练案4 9.4 静电的防止与利用-【成才之路】2024-2025学年高中新课程物理必修第三册同步学习指导(人教版2019)

练案[4] 第九章 第4节 静电的防止与利用 来因为金殿周围的一些建筑物常遇雷击，金殿 基础巩固练 也安装了避雷针，此后奇观消失，金殿的色泽 1.某研究性学习小组学习电学知识后对电工穿 暗谈了许多。下列关于此现象的分析错误的 的高压作业服进行研究，发现高压作业服是用 是 铜丝编织的，下列各同学的理由正确的是 A.“雷火炼殿”奇观的本质是剧烈的放电现象 ( B.少有带尖的结构，不易放电，能使电压升得 A.甲认为铜丝编织的衣服不易拉破，所以用 比较高，保证“炼殿”之需 铜丝编织 C.当出现奇观时，人在大殿内部也是非常危 B.乙认为电工被铜丝纺织的衣服包裹，使身 险的 体能够导电，对人体起保护作用 D.当带负电的积雨云靠近时，由于避雷针，奇 C.丙认为电工被铜丝纺织的衣服包裹，使体 观消失，避雷针会受到向西的安培力作用 内场强保持为零，对人体起保护作用 4.关于下列四幅图的说法错误的是 () D.丁认为铜丝必须达到一定的厚度，才能对 人体起到保护作用 2.电梯轿厢、电梯门都为金属材质，对手机信号 的衰减极大，这是封闭的金属轿厢静电屏蔽作 用导致的。下列情景中不是利用静电屏蔽的 选项是 A.高楼大厦的顶端装有避雷针 B.优质话筒线外面有一层金属网将导线包 围，以防止干扰信号侵入 C.超高压带电作业的工人穿戴的工作服是用 A.图甲为静电除尘原理的示意图，带负电的 包含金属丝的织物制成 尘埃将被吸附到带正电的板状收集器A上 D.高压输电线线塔上有三根较粗的输电线， B.如图乙所示，给汽车加油前要触摸一下静 其上方还有两条较细的电线，它们与大地 电释放器，是为了导走人身上的电荷 相连形成一个稀疏的金属“网” C.图丙为静电喷漆的原理图，涂料微粒在电 3.武当山位于湖北省西北 场力作用下沿电场线运动到电极上 部，其主峰天柱峰顶屹立 D.如图丁所示，高层建筑物顶端安装有避雷 着一座光耀百里的金殿 针，避雷计的原理为尖端放电 式当1金殿 殿高5.54米，宽4.4米 5.为了减少污染，工业废气需用静电除尘器除 进深3.15米，全部为铜俦鎏金。金殿顶部，除 尘，某除尘装置如图所示，其收尘极为金属圆 海马等屋顶上的装饰外，很少有带尖的结构。 筒，电晕极位于圆筒中心。当两极接上高压电 在雷雨天气时，出现“雷火炼殿”奇观。近年 源时，电晕极附近会形成很强的电场使空气电 171 离，废气中的尘埃吸附离子后在电场力的作用 A.球壳将带上负电 下向收尘极运动并沉积，以达到除尘目的。假 B.沿过A的虚线将球壳分为左、右两部分，则 设尘埃向收尘极运动过程中所带电荷量不变， 左侧球壳的带电荷量小于右侧球壳的带电 下列判断正确的是 荷量 C.A点的电场强度逐渐增大 收尘极 净化气体 D.球壳上的感应电荷在A点产生的电场强度 斗电皋极 逐渐增大 含尘气休 0+ 8.下列做法中属于防止静电产生危害的是 个埃收保器 A.金属圆筒内存在匀强电场 A.在高大的建筑物顶端装避雷针 B.金属圆筒内越靠近收尘极电场强度越小 B.静电复印 C,带电尘埃向收尘极运动过程中动能越来 C.在高大的烟囱中安装静电除尘器 越小 D.汽车制造厂车间里进行静电喷漆 D.带电尘埃向收尘极运动过程中加速度越来9。（多选）如图所示，在距离原来不带电的金属 越大 球中心r处P点放置一个电荷量为g(g>0) 6.如图所示，口罩中间层的熔喷布是一种用绝缘 的负点电荷，当金属球达到静电平衡后，下列 材料做成的带有静电的超细纤维布，它能阻隔 说法正确的是 () 几微米的粉尘、飞沫等，这种阻隔作用是利用 左 纺粘 熔喷布 A.金属球的左侧带负电，右侧带正电 纺粘层 B.金属球的左侧带正电，右侧带负电 A.静电吸附 B.尖端放电 C.金属球内O处的场强为0 C.静电屏蔽 D.电磁感应 D.感应电荷在金属球内O处的场强大小为E 能力提升练 妈 10.如图所示，在玻璃管中 7.物理课时，老师将一不带电的金属球壳用绝缘 心轴上安装一根直导 支架固定。球壳横截面如图所示，球心为O,A 线，玻璃管外绕有线 是球心左侧一点。当老师把丝绸摩擦过的玻 圈，直导线的一端和线 璃棒缓慢靠近A点，可判定 圈的一端分别跟感应 圈的两放电柱相连。开始，感应圈未接通电 0 源，点燃蚊香，让烟通过玻璃管冒出。当感应 圈电源接通时，玻璃管中的导线和管外线圈 VZB5255KKK2253075575151168 172 间就会加上高电压，立即可以看到，不再有烟12.(1)一个带电金属球达到静电平衡时，球内 从玻璃管中冒出来了。过一会儿还可以看到 部没有净剩电荷，电荷均匀分布在外表 管壁吸附了一层烟尘。 面，球内部场强处处为0，其在球的外部 请思考一下：这是什么原因？ 产生的电场，与一个位于球心、电荷量相 等的点电荷在同一点产生的电场相同。 已知静电力常量为k。 ①根据电场强度的定义式和库仑定律， 推导一个电荷量为Q的点电荷，在与之 相距r处的电场强度的表达式 ②若将金属球内部挖 空，使其成为一个均匀 球壳，如图1所示。金 属球壳的电荷量为Q, 风1 AB是到球心的距离分别为T1和3的两 ,B点的 11.在一个导体尖端附近放一根点燃的蜡烛，当 点，则A点的场强E,= 场强E2= 我们不断地给导体充电时，火焰就好像被风 (2)万有引力定律与库仑定律有相似的形 吹动一样朝背离尖端的方向偏斜。应用尖端 式，因此质点的引力场与点电荷的电场 放电解释这一现象 也有很多相似的规律。已知引力常量 为G。 ①类比点电荷电场强度的表达式，写出 一个质量为m的质点在与之相距r处的 引力场强度E。的表达式 ②假设沿地轴的方向凿通一条贯穿地球 两极的隧道，隧道极窄，地球仍可看作一 个半径为R、质量分布均匀的球体。如图 2所示，以地心为原点，向北为正方向建 立x轴，请在图3中作图描述隧道中地球 引力场强度随x变化的规律，并说明作 图依据 0 图2 图3 173越来越小，在)点时加速度变为零，速度达到最大，从)向N: 错误：玻璃棒缓慢靠近A点，玻璃棒在A点形成的场强增大 运动时，速度不断减小，加速度越来越大。故选AD 而A点的电场强度一直为零，则球壳上的感应电荷在A点产 生的电场强度逐渐增大，故D正确。故选D 练案[4] 8.A当打雷的时候，由于静电感应，在高大的建筑物顶端积累 1.C电工穿的铜丝编织的高压作业服使内部场强处处为零，可 了很多的静电，容易导致雷击事故，所以在高大的建筑物顶端 以有效避兔电工受到电击，对人体起到保护作用，主要应用了 安装避雷针可以把雷电引人地下，保护建筑物的安全，属于静 静电屏蔽原理，选项C正确，A,B、D错误。故选C。 电防止，故A符合题意：静电复印是利用异种电荷相互吸引而 2,A高楼大厦的顶端装有避雷针，是静电的防止，不是利用静 使碳粉吸附在纸上，属于静电应用，故B不符合题意：静电除 电屏蔽，故A满足题意：优质话简线外面有一层金属网将导线 尘时除尘器中的空气被电离，烟雾颗粒吸附电子而带负电，颗 包围，以防止干扰信号侵人，是静电屏蔽的利用，故B不满足 粒向电源正极运动，属于静电应用，故C不符合题意：喷枪喷 题意：超高压带电作业的工人穿戴的工作服是用包含金属丝 出的油漆微粒带正电，因相互排斥而散开，形成雾状，被喷涂 的织物制成，工作服就像一个金属网罩，可以起到静电屏蔽的 的物体带负电，对雾状油漆产生引力，把油漆吸到表面，属于 作用，保护工人的安全，故C不满足题意：高压输电线线塔上： 静电应用，故D不符合题意。所以选A。 有三根较粗的输电线，其上方还有两条较细的电线，它们与大9.BCD根据静电感应带电本质：电子的转移，因此金属球左侧 地相连形成一个稀疏的金属“网”，利用的是静电屏蔽的原 带正电，右侧带负电，并且正负电荷等量，故A错误，B正确： 理，故D不满足题意。故选A。 金属球内部处于静电平衡状态，故合场强处处为零。故C正 3.A“雷火炼殿”奇观的本质是云层与金殿顶部之间形成巨大 确：感应电荷在球心处产生的场强和点电荷？产生的场强方 的电压，使空气电离，故A项错误：少有带尖的结构，不易放 向相反，由于P处是负电荷.P在O处的电场方向水平向左， 电，能使电压升得比较高，保证“炼殿”之需，故B项正确：当 所以感应电荷在O点产生的电场方向水平向右，大小与P点 出现奇观时，人在大毁内部也是非常危险的.故C项正确：当 带负电的积雨云靠近时，由于静电感应，大量的负电荷从避雷 负电荷在0处产生电场强度大小相等，即为E=丝，故D正 针顶部移动到地面，形成向上的电流，而地球的磁场大致从南 确。故选BCD 到北，根据左手定则，避常针受到偏西的安培力，故D项正确。0.当感应圈电源接通时，玻璃管中的导线和管外线圈间就会加 故选A。 上高电压，形成强电场。烟尘颗粒都是带电的，在强电场中 4.C图甲为静电除尘原理的示意图，根据电荷间的相互作用可 受静电力作用偏转后被吸附在管壁上。 知，异种电荷相互吸引，因此带负电的尘埃将被吸附到带正电 解析：静电场使气体电离从面使尘粒带电吸附到电极上的收 的板状收集器A上，故A正确：给汽车加油前要触摸一下静 尘方法。在强电场中空气分子被电离为正高子和电子，电子 电释放器，其原理是导走人身的静电，故B正确：图丙为静电 奔向正校过程中遇到尘粒，使尘粒带负电吸附到正校。 喷漆的原理图，因为电场线是曲线，涂料微粒在电场力作用下山，见解析 不会沿电场线运动，故C错误：高层建筑物顶端安装有避雷 解析：我们不断地给导体充电时，在导体尖端附近强电场的 针，避雷针的原理为尖端放电，故D正确。本题选错误的，故 作用下，空气中残留的高子会发生藏烈运动，在散烈运动的 选C 过程中它们和空气分子相碰时，会使空气分子电离。从而产 5.B根据题图信息可知除尘器内电场在水平面上的分布类似 生了大量新的离子，与尖端上电荷同号的离子受排斥而飞向 于负点电荷电场，电场线方向由收尘极指向电量极，故A带 远方，蜡烛火焰偏斜就是受到这种离子流形成的“电风”吹动 误：逆电场线方向，电场线是平而福射状，故越靠近收尘极，电 的结采 场强度越小，故B正确：尘埃带负电后受电场力作用向收尘极12.()k号0k?(2)G 。见解析 运动，电场力做正功，动能越来越大，故C错误：离电晕极越 远，场强越小，尘埃带电荷量不变，电场力越小，由牛顿第二定 解析：(1)①电荷量为Q的点电荷，在与之相距r处放一试探 律可知，加速度越来越小，故D错误 电荷9，根据库仑定律，该试探电荷受到的电扬力为F=k9 6.A由题意可知，熔喷布是一种用绝缘材料做成的带有静电的 超细纤维布，所以当几微米的病毒靠近时，由于静电感应而带 由电场强度￡=E得电荷量为Q的点电荷，在与之相距r处 电，从而被熔喷布吸附，可知，其原理为静电感应和静电吸附。 故A正确：BC,D错误。故选A。 电扬强度E:6号 7.D丝绸摩擦过的玻璃棒带正电，靠近A点，则球壳左边带负 ②一个带电金属球达到静电平衡时，球内部没有净剩电荷， 电右边带正电，整体仍显示电中性，不带电，放A错误：因为整 电荷均匀分布在外表面，球内部场强处处为0，其在球的外部 体显示电中性，正电荷与负电荷数量相等，无论怎样将球壳分 产生的电场，与一个位于球心，电荷量相等的点电荷在同一 开，两部分的带电荷量始终相同，故B错误：球壳内部场强处 点产生的电场相同。A点在均句带电球壳内部，故A点场强 处为零，玻璃棒缓慢靠近A点，A点的电场强度一直为零，故C E,=0 260 B点的场强E=k号 :5.C根据电势的物理意义：电势是反映电场本身性质的物理 量，仅由电场本身决定，与试探电荷无关可知，将该点的电荷 (2)①设距离一个质量为m的质点，处，放一个质量为m,另 换为电荷量为2g的负电荷，A点的电势不变，故C正确，AB、 G·m, D错误。故选C F 外一质点，在与之相距r处的引力场强度E:= 2 6.A顺着电场线方向电势降低，则有甲.>9>。，故A正确， mm B、C,D错误。故选A。 =69 7.D小球克服重力做功为20J.则小球的重力势能增大了 2假设地球平均窗度为，隧道中距离地心为x处地球引力！ 20」.故A惜误：根据动能定理总功等于动能的变化量，总功 4 等于物体受所有力做功的代数和，散△E=-20」+30」+ 场强度大小E= (-5J)+15J=20」，故B错误：根据机械能守恒定律，除重 x w 力、弹力之外的力做功等于机械能的变化量，△E=(30-5+ 又因为在隧道中，在原点以北某物体受地球引力向南，在原 15)」=40」，故C错误：根据电场力做多少正功.电势能就减少 点以南某物体受地球引力向北，故蘧道中地球引力场强度随 多少，故D正确。故选D。 x变化的规律定性变化图像（如图）。 8.B由运动轨迹看，垂直电场方向射人的带电粒子向电场的方 E↑ 向偏转，说明带电粒子受到的电场力与电场方向相同.所以带 电粒子应带正电，故A错误：从A到B的过程中，克服重力做功 2.0J,电场力做功1.5J,由动能定理可知，粒子在A点的动能 比在B点多0.5J,故B正确：从A到B的过程中，电场力做正 功，电势能在藏少，所以在A点的电势能要大于在B点时的电 势能，故C错误：从A到B的过程中，除了重力做功以外，还有 电场力做功，电场力做正功，电势能转化为机械能，带电粒子的 机饿能增加，由能的转化与守恒可知，机械能的增加量等于电 练案[5] 场力做功的多少，所以机械能增加了1,5.故D错误。故选B。 1.B电场力做功为W=U,U为初末位置之间的电势差，BM 9.A由A到B的过程中，根据动能定理W-4mg=0-0,所 方向垂直于电场线，所以BM是匀强电场的一条等势线，B、M 以电场力做功W电=um,从B到A,根据动能定理W-W地 两点电势相等，所以电荷沿直线AB运动时，静电力做功为W amg=0,所以水平拉力做功W=W+wmg=2mg,故A正 =g0m=gUw=gEd,故A错误，B正确：电荷沿折线AMB运 确，B错误：根据电场力做功与电势能变化的关系：电场力做 动时，因为静电力做功与路径无关，只与初末位置有关，所以 的功等于电势能的减少量，因为从A到B,W=山g,所以电 势能减少mgs,由题可知带电体P从A点运动到B点，动能 静电力做功仍然为gEd,故C,D错误。故选B 2.C正电荷在电场中的受力方向沿电场线的方向，故把正点电 先增大后减小，故CD错误。故选A。 荷由点“沿电场线移到点6的过程中，电场力做负功，电势能10.B由图可知，电荷运动的加速度不变4，=，且由于电荷仅 增加，选项C正确，A、B、D错误。故选C。 受电场力，故其所受电场力不变，电场不变，故A,B两点的场 强大小相比一定是E,=E。,该电场是匀强电场，故A、C错误： 3.C正点电荷Q产生的电场方向由正点电荷出发指向无穷 由于电荷从A向B移动过程中，动能减小，故电场力做负功， 远，则x。与-处的电场强度大小相等，方向相反，则电场强 度不相同，故A错误：由于点电荷带正电，可知离点电荷越近， 其电势能增加，即该电荷在两点的电势能大小相比一定是E 电势越高，则-处的电势大于2x。处的电势，故B错误：根 <E,:由E。=P可知，正电荷在高电势处的电势能较大，故 AB两点的电势相比一定是P,<华e,故D错误，B正确。 据点电荷场强公式￡=9可匆知离点电荷越近，场强越大，则6山.静电力做负功，5×10-」 处的电场强度大于2x。处的电场强度，故C正确：由于点电荷 解析：0，=。二4x104 带正电，可知离点电荷越近，电势越高，则。处的电势大于 %2×109V=-20v, -2x处的电势，根据E。=9e,由于q带正电，则正点电荷g在 5.9x10 x。处的电势能大于在-2x,处的电势能，故D错误。故选C。 %-3x10V=-30V N= 4.A依题意，-的检验电荷从电场的无限远处被移到电场中 将分别放在A,B两点，它具有的电势能分别为 的A点时，电场力做的功为W,则电荷的电势能减小F,无限 E4=994=-5×10-°×(-20)J=1.0×10-7J, 远处电荷的电势能为零，则电荷在A点的电势能为：E,= Em=9%pg=-5×109×(-30)J=1.5×10-7J -W,A点的电势，=E=”,故A正确，B.C,D错误。故 把9由A点移到B点，静电力做的功为 -9g Ww=E4-Ew=-5×10-J 选A。 12.(1)增加，1×10J(2)100V 261