9.4静电的防止与利用（知识解读）-2025-2026学年高一上学期物理同步知识点解读与专题训练（人教版2019必修第三册）

9.4静电的防止与利用（知识解读）（原卷版） •知识点1 静电平衡 •知识点2 尖端放电 •知识点3 静电屏蔽 •知识点4 静电吸附 •作业 巩固训练 静电平衡 知识点1 1、静电感应现象：放在电场中的导体，其内部自由电荷在电场力作用下定向移动，而使导体两端出现等量异号电荷的现象。 2、静电平衡状态：导体中（包括表面）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 （1）处于静电平衡状态的导体，内部的场强处处为零。 （2）处于静电平衡状态的整个导体是一个等势体，它的表面是一个等势面。 （3）表面处的场强不为零，表面处的场强方向跟导体表面垂直。 4、导体上电荷的分布 （1）处于静电平衡状态的导体，内部没有电荷，电荷只分布在外表面上。 （2）在导体表面，越尖锐的位置，电荷的密度（单位面积的电荷量）越大，凹陷的位置几乎无电荷。 注意：人与大地都是导体，在人触摸导体的过程中，带电体、人、大地组成一个新导体，地球往往是新导体的远端。 【典例1】静电平衡 （1）静电平衡：导体内的 不再发生 的状态。 （2）处于 状态的导体，其内部的电场强度处处为 。 （3）导体上电荷的分布： ①导体内部没有电荷，电荷只分布在导体的 。 ②在导体外表面，越尖锐的位置，电荷的密度（单位面积的电荷量） ， 的位置几乎没有电荷。 【变式1-1】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 【变式1-2】如图所示，取一对用绝缘柱支持的导体A和B，使它们彼此接触，用绝缘柄把一个带负电的金属球C移近导体A，贴在导体下部的金属箔张开，保持C不动，将导体A和B分开，B端出现的感应电荷量大小为。已知元电荷为。下列说法中正确的是 A．电子由A向B转移 B．导体A下边金属箔带负电荷 C．导体B失去电子数为 D．感应电荷在A内部的点产生的场强方向向左 【变式1-3】（多选）关于静电感应和静电平衡，以下说法正确的是（　　） A．静电感应是导体内的自由电子受静电力作用的结果 B．导体内的自由电子都不运动称为静电平衡 C．处于静电平衡状态时，导体所占空间各处场强均为零 D．处于静电平衡状态时，导体内部将没有多余的净电荷 尖端放电 知识点2 1、导体的电荷分布特点：静电平衡时导体内部没有净电荷，电荷只分布在外表面上。外表面电荷分布不均匀，表面越尖锐的位置电荷分布越密集，表面越平滑的位置电荷分布越稀疏，凹陷的位置几乎没有电荷。 2、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。 3、尖端放电：中性的分子电离后变成带负电的自由电子和失去电子而带正电的离子。这些带电粒子在强电场的作用下加速，撞击空气中的分子，使它们进一步电离，产生更多的带电粒子。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。 4、应用 （1）制作避雷针。原理：当带电的雷雨云接近建筑物时，由于静电感应，金属棒出现与云层相反的电荷。通过尖端放电，使得空气中的带电粒子与空气中的异号电荷中和，避免建筑物遭受雷击。 （2）高压设备中导体的表面应该尽量光滑，以减少电能损失。 【典例2】尖端放电 (1)空气的电离：静电平衡时，电荷只分布在导体的外表面。在导体外表面，越尖锐的位置，电荷的密度 ，周围的电场强度越大。在一定条件下，导体尖端周围的 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 分离。这个现象叫作空气的电离。 (2)尖端放电：空气电离后，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。 【变式2-1】如图所示为静电推进装置的基本原理图。发射极和吸板分别接在高压直流电源的两极，带电液滴由发射极向吸板运动，不计液滴重力，以下说法正确的是（　　） A．液滴携带负电荷 B．电场力对液滴做正功 C．液滴做匀变速直线运动 D．液滴的电势能在不断增加 【变式2-2】如图，在积雨云层中，强烈的对流运动使得正电荷聚集在云层上部，负电荷聚集在云层下部，云层内出现很强的电场，就会出现云内放电现象，形成由上向下的电流，取大地电势为零，下列说法正确的是（    ） A．云层上部电势比下部高 B．云层上部的电荷量不是元电荷的整数倍 C．云层内的电场强度方向向上 D．云内放电时，电子由上部向下部运动 【变式2-3】（多选）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 静电屏蔽 知识点3 1、静电屏蔽 （1）定义：当金属外壳达到静电平衡时，内部没有电场，因而金属的外壳会对其内部起屏蔽作用，使它内部不受外部电场影响的现象。 （2）应用：电子仪器和电子设备外面都有金属壳，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等，都是利用静电屏蔽现象消除外电场的影响。 注意：绝缘球壳中没有自由电荷，当放入外电场时，不会发生静电感应现象，壳内场强也不会为零．即不能起到屏蔽外电场的作用。 2、静电屏蔽的本质 （1）导体内部不受外部电场的影响的情况 现象：由于静电感应，验电器箔片张开，如图1甲，将验电器放入导体网罩内部后验电器箔片不张开，如图1乙，即外部电场影响不到导体内部。 本质：是静电感应，导体外表面感应电荷与外电场在导体内部任一点的场强的叠加结果为零。 （2）接地导体壳内部电场对壳外空间无影响情况 现象：如图2甲导体壳没有接地时，处于内部电场中，达到静电平衡，导体壳内外表面出现等量异种电荷，壳内外表面之间场强处处为零，壳外场强不为零。 导体壳接地后，如图2乙所示，导体壳外的正电荷被大地负电荷中和，正电荷出现在地球的另一端无穷远处，导体壳内外表面之间及导体外部场强处处为零，导体外部空间不受内部电场影响。 本质：仍然是静电感应，使导体内表面感应电荷与壳内电荷在导体壳表面以外空间叠加结果为零。 注意：处于静电平衡的导体，内部场强为零，但电势不一定为零。 【典例3】（多选）2024年11月18日，福州市科技馆举行了开馆仪式，新馆内有一个法拉第笼，它是一个圆柱形金属笼子，笼体与大地相连。人进入笼子后关闭笼门，工作人员接通高压电源，放电杆尖端靠近笼体时，出现放电火花，人却安然无恙。下列说法正确的是（　　） A．该装置主要利用了静电屏蔽的原理 B．该装置主要利用了磁偏转的原理 C．法拉第笼内的电场强度为零 D．法拉第笼内的电场强度不为零 【变式3-1】如图所示，某同学先用金属网把不带电的验电器罩起来，再用带正电的金属球靠近金属网但不与接触。下列说法中正确的是（　　） A．验电器的箔片会张开 B．P、Q两点电势相等 C．金属网P端感应出正电荷 D．验电器和金属网之间场强不为零 【变式3-2】下列四幅图对应的场景中，没有用到静电屏蔽原理的是（　　） A．三条高压输电线上方还架有与大地相连的两条导线 B．高压作业人员穿戴含有金属织物的衣服工作 C．在高大建筑物安装避雷针 D．金属编织网包裹着导体线芯 【变式3-3】（多选）如图所示，一个验电器用金属网罩罩住，当加上水平向右的、场强大小为E的匀强电场时，下列说法正确的是（　　） A．验电器的箔片不张开 B．金属网罩内部空间存在向右的匀强电场 C．金属网罩上的感应电荷在金属网罩内部空间产生的电场方向为水平向左 D．金属网罩内外表面都存在感应电荷 静电吸附 知识点4 1、静电的利用与防止一直以来都与生活息息相关，除了尖端放电核静电屏蔽之外，静电还有其他的作用，如静电吸附等。另外就是再不需要静电的场合，要采取合理的方式防止静电带来的危害。 2、静电吸附的应用 （1）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。 （2）静电唢漆：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：复印机的核心部件是有机光导体鼓，在没有光照时它是绝缘体，受到光照时变成导体。复印机复印的工作过程：充电、曝光、显影、转印、放电。 【典例4】静电除尘器由板状收集器A和线状电离器B组成，AB间接有几千伏高压电源。B附近的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A运动的过程中，遇到烟气中的尘埃，使尘埃带负电，尘埃受到某种力作用奔向正极A并被吸附到正极A上，达到静电除尘的目的。使带负电的尘埃奔向正极A的力是（　　） A．尘埃的重力 B．正离子对它的吸引力 C．AB间的电场施加的电场力 D．AB间的磁场施加的磁场力 【变式4-1】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 【变式4-2】（多选）如图所示为一简易的静电除尘器，静电高压电源的负极与矿泉水瓶中的铜丝连接，正极连接铝片，充入烟尘，通电后烟尘在电场中通过某种机制带电，被吸附在了铝片上，达到除尘效果。则（　　） A．烟尘在电场中带上的是负电 B．矿泉水瓶内部形成的电场是匀强电场 C．矿泉水瓶内越靠近铜丝，电势越低 D．带电后，向铝片运动的过程中，电场力越来越大 【变式4-3】如图所示为圆桶形状的静电除尘装置的示意图，A为连接电源正极的圆桶内壁，B为连接电源负极的金属导线。在强电场 （填写“A附近”或“B附近”）空气分子被电离为正离子和电子， （填写“正离子”或“电子”）奔向正极A的运动过程中遇到尘粒，使尘粒带负电被吸附到正极，最后尘粒在该装置的 （填写“底部”或“顶部”）收集到。请至少再举2个静电利用的例子 、 。 一、单选题 1．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 2．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 3．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顺序为（　　） A． B． C． D． 4．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 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．如图所示，一导体棒原来不带电，现将等量异号点电荷对称放在棒水平轴线上，距离棒中点O均为，两点电荷带电量分别为和，当棒达到静电平衡后，棒上感应电荷在点产生的场强大小和方向分别为（　　） A．0 B．，水平向右 C．，水平向左 D．，水平向左 7．如图所示，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，锯条接电源负极，金属片接正极。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。当摇动起电机，顿时塑料瓶清澈透明，停止摇动，又出现烟雾缭绕。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．起电机摇动时，塑料瓶内存在的是匀强电场 C．起电机摇动前，烟尘颗粒带上电荷才能做成功 D．带电的烟雾颗粒向着金属片运动时，电势能减少 二、多选题 8．早期的滤尘器由两块带正电的平行板及之间的一组带负电的导线构成，如图所示，带电导线附近会形成很强的电场使空气电离，废气中的尘埃吸附离子后在电场力的作用下向收集板迁移并沉积，以达到除尘目的。假设尘埃向收集板运动过程中所带电量不变，下列判断正确的是（　　） A．两平行板间存在匀强电场 B．带正电尘埃向收集板运动并沉积 C．两平行板间越靠近带电导线电势越低 D．带电尘埃向收集板运动过程中电势能减小 9．如图所示，一水平放置的金属板正上方有一固定的正点电荷Q，一表面绝缘的带正电小球（可视为质点且不影响Q的电场）从左端以v滑上金属板的上表面，向右运动到右端，在此过程中（　　） A．小球受到的电场力方向始终竖直向下 B．小球先减速运动，后加速运动 C．小球受到的电场力做正功 D．小球做匀速直线运动 10．如图所示，电力工作人员在几百万伏的高压线上进行带电作业，电工全身穿戴带电作业用的屏蔽服，屏蔽服是用导电金属材料与纺织纤维混纺交织成布后再做成的服装，下列说法正确的是（　　） A．采用金属材料编织衣服的目的是使衣服不易拉破 B．采用金属材料编织衣服的目的是利用静电屏蔽 C．电工穿上屏蔽服后，体内电场强度为零 D．电工穿上屏蔽服后，体内电场强度不为零，但很弱 11．如图所示为科技馆里一个趣味体验项目的简化图，核心装置为一个金属球，在干燥的空气里，体验者双脚站在绝缘凳上，手（图中为右手）按在金属球上，并远离周围其他物体。一条特殊传送带（图中未画出）给金属球不断地输送电荷，过一段时间后，体验者的头发便会四处散开，甚至倒立，十分有趣，在此状态下，下列分析正确的是（　　） A．若用左手也去摸金属球，会被电击 B．若用左手与旁边的观众握手，会被电击 C．若右手离开金属球，则头发会立刻恢复常态 D．若右手离开金属球而且走下绝缘凳，头发会立刻恢复常态 三、填空题 12．静电复印机的基本工作原理是：先使硒鼓带正电，并利用光学方法将原稿上的字迹成像在硒鼓上，留下带 电的静电潜像，再靠静电的吸引力吸附带 电的墨粉。然后用带正电的白纸与硒鼓接触，吸引硒鼓上的墨粉，最后加热使墨粉融化留在纸上。 13．导体上电荷的分布 （1）导体 没有电荷，电荷只分布在导体的 。 （2）在导体表面，越尖锐的位置，电荷的密度（单位面积的电荷量） ， 的位置几乎没有电荷。 四、解答题 14．如图所示，在真空中有两个点电荷A和B，电荷量分别为和，它们相距。如果在两点电荷连线的中点O处有一个半径为r（）的空心金属球，且球心位于O点。求： （1）球心O处的电场强度； （2）球壳上的感应电荷在球心O处产生的电场强度。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 $$ 9.4静电的防止与利用（知识解读）（解析版） •知识点1 静电平衡 •知识点2 尖端放电 •知识点3 静电屏蔽 •知识点4 静电吸附 •作业 巩固训练 静电平衡 知识点1 1、静电感应现象：放在电场中的导体，其内部自由电荷在电场力作用下定向移动，而使导体两端出现等量异号电荷的现象。 2、静电平衡状态：导体中（包括表面）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 （1）处于静电平衡状态的导体，内部的场强处处为零。 （2）处于静电平衡状态的整个导体是一个等势体，它的表面是一个等势面。 （3）表面处的场强不为零，表面处的场强方向跟导体表面垂直。 4、导体上电荷的分布 （1）处于静电平衡状态的导体，内部没有电荷，电荷只分布在外表面上。 （2）在导体表面，越尖锐的位置，电荷的密度（单位面积的电荷量）越大，凹陷的位置几乎无电荷。 注意：人与大地都是导体，在人触摸导体的过程中，带电体、人、大地组成一个新导体，地球往往是新导体的远端。 【典例1】静电平衡 （1）静电平衡：导体内的 不再发生 的状态。 （2）处于 状态的导体，其内部的电场强度处处为 。 （3）导体上电荷的分布： ①导体内部没有电荷，电荷只分布在导体的 。 ②在导体外表面，越尖锐的位置，电荷的密度（单位面积的电荷量） ， 的位置几乎没有电荷。 【答案】（1）自由电子 定向移动 （2）静电平衡 零 （3）外表面 越大 凹陷 【解析】（1）导体内的自由电子不再发生定向移动的状态为静电平衡状态。 （2）处于静电平衡状态的导体，其内部的电场强度处处为零。 （3）导体内部没有电荷，电荷只分布在导体的外表面。 在导体外表面，越尖锐的位置，电荷的密度（单位面积的电荷量）越大，凹陷的位置几乎没有电荷。 【变式1-1】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。 【变式1-2】如图所示，取一对用绝缘柱支持的导体A和B，使它们彼此接触，用绝缘柄把一个带负电的金属球C移近导体A，贴在导体下部的金属箔张开，保持C不动，将导体A和B分开，B端出现的感应电荷量大小为。已知元电荷为。下列说法中正确的是（   ） A．电子由A向B转移 B．导体A下边金属箔带负电荷 C．导体B失去电子数为 D．感应电荷在A内部的点产生的场强方向向左 【答案】A 【详解】AB．带负电的绝缘金属球C移近导体A，由于静电感应，故导体A带正电，由于同种电荷相互排斥，自由电子由A向B转移，故A正确，故B错误； C．导体B得到电子数为，故C错误； D．处于静电平衡的导体，共内部各处的电场强度为零，即点电荷C在导体产生的电场强度与导体内感应电荷产生的电场强度大小相等，方向相反，因点电荷C在O点产生的电场强度向左，故感应电荷在点产生的场强向右，故D错误。 故选A。 【变式1-3】（多选）关于静电感应和静电平衡，以下说法正确的是（　　） A．静电感应是导体内的自由电子受静电力作用的结果 B．导体内的自由电子都不运动称为静电平衡 C．处于静电平衡状态时，导体所占空间各处场强均为零 D．处于静电平衡状态时，导体内部将没有多余的净电荷 【答案】AD 【详解】A．静电平衡是导体内的自由电子受静电力的作用而发生定向移动，最后达到稳定的状态，A正确； B．达到静电平衡后，自由电子不再定向移动，但是仍然做无规则的热运动，B错误； C．导体处于静电平衡时，导体内部的场强为零，但导体表面的场强不为零，C错误； D．导体处于静电平衡时，电荷只分布在导体外表面上，导体内部没有多余的净电荷，D正确。 故选AD。 尖端放电 知识点2 1、导体的电荷分布特点：静电平衡时导体内部没有净电荷，电荷只分布在外表面上。外表面电荷分布不均匀，表面越尖锐的位置电荷分布越密集，表面越平滑的位置电荷分布越稀疏，凹陷的位置几乎没有电荷。 2、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。 3、尖端放电：中性的分子电离后变成带负电的自由电子和失去电子而带正电的离子。这些带电粒子在强电场的作用下加速，撞击空气中的分子，使它们进一步电离，产生更多的带电粒子。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。 4、应用 （1）制作避雷针。原理：当带电的雷雨云接近建筑物时，由于静电感应，金属棒出现与云层相反的电荷。通过尖端放电，使得空气中的带电粒子与空气中的异号电荷中和，避免建筑物遭受雷击。 （2）高压设备中导体的表面应该尽量光滑，以减少电能损失。 【典例2】尖端放电 (1)空气的电离：静电平衡时，电荷只分布在导体的外表面。在导体外表面，越尖锐的位置，电荷的密度 ，周围的电场强度越大。在一定条件下，导体尖端周围的 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 分离。这个现象叫作空气的电离。 (2)尖端放电：空气电离后，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。 【答案】(1) 越大 强电场 正负电荷 (2) 相反 中和 【详解】（1）[1][2][3]空气的电离：静电平衡时，电荷只分布在导体的外表面。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。这个现象叫作空气的电离。 （2）[1][2]尖端放电：空气电离后，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。 【变式2-1】如图所示为静电推进装置的基本原理图。发射极和吸板分别接在高压直流电源的两极，带电液滴由发射极向吸板运动，不计液滴重力，以下说法正确的是（　　） A．液滴携带负电荷 B．电场力对液滴做正功 C．液滴做匀变速直线运动 D．液滴的电势能在不断增加 【答案】B 【详解】ABD．由图可知，发射极与电源正极相连，吸板与电源负极相连，而发射出的带电液滴从发射极向吸板运动，即电场力对液滴做正功，可知液滴带正电，并且液滴的电势能减小，故AD错误，B正确； C．发射极的尖端集聚大量的正电荷，故越靠近尖端，电场线越密，电场强度越大，所以该电场是非匀强电场，从左到右，电场强度不断减小，故加速度不断减小，所以液滴不是做匀变速直线运动，故C错误。 故选B。 【变式2-2】如图，在积雨云层中，强烈的对流运动使得正电荷聚集在云层上部，负电荷聚集在云层下部，云层内出现很强的电场，就会出现云内放电现象，形成由上向下的电流，取大地电势为零，下列说法正确的是（    ） A．云层上部电势比下部高 B．云层上部的电荷量不是元电荷的整数倍 C．云层内的电场强度方向向上 D．云内放电时，电子由上部向下部运动 【答案】A 【详解】ACD．由题知，放电过程中，云层内形成由上向下的电流，因电子运动的方向与电流方向相反，故云内放电时，电子由下部向上部运动，说明电子所受的电场力方向向上，因负电荷所受电场力方向与电场强度方向相反，故电场强度方向向下，故云层上部电势比下部高，故A正确，CD错误； B．任何带电体所带电荷都等于元电荷或者是元电荷的整数倍，故云层上部的电荷量是元电荷的整数倍，故B错误。 故选A。 【变式2-3】（多选）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。 静电屏蔽 知识点3 1、静电屏蔽 （1）定义：当金属外壳达到静电平衡时，内部没有电场，因而金属的外壳会对其内部起屏蔽作用，使它内部不受外部电场影响的现象。 （2）应用：电子仪器和电子设备外面都有金属壳，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等，都是利用静电屏蔽现象消除外电场的影响。 注意：绝缘球壳中没有自由电荷，当放入外电场时，不会发生静电感应现象，壳内场强也不会为零．即不能起到屏蔽外电场的作用。 2、静电屏蔽的本质 （1）导体内部不受外部电场的影响的情况 现象：由于静电感应，验电器箔片张开，如图1甲，将验电器放入导体网罩内部后验电器箔片不张开，如图1乙，即外部电场影响不到导体内部。 本质：是静电感应，导体外表面感应电荷与外电场在导体内部任一点的场强的叠加结果为零。 （2）接地导体壳内部电场对壳外空间无影响情况 现象：如图2甲导体壳没有接地时，处于内部电场中，达到静电平衡，导体壳内外表面出现等量异种电荷，壳内外表面之间场强处处为零，壳外场强不为零。 导体壳接地后，如图2乙所示，导体壳外的正电荷被大地负电荷中和，正电荷出现在地球的另一端无穷远处，导体壳内外表面之间及导体外部场强处处为零，导体外部空间不受内部电场影响。 本质：仍然是静电感应，使导体内表面感应电荷与壳内电荷在导体壳表面以外空间叠加结果为零。 注意：处于静电平衡的导体，内部场强为零，但电势不一定为零。 【典例3】（多选）2024年11月18日，福州市科技馆举行了开馆仪式，新馆内有一个法拉第笼，它是一个圆柱形金属笼子，笼体与大地相连。人进入笼子后关闭笼门，工作人员接通高压电源，放电杆尖端靠近笼体时，出现放电火花，人却安然无恙。下列说法正确的是（　　） A．该装置主要利用了静电屏蔽的原理 B．该装置主要利用了磁偏转的原理 C．法拉第笼内的电场强度为零 D．法拉第笼内的电场强度不为零 【答案】AC 【详解】A．法拉第笼是金属笼子，可知，该装置主要利用了静电屏蔽的原理，故A正确； B．结合上述可知，该装置主要利用了静电屏蔽的原理，没有利用了磁偏转原理，故B错误； CD．法拉第笼处于静电平衡状态时，笼内的电场强度为零，故C正确，D错误。 故选AC。 【变式3-1】如图所示，某同学先用金属网把不带电的验电器罩起来，再用带正电的金属球靠近金属网但不与接触。下列说法中正确的是（　　） A．验电器的箔片会张开 B．P、Q两点电势相等 C．金属网P端感应出正电荷 D．验电器和金属网之间场强不为零 【答案】B 【详解】A．依题意，由于金属网的静电屏蔽，导致验电器的箔片不会张开。故A错误； B．金属网处于静电平衡状态，是一个等势体P、Q两点电势相等，验电器和金属网之间场强为零。故B正确；D错误； C．用带正电的金属球靠近金属网，由于静电感应，金属网P端感应出负电荷。故C错误。 故选B。 【变式3-2】下列四幅图对应的场景中，没有用到静电屏蔽原理的是（　　） A．三条高压输电线上方还架有与大地相连的两条导线 B．高压作业人员穿戴含有金属织物的衣服工作 C．在高大建筑物安装避雷针 D．金属编织网包裹着导体线芯 【答案】C 【详解】A．三条高压输电线上方架着的与大地相连的两条导线组成了一个稀疏的金属网，以减小被闪电击中的概率，利用了静电屏蔽原理，故A错误； B．工人穿戴含有金属织物的衣服工作，可以避免人触电，利用了静电屏蔽原理，故B错误； C．避雷针利用了尖端放电原理，故C正确； D．金属编织网包裹着导体线芯利用了静电屏蔽原理降低干扰，故D错误。 故选C。 【变式3-3】（多选）如图所示，一个验电器用金属网罩罩住，当加上水平向右的、场强大小为E的匀强电场时，下列说法正确的是（　　） A．验电器的箔片不张开 B．金属网罩内部空间存在向右的匀强电场 C．金属网罩上的感应电荷在金属网罩内部空间产生的电场方向为水平向左 D．金属网罩内外表面都存在感应电荷 【答案】AC 【详解】A．因为在金属内部由于电子可以自由移动，当加上水平向右的、场强大小为E的匀强电场时，金属网罩会产生一个与外加电场相反的电场，来抵消在金属网罩内部的电场，以保证平衡，从而金属网罩上电荷重新分布。就是所谓“静电屏蔽”的原理。此时验电器不会受到影响，故验电器的箔片不张开，故A正确； B．金属网罩内部空间合场强为零，不存在电场，故B错误； C．金属网罩上的感应电荷会在网罩内部空间产生一个与外加电场相反的电场，即水平向左，故C正确； D．金属网罩内表面不存在感应电荷，感应电荷分布在外表面，故D错误。 故选AC。 静电吸附 知识点4 1、静电的利用与防止一直以来都与生活息息相关，除了尖端放电核静电屏蔽之外，静电还有其他的作用，如静电吸附等。另外就是再不需要静电的场合，要采取合理的方式防止静电带来的危害。 2、静电吸附的应用 （1）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。 （2）静电唢漆：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：复印机的核心部件是有机光导体鼓，在没有光照时它是绝缘体，受到光照时变成导体。复印机复印的工作过程：充电、曝光、显影、转印、放电。 【典例4】静电除尘器由板状收集器A和线状电离器B组成，AB间接有几千伏高压电源。B附近的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A运动的过程中，遇到烟气中的尘埃，使尘埃带负电，尘埃受到某种力作用奔向正极A并被吸附到正极A上，达到静电除尘的目的。使带负电的尘埃奔向正极A的力是（　　） A．尘埃的重力 B．正离子对它的吸引力 C．AB间的电场施加的电场力 D．AB间的磁场施加的磁场力 【答案】C 【详解】除尘过程中，AB间接有几千伏高压电源，AB间有电场，A为正极板，尘埃带负电，电场力吸引粉尘，使带负电的尘埃奔向正极A。 故选C。 【变式4-1】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。 【变式4-2】（多选）如图所示为一简易的静电除尘器，静电高压电源的负极与矿泉水瓶中的铜丝连接，正极连接铝片，充入烟尘，通电后烟尘在电场中通过某种机制带电，被吸附在了铝片上，达到除尘效果。则（　　） A．烟尘在电场中带上的是负电 B．矿泉水瓶内部形成的电场是匀强电场 C．矿泉水瓶内越靠近铜丝，电势越低 D．带电后，向铝片运动的过程中，电场力越来越大 【答案】AC 【详解】A．由于带电烟尘颗粒被吸附在了铝片上，即高压电源的正极，所以烟尘应受到指向正极的电场力，说明烟尘颗粒带负电，故A正确； BD．矿泉水瓶内的电场在水平面上的分布类似于负点电荷电场，并非匀强电场，烟尘带电后，向铝片运动的过程中，电场力越来越小，故BD错误； C．矿泉水瓶内电场线方向由铝片指向铜丝，沿着电场线方向电势逐渐降低，则越靠近铜丝，电势越低，故C正确。 故选AC。 【变式4-3】如图所示为圆桶形状的静电除尘装置的示意图，A为连接电源正极的圆桶内壁，B为连接电源负极的金属导线。在强电场 （填写“A附近”或“B附近”）空气分子被电离为正离子和电子， （填写“正离子”或“电子”）奔向正极A的运动过程中遇到尘粒，使尘粒带负电被吸附到正极，最后尘粒在该装置的 （填写“底部”或“顶部”）收集到。请至少再举2个静电利用的例子 、 。 【答案】 B附近 电子 底部 静电复印 静电喷漆 【详解】[1][2]B附近的空气分子被电离成正离子和电子，正离子被吸附到B上，电子向A极运动的过程中，遇到尘粒，使尘粒带负电； [3]尘粒被吸附到正极A上，最后在重力的作用下落入底部的漏斗中； [4][5]静电喷漆、静电复印都是利用静电。 一、单选题 1．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。 2．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。 3．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顺序为（　　） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】当静电平衡时，空腔球形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所示 由于a处电场线较密，c处电场线较疏，d处电场线更疏，b处电场强度为零，则 故选B。 4．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。 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．如图所示，一导体棒原来不带电，现将等量异号点电荷对称放在棒水平轴线上，距离棒中点O均为，两点电荷带电量分别为和，当棒达到静电平衡后，棒上感应电荷在点产生的场强大小和方向分别为（　　） A．0 B．，水平向右 C．，水平向左 D．，水平向左 【答案】C 【详解】水平导体棒达到静电平衡后，棒上感应电荷在点产生的场强与等量异号电荷在点产生的合电场等大反向，等量异号电荷在点产生的场强大小为 方向水平向右，所以棒上感应电荷在点产生的场强大小为 方向水平向左。 故选C。 7．如图所示，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，锯条接电源负极，金属片接正极。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。当摇动起电机，顿时塑料瓶清澈透明，停止摇动，又出现烟雾缭绕。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．起电机摇动时，塑料瓶内存在的是匀强电场 C．起电机摇动前，烟尘颗粒带上电荷才能做成功 D．带电的烟雾颗粒向着金属片运动时，电势能减少 【答案】D 【详解】A．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，则该实验不易成功，故A错误； B．起电机摇动时，锯条处聚集的电荷最密集，塑料瓶内存在的是非匀强电场，故B错误； C．锯条和金属片间的电场让空气电离，电离出的电子让烟尘颗粒带负电，不需要让烟尘颗粒先带上电荷才能做成功，故C错误； D．带电的烟雾颗粒向着金属片运动时，电场力做正功，电势能减少，故D正确。 故选D。 二、多选题 8．早期的滤尘器由两块带正电的平行板及之间的一组带负电的导线构成，如图所示，带电导线附近会形成很强的电场使空气电离，废气中的尘埃吸附离子后在电场力的作用下向收集板迁移并沉积，以达到除尘目的。假设尘埃向收集板运动过程中所带电量不变，下列判断正确的是（　　） A．两平行板间存在匀强电场 B．带正电尘埃向收集板运动并沉积 C．两平行板间越靠近带电导线电势越低 D．带电尘埃向收集板运动过程中电势能减小 【答案】CD 【详解】A．靠近带电导线附近的位置电场强，两平行板间不存在匀强电场，故A错误； B．因为收集板带正电，所以带负电尘埃向收集板运动并沉积，故B错误； C．两平行板间越靠近带电导线电势越低，故C正确； D．带电尘埃向收集板运动过程中电场力做正功，电势能减小，故D正确。 故选CD。 9．如图所示，一水平放置的金属板正上方有一固定的正点电荷Q，一表面绝缘的带正电小球（可视为质点且不影响Q的电场）从左端以v滑上金属板的上表面，向右运动到右端，在此过程中（　　） A．小球受到的电场力方向始终竖直向下 B．小球先减速运动，后加速运动 C．小球受到的电场力做正功 D．小球做匀速直线运动 【答案】AD 【详解】A．金属板在Q的电场中达到静电平衡时，金属板是一个等势体，表面是一个等势面，表面的电场线与表面垂直，小球所受电场力与金属板表面垂直，A正确； BCD．在金属板上向右运动的过程中，电场力不做功，根据动能定理得知，小球的动能不变，速度不变，所以小球做匀速直线运动，D正确，BC错误。 故选AD。 10．如图所示，电力工作人员在几百万伏的高压线上进行带电作业，电工全身穿戴带电作业用的屏蔽服，屏蔽服是用导电金属材料与纺织纤维混纺交织成布后再做成的服装，下列说法正确的是（　　） A．采用金属材料编织衣服的目的是使衣服不易拉破 B．采用金属材料编织衣服的目的是利用静电屏蔽 C．电工穿上屏蔽服后，体内电场强度为零 D．电工穿上屏蔽服后，体内电场强度不为零，但很弱 【答案】BC 【详解】AB．采用金属材料编织衣服的目的是利用静电屏蔽，故A错误，B正确； CD．电工穿上屏蔽服靠近高压线时，屏蔽服外的高压电场对屏蔽服内部不产生影响，屏蔽服内部电场强度仍保持为0，所以电工穿上屏蔽服后体内的电场强度为0，故C正确，D错误。 故选BC。 11．如图所示为科技馆里一个趣味体验项目的简化图，核心装置为一个金属球，在干燥的空气里，体验者双脚站在绝缘凳上，手（图中为右手）按在金属球上，并远离周围其他物体。一条特殊传送带（图中未画出）给金属球不断地输送电荷，过一段时间后，体验者的头发便会四处散开，甚至倒立，十分有趣，在此状态下，下列分析正确的是（　　） A．若用左手也去摸金属球，会被电击 B．若用左手与旁边的观众握手，会被电击 C．若右手离开金属球，则头发会立刻恢复常态 D．若右手离开金属球而且走下绝缘凳，头发会立刻恢复常态 【答案】BD 【详解】A．若用左手也去摸金属球，不会被电击，故A错误； B．若用左手与旁边的观众握手，会发生放电现象而被电击，故B正确； C．若右手离开金属球，电荷不会转移，则头发仍然四处散开，故C错误； D．若右手离开金属球而且走下绝缘凳，则电荷将进入大地，人体将不再带电，头发会立刻恢复常态，故D正确。 故选BD。 三、填空题 12．静电复印机的基本工作原理是：先使硒鼓带正电，并利用光学方法将原稿上的字迹成像在硒鼓上，留下带 电的静电潜像，再靠静电的吸引力吸附带 电的墨粉。然后用带正电的白纸与硒鼓接触，吸引硒鼓上的墨粉，最后加热使墨粉融化留在纸上。 【答案】 正 负 【详解】[1][2]复印机的工作原理是：先使硒鼓带正电，并利用光学方法将原稿上的字迹成像在硒鼓上，留下带正电的静电潜像，再靠静电的吸引力吸住带负电的墨粉，显出字迹，然后用带正电的白纸与硒鼓接触，带走其上的墨粉，最后加热使墨粉牢固地停留在纸上。 13．导体上电荷的分布 （1）导体 没有电荷，电荷只分布在导体的 。 （2）在导体表面，越尖锐的位置，电荷的密度（单位面积的电荷量） ， 的位置几乎没有电荷。 【答案】 内部 表面 越大 凹陷 【详解】（1）[1][2]当导体达到静电平衡后，导体内部没有电荷，净电荷只分布在导体的外表面； （2）[3][4]在静电平衡导体表面，越尖锐的位置，电荷的密度（单位面积的电荷量）越大，凹陷的位置几乎没有电荷。 四、解答题 14．如图所示，在真空中有两个点电荷A和B，电荷量分别为和，它们相距。如果在两点电荷连线的中点O处有一个半径为r（）的空心金属球，且球心位于O点。求： （1）球心O处的电场强度； （2）球壳上的感应电荷在球心O处产生的电场强度。 【答案】（1）0；（2），沿AB连线向右 【详解】（1）空心金属球处于静电平衡状态，所以其球心O点的场强为0； （2）两个点电荷A和B在O点处产生的合场强大小为 方向向左，根据静电平衡导体的特点可知，球壳上的感应电荷在O点处的场强大小与两个点电荷A和B在O点处产生的合场强大小相等，方向相反，则球壳上的感应电荷在O点处的场强大小为 方向向右。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 $$