4. 静电的防止与利用（分层作业）物理人教版2019必修第三册

9. 4 静电的防止与利用 目录 【A 夯基础】 1 一、静电平衡 1 二、静电屏蔽 2 三、尖端放电、静电吸附、静电的防止与利用 3 【B 提能力】 6 【C 链高考】 7 一、静电平衡 1．如图所示，不带电的半径为r的空心金属球放在绝缘支架上，右侧放一个电荷量为+Q的点电荷，点电荷到金属球球心的距离为3r，达到静电平衡后，下列说法正确的是（　　） A．金属球的左侧感应出负电荷，右侧感应出正电荷 B．点电荷Q在金属球内产生的电场的场强处处为零 C．若用导线连接球的左右两侧，球两侧都不带电 D．感应电荷在金属球球心处产生的电场场强大小为 2．如图所示，点电荷A和B带电荷量分别为和，彼此相距。若在两点电荷连线中点处放一个半径为的金属球壳，静电力常量，则球壳上感应电荷在点处产生的电场强度大小为 。 二、静电屏蔽 3．如图所示，人站在圆形金属笼内，与10万伏直流高压电源相连的导体棒靠近笼外侧时，导体棒顶端与笼之间产生巨大的火花，但笼内的人却毫发无损。若将不带电的圆形金属笼置于水平向右的匀强电场中，此时笼内、外电场线分布可能正确的是（　　） A． B． C． D． 4．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． 5．如图所示，用金属网把不带电的验电器罩起来，再使带电金属球靠近金属网，则下列说法正确的是（　　）　　 A．验电器的箔片张开 B．金属球带电荷足够多时验电器的箔片才会张开 C．金属网罩内部电场强度为零 D．金属网罩不带电 6．静电屏蔽 (1)法拉第笼是一种用于演示静电屏蔽和高压带电作业原理的设备。笼体与大地连通。当带有10万伏高压的放电杆尖端接近笼体时，出现放电火花，这时笼体内的表演者用手触摸笼壁接近放电火花是否会触电？为什么？ (2)静电屏蔽：把一个电学仪器放在封闭的金属壳里，即使壳外有 ，但由于壳内电场强度保持为 ，外电场对壳内的仪器不会产生影响。金属壳的这种作用叫作静电屏蔽。 (3)请举例说明静电屏蔽的应用和静电的危害。 三、尖端放电、静电吸附、静电的防止与利用 7．判断下列说法的正误（正确的画“√”，错误的画“×”）。 (1)静电平衡时，导体内的自由电子不再定向移动。( ) (2)处于静电平衡状态下的导体内部，外加电场与附加电场的矢量和为零，即导体内部的电场强度处处为零。( ) (3)静电平衡时，导体内部表现为中电性。电荷都分布在外表面，导体内部没有净剩电荷。( ) (4)避雷针能避免建筑物被雷击是因为云层中带的电荷被避雷针通过导线导入大地。( ) (5)用金属网把验电器罩起来，再使带电金属球靠近验电器。则验电器箔片能张开。( ) (6)电工穿的高压作业服是用铜丝编织的，目的是铜丝衣服有屏蔽作用，使体内场强为零。( ) 8．熔喷布是口罩的中间过滤层（如图），是一种用绝缘材料做成的带有静电的超细纤维布，它能阻隔几微米的病毒，这种静电的阻隔作用属于（　　） A．尖端放电 B．静电屏蔽 C．静电吸附 D．静电平衡 9．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，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，最后被吸附到收集器A上，下列选项正确的是（　　） A．收集器A吸附尘埃的原因是尘埃受到重力作用使之定向移动 B．收集器A吸附大量尘埃，是因为尘埃带负电 C．收集器A和电离器B之间形成匀强电场 D．尘埃靠近收集器A的过程中，加速度变大 10．在干燥的冬天，人的身体常常会带有静电。当带负电的手靠近金属门一定距离时，下列图中正确描绘手和金属门之间的电场线分布的是（    ） A． B． C． D． 11．下列四幅图描述的场景依次为雷电击中避雷针（图甲）、高压输电线上方还有两条与大地相连的导线（图乙）、燃气灶中的针尖状点火器（图丙）、工人穿戴着含金属丝制成的工作服进行超高压带电作业（图丁），关于这四幅图所涉及的物理知识，下列说法正确的是（    ） A．图甲中避雷针的工作原理主要是静电屏蔽 B．图乙中与大地相连的两条导线的作用和图丁中工作服内的金属丝的作用是相同的 C．图丙中的点火器是利用摩擦起电的原理进行点火的 D．图丙中的点火器的工作原理和图丁中工作服内掺入的金属丝的工作原理是相同的 12．下列四个现象，说法错误的是（　　） A．如图甲所示，在燃气灶中，安装电子点火器，是利用了尖端放电的原理 B．如图乙所示，在加油站给车加油前，要触摸一下静电释放器，是为了导走人身上的静电 C．如图丙所示，让带正电的金属小球C靠近不带电的金属导体AB，A所带电量的绝对值大于B所带电量的绝对值 D．如图丁所示，用金属网把验电器罩起来，再使带电金属球靠近验电器，验电器的箔片不会张开，是因为发生了静电屏蔽 13．下列有关静电的防止与利用说法正确的是（　　） A．甲图中，女生接触带电的金属球时与带电的金属球带有异种电荷 B．乙图中，燃气灶中电子点火器点火应用了尖端放电现象 C．丙图中，两条优质的话筒线外面包裹着金属外衣增强了导电能力 D．丁图中，电力工作人员在高压电线上带电作业时穿着的屏蔽服是用绝缘材料制作的 14．静电屏蔽与尖端放电 (1)避雷针是利用尖端放电保护建筑物的一种设施，其原理是什么？ (2)静电屏蔽是怎样起到屏蔽作用的？ 15．如图是静电除尘装置的示意图，烟气从管口M进入，从管口N排出，当金属丝A、B两端接直流高压电源后，可实现减少排放烟气中粉尘的目的。为提高除尘的效率，A端应接直流高压电源的 （选填：A．正极 B．负极），在除尘过程中，粉尘吸附的是空气分子在强电场作用下电离生成的 （选填：A．阳离子 B．电子）。 16．两不带电的空腔圆柱形导体相互接触，点P位于空腔导体内部中心位置处。接下去进行如图所示操作：第1步在导体左端附近放置一正点电荷Q；第2步左右分开两空腔导体；第3步移去电荷Q。该装置处在真空绝缘环境中，绝缘支架未画出，则（　　） A．第1步中，P点的电场强度方向向右 B．第2步中，P点的场强一定不为零 C．第3步中，P点的电场强度方向向右 D．第3步中，两导体带上等量的异种电荷 17．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 18．（2021·浙江·高考真题）如图所示，在火箭发射塔周围有钢铁制成的四座高塔，高塔的功能最有可能的是（　　） A．探测发射台周围风力的大小 B．发射与航天器联系的电磁波 C．预防雷电击中待发射的火箭 D．测量火箭发射过程的速度和加速度 7 / 7 学科网（北京）股份有限公司 $$ 9. 4 静电的防止与利用 目录 【A 夯基础】 1 一、静电平衡 1 二、静电屏蔽 2 三、尖端放电、静电吸附、静电的防止与利用 4 【B 提能力】 9 【C 链高考】 10 一、静电平衡 1．如图所示，不带电的半径为r的空心金属球放在绝缘支架上，右侧放一个电荷量为+Q的点电荷，点电荷到金属球球心的距离为3r，达到静电平衡后，下列说法正确的是（　　） A．金属球的左侧感应出负电荷，右侧感应出正电荷 B．点电荷Q在金属球内产生的电场的场强处处为零 C．若用导线连接球的左右两侧，球两侧都不带电 D．感应电荷在金属球球心处产生的电场场强大小为 【答案】D 【详解】A．金属球发生静电感应，靠近点电荷的一侧带异种电荷，远离的一侧带同种电荷，所以金属球的右侧感应出负电荷，左侧感应出正电荷，A错误； B．静电平衡的导体内部场强处处为零，所以是点电荷和感应电荷在金属球内产生的合场强为零，B错误； C．用导线连接球的左右两侧，由于静电感应现象，球依然左侧感应出正电荷，右侧感应出负电荷，C错误； D．静电平衡的导体内部场强处处为零，点电荷在球心处产生的场强大小为，所以感应电荷在金属球球心处产生的电场场强大小也为，方向与点电荷产生的场强方向相反，D正确。 故选D。 2．如图所示，点电荷A和B带电荷量分别为和，彼此相距。若在两点电荷连线中点处放一个半径为的金属球壳，静电力常量，则球壳上感应电荷在点处产生的电场强度大小为 。 【答案】 【详解】点电荷A在点的电场强度大小为 方向向右；点电荷B在点的电场强度大小为 方向向右；设感应电荷在点处产生的电场强度大小为，由静电平衡条件知 方向向左。 二、静电屏蔽 3．如图所示，人站在圆形金属笼内，与10万伏直流高压电源相连的导体棒靠近笼外侧时，导体棒顶端与笼之间产生巨大的火花，但笼内的人却毫发无损。若将不带电的圆形金属笼置于水平向右的匀强电场中，此时笼内、外电场线分布可能正确的是（　　） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】根据静电屏蔽的特点可知，金属笼内电场强度为零，金属笼左侧外表面感应出负电荷，右侧外表面感应出正电荷，金属笼为等势体，电场线与金属笼表面垂直。 故选C。 4．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。 5．如图所示，用金属网把不带电的验电器罩起来，再使带电金属球靠近金属网，则下列说法正确的是（　　）　　 A．验电器的箔片张开 B．金属球带电荷足够多时验电器的箔片才会张开 C．金属网罩内部电场强度为零 D．金属网罩不带电 【答案】C 【详解】AB．用金属网把验电器罩起来，由于金属网罩的静电屏蔽，再使带电金属球靠近验电器，箔片不张开。故AB错误； C．静电屏蔽时，金属网罩内部电场强度为零，故C正确； D．由于静电感应，金属网罩外表面靠近带正电金属球的一端带负电，金属网罩外表面远离带正电金属球的一端带正电，故D错误。 故选C。 6．静电屏蔽 (1)法拉第笼是一种用于演示静电屏蔽和高压带电作业原理的设备。笼体与大地连通。当带有10万伏高压的放电杆尖端接近笼体时，出现放电火花，这时笼体内的表演者用手触摸笼壁接近放电火花是否会触电？为什么？ (2)静电屏蔽：把一个电学仪器放在封闭的金属壳里，即使壳外有 ，但由于壳内电场强度保持为 ，外电场对壳内的仪器不会产生影响。金属壳的这种作用叫作静电屏蔽。 (3)请举例说明静电屏蔽的应用和静电的危害。 【答案】(1)不会。法拉第笼外壳是金属，能起屏蔽作用，所以表演者在笼内是安全的。 (2) 电场 0 (3)见解析 【详解】（1）法拉第笼外壳是金属，能起屏蔽作用，所以表演者在笼内是安全的。 （2）[1][2]把一个电学仪器放在封闭的金属壳里，金属壳能起到屏蔽的作用，内部电场为零，即使壳外有电场，由于壳内电场强度保持为零，外电场对壳内的仪器不会产生影响。金属壳的这种作用叫作静电屏蔽。 （3）静电屏蔽的应用：野外高压输电线在三条输电线上方还有两条导线，它们与大地相连，形成一个稀疏的金属“网”，把高压线屏蔽起来，使其免遭雷击。 静电的危害：医院手术台上，静电火花有可能引起麻醉剂爆炸；煤矿里，静电火花会引起瓦斯爆炸。 三、尖端放电、静电吸附、静电的防止与利用 7．判断下列说法的正误（正确的画“√”，错误的画“×”）。 (1)静电平衡时，导体内的自由电子不再定向移动。( ) (2)处于静电平衡状态下的导体内部，外加电场与附加电场的矢量和为零，即导体内部的电场强度处处为零。( ) (3)静电平衡时，导体内部表现为中电性。电荷都分布在外表面，导体内部没有净剩电荷。( ) (4)避雷针能避免建筑物被雷击是因为云层中带的电荷被避雷针通过导线导入大地。( ) (5)用金属网把验电器罩起来，再使带电金属球靠近验电器。则验电器箔片能张开。( ) (6)电工穿的高压作业服是用铜丝编织的，目的是铜丝衣服有屏蔽作用，使体内场强为零。( ) 【答案】(1)正确 (2)正确 (3)正确 (4)错误 (5)错误 (6)正确 【详解】（1）静电平衡时，内部场强为零，导体内的自由电子不再定向移动，故正确； （2）导体在外加电场的作用下处于静电平衡状态，在导体内部任意一点，感应电荷产生的电场的场强和外加电场的场强大小相等，方向相反，即此时导体内部场强处处为0，故正确。 （3）静电平衡时，导体内部表现为中电性。电荷都分布在外表面，导体内部没有净剩电荷，故正确； （4）当带电云层靠近建筑物时，避雷针上产生的感应电荷通过针尖放电，逐渐中和云中的电荷，使建筑物免遭雷击，其原理为尖端放电，故错误。 （5）用金属网把验电器罩起来，再使带电金属球靠近验电器，由于静电屏蔽作用，验电器箔片不会张开，故错误。 （6）电工穿的高压作业服是用铜丝编织的，目的是铜丝衣服有屏蔽作用，使体内场强为零，故正确。 8．熔喷布是口罩的中间过滤层（如图），是一种用绝缘材料做成的带有静电的超细纤维布，它能阻隔几微米的病毒，这种静电的阻隔作用属于（　　） A．尖端放电 B．静电屏蔽 C．静电吸附 D．静电平衡 【答案】C 【详解】体积微小的病毒吸附在带有静电的超细纤维布上，属于静电吸附。 故选C。 9．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，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，最后被吸附到收集器A上，下列选项正确的是（　　） A．收集器A吸附尘埃的原因是尘埃受到重力作用使之定向移动 B．收集器A吸附大量尘埃，是因为尘埃带负电 C．收集器A和电离器B之间形成匀强电场 D．尘埃靠近收集器A的过程中，加速度变大 【答案】B 【详解】A．收集器A吸附尘埃的原因是尘埃受到电场力作用使之定向移动，故A错误； B．静电除尘器中，高压电源通常在电离器B（线状）施加负高压，收集器A（板状）接地或带正电。强电场使气体分子电离，产生电子和负离子，这些负电荷与尘埃碰撞，使尘埃带负电。带负电的尘埃在静电力作用下被带正电的收集器A吸引，从而被吸附，故B正确； C．在静电除尘器中，电离器B是线状，收集器A是板状，这种结构导致电场强度不均匀：在线状B附近电场最强（有利于气体电离），而靠近板状A时电场减弱。因此，电场不是匀强的，故C错误； D．尘埃带负电，在从电离器B向收集器A移动过程中，电场强度E逐渐减小（因为线状电极附近电场强，板状电极附近电场弱）。因此，静电力F减小，加速度a也随之减小，而不是变大，故D错误。 故选B。 10．在干燥的冬天，人的身体常常会带有静电。当带负电的手靠近金属门一定距离时，下列图中正确描绘手和金属门之间的电场线分布的是（    ） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】手带负电，则电场线方向从金属门指向手指，且金属门表面是等电势的，所以电场线应该垂直于金属门表面。 故选A。 11．下列四幅图描述的场景依次为雷电击中避雷针（图甲）、高压输电线上方还有两条与大地相连的导线（图乙）、燃气灶中的针尖状点火器（图丙）、工人穿戴着含金属丝制成的工作服进行超高压带电作业（图丁），关于这四幅图所涉及的物理知识，下列说法正确的是（    ） A．图甲中避雷针的工作原理主要是静电屏蔽 B．图乙中与大地相连的两条导线的作用和图丁中工作服内的金属丝的作用是相同的 C．图丙中的点火器是利用摩擦起电的原理进行点火的 D．图丙中的点火器的工作原理和图丁中工作服内掺入的金属丝的工作原理是相同的 【答案】B 【详解】A．避雷针的工作原理主要是利用尖端放电避免雷击，故A错误； BD．高压输电线的上方还有两条导线，这两条导线的作用是它们与大地相连，形成稀疏的金属“网”把高压线屏蔽起来，免遭雷击，与工作服内掺入的金属丝，都是利用了静电屏蔽的原理，故B正确，D错误。 C．点火器是利用高压尖端放电的原理，而工作服内掺入的金属丝，是利用了静电屏蔽的原理，故C错误； 故选B。 12．下列四个现象，说法错误的是（　　） A．如图甲所示，在燃气灶中，安装电子点火器，是利用了尖端放电的原理 B．如图乙所示，在加油站给车加油前，要触摸一下静电释放器，是为了导走人身上的静电 C．如图丙所示，让带正电的金属小球C靠近不带电的金属导体AB，A所带电量的绝对值大于B所带电量的绝对值 D．如图丁所示，用金属网把验电器罩起来，再使带电金属球靠近验电器，验电器的箔片不会张开，是因为发生了静电屏蔽 【答案】C 【详解】A．燃气灶的点火装置利用尖端放电的原理，故A正确，不符合题意； B．在加油站给车加油前，要触摸一下静电释放器，是为了导走人身上的静电，故B正确，不符合题意； C．让带正电的金属小球C靠近不带电的金属导体AB，由于静电感应AB带等量的异种电荷，即A所带电量的绝对值等于B所带电量的绝对值，故C错误，符合题意； D．用金属网把验电器罩起来，再使带电金属球靠近验电器，验电器的箔片不会张开，是因为发生了静电屏蔽，故D正确，不符合题意。 故选C。 13．下列有关静电的防止与利用说法正确的是（　　） A．甲图中，女生接触带电的金属球时与带电的金属球带有异种电荷 B．乙图中，燃气灶中电子点火器点火应用了尖端放电现象 C．丙图中，两条优质的话筒线外面包裹着金属外衣增强了导电能力 D．丁图中，电力工作人员在高压电线上带电作业时穿着的屏蔽服是用绝缘材料制作的 【答案】B 【详解】A．甲图中，女生接触带电的金属球时与带电的金属球带有同种电荷，故A选项错误； B．乙图中，燃气灶中电子点火器点火应用了尖端放电现象，故B选项正确； C．丙图中，优质的话筒线外面包裹着金属外衣应用了静电屏蔽的原理，以防止外部信号对电缆内部电信号的干扰，没有增强其导电能力，故选项错误； D．丁图中，屏蔽服作用使处于高压电场中的人体外表面各部位形成一个等电位屏蔽面，从而防护人体免受高压电场及电磁波的危害。用导电金属材料与纺织纤维混纺交织成布后做成的，故选项错误。 故选B。 14．静电屏蔽与尖端放电 (1)避雷针是利用尖端放电保护建筑物的一种设施，其原理是什么？ (2)静电屏蔽是怎样起到屏蔽作用的？ 【答案】(1)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，这些电荷不断向大气释放，中和空气中的电荷，使建筑物避免雷击 (2)处于静电平衡状态的导体内部电场强度处处为零，即使导体壳外有电场，由于壳内电场强度保持为0，外电场对壳内的物体不会产生影响 【详解】（1）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，这些电荷不断向大气释放，中和空气中的电荷，使建筑物避免雷击。 （2）处于静电平衡状态的导体内部电场强度处处为零，即使导体壳外有电场，由于壳内电场强度保持为0，外电场对壳内的物体不会产生影响。 15．如图是静电除尘装置的示意图，烟气从管口M进入，从管口N排出，当金属丝A、B两端接直流高压电源后，可实现减少排放烟气中粉尘的目的。为提高除尘的效率，A端应接直流高压电源的 （选填：A．正极 B．负极），在除尘过程中，粉尘吸附的是空气分子在强电场作用下电离生成的 （选填：A．阳离子 B．电子）。 【答案】 B B 【详解】[1]在电场作用下，管道内的空气分子被电离为电子和正离子，而粉尘吸附了电子后附着在金属管壁上，从而达到减少排放烟气中粉尘的目的，由此可知，A端与金属丝相连，A端应接直流高压电源的负极。 故选B。 [2]在除尘过程中，粉尘吸附的是空气分子在强电场作用下电离生成的电子。 故选B。 16．两不带电的空腔圆柱形导体相互接触，点P位于空腔导体内部中心位置处。接下去进行如图所示操作：第1步在导体左端附近放置一正点电荷Q；第2步左右分开两空腔导体；第3步移去电荷Q。该装置处在真空绝缘环境中，绝缘支架未画出，则（　　） A．第1步中，P点的电场强度方向向右 B．第2步中，P点的场强一定不为零 C．第3步中，P点的电场强度方向向右 D．第3步中，两导体带上等量的异种电荷 【答案】D 【详解】A．由于处于静电平衡状态的导体内部的电场强度处处为零，可知，在第1步中，P点的电场强度为零，故A错误； B．根据静电感应“近异远同”规律，导体左端带负电，导体右端带正电，第2步中，正点电荷Q在P点产生的电场强度方向向右，导体左端的感应电荷在P点产生的电场强度方向向左，导体右端的感应电荷在P点产生的电场强度方向向左，根据电场叠加原理可知，P点的合场强可能为零，故B错误； D．结合上述静电感应规律可知，导体左端带负电，导体右端带正电，由于开始时导体呈现电中性，则左端与右端电荷量大小相等，则第3步中，两导体带上等量的异种电荷，故D正确； C．结合上述，导体左端带负电，导体右端带正电，导体左端的感应电荷在P点产生的电场强度方向向左，导体右端的感应电荷在P点产生的电场强度方向向左，根据电场叠加原理可知，在第3步中，P点的电场强度方向向左，故C错误。 故选D。 17．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。 18．（2021·浙江·高考真题）如图所示，在火箭发射塔周围有钢铁制成的四座高塔，高塔的功能最有可能的是（　　） A．探测发射台周围风力的大小 B．发射与航天器联系的电磁波 C．预防雷电击中待发射的火箭 D．测量火箭发射过程的速度和加速度 【答案】C 【详解】在火箭发射塔周围有钢铁制成的四座高塔，因铁制的高塔有避雷作用，其功能是预防雷电击中发射的火箭。 故选C。 9 / 11 学科网（北京）股份有限公司 $$