9.4 静电的防止与利用 讲义-2025-2026学年高一升高二暑假预习物理强化讲义（人教版（2019）必修第三册）

9.4 静电的防止与利用 ——划重点之高一暑假预习强化精细讲义 飞机在云层间飞行时有可能遭遇雷击。发生雷击时，闪电只会沿着飞机外壳流过，而不会进入机内对乘客造成伤害，你知道这是为什么吗? 知识点1：静电平衡状态 1.静电感应现象 把导体放入电场,导体内的自由电子在电场力作用下定向移动，而使导体两端出现等量异种电荷的现象. 2.静电平衡状态 如上图所示，金属导体中自由电子受到导体周围电场的电场力作用后向左移动，在导体的左右两侧形成正、负感应电荷，由于感应电荷也激发电场，原场强E0与感应电荷的场强E′方向相反，当E′ =-E0后，导体内的自由电子不再发生定向移动，此时，导体内的合场强E = 0，导体的这种状态叫作静电平衡状态。导体中（包括表面上）没有电荷定向移动的状态。 3.静电平衡条件 导体内部的合场强为零，即E合＝0。 ①导体达到静电平衡状态后内部场强处处为零是指外电场的电场强度与导体表面感应电荷产生的电场强度的矢量和为零,而不是导体表面的感应电荷在导体内部产生的电场强度为零.外电场在导体内部某点产生的电场强度与没有该导体时在该点产生的电场强度相同. ②处于静电平衡状态的导体，外部表面附近任何一点的场强方向必跟该点的表面垂直。 ③处于静电平衡状态的整个导体是个等势体，导体的表面为等势面。 ④金属导体达到静电平衡的时间是非常短的。 ⑤一个孤立的带电体，在自身所带电荷的电场中，处于静电平衡状态，具有静电平衡的所有特点。 ⑥人与大地都是导体，在人摸（触）导体的过程中，带电体、人、大地组成一个新导体，达到新的静电平衡状态。 知识点2：静电平衡时导体上电荷的分布特点 静电平衡时,导体上电荷的分布有以下几个特点: ①内外表面分布不同，电荷都分布在外表面上，导体内部没有净电荷。 ②感应电荷分布于导体两端，电性相反，电量相等，远同近异，如图甲所示。 ③净电荷在导体表面分布不均匀，导体表面尖锐处电荷分布密集，平滑处电荷分布稀疏，凹陷处几乎没有电荷，如图乙所示。 处于静电平衡状态时,导体的外表面是相对的. ①当场源电荷放在空心球体外面时,感应的电荷只分布在外侧,空心球体的内侧没有电荷,如图甲所示; ②当场源电荷放在空心球体的内部时,则感应电荷在两个表面(均为外表面)都有分布,如图乙所示. 知识点3：尖端放电 如图所示，高大建筑物的顶端都安装有与大地连接的尖锐金属棒(避雷针),其目的是防止建筑物被雷击，保护建筑物。 1.空气的电离 在导体外表面,越尖锐的位置,电荷的密度越大,周围的电场强度越大.在一定条件下,导体尖端周围的强电场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. 这个现象叫作空气的电离。 2.尖端放电的原理 导体尖端的强电场使附近的空气电离,电离后产生的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 应用:避雷针是利用尖端放电避免建筑物遭受雷击的设备；燃气灶中的电子打火器的放电电极做成针状，加上电压时容易产生电火花。 防止:高压设备中导体的表面尽量光滑会减少电能的损失. 4.避雷针的工作原理 当带电的雷雨云接近建筑物时，由于静电感应，金属针出现与云层相反的电荷，通过尖端放电，这些电荷不断向大气释放，中和空气中的电荷，达到避免雷击的目的. 知识点4：静电屏蔽 1.定义 当金属壳达到静电平衡状态时,内部没有电场,因而金属的壳会对其内部起保护作用,使它内部不受外部电场的影响. 2.静电屏蔽的实质 金属壳内感应电荷产生的场强和外加电场产生的场强矢量和为零,好像是金属壳将外电场“挡”在外面. 3.静电屏蔽的两种情况及本质 ①导体内部不受外部电场的影响（外屏蔽） 现象 由于静电感应,验电器箔片张开,如图甲所示,将验电器放入导体网罩内部后验电器箔片不张开,如图乙所示. 本质 由于静电感应,导体网罩上感应电荷产生的电场与外电场在导体网罩内部任一点的场强相互抵消.不管金属罩接不接地，外部的带电体对导体内部均不产生影响 ②接地的封闭导体壳内部电场对壳外空间没有影响（内屏蔽） 现象 如图甲所示,导体壳未接地,正电荷处于导体壳内部,达到静电平衡状态时,导体壳内、外表面出现等量异种电荷,空间电场的电场线起于场源正电荷,终于导体壳内表面负电荷,再起于导体壳外表面正电荷,终于无穷远处,壳内、外表面之间场强处处为零,壳外场强不为零. 如图乙所示,导体壳接地,导体壳外的正电荷被大地的负电荷中和,正电荷出现在地球的另一端无穷远处,空间电场起于场源正电荷,终于导体壳内表面负电荷,导体壳内、外表面之间及导体壳外部场强处处为零,导体壳外部空间不受内部电场影响。 本质 由于静电感应,导体壳内表面感应电荷的电场与壳内场源电荷的电场在导体壳表面以外任一点的场强相互抵消。内部带电体对不接地的空腔外部产生影响，对接地的空腔外部不产生影响 4.应用 (1)电学仪器和电子设备外面会有金属罩,通讯电缆外面包一层铅皮,可以防止外电场的干扰. (2)电工高压带电作业时,穿戴金属丝网制成的衣、帽、手套、鞋子,可以对人体起到静电屏蔽作用,使人安全作业. 知识点5静电吸附 静电起电包括使正、负电荷发生分离的一切过程,如通过固体与固体表面、固体与液体表面之间的接触、摩擦、碰撞,固体或液体表面的破裂等机械作用产生的正、负电荷分离,也包括气体的离子化、喷射带电以及在粉尘、雪花和暴风雨中的带电现象. 在生产和生活中,静电的应用十分广泛,如静电喷涂、静电屏蔽、静电除尘、静电复印等. 1.静电除尘 电子空气净化器利用风扇将空气送入机内,空气流经正、负电极间时,首先经过带负电的网格,这时带正电的烟尘等粒子被吸附在其上.接着,空气又通过带正电的网格,这时带负电的烟尘等微粒被吸附在其上.最后,活性炭过滤器再将空气中的剩余尘粒过滤一遍,把洁净的空气送入室内. 2.静电喷涂 工作原理:接负高压的涂料雾化器喷出的油漆微粒带负电,在静电力作用下,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. 3.静电复印 激光扫描原稿上的文字或图案,经反射,聚焦在携带静电的硒鼓上.激光扫描到原稿上的空白处,硒鼓上相应部位的静电荷就被消除,留在硒鼓上的静电荷就形成了原稿上的文字或图案,墨粉被硒鼓上的静电吸引,被转移到复印纸上并被加热固定,复印纸上就出现了原稿上的文字或图案。 知识点6：防止静电的危害 静电是一种常见现象,它会给人们带来麻烦,甚至造成危害. 如在印刷厂里,纸张之间摩擦带电,会使纸张粘在一起,难以分开;在印染厂里,棉纱、毛绒、人造纤维上的静电会吸引空气中的尘埃,使印染质量下降.静电对现代高精密度、高灵敏度电子设备影响很大,大量的静电不但会妨碍电子设备的正常运行,甚至会因火花放电而击穿电子仪器的某些器件. 防止静电危害的主要方法与途径: (1)尽量减少静电的产生,常用的方法是增大空气的湿度； (2)尽快把静电导走,防止静电积累,常用的最简单办法是用导线把设备接地； (3)在易燃易爆气体和粉尘聚集的场所保持良好的通风,消除静电火花的引爆。 命题点1：对静电平衡的理解 【针对练习1】如图所示，正六棱柱金属壳上下底面的中心为O1，O2，A为棱角顶点，在O1正上方置一正点电荷Q，则达到静电平衡后（　　） A．O1点电势高于O2点电势 B．相比于A点，O1点的电荷密集程度更高 C．在正六棱柱金属壳内部电场强度处处为零 D．在上表面O1点上方附近的电场方向与上表面平行 【答案】C 【详解】A．由于处于静电平衡状态的金属壳为等势体，其表面为等势面，所以O1点电势与O2点电势相等，故A错误； B．金属壳表面的感应电荷集中于尖端，所以相比于A点，O1点的电荷密集程度更低，故B错误； C．由于金属壳处于静电平衡状态，其内部电场强度处处为零，故C正确； D．由于金属壳为等势体，所以在上表面O1点上方附近的电场方向与上表面垂直，故D错误。 故选C。 【针对练习2】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，下列说法不正确的是（　　） A．A、B两点电场强度相等，且都不为零 B．枕形导体内的自由电子不再发生定向移动 C．正电荷在A点产生的电场强度大于B点 D．当开关S闭合后，A、B两点的电场强度为零 【答案】A 【详解】AB．导体处于静电平衡状态，导体是一个等势体，导体内部电场强度处处为零，导体内的自由电子不再发生定向移动，故A错误，B正确； C．A点离正电荷较近，故正电荷在A点产生的电场强度较大，故C正确； D．当开关S闭合后，电子从大地沿导线向导体移动，导体内部电场强度处处为零，D正确。 本题选不正确的，故选A。 【针对练习3】如图所示，原来不带电，长为l的导体棒水平放置，现将一个电荷量为（）的点电荷放在棒的中心轴线上距离棒的左端R处，A、B分别为导体棒左右两端的一点，静电力常量为k。当棒达到静电平衡后，下列说法正确的是（　　） A．棒的两端都感应出负电荷 B．棒上感应电荷在棒的中心轴线上距棒的右端处产生的电场强度大小为 C．棒上感应电荷在棒的中心O处产生的电场强度方向水平向右 D．若用一根导线将A、B相连，导线上不会产生电流 【答案】D 【详解】A．由静电感应可知，棒左端感应出负电荷，右端感应出正电荷，故A错误； BC．q在棒中心O处产生的电场方向向右，根据平衡关系可知，棒上感应电荷在棒中心O处产生的电场方向向左，大小相同； 同理可知，棒上感应电荷在棒的中心轴线上距棒的右端处产生的电场强度大小为 故BC错误； D．导体棒是等势体，左右端电势相等，若用一根导线将A、B相连，导线上不会产生电流，故D正确。 故选D。 【针对练习4】如图所示，B是带有绝缘支架的空腔带电金属球壳，A是验电器，A、B相距较远，导线C的一端接验电器的金属球，下列现象正确的是（　　） A．将C的另一端与B的外壳接触，验电器的金属箔片张开 B．将C的另一端与B的内表面接触，验电器的金属箔片闭合 C．将C的另一端与B的外壳接触，验电器的金属箔片不张开 D．将C的另一端与B的内表面接触，验电器的金属箔片不张开 【答案】A 【详解】假设B带正电，则正电荷分布在球壳的外表面上，不管C接B的外壳还是内表面，验电器的金属球、导电杆和金箔通过导线C与B就构成一个整体，依静电平衡状态带电体电荷只分布在外表面上，由于验电器在B的外部，也就成了这个整体的外表面的一部分，因此验电器的金箔就带上了正电而张开。故A正确；BCD错误。 故选A。 命题点2：静电屏蔽问题的分析 【针对练习5】在如图所示的实验中，验电器的金属箔片会张开的是（　　） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】A．金属网可以屏蔽网外电荷产生的电场，验电器的两金属箔片不带电，不会张开，故A错误； B．金属网没有接地，网内带电体可以使验电器发生静电感应，使金属箔片张开，故B正确； CD．金属网接地，网内的带电体对网外无影响，网外的带电体对网内也无影响，不能使验电器发生静电感应现象，金属箔片不能张开，故CD错误。 故选B。 【针对练习6】如图所示，绝缘金属球壳的空腔M内、外各有一小球N和Q，下列说法不正确的是（    ） A．若Q、M不带电，M不接地，则N带电时，Q上无感应电荷 B．若Q、M不带电，M接地，则N带电时，Q上无感应电荷 C．若Q、N不带电，M不接地，则Q带电时，N上无感应电荷 D．若Q、N不带电，M接地，则Q带电时，N上无感应电荷 【答案】C 【详解】A B．若Q、M不带电，M不接地，则N带电时，由于静电屏蔽，Q上无感应电荷；若M接地，M与大地组成一个大导体，靠近N的一端和大地将出现感应电荷，Q上无感应电荷，故A、B正确； C D．若Q、N不带电，M不接地，则Q带电时，Q产生的电场会影响N，N上有感应电荷；若M接地，Q产生的电场不会影响N，N上无感应电荷，故C错误，D正确。 故选C。 【针对练习7】如图所示，高压静电防护服接地，O为防护服内的一点，把一带电量为Q的金属小球移动到距离O点的r处。金属小球可视为点电荷，静电力常量为k，取大地电势为0，下列说法正确的是（　　） A．高压静电防护服应采用绝缘性能特别好的绝缘材料制作 B．感应电荷在O点处产生的场强大小等于，方向由O指向金属小球 C．高压静电防护服外表面场强处处为零 D．高压静电防护服左侧外表面带负电，电势小于0 【答案】B 【详解】A．高压静电防护服是内部有用金属丝织成的金属网，金属导电性好，对外部电场能起到屏蔽作用。故A错误； B．由场强叠加原理可知 感应电荷场强方向与金属小球产生的场强方向相反，由O指向金属小球。故B正确； C．高压静电防护服内部电场强度处处为零，电荷分布在外表面上，表面处的场强不等于0。故C错误； D．由于防护服接地，应为左侧外表面带负电，大地无限远处带正电（防护服与大地连成一无限大导体），所以右侧不带电，防护服与大地相连，所以防护服上各点电势为0。故D错误。 故选B。 命题点3：静电的应用 【针对练习8】空气净化器及其原理示意图如图所示。污浊空气通过过滤网后尘埃带电，图中充电极b、d接电源负极，集尘极a、c、e接电源正极（接地）。下列表述正确的是（　　） A．带电尘埃所受电场力的方向与电场方向相同 B．尘埃被吸附到集尘极a的过程中所受电场力做负功 C．c、d两个电极之间的电场方向竖直向上 D．尘埃在被吸附到集尘极e的过程中动能增大 【答案】D 【详解】A．图像可知尘埃经过过滤网后被正极吸引，所以尘埃带负电，带电尘埃所受电场力的方向与电场方向相反，故A错误； B．尘埃被吸附到集尘极a的过程中所受电场力做正功，故B错误； C．因为充电极b、d接电源负极，集尘极a、c、e接电源正极，所以c、d两个电极之间的电场方向竖直向下，故C错误； D．尘埃在被吸附到集尘极e的过程中电场力做正功，动能增大，故D正确。 故选D。 【针对练习9】静电喷涂时，喷枪喷出的物料微粒带电，在带有正电的被喷工件的静电作用下，向被喷工件运动，最后吸附在其表面。在涂料微粒向工件靠近的过程中（　　） A．涂料微粒带正电 B．离工件越近涂料微粒所受库仑力越小 C．电场力对涂料微粒做负功 D．涂料微粒的动能增大 【答案】D 【详解】A．由题图知，工件带正电，涂料微粒在静电力作用下向工件靠近，可知涂料微粒带负电，A错误； B．离工件越近，涂料微粒所受库仑力越大，B错误； CD．涂料微粒在静电力作用下向工件运动，则电场力对涂料微粒做正功，其动能增大，C错误，D正确。 故选D。 【针对练习10】静电除尘原理是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。如图所示，静电除尘器由板状收集器A和线状电离器B组成，A、B间接有高压电源，它们之间形成很强的电场，能使空气中的气体分子电离，进而使通过除尘器的尘埃带电，最后被吸附到与正极相连的收集器A上。下列选项正确的是（   ） A．收集器A吸附大量尘埃的原因是尘埃带上了正电 B．收集器A吸附大量尘埃的原因是尘埃带上了负电 C．粉尘靠近收集器A的过程中，加速度保持不变 D．静电除尘过程是机械能向电场能转化的过程 【答案】B 【详解】AB．AB间接高压电后AB间产生很强的电场，气体分子被电离为电子和正离子，电子被尘埃吸附，尘埃带负电被接高压正极的收集器A吸附，故A错误，B正确； C．越靠近线装电离器B电场强度越大，收集器A和电离器B之间形成的是非匀强电场，所以粉尘靠近收集器A的过程中，加速度发生变化，故C错误； D．带负电的粉尘在电场力的作用下加速运动，电场力做正功，电势能减小，机械能增加，所以静电除尘过程是电场能向机械能转化的过程，故D错误。 故选B。 【针对练习11】静电复印是一种利用静电光敏半导体材料的感光特性形成影像的复印方法，复印过程大致可分为充电、曝光、显影、转印、分离、定影、清洁、消电8个基本步骤，部分步骤示意图如图所示。静电复印机的中心部件是一个可以旋转的接地的铝辊，表面镀着一层半导体硒，叫作感光鼓。半导体硒有特殊的光电性质。现通过电晕装置对感光鼓充电使其带正电，以下说法正确的是（　　） A．曝光时，半导体硒有光照区域的电阻增大，无光照区域的电阻减小 B．显影时，色粉被感光鼓上带电区域吸附，因此色粉需带负电 C．色粉的带电通常是通过色粉与载体的摩擦获得，摩擦后色粉的带电极性与载体的带电极性相同 D．转印时，若使色粉转移到复印纸上，则需使复印纸带负电 【答案】B 【详解】A．曝光时字迹阴影部分应该带电才能吸附色粉，光照部分不带电，因此半导体光照部分电阻应该减小，阴影部分电阻增大，A错误； B．感光鼓带正电，色粉若被吸附应该带负电，B正确； C．色粉的带电通常是通过色粉与载体的摩擦获得，摩擦起电的两个物体所带电性相反， C错误； D．色粉带负电，若被吸附到复印纸上，纸张应带正电，D错误。 故选B。 一、单选题 1．静电现象在自然界普遍存在，在生产生活中也时常会发生静电现象。人们可让静电服务于生产生活，但也需对其进行防护，做到趋利避害。下列关于静电现象的说法正确的是（　　） A．静电除尘的原理是静电屏蔽 B．避雷针利用了带电导体凸起尖锐的地方电荷稀疏、附近空间电场较弱的特点 C．为了安全加油站工作人员工作时间须穿绝缘性能良好的化纤服装 D．印刷车间的空气应保证适当潮湿，以便导走纸页间相互摩擦产生的静电 【答案】D 【详解】A．静电除尘的原理是带电粒子受到电场力作用，故A错误； B．避雷针利用了带电导体凸起尖锐的地方电荷密集、附近空间电场较强的特点，故B错误； C．化纤服装容易摩擦起电，在加油站这种易燃易爆环境中，产生的静电可能引发危险，所以加油站工作人员不应穿绝缘性能良好的化纤服装，而应穿不易产生静电的服装，故C错误； D．印刷车间中，纸张间摩擦产生大量静电，需空气保持一定湿度，以便及时导走静电，故D正确。 故选D。 2．以下关于静电现象的说法中正确的是（　　） A．油罐车车尾装有一条拖在地上的导电拖地带，作用是导走运输过程中油和油罐摩擦产生的静电 B．雷电天气时，云层所带的电荷量大小不一定是元电荷的整数倍 C．电工高空高压作业时，其工作服内编织金属丝的目的是提高衣服的耐穿性 D．静电喷漆时金属件与油漆雾滴带相同电荷，在静电斥力作用下喷涂更均匀 【答案】A 【详解】A．油罐车车尾装有一条拖在地上的导电拖地带，作用是导走运输过程中油和油罐摩擦产生的静电，A正确； B．物体所带的电荷量一定是元电荷的整数倍，B错误； C．电工高空高压作业时，其工作服内编织金属丝的目的是起到静电屏蔽的作用，使超高压输电线周围的电场被工作服屏蔽起来，对工人起到保护作用，C错误； D．静电喷漆时金属件与油漆雾滴带异种电荷，在静电引力作用下喷涂更均匀，D错误。 故选A。 3．如图所示为某同学自制的静电除尘器。穿过去底的矿泉水瓶瓶盖（瓶盖打孔）安装一直导线M，瓶外绕多圈铁丝N。a、b端与高压直流电源相连。断开开关S，点燃蚊香，瓶内烟雾缭绕。闭合S，顿时瓶内清澈透明，则S闭合时（　　） A．M附近电场强度最小 B．M附近电场强度最大 C．烟尘吸附在M上 D．N附近空气中的气体分子易被电离 【答案】B 【详解】因为静电平衡时，M上电荷密度大，附近电场强度最大，其周围空气中的气体分子被电离，成为正离子和电子，电子在向着正极N运动的过程中，遇到烟气尘中的粉尘，使粉尘带负电，粉尘被吸附在瓶身上，从而达到除尘效果。 故选B。 4．一个半径为，不带电的金属球放置在绝缘支架上，球心位置为O。带电量为的点电荷放置在与球心的距离为的位置，如图所示。此时金属球表面产生了感应电荷，下列说法正确的是（    ） A．O点的电势为零 B．小球中的感应电荷总量等于 C．感应电荷在O点产生的电场强度的大小为 D．感应电荷在O点产生的电场强度的大小为 【答案】D 【详解】A．由于没有规定何处电势为0，故无法确定O点电势，故A错误； B．静电感应导致金属球的电荷重新分布，总电量仍为零，故B错误； CD．导体球处于静电平衡时，点场强为0，即-Q的点电荷与感应电荷在O点产生的合场强为0，因此感应电荷在O点产生的电场强大小等于-Q的点电荷在O点产生的电场强度的大小，而-Q的点电荷在O点产生的电场强度的大小为 故C错误，D正确。 故选D。 5．如图，A点固定一个带正电的点电荷，将一个不带电的金属球壳移到A点附近并固定，O为球壳球心，在过A、O两点的直线上有B、C两点，两点均在球壳内且到O点的距离相等，开始时开关K断开，下列说法正确的是（　　） A．在感应电荷的电场中，B、C两点的场强大小相等 B．在感应电荷的电场中，B点的场强比C点的场强大 C．将开关K闭合，感应电荷在B点产生的场强变大 D．将开关K闭合，感应电荷在C点产生的场强变小 【答案】B 【详解】AB．处于静电平衡时，导体内部场强处处为零，点电荷在B点产生的场强比在C点产生的场强大，因此感应电荷在B点产生的场强比在C点产生的场强大，故A错误，B正确； CD．将开关闭合，点电荷在B、C两点产生的场强不变，感应电荷在B、C两点产生的场强不变，故CD错误。 故选B。 6．下列关于静电现象的说法不正确的是（　　） A．图甲中，当摇动起电机，烟雾缭绕的塑料瓶顿时变得清澈透明，利用了静电吸附的原理 B．图乙中，优质话筒线的外层包裹着金属编织层，利用了静电屏蔽的原理 C．图丙中，在加油站给汽车加油前触摸一下手形静电释放器，利用了感应起电的原理 D．图丁中，燃气灶电子点火器的放电电极是针尖形，利用了尖端放电的原理 【答案】C 【详解】A．图甲中摇动起电机，电极之间形成电场，将气体电离，电子被吸附到烟雾颗粒上，使烟雾颗粒带负电，导致烟雾颗粒可以向正极移动，工作原理为静电吸附，故A正确； B．图乙中，优质话筒线的外层包裹着金属编织层，利用了静电屏蔽的原理屏蔽外部干扰，实现保真信号传输，故B正确； C．图丙为给汽车加油前要触摸一下的静电释放器，其目的是导走人身上的静电，故C错误； D．图丁的燃气灶中安装了电子点火器，点火应用了尖端放电原理，故D正确。 本题选择不正确的，故选C。 7．如图，一半径为R电荷量为Q的带电金属球，球心位置O固定，P为球外一点。几位同学在讨论P点的场强时，下列说法正确的是（　　） A．若P点无限靠近球表面，因为球表面带电，由库仑定律可得，P点的场强趋于无穷大 B．因为在球内场强处处为0，若P点无限靠近球表面，则P点的场强趋于0 C．若Q不变，P点的位置也不变，而令R变小，则P点的场强不变 D．若将一个点电荷在球的表面移动一段距离，该点电荷的电势能增加 【答案】C 【详解】AB．金属球可看成点电荷，则带电金属球球外产生的电场强度等同于把壳上电全部集中球心处所产生电场强度，由点电荷场强公式 计算，P点无限靠近球表面，，在P点的产生的场强虽很大，但不是无穷大，故AB错误； C．若Q不变，P点的位置也不变，R变小，产生的电场不变，则P点的场强不变，故C正确； D．球表面为等势面，移动电荷电场力不做功，电势能不变，故D错误。 故选C。 二、多选题 8．在一次科学晚会上，一位老师表演了一个“魔术”：如图，一个没有底的空塑料瓶上固定着一根铁锯条和一块易拉罐（金属）片，把它们分别跟静电起电机的两极相连。在塑料瓶里放一盘点燃的蚊香，很快就看见整个透明塑料瓶里烟雾缭绕。摇动起电机，顿时塑料瓶清澈透明，停止摇动，又是烟雾缭绕。若锯条接电源负极，金属片接正极，下列说法正确的是（   ） A．起电机摇动时，塑料瓶内锯条附近电场强度最大 B．起电机摇动时，烟尘带负电 C．消失的烟尘最终运动到了锯条上 D．消失的烟尘是从瓶口和瓶底跑掉的 【答案】AB 【详解】A．由尖端附近的电场线比较密集可知，在锯条附近的电场强度最大，故A正确； BCD．负离子在电场力作用下，向正极移动时，碰到烟尘微粒使它带负电，因此带负电烟尘，在电场力作用下，向金属片运动，最终被吸附到金属片上，故B正确，CD错误。 故选AB。 9．如图所示是闪电击中广州塔的画面，广州塔的尖顶是一避雷针，雷雨天气时，底端带负电的云层经过避雷针上方时，避雷针尖端放电形成瞬间强电流，乌云所带的负电荷经避雷针导入大地，在此过程中，下列说法正确的是（　　） A．云层靠近避雷针时，针尖感应出负电荷 B．云层靠近避雷针时，针尖感应出正电荷 C．避雷针是利用尖端放电避免雷击的一种设施 D．避雷针尖端附近的电场强度比避雷针底端附近的电场强度小 【答案】BC 【详解】AB．根据同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引，可知云层靠近避雷针时，针尖感应出正电荷，A错误，B正确； C．避雷针是利用尖端放电避免雷击的一种设施，故C正确； D．由于电荷更容易集中到尖端，从而避雷针尖端附近的电场强度比避雷针底端附近的电场强度大，D错误。 故选BC。 10．如图所示，不带电的枕形导体水平放置，中心为O，c，d为导体的中心轴线上的点，e、f为导体表面上的点。现分别将电荷量为+q、-4q的点电荷a、b固定在导体的中心轴线上，它们到O的距离均为L。静电力常量为k，稳定后，下列判断正确的是（　　） A．导体外表面e点电势等于f点电势 B．感应电荷在O点的电场强度方向为由O指向d C．感应电荷在O点的电场强度大小为 D．拿走导体后，c点电场强度变弱，电势升高 【答案】AD 【详解】A．导体是等势体，表面为等势面，可知导体外表面e点电势等于f点电势，选项A正确； BC．因处于静电平衡时导体内部场强处处为零，即ab两点的电荷在O点的场强与感应电荷的场强等大反向，而ab两点的电荷在O点的场强为 方向向右，可知感应电荷在O点的电场强度方向向左，即为由O指向c，感应电荷在O点的电场强度大小为 选项BC错误； D．有导体时，因导体是等势体，则相当把ab间电荷间距缩短了导体长度的距离，所以a与导体间的电场线较密集，即c点的场强也较大，拿走导体后，相当把ab间电荷间距恢复了原来的长度，则c点电场线又变得稀疏，即电场强度变弱，根据可知，c点与a点电势差减小，则c点电势升高，选项D正确。 故选AD。 11．一个不带电的空腔导体放入匀强电场E0中，达到静电平衡后，导体外部电场线分布如图所示。W为导体壳壁，A、B为空腔内两点。下列说法正确的是（　　） A．感应电荷在A、B两点场强相等 B．金属导体内外表面存在电势差 C．金属发生感应起电，左端外表面的感应电荷为负，右端外表面的感应电荷为正 D．金属处于静电平衡时，金属内部的电场强度与静电场E0大小相等、方向相反 【答案】AC 【详解】AD．根据静电平衡下导体内部特征，金属内部被静电屏蔽，金属内部的电场强度为0，此时金属内部的感应电场强度与静电场电场强度大小相等、方向相反，故感应电荷在A、B两点场强相等，故A正确，故D错误； B．根据静电平衡下导体内部特征，金属整体是等势体，金属导体内外表面电势差为0，故B错误； C．金属放在静电场中会发生感应起电，左端外表面的感应电荷为负，右端外表面的感应电荷为正，故C正确； 故选AC。 12．如图所示，把原来不带电的金属壳B的外表面接地，将一带正电的小球A从小孔中放入球壳中，但不与B发生接触，达到静电平衡后，则（　　） A．B的空腔内电场强度为零 B．B不带电 C．B的内表面带负电 D．金属壳B外C点电场强度为零 【答案】CD 【详解】ABC．由于静电感应，金属球壳B内壁感应出负电荷，A带正电，则B的空腔内电场强度不为零；金属球壳B外表面接地，大地中电子跑到球壳B上将正电荷中和，所以B带负电；故AB 错误，C正确； D．达到静电平衡后，由于金属球壳B起到静电屏蔽作用，使得金属壳B外的场强为零，即金属壳B外C点电场强度为零，故D正确。 故选CD。 学科网（北京）股份有限公司 $$ 9.4 静电的防止与利用 ——划重点之高一暑假预习强化精细讲义 飞机在云层间飞行时有可能遭遇雷击。发生雷击时，闪电只会沿着飞机外壳流过，而不会进入机内对乘客造成伤害，你知道这是为什么吗? 知识点1：静电平衡状态 1.静电感应现象 把导体放入电场,导体内的自由电子在电场力作用下定向移动，而使导体两端出现等量 电荷的现象. 2.静电平衡状态 如上图所示，金属导体中 受到导体周围电场的电场力作用后向左移动，在导体的左右两侧形成正、负感应电荷，由于感应电荷也激发电场，原场强E0与感应电荷的场强E′方向相反，当 后，导体内的自由电子不再发生定向移动，此时，导体内的合场强E = ，导体的这种状态叫作静电平衡状态。导体中（包括表面上） 电荷定向移动的状态。 3.静电平衡条件 导体内部的 为零，即E合＝0。 ①导体达到静电平衡状态后内部场强处处为零是指 的电场强度与导体表面 产生的电场强度的 为零,而不是导体表面的感应电荷在导体内部产生的电场强度为 .外电场在导体内部某点产生的电场强度与 该导体时在该点产生的电场强度相同. ②处于静电平衡状态的导体，外部表面附近任何一点的场强方向必跟该点的表面 。 ③处于静电平衡状态的整个导体是个 ，导体的表面为 。 ④金属导体达到静电平衡的时间是非常 的。 ⑤一个 的带电体，在自身所带电荷的电场中，处于静电平衡状态，具有静电平衡的所有特点。 ⑥人与大地都是导体，在人摸（触）导体的过程中，带电体、人、大地组成一个新导体，达到新的 。 知识点2：静电平衡时导体上电荷的分布特点 静电平衡时,导体上电荷的分布有以下几个特点: ①内外表面分布不同，电荷都分布在 上，导体内部没有 。 ②感应电荷分布于导体两端，电性 ，电量 ，远 近 ，如图甲所示。 ③净电荷在导体表面分布不均匀，导体表面尖锐处电荷分布 ，平滑处电荷分布 ，凹陷处几乎 电荷，如图乙所示。 处于静电平衡状态时,导体的外表面是相对的. ①当场源电荷放在空心球体外面时,感应的电荷只分布在 ,空心球体的 没有电荷,如图甲所示; ②当场源电荷放在空心球体的内部时,则感应电荷在 (均为外表面)都有分布,如图乙所示. 知识点3：尖端放电 如图所示，高大建筑物的顶端都安装有与大地连接的尖锐金属棒(避雷针),其目的是防止建筑物被雷击，保护建筑物。 1.空气的电离 在导体外表面,越尖锐的位置,电荷的密度越大,周围的电场强度越大.在一定条件下,导体尖端周围的 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 . 这个现象叫作空气的电离。 2.尖端放电的原理 导体尖端的强电场使附近的空气电离,电离后产生的那些所带电荷与导体尖端的电荷符号 的粒子,由于被吸引而奔向尖端,与尖端上的电荷 ,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 应用:避雷针是利用尖端放电避免建筑物遭受雷击的设备；燃气灶中的电子打火器的放电电极做成针状，加上电压时容易产生 。 防止:高压设备中导体的表面 会减少电能的损失. 4.避雷针的工作原理 当带电的雷雨云接近建筑物时，由于静电感应，金属针出现与云层相反的电荷，通过尖端放电，这些电荷不断向大气释放，中和空气中的电荷，达到避免雷击的目的. 知识点4：静电屏蔽 1.定义 当金属壳达到静电平衡状态时,内部没有电场,因而金属的壳会对其内部起保护作用,使它内部不受外部电场的影响. 2.静电屏蔽的实质 金属壳内感应电荷产生的场强和外加电场产生的场强矢量和为零,好像是金属壳将外电场“挡”在外面. 3.静电屏蔽的两种情况及本质 ①导体内部不受外部电场的影响（外屏蔽） 现象 由于静电感应,验电器箔片张开,如图甲所示,将验电器放入导体网罩内部后验电器箔片不张开,如图乙所示. 本质 由于静电感应,导体网罩上感应电荷产生的电场与外电场在导体网罩内部任一点的场强相互抵消.不管金属罩接不接地，外部的带电体对导体内部 产生影响 ②接地的封闭导体壳内部电场对壳外空间没有影响（内屏蔽） 现象 如图甲所示,导体壳未接地,正电荷处于导体壳内部,达到静电平衡状态时,导体壳内、外表面出现等量异种电荷,空间电场的电场线起于场源正电荷,终于导体壳内表面负电荷,再起于导体壳外表面正电荷,终于无穷远处,壳内、外表面之间场强处处为零,壳外场强不为零. 如图乙所示,导体壳接地,导体壳外的正电荷被大地的负电荷中和,正电荷出现在地球的另一端无穷远处,空间电场起于场源正电荷,终于导体壳内表面负电荷,导体壳内、外表面之间及导体壳外部场强处处为零,导体壳外部空间不受内部电场影响。 本质 由于静电感应,导体壳内表面感应电荷的电场与壳内场源电荷的电场在导体壳表面以外任一点的场强相互抵消。内部带电体对不接地的空腔外部 影响，对接地的空腔外部 生影响 4.应用 (1)电学仪器和电子设备外面会有金属罩,通讯电缆外面包一层铅皮,可以防止外电场的干扰. (2)电工高压带电作业时,穿戴金属丝网制成的衣、帽、手套、鞋子,可以对人体起到 作用,使人安全作业. 知识点5静电吸附 静电起电包括使正、负电荷发生分离的一切过程,如通过固体与固体表面、固体与液体表面之间的接触、摩擦、碰撞,固体或液体表面的破裂等机械作用产生的正、负电荷分离,也包括气体的离子化、喷射带电以及在粉尘、雪花和暴风雨中的带电现象. 在生产和生活中,静电的应用十分广泛,如静电喷涂、静电屏蔽、静电除尘、静电复印等. 1.静电除尘 电子空气净化器利用风扇将空气送入机内,空气流经正、负电极间时,首先经过带负电的网格,这时带 的烟尘等粒子被吸附在其上.接着,空气又通过带正电的网格,这时带 的烟尘等微粒被吸附在其上.最后,活性炭过滤器再将空气中的剩余尘粒过滤一遍,把洁净的空气送入室内. 2.静电喷涂 工作原理:接负高压的涂料雾化器喷出的油漆微粒带 ,在静电力作用下,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. 3.静电复印 激光扫描原稿上的文字或图案,经反射,聚焦在携带静电的硒鼓上.激光扫描到原稿上的空白处,硒鼓上相应部位的静电荷就被消除,留在硒鼓上的静电荷就形成了原稿上的文字或图案,墨粉被硒鼓上的静电吸引,被转移到复印纸上并被加热固定,复印纸上就出现了原稿上的文字或图案。 知识点6：防止静电的危害 静电是一种常见现象,它会给人们带来麻烦,甚至造成危害. 如在印刷厂里,纸张之间摩擦带电,会使纸张粘在一起,难以分开;在印染厂里,棉纱、毛绒、人造纤维上的静电会吸引空气中的尘埃,使印染质量下降.静电对现代高精密度、高灵敏度电子设备影响很大,大量的静电不但会妨碍电子设备的正常运行,甚至会因火花放电而击穿电子仪器的某些器件. 防止静电危害的主要方法与途径: (1)尽量减少静电的产生,常用的方法是增大空气的 ； (2)尽快把静电导走,防止静电积累,常用的最简单办法是用导线把设备 ； (3)在易燃易爆气体和粉尘聚集的场所保持良好的 ,消除静电火花的引爆。 命题点1：对静电平衡的理解 【针对练习1】如图所示，正六棱柱金属壳上下底面的中心为O1，O2，A为棱角顶点，在O1正上方置一正点电荷Q，则达到静电平衡后（　　） A．O1点电势高于O2点电势 B．相比于A点，O1点的电荷密集程度更高 C．在正六棱柱金属壳内部电场强度处处为零 D．在上表面O1点上方附近的电场方向与上表面平行 【针对练习2】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，下列说法不正确的是（　　） A．A、B两点电场强度相等，且都不为零 B．枕形导体内的自由电子不再发生定向移动 C．正电荷在A点产生的电场强度大于B点 D．当开关S闭合后，A、B两点的电场强度为零 【针对练习3】如图所示，原来不带电，长为l的导体棒水平放置，现将一个电荷量为（）的点电荷放在棒的中心轴线上距离棒的左端R处，A、B分别为导体棒左右两端的一点，静电力常量为k。当棒达到静电平衡后，下列说法正确的是（　　） A．棒的两端都感应出负电荷 B．棒上感应电荷在棒的中心轴线上距棒的右端处产生的电场强度大小为 C．棒上感应电荷在棒的中心O处产生的电场强度方向水平向右 D．若用一根导线将A、B相连，导线上不会产生电流 【针对练习4】如图所示，B是带有绝缘支架的空腔带电金属球壳，A是验电器，A、B相距较远，导线C的一端接验电器的金属球，下列现象正确的是（　　） A．将C的另一端与B的外壳接触，验电器的金属箔片张开 B．将C的另一端与B的内表面接触，验电器的金属箔片闭合 C．将C的另一端与B的外壳接触，验电器的金属箔片不张开 D．将C的另一端与B的内表面接触，验电器的金属箔片不张开 命题点2：静电屏蔽问题的分析 【针对练习5】在如图所示的实验中，验电器的金属箔片会张开的是（　　） A． B． C． D． 【针对练习6】如图所示，绝缘金属球壳的空腔M内、外各有一小球N和Q，下列说法不正确的是（    ） A．若Q、M不带电，M不接地，则N带电时，Q上无感应电荷 B．若Q、M不带电，M接地，则N带电时，Q上无感应电荷 C．若Q、N不带电，M不接地，则Q带电时，N上无感应电荷 D．若Q、N不带电，M接地，则Q带电时，N上无感应电荷 【针对练习7】如图所示，高压静电防护服接地，O为防护服内的一点，把一带电量为Q的金属小球移动到距离O点的r处。金属小球可视为点电荷，静电力常量为k，取大地电势为0，下列说法正确的是（　　） A．高压静电防护服应采用绝缘性能特别好的绝缘材料制作 B．感应电荷在O点处产生的场强大小等于，方向由O指向金属小球 C．高压静电防护服外表面场强处处为零 D．高压静电防护服左侧外表面带负电，电势小于0 命题点3：静电的应用 【针对练习8】空气净化器及其原理示意图如图所示。污浊空气通过过滤网后尘埃带电，图中充电极b、d接电源负极，集尘极a、c、e接电源正极（接地）。下列表述正确的是（　　） A．带电尘埃所受电场力的方向与电场方向相同 B．尘埃被吸附到集尘极a的过程中所受电场力做负功 C．c、d两个电极之间的电场方向竖直向上 D．尘埃在被吸附到集尘极e的过程中动能增大 【针对练习9】静电喷涂时，喷枪喷出的物料微粒带电，在带有正电的被喷工件的静电作用下，向被喷工件运动，最后吸附在其表面。在涂料微粒向工件靠近的过程中（　　） A．涂料微粒带正电 B．离工件越近涂料微粒所受库仑力越小 C．电场力对涂料微粒做负功 D．涂料微粒的动能增大 【针对练习10】静电除尘原理是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。如图所示，静电除尘器由板状收集器A和线状电离器B组成，A、B间接有高压电源，它们之间形成很强的电场，能使空气中的气体分子电离，进而使通过除尘器的尘埃带电，最后被吸附到与正极相连的收集器A上。下列选项正确的是（   ） A．收集器A吸附大量尘埃的原因是尘埃带上了正电 B．收集器A吸附大量尘埃的原因是尘埃带上了负电 C．粉尘靠近收集器A的过程中，加速度保持不变 D．静电除尘过程是机械能向电场能转化的过程 【针对练习11】静电复印是一种利用静电光敏半导体材料的感光特性形成影像的复印方法，复印过程大致可分为充电、曝光、显影、转印、分离、定影、清洁、消电8个基本步骤，部分步骤示意图如图所示。静电复印机的中心部件是一个可以旋转的接地的铝辊，表面镀着一层半导体硒，叫作感光鼓。半导体硒有特殊的光电性质。现通过电晕装置对感光鼓充电使其带正电，以下说法正确的是（　　） A．曝光时，半导体硒有光照区域的电阻增大，无光照区域的电阻减小 B．显影时，色粉被感光鼓上带电区域吸附，因此色粉需带负电 C．色粉的带电通常是通过色粉与载体的摩擦获得，摩擦后色粉的带电极性与载体的带电极性相同 D．转印时，若使色粉转移到复印纸上，则需使复印纸带负电 一、单选题 1．静电现象在自然界普遍存在，在生产生活中也时常会发生静电现象。人们可让静电服务于生产生活，但也需对其进行防护，做到趋利避害。下列关于静电现象的说法正确的是（　　） A．静电除尘的原理是静电屏蔽 B．避雷针利用了带电导体凸起尖锐的地方电荷稀疏、附近空间电场较弱的特点 C．为了安全加油站工作人员工作时间须穿绝缘性能良好的化纤服装 D．印刷车间的空气应保证适当潮湿，以便导走纸页间相互摩擦产生的静电 2．以下关于静电现象的说法中正确的是（　　） A．油罐车车尾装有一条拖在地上的导电拖地带，作用是导走运输过程中油和油罐摩擦产生的静电 B．雷电天气时，云层所带的电荷量大小不一定是元电荷的整数倍 C．电工高空高压作业时，其工作服内编织金属丝的目的是提高衣服的耐穿性 D．静电喷漆时金属件与油漆雾滴带相同电荷，在静电斥力作用下喷涂更均匀 3．如图所示为某同学自制的静电除尘器。穿过去底的矿泉水瓶瓶盖（瓶盖打孔）安装一直导线M，瓶外绕多圈铁丝N。a、b端与高压直流电源相连。断开开关S，点燃蚊香，瓶内烟雾缭绕。闭合S，顿时瓶内清澈透明，则S闭合时（　　） A．M附近电场强度最小 B．M附近电场强度最大 C．烟尘吸附在M上 D．N附近空气中的气体分子易被电离 4．一个半径为，不带电的金属球放置在绝缘支架上，球心位置为O。带电量为的点电荷放置在与球心的距离为的位置，如图所示。此时金属球表面产生了感应电荷，下列说法正确的是（    ） A．O点的电势为零 B．小球中的感应电荷总量等于 C．感应电荷在O点产生的电场强度的大小为 D．感应电荷在O点产生的电场强度的大小为 5．如图，A点固定一个带正电的点电荷，将一个不带电的金属球壳移到A点附近并固定，O为球壳球心，在过A、O两点的直线上有B、C两点，两点均在球壳内且到O点的距离相等，开始时开关K断开，下列说法正确的是（　　） A．在感应电荷的电场中，B、C两点的场强大小相等 B．在感应电荷的电场中，B点的场强比C点的场强大 C．将开关K闭合，感应电荷在B点产生的场强变大 D．将开关K闭合，感应电荷在C点产生的场强变小 6．下列关于静电现象的说法不正确的是（　　） A．图甲中，当摇动起电机，烟雾缭绕的塑料瓶顿时变得清澈透明，利用了静电吸附的原理 B．图乙中，优质话筒线的外层包裹着金属编织层，利用了静电屏蔽的原理 C．图丙中，在加油站给汽车加油前触摸一下手形静电释放器，利用了感应起电的原理 D．图丁中，燃气灶电子点火器的放电电极是针尖形，利用了尖端放电的原理 7．如图，一半径为R电荷量为Q的带电金属球，球心位置O固定，P为球外一点。几位同学在讨论P点的场强时，下列说法正确的是（　　） A．若P点无限靠近球表面，因为球表面带电，由库仑定律可得，P点的场强趋于无穷大 B．因为在球内场强处处为0，若P点无限靠近球表面，则P点的场强趋于0 C．若Q不变，P点的位置也不变，而令R变小，则P点的场强不变 D．若将一个点电荷在球的表面移动一段距离，该点电荷的电势能增加 二、多选题 8．在一次科学晚会上，一位老师表演了一个“魔术”：如图，一个没有底的空塑料瓶上固定着一根铁锯条和一块易拉罐（金属）片，把它们分别跟静电起电机的两极相连。在塑料瓶里放一盘点燃的蚊香，很快就看见整个透明塑料瓶里烟雾缭绕。摇动起电机，顿时塑料瓶清澈透明，停止摇动，又是烟雾缭绕。若锯条接电源负极，金属片接正极，下列说法正确的是（   ） A．起电机摇动时，塑料瓶内锯条附近电场强度最大 B．起电机摇动时，烟尘带负电 C．消失的烟尘最终运动到了锯条上 D．消失的烟尘是从瓶口和瓶底跑掉的 9．如图所示是闪电击中广州塔的画面，广州塔的尖顶是一避雷针，雷雨天气时，底端带负电的云层经过避雷针上方时，避雷针尖端放电形成瞬间强电流，乌云所带的负电荷经避雷针导入大地，在此过程中，下列说法正确的是（　　） A．云层靠近避雷针时，针尖感应出负电荷 B．云层靠近避雷针时，针尖感应出正电荷 C．避雷针是利用尖端放电避免雷击的一种设施 D．避雷针尖端附近的电场强度比避雷针底端附近的电场强度小 10．如图所示，不带电的枕形导体水平放置，中心为O，c，d为导体的中心轴线上的点，e、f为导体表面上的点。现分别将电荷量为+q、-4q的点电荷a、b固定在导体的中心轴线上，它们到O的距离均为L。静电力常量为k，稳定后，下列判断正确的是（　　） A．导体外表面e点电势等于f点电势 B．感应电荷在O点的电场强度方向为由O指向d C．感应电荷在O点的电场强度大小为 D．拿走导体后，c点电场强度变弱，电势升高 11．一个不带电的空腔导体放入匀强电场E0中，达到静电平衡后，导体外部电场线分布如图所示。W为导体壳壁，A、B为空腔内两点。下列说法正确的是（　　） A．感应电荷在A、B两点场强相等 B．金属导体内外表面存在电势差 C．金属发生感应起电，左端外表面的感应电荷为负，右端外表面的感应电荷为正 D．金属处于静电平衡时，金属内部的电场强度与静电场E0大小相等、方向相反 12．如图所示，把原来不带电的金属壳B的外表面接地，将一带正电的小球A从小孔中放入球壳中，但不与B发生接触，达到静电平衡后，则（　　） A．B的空腔内电场强度为零 B．B不带电 C．B的内表面带负电 D．金属壳B外C点电场强度为零 学科网（北京）股份有限公司 $$