞F 2 ， A 错误， B 正确。 4. mgtan θ Q 【解析】 小球受重力 mg 、 棒拉力 F T ， 还 应受到水平向右的静电力 F ， 故 Q 为正电荷， 由平衡条件： F T sin θ－F=0 ， F T cos θ=mg ， 所以 F=mgtan θ 。 又由 F=QE ， 得 E= mgtan θ Q 。 5. L= 8kQ 5E 姨 【解析】 对 A 小球和 B 小球分别进行 受力分析得， 对 A ： E · 4Q- k · 4Q 2 L 2 =ma ， ① 对 B ： k · 4Q 2 L 2 -EQ=ma ， ② 由 ①-② 得 L= 8kQ 5E 姨 。 6. （ 1 ） 1 4 mgr （ 2 ） 7 4 mg 【解析】 珠子只能沿光滑绝缘圆环做圆周运动， 运 动过程中除受圆环的弹力外， 还受竖直向下的重力和 水平向右的静电力， 一定从 A 点开始沿逆时针方向做 圆周运动， 重力做负功， 静电力做正功。 当两个力做 的总功最多时， 动能最大， 同时在这点所受圆环的支持 力也最大。 珠子在运动过程中， 受重力和静电力的大小、 方向 都不发生变化， 则重力和静电力的合力大小、 方向也不 变， 这样就可以用合力来代替重力和静电力， 当珠子沿 合力方向位移最大时， 合力做功最多， 动能最大。 （ 1 ） 由 qE = 3 4 mg ， 设 qE 、 mg 的合力 F 合 与竖直方向的夹角 为 θ ， 则有 tan θ= qE mg = 3 4 ， 解得 θ=37° ， 设珠子到达 B 点时动能 最大， 则珠子由 A 点静止释放后 从 A 到 B 过程中做加速运动 ， 如图所示 ， B 点动能最 大， 由动能定理得 qErsin θ-mgr （ 1-cos θ ） =E k ， 解得 B 点 动能即最大动能 E k = 1 4 mgr 。 （ 2 ） 设珠子在 B 点受圆环弹力 F N ， 有 F N -F 合 = mu 2 r ， 即 F N =F 合 + mu 2 r = （ mg ） 2 + （ qE ） 2 姨 + 1 2 mg= 5 4 mg+ 1 2 mg= 7 4 mg 。 由牛顿第三定律得， 珠子对圆环的最大压力为 7 4 mg 。 4.静电的防止与利用 1. ABC 【解析】 笔套与头发摩擦， 笔套带电， 故 A 正确； 带电的笔套靠近金属箔做成的圆环， 由于静电感 应， 在圆环的上、 下部感应出异种电荷， 故 B 正确； 圆 环被吸引到笔套上的过程中， 圆环有向上的加速度， 静 电力大于圆环的重力， 故 C 正确； 笔套碰到圆环后， 笔 套上的电荷有一部分转移到圆环， 不会立刻被全部中 和， 故 D 错误。 2. AD 【解析】 处于静电平衡状态的导体内部合场 强为 0 ， 所以 A 正确； 当开关闭合， 导体和大地是一个 整体， 导体处于这个整体的尖端， 把负电荷从地球上吸 引过来， 所以 D 正确。 3. 见解析图 【解析】 画出感应电荷形成的附加电场 在圆盘内的三条电场线 （实线）， 如图所示。 圆盘 A 处 于静电平衡状态， 因此内部每点的合场强都为 0 ， 即圆 盘 A 内的每一点， 感应电荷产生的电场强度都与点电荷 Q 在那点产生的电场强度大小相等、 方向相反， 即感应 电荷产生的电场线与点电荷 Q 产生的电场线重合， 且方 向相反。 （注意图中的虚线是为了确定 A 内的实线而画 出的， 它并不表示 A 外部的电场线） 4. ACD 【解析】 油罐车在运输过程中， 油和罐之间 不断摩擦， 从而产生大量的静电， 通过后面装一条拖地 的铁链， 及时导走， 这是防止静电危害， 故 A 正确； 小 汽车上有一根露在车面上的小天线是为了更好地接收无 线电信号， 不符合题意， 故 B 错误； 印刷车间中， 纸张 间摩擦产生大量静电， 所以印刷车间中保持适当的湿 度， 及时把静电导走， 避免静电造成的危害， 故 C 正 确； 不锈钢丝的作用是把鞋底与地毯摩擦产生的电荷传 到大地上， 以免发生静电危害， 故 D 正确。 5. B 【解析】 带正电的小球 A 放在不带电的空心球 第 3 题答图 M A N C B P F NB F NA F 库 F A ′ F 库 ′ F F 库 mg mg 琢 β O A B θ F N E qE mg F 合 第 6 题答图 +Q A E′ + + +- - - 第 3 题答图 4 参考答案与解析 C 内， 通过静电感应， 空心球外壳带正电 ， 内壁带负 电。 因此， 金属空心球 C 和带电小球 B 带异种电荷， 所 以 B 受 C 球的吸引往右偏离竖直方向。 而由于空心球 C 能屏蔽小球 B 所产生的外部电场， 使小球 A 不受外电 场的作用， 所以 A 的位置不变。 6. BD 【解析】 集尘极接直流高压电源正极， 带正 电荷， 放电极接电源负极， 带负电荷， 故电场方向由集 尘极指向放电极， B 正确； 尘埃在电场力作用下向集尘 极运动， 受力方向与电场方向相反， 故尘埃带负电荷， A 、 C 错误； 由 F=qE 可知， 当电场强度 E 不变时， F 与 q 成正比， 故 D 正确。 7. C 【解析】 +Q 放在球壳内， 由于静电感应， 内壁感应出负电 荷 ， 外壁感应出等量的正电荷 。 如图所示是 +Q 与感应电荷产生的 电场线形状， 球壳壁内部场强为 0 ， 其他地方的场强与仅存在点电 荷 +Q 时产生的场强相同， 故 E A > E C >E B ； 如果 A 、 C 和球心在一条直线上， 则 A 、 C 两点 场强方向相同。 8. A 【解析】 粉尘受力方向应该是电场线的切线方 向， 从静止开始运动时， 只能是 A 图的情况， 不可能出 现 B 、 C 、 D 图的情况。 9. D 【解析】 当将带正电 Q 的小球放入 M 的空腔中 时， 对 M 产生静电感应使 M 的内表面带负电， 而外表 面带正电， 其电荷量为 Q ， 它与原来金属球 M 外表面所 带的 －Q 正好中和 ， 使外表面不带电 ， 实际上是 M 所 带 －Q 被吸引至内表面， 所以金属球 M 外部不存在电场， 不能对 P 产生静电感应， P 上没有感应电荷。 当将带正 电 Q 的小球放入原来不带电的 N 的空腔中时， 对 N 产 生静电感应， 使 N 内表面带负电荷， N 外表面带正电 荷， N 外部有电场， 对 R 产生静电感应， 使左端带负 电， 右端带正电。 故 D 正确。 10. B 【解析】 通过集尘盘能收集粉尘可知， 粉尘带 正电， A 项错误， B 项正确； 过滤网的作用是滤去质量 较大的颗粒， 细小颗粒更易被收集， C 项错误； 该装置 无法去除空气中的有毒气体， D 项错误。 11. 越大 A 【解析】 电极截面如图所示， 由电场线 可判断越靠近 B 场强越大； 粉尘吸附电子后带负电， 因 此向正极 A 运动。 情境题专项 1. A 【解析】 若在印染车间保持空气干燥会导致静 电积累而造成危害， 应保持潮湿， 故 A 错误， 符合题 意； 高大建筑物顶上安放避雷针是为了防止静电危害， 故 B 正确， 不符合题意； 油罐车拖一条与地面接触的铁 链是为了将摩擦产生的静电及时导走， 防止静电危害， 故 C 正确， 不符合题意； 电脑、 电视机工作时， 荧光屏 表面因为带静电而容易吸附灰尘， 故 D 正确， 不符合 题意。 2. C 【解析】 因为 PVC 管失去电子而带正电， 靠近 （但不接触） 验电器时， 发现验电器箔片张开， 是因为 此时感应带电， 让箔片带上正电荷， 但验电器整体仍是 电中性的， 故 A 错误； 如果松开左手， 再撤去 PVC 管， 验电器的箔片又会张开， 验电器整体带负电， 故 B 、 D 错误， C 正确。 3. C 【解析】 工作时涂料微粒会向带正电的被喷涂 工件高速运动， 是由于喷枪喷嘴与被涂工件之间形成了 强电场， 受电场力。 由正电荷对涂料微粒的吸引作用可 得出涂料微粒带负电荷。 4． A 金属柱容易放电 【解析】 如题图所示， A 为尖头、 B 为圆头。 当金属 板 M 、 N 接在高压电源上， 因末端越尖越容易放电， 故 A 金属柱容易放电。 章末测试 1. C 2. C 【解析】 由公式 E= F q 可知， 电场强度单位为 N/C ， 故 A 是电场强度单位； 由公式 E= U d 可知， V/m 也是电场强度单位， 即 B 也是电场强度单位； 由公式 F=qvB ， 结合 A 项 E= F q 可知 T · m/s 也是电场强度的单 位， 故 D 也正确。 3. A 【解析】 自身带电或处于电场中的导体静电平 衡时， 其内部场强处处为 0 ， 则 A 正确。 4. B 【解析】 依题意， 每个点 电荷在 O 点产生的场强为 E 1 2 ， 则 当 N 点处的点电荷移至 P 点时 ， O 点场强如图所示 ， 合场强大小 为 E 2 = E 1 2 ， 则 E 1 E 2 = 2 1 ， B 正确。 5. A 【解析】 设正方形边长为 l ， 两个点电荷置于正 方形 abcd 的 a 、 b 两顶点时， 根据库仑定律 F= kq 1 q 2 l 2 ， 将顶点 b 处的点电荷移至顶点 c 处， 根据库仑定律 F′= 第 7 题答图 + + + + - - - + - C A Q B 第 11 题答图 + A B 第 4 题答图 E 1 2 E 1 2 E 2 5