4. 静电的防止与利用（同步讲义）物理人教版必修第三册

4. 静电的防止与利用 【知识梳理】 1 一、 静电平衡 1 二、 尖端放电 1 三、 静电屏蔽 2 【重难探究】 2 探究1 　探究静电平衡 2 探究2 探究尖端放电 4 探究3 探究静电屏蔽 6 【课堂自测·基础练】 9 【素养进阶·提升练】 18 【知识梳理】 知识点1 静电平衡 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 知识点2 尖端放电 1.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。 2、尖端放电的应用 （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。 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。 知识点3 静电屏蔽 1、静电屏蔽定义：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、静电屏蔽的本质 静电屏蔽本质是静电感应，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。 【重难探究】 探究1 　静电平衡 【探究导入】 在雷雨天气中，人们常被告知要远离高大的金属物体，因为它们容易吸引雷电。实际上，当带电的雷云靠近地面时，地面上的金属导体表面会聚集大量异种电荷，这种现象与导体在电场中的电荷分布密切相关。这说明导体在外部电场作用下，其内部和表面会发生某种特殊的电学变化。 问题： 1.当一个不带电的金属导体放入匀强电场中时，导体内部的自由电子会发生什么运动？ 提示： 金属导体中含有大量可自由移动的电子。当导体置于电场中时，自由电子受到与方向相反的电场力作用，开始向电场正方向的一侧移动。 2.随着自由电子的移动，导体两侧会积累怎样的电荷？这些电荷会产生怎样的附加电场？ 提示：电子的移动导致导体一侧（如AB侧）积累负电荷，另一侧（如CD侧）因失去电子而显正电荷。这些感应电荷在导体内部产生一个与方向相反的附加电场 3.导体内部的总电场是如何变化的？自由电子最终为何会停止定向移动？ 提示： 与叠加后，导体内部的合电场逐渐减小。只要合电场不为零，自由电子仍会继续移动，进一步增强，直到。此时合电场，电子不再受净电场力，定向移动停止。 4.当导体内部不再有电荷的定向移动时，其内部电场强度具有什么特征？ 提示：当导体内部各点的电场强度时，自由电子不再发生宏观定向移动，导体达到稳定状态，即静电平衡状态。 【探究归纳】1．静电感应现象 如图甲所示，将一不带电的金属导体ABCD放到电场强度为E0的电场中，导体内的自由电子在电场力的作用下向电场线的反方向移动，使导体的一侧聚集负电荷，导体另一侧聚集等量的正电荷，这种现象就是静电感应现象。 2．静电平衡状态 如图乙所示，导体两侧正、负电荷在导体内部产生与原电场方向相反的电场。因与原来的电场方向相反，叠加的结果是使合电场强度逐渐减弱，直到导体内部各点的合电场强度等于零为止，于是导体内的自由电子不再发生定向移动，我们就说导体达到了静电平衡状态，如图丙所示。 3．静电平衡状态的特征 （1）处于静电平衡状态的导体，内部的场强处处为0。 （2）处于静电平衡状态的导体，表面处的电场强度不为零，表面处的电场强度方向跟导体表面垂直。 【典例赏析】 [例1]　（24-25高一下·安徽·期末）一不带电的枕形金属壳B用绝缘支架固定在水平面上。图示为其横截面，C点是其内部偏左位置的一点。把一带正电小球a从B的左侧缓慢靠近时，下列说法正确的是（　　） A．B左侧带正电 B．C点的电场强度逐渐增大 C．B右侧的感应电荷逐渐增多 D．沿过C点的虚线将金属壳分为左、右两部分，则左侧带电量大小小于右侧 　【针对训练】 1（24-25高一下·江苏扬州·期末）如图所示，将一不带电的金属导体放入点电荷的电场中，并将其左侧接地，则（　　） A．导体左右两端带等量异种电荷 B．导体内部的电场强度处处为零 C．导体内部A处场强小于B处场强 D．感应电荷在导体内部产生的电场方向向右 2如图所示，长为 l的金属杆原来不带电，在距其右端 d处放一个电荷量为的点电荷， k为静电力常量.则（　　） A．金属杆中点处的电场强度不为零 B．金属杆上的感应电荷产生的电场强度方向向左 C．金属杆上的感应电荷在杆中点处产生的电场强度大小为 D．金属杆上的感应电荷产生的电场强度与该处到点电荷的距离无关 探究2 尖端放电 【探究导入】 情境探究 在雷雨天气中，人们常看到高耸的建筑物顶端会闪烁微弱的光晕，甚至听到轻微的“嘶嘶”声。此外，高压输电线在夜晚有时也会发出绿色的光晕。这些现象并非幻觉，而是与导体表面电荷分布和空气中的放电过程密切相关。通过观察这些自然与工程现象，可以深入理解导体在静电平衡状态下的特殊性质。 问题 1.为什么导体上的电荷总是分布在表面，而不是内部？ 提示：在静电平衡状态下，导体内部电场强度为零，若存在净电荷，会在电场作用下移动，直到不再受力为止。因此，所有多余电荷最终都分布在导体外表面。 2.导体表面电荷分布是否均匀？哪些位置更容易聚集电荷？ 提示：电荷分布并不均匀。由于曲率越大，电场越强，电荷密度在尖锐处更高。因此，导体越尖锐的位置，单位面积上的电荷越多。 3.为什么导体尖端附近容易出现空气发光或“嘶嘶”声？ 提示： 尖端处电荷密度大，导致周围电场极强，足以使空气中残留的带电粒子加速并与空气分子碰撞，引发电离，产生自由电子和正离子，形成微弱放电现象，表现为光晕或声音。 4.尖端为什么会“放电”？这种放电的本质是什么？ 提示：被电离出的带电粒子中，与尖端电荷符号相反的粒子被吸引并中和尖端电荷，相当于电荷从尖端流失，这一过程即为尖端放电 【探究归纳】 1.静电平衡时，导体内部没有净剩电荷，电荷只分布在导体的外表面。 2导体外表面电荷密度与曲率有关，越尖锐的位置电荷密度越大，周围电场强度越大。 3强电场可使空气电离，产生自由电子和正离子。 4与尖端电荷符号相反的带电粒子被吸引并发生中和，导致电荷从尖端流失的现象称为尖端放电。 5尖端放电可用于避雷针设计，但也会造成高压设备电能损失，需避免导体表面粗糙或尖锐。 【例2】（2025高二下·广东·学业考试）如图所示，某中国古代建筑安装了既有装饰作用，又有避雷作用的塔刹构件，其避雷作用的物理原理是（　　） A．尖端放电 B．电磁感应 C．静电吸附 D．静电除尘 【针对训练】 3.（多选）关于避雷针的说法不正确的是（　　） A．避雷针的物理原理就是尖端放电 B．避雷针的尖端安装在建筑物的顶部，并通过金属线与埋在地下的金属板相连 C．避雷针通过尖端放电使云中的电荷完全消失 D．为了美观，可把避雷针顶端设计成球形 4.关于静电现象，下列说法正确的是（　　） A．图甲：避雷针应用了静电吸附 B．图乙：加油站里静电释放器应用了静电屏蔽 C．图丙：高压作业电工穿含金属织物的防护服应用了静电屏蔽 D．图丁：科技馆中起电机使人体的头发竖起来应用了尖端放电 。探究3 静电屏蔽 【探究导入】 情境探究 在雷雨天气中，飞机在云层间飞行，外界存在强烈的电场，但机舱内的乘客和精密仪器却不受影响。同样，家中的电视机、路由器等电子设备常被金属外壳包裹。这些现象表明，金属结构可能对内部空间起到了某种保护作用，使外部电场无法侵入。 问题 1.当带电金属球靠近验电器但不接触时，验电器的箔片为什么会张开？ 提示 带电金属球靠近验电器时，其周围存在电场，该电场会使验电器的金属杆发生静电感应，自由电子重新分布，导致金属杆上端带异种电荷，下端箔片带同种电荷而相互排斥，因此箔片张开。 2.用金属网罩住验电器后，再让带电金属球靠近，箔片不再张开，这说明了什么？ 提示 金属网罩住验电器后，外部电场在金属网上引起电荷重新分布，使得网内空间的合电场为0，验电器不再受到电场影响，箔片不张开。这说明金属网能阻断外部电场的影响。 3.为什么空腔导体内部没有电场？电荷在导体上的分布有何特点？ 提示 处于静电平衡状态的导体，内部电场强度处处为0，电荷只能分布在导体外表面。对于空腔导体，电荷只分布在外表面，内表面无净电荷，因此空腔内部电场也为0。 4.金属壳或金属网为何能阻止外部电场进入内部空间？ 提示 由于导体在静电平衡时内部电场为0，且电荷仅分布在外表面，外部电场被导体表面的感应电荷所抵消，因此导体壳或金属网内部不受外电场影响，实现静电屏蔽。 【探究归纳】 1. 处于静电平衡状态的导体内部没有电荷，电荷只分布在导体的外表面。 2. 空腔导体在静电平衡时，内表面没有电荷，壳壁内部及空腔内的电场强度处处为0。 3. 电场线只能存在于导体外部，不会进入空腔内部。 4. 金属壳或金属网能屏蔽外部电场对内部的影响，这种作用称为静电屏蔽。 5. 静电屏蔽在技术上有广泛应用，如保护电学仪器、防止雷击等。 【例3】．（多选）（24-25高二上·福建福州·期末）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 6.以下关于静电屏蔽实验说法中正确的是（　　） A．甲图中验电器的金属箔张开 B．乙图中验电器的金属箔不会张开 C．丙图中验电器的金属箔不会张开 D．甲、乙、丙三图中验电器的金属箔都张开 【课堂自测·基础练】 1．（24-25高一下·海南·期末）我国古人最早发现了尖端放电现象。下列现象是为了避免尖端放电的是（　　） A．高压设备中导体的表面应尽量光滑 B．武当山金殿顶上安装尖锐金属棒 C．点火器的放电电极做成钉尖形 D．火箭发射架周围顶端较尖锐的铁塔 【答案】A 【详解】尖端放电现象是由于导体尖端处电荷密度大，电场强，易使空气电离而放电。题目要求选择“避免”该现象的应用，故A符合题意。 2．（2025·辽宁·二模）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 3．（25-26高二上·全国·课后作业）工匠在研磨琥珀、玉石时观察到静电吸附灰尘的现象，通过湿润环境或缓慢操作减少静电影响。下列属于防范静电危害的是（　　） A．静电喷漆 B．静电屏蔽 C．静电除尘 D．静电复印 4．（24-25高一下·内蒙古巴彦淖尔·期末）如图所示，将一个带正电的点电荷置于原本不带电的金属杆的附近，当金属杆达到静电平衡时，下列说法正确的是（　　） A．电荷产生的电场无法进入金属杆内部，所以金属杆内部电场的电场强度为0 B．若为电荷与金属杆右侧中间的位置，则该处的电场强度为0 C．若将电荷拿走后再将金属杆从处折断，则金属杆左侧带正电，右侧带负电 D．感应电荷在处产生的电场的电场强度方向向右 5．（23-24高一下·北京·期末）如图所示，不带电，长为的导体棒水平放置，现将一个电荷量为的正点电荷放在棒的中心轴线上距离棒的左端处，、分别为导体棒左右两端的一点，静电力常量为。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．感应电荷在棒的中心处产生的电场强度方向水平向右 C．感应电荷在棒的中心处产生的电场强度大小为 D．导体棒内部没有净电荷 6．（24-25高二上·广东·阶段练习）如图所示，手机通过电磁波和基站，经过一系列的传输后，实现了甲、乙两手机之间的通信。某人边走边通话，当他进入电梯轿厢里面时，通话突然中断了，走出电梯又可以正常通话。对手机在电梯里面不能正常通话的原因，下列分析正确的是（　　） A．手机在电梯里面不能正常通话，说明电梯所在建筑物不在基站的服务范围内 B．基站发生故障，导致手机不能正常通话 C．刚好在电梯里面时，通话的对方挂断了手机，导致无法正常通话 D．电梯轿厢是金属制作的封闭空间，对电场有屏蔽作用，导致电磁波无法传播，手机不能正常通话 7．（24-25高一下·江苏连云港·期中）如图所示，在原来不带电的空心金属球壳外面放置一个正电荷。A、B、C三点分别位于球壳外部、球壳实体中和球壳空腔内。当球壳处于静电平衡状态时，A、B、C三点处的电场强度分别为EA、EB和EC，下列判断正确的是（　　） A．EA>EB>EC B．EA>EB=EC C．EA=EB=EC D．EA>EC>EB 8.（24-25高一下·山东德州·期末）关于静电的应用和防止，下列说法不正确的是（　　） A．为了美观，通常把避雷针顶端设计成球形 B．静电平衡时导体内部电场强度为零 C．在地毯中夹杂不锈钢丝导电纤维，是为了防止静电危害 D．飞机轮胎用导电橡胶制成，是为了在着陆时使机身积累的电荷流入大地 9．（24-25高二上·河南·阶段练习）如图所示的四个静电应用中，其中两个应用原理相同的是（　　） A．甲和乙 B．乙和丙 C．丙和丁 D．甲和丁 10．（24-25高一下·山西·期末）2025年4月22日，“中国静电防护产业展”在上海世博展览馆盛大开幕。生活中有很多静电现象，有利的我们要加以利用，有害的我们要想办法防止。关于静电的应用与静电危害的防止，下列说法正确的是（　　） A．复印机是利用同种电荷间的吸引力来工作的 B．小汽车顶上装有一根露在外面的小天线是避雷针 C．高压设备中导体的表面应该尽量光滑是为了避免因尖端放电而损失电能 D．印刷课本时纸张间摩擦产生大量静电，印刷车间要保持干燥 11．（24-25高一下·江西宜春·期末）2025年4月9日，深圳国际洁净室技术及防静电展览会召开，旨在促进洁净室工程行业新产品、新技术、新材料、新工艺及新装备的推广应用与经贸交流。关于静电的防止与利用，下列说法正确的是（　　） A．常见的静电防止有静电除尘、静电喷涂等 B．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．高大建筑物顶端装上避雷针阻碍电荷导入大地，从而避免建筑物被雷电击坏 D．复印机是一种进行文字复印的设备，其工作原理和静电现象无关 12．（24-25高一下·江苏·期末）2024年8月15日，游客在新疆吐鲁番的沙漠上游玩时，头发突然竖了起来。当时无风，但头顶乌云密布。下列相关说法中正确的是 （　　） A．这是一种摩擦起电现象 B．这是一种静电感应现象 C．此时人的头与脚带异种电荷 D．此时人应躺下或蹲下，并向高处撤离 13．（24-25高二上·福建厦门·阶段练习）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从小孔放入球壳内，但不与B发生接触，达到静电平衡后，则（   ） A．球壳内电场强度为零 B．B不带电 C．B的内表面带负电 D．金属壳B外的C点电场强度不为零 14．（24-25高二上·浙江温州·期中）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 15．（24-25高一下·贵州铜仁·期末）武当山位于湖北省西北部，其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。以下关于金殿在静电相关知识方面的说法正确的是（　　） A．金殿在雷雨天气中，若达到静电平衡状态，金殿内部电场强度处处为零，但其表面电场强度不为零 B．当带电云层靠近金殿时，金殿会感应出电荷，此时金殿内部会产生一个与外部电场方向相同的感应电场 C．金殿在雷电环境下，可看作是一个静电屏蔽的理想模型，外部电场完全不能影响到金殿内部任何区域 D．金殿的金属材质在静电平衡时，其内部自由电子不再发生任何定向移动，且金殿表面电荷分布均匀 【素养进阶·提升练】 1．（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 2．（2013·安徽·高考真题）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轴上处的场强大小为（k为静电力常量）（  ） A． B． C． D． 3．（2010·海南·高考真题）利用静电除尘器可以消除空气中的粉尘，静电除尘器由金属管A和悬在管中的金属丝B组成，A和B分别接到高压电源的正极和负极，其装置示意图如右图所示．A、B之间有很强的电场，距B越近，场强 （填“越大”或“越小”）．B附近的气体分子被电离成为电子和正离子、粉尘吸附电子后被吸附到 （填“A”或“B”）上，最后在重力作用下落入下面的漏斗中． 【答案】越大 A 【详解】电源的两极分别接在AB上，净电荷一般分布在尖端，所以B处分布电荷较为密集，则距离B越近场强较大，粉尘吸附电子后带负电，在电场力的作用下将会向正极板运动，即向A运动，最后被吸附到A上，故答案为越大；A。 4．（2025·重庆·三模）（多选）如图是一半径为R的带正电的空心金属球壳，正电荷均匀分布在球壳上，球壳厚度不计。以球心为原点建立O-xyz空间直角坐标系，A、B、C三点的坐标分别为、、。已知均匀带电的球壳在球壳内部产生的电场强度处处为零，在球壳外部产生的电场与一个位于其球心的电荷量相同的点电荷产生的电场相同。下列说法正确的是（　　） A．A点的电势大于B点的电势 B．A点的电势等于C点的电势 C．电子在O点的电势能比在其他点的电势能都低 D．A、B、C三点的场强大小关系为 5．（2025·上海·一模）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）。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 4. 静电的防止与利用 【知识梳理】 1 一、 静电平衡 1 二、 尖端放电 1 三、 静电屏蔽 2 【重难探究】 2 探究1 　探究静电平衡 2 探究2 探究尖端放电 4 探究3 探究静电屏蔽 6 【课堂自测·基础练】 9 【素养进阶·提升练】 18 【知识梳理】 知识点1 静电平衡 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 知识点2 尖端放电 1.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。 2、尖端放电的应用 （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。 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。 知识点3 静电屏蔽 1、静电屏蔽定义：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、静电屏蔽的本质 静电屏蔽本质是静电感应，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。 【重难探究】 探究1 　静电平衡 【探究导入】 在雷雨天气中，人们常被告知要远离高大的金属物体，因为它们容易吸引雷电。实际上，当带电的雷云靠近地面时，地面上的金属导体表面会聚集大量异种电荷，这种现象与导体在电场中的电荷分布密切相关。这说明导体在外部电场作用下，其内部和表面会发生某种特殊的电学变化。 问题： 1.当一个不带电的金属导体放入匀强电场中时，导体内部的自由电子会发生什么运动？ 提示： 金属导体中含有大量可自由移动的电子。当导体置于电场中时，自由电子受到与方向相反的电场力作用，开始向电场正方向的一侧移动。 2.随着自由电子的移动，导体两侧会积累怎样的电荷？这些电荷会产生怎样的附加电场？ 提示：电子的移动导致导体一侧（如AB侧）积累负电荷，另一侧（如CD侧）因失去电子而显正电荷。这些感应电荷在导体内部产生一个与方向相反的附加电场 3.导体内部的总电场是如何变化的？自由电子最终为何会停止定向移动？ 提示： 与叠加后，导体内部的合电场逐渐减小。只要合电场不为零，自由电子仍会继续移动，进一步增强，直到。此时合电场，电子不再受净电场力，定向移动停止。 4.当导体内部不再有电荷的定向移动时，其内部电场强度具有什么特征？ 提示：当导体内部各点的电场强度时，自由电子不再发生宏观定向移动，导体达到稳定状态，即静电平衡状态。 【探究归纳】1．静电感应现象 如图甲所示，将一不带电的金属导体ABCD放到电场强度为E0的电场中，导体内的自由电子在电场力的作用下向电场线的反方向移动，使导体的一侧聚集负电荷，导体另一侧聚集等量的正电荷，这种现象就是静电感应现象。 2．静电平衡状态 如图乙所示，导体两侧正、负电荷在导体内部产生与原电场方向相反的电场。因与原来的电场方向相反，叠加的结果是使合电场强度逐渐减弱，直到导体内部各点的合电场强度等于零为止，于是导体内的自由电子不再发生定向移动，我们就说导体达到了静电平衡状态，如图丙所示。 3．静电平衡状态的特征 （1）处于静电平衡状态的导体，内部的场强处处为0。 （2）处于静电平衡状态的导体，表面处的电场强度不为零，表面处的电场强度方向跟导体表面垂直。 【典例赏析】 [例1]　（24-25高一下·安徽·期末）一不带电的枕形金属壳B用绝缘支架固定在水平面上。图示为其横截面，C点是其内部偏左位置的一点。把一带正电小球a从B的左侧缓慢靠近时，下列说法正确的是（　　） A．B左侧带正电 B．C点的电场强度逐渐增大 C．B右侧的感应电荷逐渐增多 D．沿过C点的虚线将金属壳分为左、右两部分，则左侧带电量大小小于右侧 【答案】C 【详解】由于静电感应，B左侧带负电，故A错误；枕形金属壳B处于静电平衡状态，内部合场强处处为零，所以C点的电场强度不变，故B错误；带正电小球a从B的左侧缓慢靠近时，小球在枕形金属壳B 处的场强逐渐增大，所以B两端的感应电荷将会逐渐增多，故C正确；因为整体显示电中性,正电荷与负电荷数量相等，无论怎样将球壳分开，两部分的带电量始终相同，故D错误 　【针对训练】 1（24-25高一下·江苏扬州·期末）如图所示，将一不带电的金属导体放入点电荷的电场中，并将其左侧接地，则（　　） A．导体左右两端带等量异种电荷 B．导体内部的电场强度处处为零 C．导体内部A处场强小于B处场强 D．感应电荷在导体内部产生的电场方向向右 【答案】B 【详解】导体放在正电荷的电场中，电势高于大地，因导体左端接地，则大地中的负电荷将从大地移向导体，则导体左端带负电荷，右端不带电，故A错误；导体处于平衡时内部的电场强度处处为零，内部A处场强等于B处场强，故B正确，C错误；正电荷和感应电荷在导体内的合场强为零，因正电荷在导体内部的场强方向向右，则感应电荷在导体内部产生的电场方向向左，故D错误。 2如图所示，长为 l的金属杆原来不带电，在距其右端 d处放一个电荷量为的点电荷， k为静电力常量.则（　　） A．金属杆中点处的电场强度不为零 B．金属杆上的感应电荷产生的电场强度方向向左 C．金属杆上的感应电荷在杆中点处产生的电场强度大小为 D．金属杆上的感应电荷产生的电场强度与该处到点电荷的距离无关 【答案】C 【解析】A．金属杆达到静电平衡后，杆内场强处处为零，故A错误； BCD．金属杆上的感应电荷在杆中点处产生的场强与一带电量为q的点电荷在该处产生的电场强度大小相等，大小为 方向相反，正点电荷在该点产生的电场强度方向向左，故金属杆上的感应电荷产生的电场强度方向向右，且金属杆上的感应电荷产生的电场强度与该处到点电荷的距离有关，故BD错误，C正确。 故选C。 探究2 尖端放电 【探究导入】 情境探究 在雷雨天气中，人们常看到高耸的建筑物顶端会闪烁微弱的光晕，甚至听到轻微的“嘶嘶”声。此外，高压输电线在夜晚有时也会发出绿色的光晕。这些现象并非幻觉，而是与导体表面电荷分布和空气中的放电过程密切相关。通过观察这些自然与工程现象，可以深入理解导体在静电平衡状态下的特殊性质。 问题 1.为什么导体上的电荷总是分布在表面，而不是内部？ 提示：在静电平衡状态下，导体内部电场强度为零，若存在净电荷，会在电场作用下移动，直到不再受力为止。因此，所有多余电荷最终都分布在导体外表面。 2.导体表面电荷分布是否均匀？哪些位置更容易聚集电荷？ 提示：电荷分布并不均匀。由于曲率越大，电场越强，电荷密度在尖锐处更高。因此，导体越尖锐的位置，单位面积上的电荷越多。 3.为什么导体尖端附近容易出现空气发光或“嘶嘶”声？ 提示： 尖端处电荷密度大，导致周围电场极强，足以使空气中残留的带电粒子加速并与空气分子碰撞，引发电离，产生自由电子和正离子，形成微弱放电现象，表现为光晕或声音。 4.尖端为什么会“放电”？这种放电的本质是什么？ 提示：被电离出的带电粒子中，与尖端电荷符号相反的粒子被吸引并中和尖端电荷，相当于电荷从尖端流失，这一过程即为尖端放电 【探究归纳】 1.静电平衡时，导体内部没有净剩电荷，电荷只分布在导体的外表面。 2导体外表面电荷密度与曲率有关，越尖锐的位置电荷密度越大，周围电场强度越大。 3强电场可使空气电离，产生自由电子和正离子。 4与尖端电荷符号相反的带电粒子被吸引并发生中和，导致电荷从尖端流失的现象称为尖端放电。 5尖端放电可用于避雷针设计，但也会造成高压设备电能损失，需避免导体表面粗糙或尖锐。 【例2】（2025高二下·广东·学业考试）如图所示，某中国古代建筑安装了既有装饰作用，又有避雷作用的塔刹构件，其避雷作用的物理原理是（　　） A．尖端放电 B．电磁感应 C．静电吸附 D．静电除尘 【答案】A 【详解】中国古代建筑安装了既有装饰作用，又有避雷作用的塔刹构件，其避雷作用的物理原理是尖端放电，故A正确。。 【针对训练】 3.（多选）关于避雷针的说法不正确的是（　　） A．避雷针的物理原理就是尖端放电 B．避雷针的尖端安装在建筑物的顶部，并通过金属线与埋在地下的金属板相连 C．避雷针通过尖端放电使云中的电荷完全消失 D．为了美观，可把避雷针顶端设计成球形 【答案】CD 【详解】AC．避雷针是利用了静电的尖端效应制作的，故避雷针必须做成针状，不能为了美观而做成球形，而避雷针放电过程是电荷的中和并不是电荷完全消失，故A正确，不符合题意，C错误，符合题意； BD．避雷针装在建筑物的顶部，并通过金属线与埋在地下的金属板相连，从而及时消除云层与地面的电势差，可保护建筑物，使建筑物免遭雷击，但不是使云中的电荷完全消失，而是使其中和，故B正确，不符合题意，D错误，符合题意。 故选CD。 4.关于静电现象，下列说法正确的是（　　） A．图甲：避雷针应用了静电吸附 B．图乙：加油站里静电释放器应用了静电屏蔽 C．图丙：高压作业电工穿含金属织物的防护服应用了静电屏蔽 D．图丁：科技馆中起电机使人体的头发竖起来应用了尖端放电 【答案】C 【解析】A．图甲：避雷针应用了尖端放电原理，故A错误； B．图乙：加油站里静电释放器应用了接触起电现象，其目的是导走人身上的静电，故B错误； C．图丙：高压作业电工穿含金属织物的防护服应用了静电屏蔽，故C正确； D．图丁：科技馆中起电机使人体的头发竖起来应用了头发上面带同种电荷而相互排斥，故D错误。 故选C。 。探究3 静电屏蔽 【探究导入】 情境探究 在雷雨天气中，飞机在云层间飞行，外界存在强烈的电场，但机舱内的乘客和精密仪器却不受影响。同样，家中的电视机、路由器等电子设备常被金属外壳包裹。这些现象表明，金属结构可能对内部空间起到了某种保护作用，使外部电场无法侵入。 问题 1.当带电金属球靠近验电器但不接触时，验电器的箔片为什么会张开？ 提示 带电金属球靠近验电器时，其周围存在电场，该电场会使验电器的金属杆发生静电感应，自由电子重新分布，导致金属杆上端带异种电荷，下端箔片带同种电荷而相互排斥，因此箔片张开。 2.用金属网罩住验电器后，再让带电金属球靠近，箔片不再张开，这说明了什么？ 提示 金属网罩住验电器后，外部电场在金属网上引起电荷重新分布，使得网内空间的合电场为0，验电器不再受到电场影响，箔片不张开。这说明金属网能阻断外部电场的影响。 3.为什么空腔导体内部没有电场？电荷在导体上的分布有何特点？ 提示 处于静电平衡状态的导体，内部电场强度处处为0，电荷只能分布在导体外表面。对于空腔导体，电荷只分布在外表面，内表面无净电荷，因此空腔内部电场也为0。 4.金属壳或金属网为何能阻止外部电场进入内部空间？ 提示 由于导体在静电平衡时内部电场为0，且电荷仅分布在外表面，外部电场被导体表面的感应电荷所抵消，因此导体壳或金属网内部不受外电场影响，实现静电屏蔽。 【探究归纳】 1. 处于静电平衡状态的导体内部没有电荷，电荷只分布在导体的外表面。 2. 空腔导体在静电平衡时，内表面没有电荷，壳壁内部及空腔内的电场强度处处为0。 3. 电场线只能存在于导体外部，不会进入空腔内部。 4. 金属壳或金属网能屏蔽外部电场对内部的影响，这种作用称为静电屏蔽。 5. 静电屏蔽在技术上有广泛应用，如保护电学仪器、防止雷击等。 【例3】．（多选）（24-25高二上·福建福州·期末）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】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；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；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 【针对训练】 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．箔片张开 B．箔片不张开 C．金属球带电荷量足够大时才会张开 D．金属网罩内部电场强度不为零 【答案】B 【解析】静电屏蔽是为了避免外界电场对仪器设备的影响，或者为了避免电器设备的电场对外界的影响，用一个空腔导体把外电场遮住，使其内部不受影响，也不使电器设备对外界产生影响，用金属网把验电器罩起来，再使带电金属球靠近验电器，由于金属网的静电屏蔽作用，箔片不张开，金属网罩内部电场强度为零，B正确，ACD错误。 故选B。 6.以下关于静电屏蔽实验说法中正确的是（　　） A．甲图中验电器的金属箔张开 B．乙图中验电器的金属箔不会张开 C．丙图中验电器的金属箔不会张开 D．甲、乙、丙三图中验电器的金属箔都张开 【答案】C 【解析】AD．甲中不会张开，金属网可以屏蔽外电场，故AD错误； B．乙中会张开，因为金属网未接地，网内的带电体可以对外界产生影响，故B错误； C．丙中不会张开，因为金属网已接地，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，故C正确。 【课堂自测·基础练】 1．（24-25高一下·海南·期末）我国古人最早发现了尖端放电现象。下列现象是为了避免尖端放电的是（　　） A．高压设备中导体的表面应尽量光滑 B．武当山金殿顶上安装尖锐金属棒 C．点火器的放电电极做成钉尖形 D．火箭发射架周围顶端较尖锐的铁塔 【答案】A 【详解】尖端放电现象是由于导体尖端处电荷密度大，电场强，易使空气电离而放电。题目要求选择“避免”该现象的应用，故A符合题意。 2．（2025·辽宁·二模）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】静电除尘的原理是带电粒子受到电场力作用，故A错误；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；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；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。 3．（25-26高二上·全国·课后作业）工匠在研磨琥珀、玉石时观察到静电吸附灰尘的现象，通过湿润环境或缓慢操作减少静电影响。下列属于防范静电危害的是（　　） A．静电喷漆 B．静电屏蔽 C．静电除尘 D．静电复印 【答案】B 【详解】静电喷漆利用静电吸附原理，属于静电的应用。静电除尘通过静电力吸附颗粒，属于静电的应用。静电复印利用静电荷控制墨粉分布，属于静电的应用，故ACD不符合题意；静电屏蔽可防止外部电场干扰，属于防范静电危害的措施，故B符合题意。 4．（24-25高一下·内蒙古巴彦淖尔·期末）如图所示，将一个带正电的点电荷置于原本不带电的金属杆的附近，当金属杆达到静电平衡时，下列说法正确的是（　　） A．电荷产生的电场无法进入金属杆内部，所以金属杆内部电场的电场强度为0 B．若为电荷与金属杆右侧中间的位置，则该处的电场强度为0 C．若将电荷拿走后再将金属杆从处折断，则金属杆左侧带正电，右侧带负电 D．感应电荷在处产生的电场的电场强度方向向右 【答案】D 【详解】金属杆达到静电平衡时其内部场强处处为0，这是因为金属杆内部的感应电场与电荷P产生的电场叠加后电场强度为0，并非电荷P产生的电场无法进入，故A错误；静电平衡时金属杆内部电场强度为0，但d在金属杆外部，d处电场强度不为0，故B错误；电荷P使金属杆感应起电，拿走P后，金属杆上感应电荷中和，整体不带电，折断后两侧也不带电，故C错误；电荷P带正电，在c处产生电场方向向左，静电平衡时c处合场强为0，则感应电荷在c处产生电场方向向右，故D正确。 5．（23-24高一下·北京·期末）如图所示，不带电，长为的导体棒水平放置，现将一个电荷量为的正点电荷放在棒的中心轴线上距离棒的左端处，、分别为导体棒左右两端的一点，静电力常量为。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．感应电荷在棒的中心处产生的电场强度方向水平向右 C．感应电荷在棒的中心处产生的电场强度大小为 D．导体棒内部没有净电荷 【答案】D 【详解】由同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引可知，棒左端感应出负电荷，右端感应出正电荷，故A错误；当导体棒达到静电平衡后，导体棒内各处电场强度为零，点电荷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，为，故BC错误；在静电平衡状态下，导体棒内部没有电荷的定向移动，即导体棒内部没有净电荷，故D正确。 6．（24-25高二上·广东·阶段练习）如图所示，手机通过电磁波和基站，经过一系列的传输后，实现了甲、乙两手机之间的通信。某人边走边通话，当他进入电梯轿厢里面时，通话突然中断了，走出电梯又可以正常通话。对手机在电梯里面不能正常通话的原因，下列分析正确的是（　　） A．手机在电梯里面不能正常通话，说明电梯所在建筑物不在基站的服务范围内 B．基站发生故障，导致手机不能正常通话 C．刚好在电梯里面时，通话的对方挂断了手机，导致无法正常通话 D．电梯轿厢是金属制作的封闭空间，对电场有屏蔽作用，导致电磁波无法传播，手机不能正常通话 【答案】D 【详解】手机在电梯里面不能正常通话的原因是静电屏蔽，电梯轿厢是金属制作的封闭空间，对电场有屏蔽作用，导致电磁波无法传播，手机不能正常通话，故D正确。 7．（24-25高一下·江苏连云港·期中）如图所示，在原来不带电的空心金属球壳外面放置一个正电荷。A、B、C三点分别位于球壳外部、球壳实体中和球壳空腔内。当球壳处于静电平衡状态时，A、B、C三点处的电场强度分别为EA、EB和EC，下列判断正确的是（　　） A．EA>EB>EC B．EA>EB=EC C．EA=EB=EC D．EA>EC>EB 【答案】B 【详解】由于静电平衡球壳实体中和球壳空腔内，场强处处为0，故A、B、C三点处的场强关系为EA>EB=EC，故B正确。 8.（24-25高一下·山东德州·期末）关于静电的应用和防止，下列说法不正确的是（　　） A．为了美观，通常把避雷针顶端设计成球形 B．静电平衡时导体内部电场强度为零 C．在地毯中夹杂不锈钢丝导电纤维，是为了防止静电危害 D．飞机轮胎用导电橡胶制成，是为了在着陆时使机身积累的电荷流入大地 【答案】A 【详解】避雷针利用尖端放电效应，顶端应设计成尖锐形状而非球形，故A错误；静电平衡时导体内部场强为零是基本性质，故B正确；地毯中加入导电纤维可导走静电，防止积累，故C正确；导电橡胶轮胎能将机身电荷导入大地，避免静电危害，故D正确。本题选错误的，故选A。 9．（24-25高二上·河南·阶段练习）如图所示的四个静电应用中，其中两个应用原理相同的是（　　） A．甲和乙 B．乙和丙 C．丙和丁 D．甲和丁 【答案】B 【详解】甲：避雷针利用的是尖端放电的原理； 乙：用铜丝编织的管线包裹话筒线是利用静电屏蔽作用，避免外界干扰； 丙：三条高压线上方两条接地导线，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，免遭雷击，是静电屏蔽作用： 丁：带电金属球靠近静电计金属片张开是静电感应；故乙和丙原理相同，故B正确。 10．（24-25高一下·山西·期末）2025年4月22日，“中国静电防护产业展”在上海世博展览馆盛大开幕。生活中有很多静电现象，有利的我们要加以利用，有害的我们要想办法防止。关于静电的应用与静电危害的防止，下列说法正确的是（　　） A．复印机是利用同种电荷间的吸引力来工作的 B．小汽车顶上装有一根露在外面的小天线是避雷针 C．高压设备中导体的表面应该尽量光滑是为了避免因尖端放电而损失电能 D．印刷课本时纸张间摩擦产生大量静电，印刷车间要保持干燥 【答案】C 【详解】复印机是利用异种电荷间的吸引力来工作的，属于静电的利用，故A错误；小汽车顶上装有一根露在外面的小天线是收音机天线，不是避雷针，故B错误；为了避免因尖端放电而损失电能，高压设备中导体的表面应该尽量光滑，故C正确；印刷车间中，纸张间摩擦产生大量静电，所以印刷车间中保持适当的湿度，及时把静电导走，避免静电造成的危害，故D错误。 11．（24-25高一下·江西宜春·期末）2025年4月9日，深圳国际洁净室技术及防静电展览会召开，旨在促进洁净室工程行业新产品、新技术、新材料、新工艺及新装备的推广应用与经贸交流。关于静电的防止与利用，下列说法正确的是（　　） A．常见的静电防止有静电除尘、静电喷涂等 B．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．高大建筑物顶端装上避雷针阻碍电荷导入大地，从而避免建筑物被雷电击坏 D．复印机是一种进行文字复印的设备，其工作原理和静电现象无关 【答案】B 【详解】静电除尘、静电喷涂等属于静电利用，故A错误；优质话筒线的外层包裹着金属编织层，是利用静电屏蔽原理屏蔽外部干扰，实现保真信号传输，故B正确；下雨时，一般会有雷电，如果在高大建筑物顶端装上避雷针，通过避雷针与大地相连，就能及时把电荷导入大地，从而避免建筑物被雷电击坏，如果没有安装会有危险，故C错误；复印机是一种利用静电技术进行文字复印的设备，是利用异种电荷间的吸引力来工作的，属于静电的利用，故D错误。 12．（24-25高一下·江苏·期末）2024年8月15日，游客在新疆吐鲁番的沙漠上游玩时，头发突然竖了起来。当时无风，但头顶乌云密布。下列相关说法中正确的是 （　　） A．这是一种摩擦起电现象 B．这是一种静电感应现象 C．此时人的头与脚带异种电荷 D．此时人应躺下或蹲下，并向高处撤离 【答案】B 【详解】游客在沙漠上游玩时，头顶乌云密布，云层里带有大量电荷，由于静电感应现象头发与云带异种电荷，故A错误，B正确；由于脚与大地接触，脚不带电，此时人应躺下或蹲下，并向低洼处撤离，避免发生尖端放电现象，故CD错误。 13．（24-25高二上·福建厦门·阶段练习）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从小孔放入球壳内，但不与B发生接触，达到静电平衡后，则（   ） A．球壳内电场强度为零 B．B不带电 C．B的内表面带负电 D．金属壳B外的C点电场强度不为零 【答案】C 【详解】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；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错误。 14．（24-25高二上·浙江温州·期中）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】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；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；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；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。 15．（24-25高一下·贵州铜仁·期末）武当山位于湖北省西北部，其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。以下关于金殿在静电相关知识方面的说法正确的是（　　） A．金殿在雷雨天气中，若达到静电平衡状态，金殿内部电场强度处处为零，但其表面电场强度不为零 B．当带电云层靠近金殿时，金殿会感应出电荷，此时金殿内部会产生一个与外部电场方向相同的感应电场 C．金殿在雷电环境下，可看作是一个静电屏蔽的理想模型，外部电场完全不能影响到金殿内部任何区域 D．金殿的金属材质在静电平衡时，其内部自由电子不再发生任何定向移动，且金殿表面电荷分布均匀 【答案】A 【详解】处于静电平衡状态的导体，内部电场强度处处为零，而表面电场强度垂直于表面且不为零。金殿作为金属结构，在达到静电平衡时，内部电场强度处处为零，但其表面电场强度不为零，故A正确；当带电云层靠近金殿时，金殿会感应出异种电荷，内部产生的感应电场方向与外部电场方向相反，目的是抵消外部电场以使内部场强为零，故B错误；理想的静电屏蔽要求导体完全封闭，金殿作为实际建筑可能存在门窗等开口，并非理想屏蔽模型，外部电场仍可能对内部产生微弱影响，故C错误；静电平衡时导体内部自由电子无定向移动，但表面电荷分布与导体形状有关，金殿形状不规则，越尖锐的地方电荷分布越密集，表面电荷分布是不均匀的，故D错误。 【素养进阶·提升练】 1．（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C正确。 2．（2013·安徽·高考真题）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轴上处的场强大小为（k为静电力常量）（  ） A． B． C． D． 【答案】D 【详解】在z轴 处，合场强为零，该点场强为q和导体近端感应电荷产生电场的场强的矢量和；q在处产生的场强为，由于导体远端离处很远，影响可以忽略不计，故导体在处产生场强近似等于近端在处产生的场强；处场强为，故，根据对称性，导体近端在处产生的场强为，电荷q在处产生的场强为，故处的合场强为，故D正确。 3．（2010·海南·高考真题）利用静电除尘器可以消除空气中的粉尘，静电除尘器由金属管A和悬在管中的金属丝B组成，A和B分别接到高压电源的正极和负极，其装置示意图如右图所示．A、B之间有很强的电场，距B越近，场强 （填“越大”或“越小”）．B附近的气体分子被电离成为电子和正离子、粉尘吸附电子后被吸附到 （填“A”或“B”）上，最后在重力作用下落入下面的漏斗中． 【答案】越大 A 【详解】电源的两极分别接在AB上，净电荷一般分布在尖端，所以B处分布电荷较为密集，则距离B越近场强较大，粉尘吸附电子后带负电，在电场力的作用下将会向正极板运动，即向A运动，最后被吸附到A上，故答案为越大；A。 4．（2025·重庆·三模）（多选）如图是一半径为R的带正电的空心金属球壳，正电荷均匀分布在球壳上，球壳厚度不计。以球心为原点建立O-xyz空间直角坐标系，A、B、C三点的坐标分别为、、。已知均匀带电的球壳在球壳内部产生的电场强度处处为零，在球壳外部产生的电场与一个位于其球心的电荷量相同的点电荷产生的电场相同。下列说法正确的是（　　） A．A点的电势大于B点的电势 B．A点的电势等于C点的电势 C．电子在O点的电势能比在其他点的电势能都低 D．A、B、C三点的场强大小关系为 【答案】AB 【详解】A．球壳带正电，由分析知，A点的电势大于B点的电势，故A正确； BC．球壳内部产生的电场强度处处为零，整个球是一个等势体，A点的电势等于C点的电势，电子在O点的电势能不一定比在其他点的电势能都低，故B正确，C错误； D．C点场强为零，根据 可知，A、B、C三点的场强大小关系为 故D错误。 故选AB。 5．（2025·上海·一模）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。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $