课时9.4 静电的防止与利用-2025-2026学年高中物理同步练习分类专题教案（人教版2019必修第三册）

`` 第九章 静电场及其应用 课时9.4 静电的防止与利用 1. 知道什么是静电平衡状态，能说出处于静电平衡状态的导体的特征。 2. 知道静电平衡状态下电荷的分布规律。 3. 了解尖端放电、静电屏蔽现象及其应用，了解静电吸附的原理及其应用。 4. 了解生产、生活中静电的利用与防止。 （一）静电平衡 1. 静电感应现象 把不带电的金属导体放入电场中，导体内部的自由电子定向移动，而使导体两端出现等量异号电荷的现象。 2. 静电平衡状态 导体内（包括表面）的自由电子不再发生定向移动，我们就认为导体达到了静电平衡状态。 3. 静电平衡状态下导体的特点 处于静电平衡状态的导体，内部的场强处处为0，此时，外电场和感应电荷在导体内部产生的电场的场强大小相等，方向相反。 （二）尖端放电 1. 静电平衡时导体上的电荷分布 ① 导体内部没有净剩电荷，电荷只分布在导体的外表面； ② 在导体的外表面，越尖锐的位置电荷密度越大，凹陷的位置几乎没有电荷。 2. 尖端放电的原因：在一定条件下，导体尖端周围的强电场足以使空气发生电离，产生的带电粒子被吸引而奔向尖端，与尖端上的电荷中和。 空气的电离：在一定条件下，导体尖端周围的强电场足以使空气中残留的带电粒子发生剧烈运动，并与空气分子碰撞从而使空气分子中的正负电荷分离。这种现象叫作空气的电离。 尖端放电：空气被电离后，那些所带电荷与导体尖端的电荷符号相反的粒子，由于被吸引而奔向尖端，与尖端上的电荷中和，这相当于导体从尖端失去电荷，这种现象叫作尖端放电。 3. 尖端放电的应用与防止：安装在建筑物顶端的避雷针，使建筑物避免雷击；高压设备中导体的表面应该尽量光滑，避免尖端放电而造成损失或事故。 （三）静电屏蔽 1. 定义：导体壳（或金属网罩）内达到静电平衡后，内部不受外部电场的影响，导体壳的这种作用叫作静电屏蔽。 2. 说明：实现静电屏蔽不一定要用密封的金属容器，金属网也能起到屏蔽作用。 3. 原理：静电屏蔽的实质是利用了静电感应现象，使金属壳内的感应电荷的电场和外加电场的场强矢量和为零。 4. 应用：电子仪器外面都有金属壳，通信电缆外面包有一层金属网，高压线路的检修人员要穿屏蔽服，野外高压线上方还有两条导线与大地相连等，都是利用静电屏蔽消除外电场的影响。 （四）静电吸附 1. 原理：在电场中，带电粒子受到静电力的作用，向着电极运动，最后被吸附在电极上。 2. 静电除尘：设法使空气中的尘埃带电，在静电力作用下，尘埃到达电极而被收集起来，这就是静电除尘。 3. 静电喷漆：接负高压的涂料雾化器喷出的油漆微粒带负电，在静电力的作用下，这些微粒向着作为正极的工件运动，并沉积在工件的表面，完成喷漆工作。 4. 静电复印：复印机也应用了静电吸附。 基础过关练 题组一　静电平衡 1.(2025江苏无锡期中)如图所示，较厚的空腔导体中有一个正电荷，图中a、b、c、d各点的电场强度大小关系为 (　　) A.Ea>Eb>Ec>Ed　　　　B.Ea>Ec>Ed>Eb C.Ea>Ec=Ed>Eb　　　　D.Ea<Eb<Ec=Ed 2.(2025江苏南京月考)如图所示，将一锥形导体放入电荷量为-Q的点电荷产生的电场中，导体内有A、B两点，A点到点电荷的距离为d，则 (　　) A.A点的电场强度比B点的大 B.锥形导体右端带负电 C.导体表面的感应电荷在A点产生的电场强度大小为 D.图中所示两条实线1和2能正确表示锥形导体周围的电场线 3.(2025安徽芜湖期中)如图所示，xOy平面是无穷大导体的表面，该导体充满z<0的空间，z>0的空间为真空。将带电荷量为+q的点电荷置于z轴上z=h处，则在xOy平面上会产生感应电荷。空间任意一点处的电场皆是由点电荷q和导体表面上的感应电荷共同激发的。已知静电平衡时导体内部场强处处为零，则在z轴上z=处的场强大小为(k为静电力常量) (　　) A.k　　B.k　　C.k　　D.k 题组二　尖端放电 4.(教材深研拓展)湖北武当山的主峰天柱峰屹立着一座光耀百里的金殿，全部为铜铸鎏金。雷雨交加时，金殿的屋顶常会出现盆大的火球，来回滚动。雨过天晴时，大殿金光灿灿，像被重新炼洗过一般，这就是人们所说的“雷火炼殿”奇观。已知电场强度超过3×106 N/C时，空气将被击穿发生放电。关于“雷火炼殿”，下列说法错误的是 (　　) A.带电乌云移到金殿上空时，金殿上表面会感应出与乌云电性相反的电荷 B.雷雨天气时，游客躲在殿内可以降低被雷电击中的可能性 C.雷雨天气时，金殿屋顶上曲率半径越大的地方，空气越容易被击穿 D.近年来金殿安装了避雷针，“雷火炼殿”的奇观消失了 5.(2024北京第十二中学月考)口罩中使用的熔喷布经驻极处理后，对空气的过滤增加静电吸附功能。驻极处理装置如图所示，针状电极与平板电极分别接高压直流电源的正、负极，针尖附近的空气被电离后，带电粒子在电场力作用下运动，熔喷布捕获带电粒子带上静电，熔喷布带电后对电场的影响可忽略不计，下列说法正确的是 (　　) A.熔喷布上表面因捕获带电粒子将带负电 B.针状电极上，针尖附近的电场较弱 C.沿图中虚线向熔喷布运动的带电粒子，其加速度逐渐减小 D.沿图中虚线向熔喷布运动的带电粒子，其加速度逐渐增大 题组三　静电屏蔽 6.(2025江苏连云港期中)以下几个生活中的物理现象，涉及的物理原理与其他三个不同的是 (　　) A.夜间高压线周围有时会出现一层绿色光晕 B.优质的话筒线在信号传输线外又多包了一层金属网 C.超高压带电作业的工人穿戴的工作服包含金属丝织物 D.精密的电子仪器放在封闭的金属壳里就不受外界电场的影响 7.(2025江苏南京第一中学月考)如图所示，将悬挂在绝缘细线上的带正电的金属小球A放在不带电的金属空心球C内(不与C的内壁接触)，现将一个悬挂在绝缘细线上的带负电的小球B放在C附近，则 (　　) A.悬挂A、B两球的细线均不偏离竖直方向 B.A球位置不变，B球向右偏移 C.A球向左偏移，B球位置不变 D.A球向左偏移，B球向右偏移 8.(2025湖南邵阳期中)如图所示，在绝缘板上放有一个不带电的验电器A和一个带正电荷的空腔导体B，下列实验方法中不能使验电器金属箔片张开的是 (　　) A.用取电棒C(带绝缘柄的导体棒)先跟B的内壁接触一下后再跟A接触 B.用取电棒C(带绝缘柄的导体棒)先跟B的外壁接触一下后再跟A接触 C.用绝缘导线把验电器跟取电棒C的导体部分相连，再把取电棒与B的内壁接触 D.使验电器A靠近B，再用金属网罩罩住B 题组四　静电吸附 9.生活和生产中处处存在静电现象，有些是静电的应用，有些是要防止静电。下列关于静电防止与应用的说法正确的是 (　　) A.印刷厂应保持空气干燥，避免静电积累带来的危害 B.静电复印机的工作过程实际上和静电无关 C.在地毯中夹杂0.05~0.07 mm的不锈钢丝导电纤维，是防止静电危害 D.小汽车的顶部露出一根小金属杆类同避雷针，是防止静电危害 10.(教材习题改编)在一次科学晚会上，一位老师表演了一个“魔术”：如图甲所示，两端开口的空塑料瓶中固定着一根铁锯条和一块金属片，把它们分别跟静电起电机的两极相连。图乙为塑料瓶俯视图。在塑料瓶里放一盘点燃的蚊香，很快就看见塑料瓶内烟雾缭绕。摇动起电机，顿时塑料瓶清澈透明，停止摇动，又是烟雾缭绕。当摇动起电机时，下列说法正确的是 (　　) 　 A.室内的空气湿度越大，实验效果越好 B.若锯条接电源负极，金属片接正极，则这些烟尘附着在金属片上面 C.摇动起电机前，需先让烟尘颗粒带上电荷才能做成功 D.锯条附近的电场强度小于金属片附近的电场强度 答案与分层梯度式解析 第九章　静电场及其应用 4　静电的防止与利用 基础过关练 1.B 2.C 3.C 4.C 5.C 6.A 7.B 8.A 9.C 10.B 1.B　当静电平衡时，空腔导体内壁感应出负电荷，外表面感应出正电荷，画出电场线的分布如图，由于a处电场线较密，c处电场线较疏，d处电场线更疏，b处电场强度为0，则Ea>Ec>Ed>Eb，故B正确，A、C、D错误。 2.C　达到静电平衡状态时，导体内部各点的场强均为零，可知A点的电场强度等于B点的电场强度，A错误；根据静电感应原理可知，锥形导体的右端感应异种电荷，故右端带正电，B错误；由于导体内部合场强为零，则有E感+E点=0，点电荷在A点产生的电场强度E点=，方向由A指向点电荷，故感应电荷在A点产生的场强E感=-E点=-，负号表示场强方向由点电荷指向A，C正确；处于静电平衡状态的导体表面的电场线应与导体表面垂直，故题图中所示两条实线1和2来表示锥形导体周围的电场线肯定是错误的，D错误。 3.C　在z轴上z=-处(记为M点，下同)，合场强为零，该点场强为点电荷和导体上感应电荷产生电场的场强矢量和，点电荷在M点产生的场强大小为E1=k=。由于导体无穷大，远端离M点无穷远，故导体上感应电荷在M点产生的场强等于导体近端的感应电荷(点拨：即导体上表面的感应电荷)在此处产生的场强，则导体近端的感应电荷在M点产生的场强大小E2=E1=，方向向上；根据对称性，导体近端的感应电荷在z轴上z=处产生的场强大小也为E2=，方向向下(破题关键)；点电荷在z轴上z=处产生的场强大小为E3=k=，方向向下，则在z轴上z=处的场强大小为E=E2+E3=，故选C。 4.C　带电乌云移到金殿上空时，由于静电感应，金殿上表面会感应出与乌云电性相反的电荷，A说法正确；雷雨天气时，金殿处于电场中会达到静电平衡状态，金殿内部场强为零，所以游客躲在殿内可以降低被雷电击中的可能性，B说法正确；处于静电平衡的导体外表面越尖锐的地方电荷的密度(单位面积的电荷量)越大，雷雨天气时，金殿屋顶上曲率半径越大的地方表面越平整，电荷的密度越小，因此空气不容易被击穿，C说法错误；近年来金殿安装了避雷针，带电的积雨云接近金殿时，由于静电感应，避雷针带上与云层电性相反的电荷，通过尖端放电，中和空气中的电荷，达到避免雷击的目的，因此“雷火炼殿”的奇观消失了，D说法正确。故选C。 5.C　空气受电场影响被电离产生正、负离子，电场线从电源正极指向负极，正离子沿电场线方向运动被熔喷布捕获，从而熔喷布带正电，A错误。针状电极的电荷特别密集，所以电场强度很大，远离尖端的地方电场强度较小，所以带电粒子沿虚线向熔喷布运动时所受的电场力减小，加速度也减小，C正确，B、D错误。 6.A　夜间高压线周围有时会出现一层绿色光晕，这是一种微弱的尖端放电现象；优质的话筒线在信号传输线外又多包了一层金属网、超高压带电作业的工人穿戴的工作服包含金属丝织物、精密的电子仪器放在封闭的金属壳里就不受外界电场的影响，均属于静电屏蔽作用，所以A选项涉及的物理原理与其他三个不同，选A。 7.B　由于静电屏蔽，小球B的电场对A无影响，小球A将在原位置，不会偏移；由于静电感应，空心球C的内表面带负电，外表面带正电，小球B和空心球C外表面所带电荷是异种电荷，故相互吸引，小球B会偏离原位置向右靠近C球，A、C、D错误，B正确。 8.A　空腔导体B的电荷分布在外表面上，用取电棒C跟B的内壁接触，由于空腔导体内壁不带电，所以C不带电，不会使验电器A的金属箔片张开，故A符合题意。当用取电棒C与B的外壁接触时，C带正电，再与A接触，A带电，使金属箔片张开，B不符合题意。用绝缘导线把验电器跟取电棒C的导体部分相连，再把取电棒与B的内壁接触，验电器、取电棒C、导体B相当于一个新的导体，电荷分布在外表面，故验电器会带上正电荷，因此验电器的金属箔片会张开，故C不符合题意。使验电器A靠近B，再用金属网罩罩住B，在金属网罩内表面感应出负电荷，外表面感应出正电荷，在金属网罩外仍有电场，由于静电感应，验电器金属球带负电荷，金属箔片带正电荷，金属箔片会张开，故D不符合题意。 9.C　印刷车间中，纸张间摩擦产生大量静电会使纸张吸附在一起，给印刷带来麻烦，所以印刷车间内要保持适当的湿度，才能及时把静电导走，避免静电积累带来的危害，A错误；静电复印机是利用静电工作的，与静电有关，B错误；不锈钢丝的作用是把鞋底与地毯摩擦产生的电荷导入大地，避免发生静电危害，故C正确；小汽车的顶部露出的一根小金属杆是天线，用于接收无线电信号，不属于防止静电危害，D错误。 10.B　加大空气湿度，由于潮湿的空气易于导电，则起电机产生的静电不容易在铁锯条和金属片上积累，该实验不易成功，A错误；若锯条接电源负极，金属片接正极，而俘获电子的烟尘带负电，这些烟尘将附着在金属片上面，B正确；锯条和金属片周围的电场将空气电离，电离产生的电子让烟尘颗粒带电，不需先让烟尘颗粒带上电荷，C错误；根据电场的分布特点，尖端物体附近的电场线密集，所以瓶内存在的是辐射形的电场，不是匀强电场，锯条附近的电场强度大于金属片附近的电场强度，故D错误。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！6 学科网（北京）股份有限公司 $$