9.4 静电的防止与利用-【创新大课堂系列】2025-2026学年高中物理必修第三册同步辅导与测试(人教版)

则L= tan 30=10 3 cm h 素养演练·提升技能 l,B[要使a、b平衡，必须有a带负电，b带正电，且a球电荷量较 对B进行受力分析如图所示，依据共点力平 F、 B小，故B正确.] 衡条件，解得静电力 F2.D[因为B球处于静止状态，B球受到重力、细线的拉力以及A F=mgtan30°=30V5×103×10×号 mg N= 30 对B的库仑力，根据平衡条件得am30°=m,解得m √3kQg 0.3N 6 3gL L A、B带等量同种电荷，设电荷量为q, 故D正确，A、B、C错误，] 依指F婴有F=器 :3.AC[题中小球带的电荷量可能不同，也可能相同，但各自所受的库 仑力大小却相同，方向相反.由于它们与竖直线所成的角度相等，且两 g=厘√6品x106x10C FL 球同处一水平线上，所以根据共点力平衡条件可知，F库=叫gtan ai= 2 gtan a2,它们的质量一定相等，故A、C正确，B、D错误.] =1.0×10-6C. :4.解析(1)由于小球处于平衡状态，对小球进行受 [答案]1.0×106C 力分析如图所示. 针对训练 由平衡条件得 1,C[要使三个点电荷处于平衡状态，可知C A C FTsin 0=qE,FTcos 0=mg, 应放在B的右侧，且与A电性相同带负电， 对电荷B,由FA=F得kg 解得g=mgtan9 E mg D (2)因带电小球受力平衡，重力与静电力的合力与丝线的拉力大小 电荷C,由FAC=Fc得k4QQe C产=k之，解得rwL.Q cos日小球 相等，故剪断丝线后小球所受重力、静电力的合力等于 4Q,故选项C正确.] 的加速度a 2.D[a受到重力、环的支持力以及b、c对a的库仑力，重力的方向 s。小球由静止开始沿丝线拉力的反方向做匀加 在竖直方向上，环的支持力以及b对的库仑力均沿圈环直径方： 速直线运动，当碰到金属板时，它的位移为 向，故c对a的库仑力为引力，同理可知，c对b的库仑力也为引 sn又1=za2, 力，所以a与c的电性一定相反，a与b的电性一定相同，即a、b小！ /2bcos 0 26 球带同种电荷，b、c小球带异种电荷，故A、B错误：对c小球受力 所以1=√a 2是入gsin8人/g tan· 分析，将力沿水平方向和竖直方向正交分解后可得k号sin60°=！ 答案(1)mgtan1 26 E (2)√gtan6 k94sin30°，又re:nhc=1:尽，解得qa:gh=5:9,故C错误， 4静电的防止与利用 D正确.门 ·必备知识·自主梳理 提升2 一、1.叠加减弱定向移动2.处处为0 [典例3][解析](1)由牛顿第二定律可知mngsin a一F=ma,根据！二、1.很大很大分离2.中和3.(1)避雷针(2)光滑 库仑定律得F=4-品。 H 三、2.静电力吸附3.静电喷漆 即学即用 则a=gsin a kQgsin'a 1(1)/(2)/(3)×(4)×(5)/ mH2 (2)当A球受到合力为零、加速度为零时，动能最大.设此时A球要点1 关键能力·合作探究 与B点间的距离为R,则mgsin a=k竖，解得R= kQg (1)提示：自由电子受外加电场的静电力作用而移动，向着与电场 R N mg sin a 相反的方向定向移动。 [答案](1)gsin a6 Qgsina（2), kQg (2)提示：不能.感应电荷产生的电场与外加电场反向，阻碍电子的 mH2 mg sin a 定向移动，当这两个电场大小相等时，自由电子的定向移动终止. 针对训练 :探究归纳 3.A[由静止释放后，两物体之间的作用力为库仑力，库仑力大小：[典例1][解析]枕形导体在正点电荷附近，出现静电感应现象， 与距离的平方成反比，由-t图像可知，B的加速度越来越小，即{ 导致电荷重新分布，因此在枕形导体内部出现感应电荷的电场与 所受库仑力越来越小，A、B之间距高越来越大，A、B之间的库仑 点电荷的电场叠加，静电平衡时，导体内部电场强度处处为零，A 力为排斥力，则两物体带同种电荷，故A正确：A、B之间相互排！ 错误：导体内部的电场强度处处为零，所以感应电荷产生的附加电 斥，A受到水平向右的摩擦力，故B错误：由牛顿第三定律知，无论 场强度的大小与点电荷产生的电场强度的大小相等，方向相反，故 A、B带电荷量多少，A、B受到的库仑力大小相等，无法确定它们！ EA>EB,B、C错误：当开关S闭合时，电子从大地沿导线向导体移 的带电荷量是否相等，故C错误：两物体相距越来越远，它们之间！ 动，D正确. 的库仑力越来越小，且始终小于A的最大静摩擦力，A不可能运；[答案]D 动，故D错误.」 针对训练 提升3 1,B[静电平衡的导体内部电场强度处处为零，是外部电场和内部 探究归纳 电场叠加的结果，不是导体内部没有电场，故A错误：处于静电平 [典例4][解析]根据做曲线运动物体所受合外力指向轨迹曲线： 衡状态的导体内部没有净电荷，电荷只分布在导体的外表面，故B 内侧可知粒子所受静电力的方向与电场线的方向相反，所以不论 正确：在静电平衡的导体内部电场强度处处为零，内部没有电荷的 粒子是从A运动到B,还是从B运动到A,粒子必带负电，故A错 定向移动，但是有电荷的无规则运动，故C、D错误，] 误，B正确：电场线密的地方电场强度大，所以粒于在B点受到的！2.D[由于静电平衡，导体内部E内=0是外加电场E和感应电荷 静电力大，在B点时的加速度较大，若粒子是从B运动到A,则其！电场强度E叠加的结果，即金属球上感应电荷在某点产生的电场 加速度减小，故C正确：从B到A过程中粒子所受静电力与速度！ 强度与，点电荷Q在该点的电场强度大小相等，方向相反，即Es 方向成锐角，即做正功，动能增大，速度增大，故D错误 [答案]BC 号，故选D] 针对训练 1要点2 4,A[带电粒子运动速度沿轨迹切线方向，受力方向与电场线在同！提示A中不会张开，金属网可以屏蔽外电场： 一直线上，静电力指向轨迹弯曲的内侧，B、C错误；由于运动过程！ B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： 中速度逐渐减小，则静电力做负功，静电力方向与速度方向夹角大！C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， 于90°，A正确，D错误.] 、 网外的带电体对网内也无影响， 212 探究归纳 :「典例4]「解析]完整球壳在M点产生的电场的场强大小为 「典例2]「解析]带正电的小球A放在不带电的空心球C内，通！ 过静电感应，空心球外壳带正电，内壁带负电，因此，金属空心球C 是电场原理知，右丰球在M点产生电场 和带电小球B带异种电荷，所以B受C球的吸引往右偏离竖直方 向，而由于空心球C能屏蔽小球B所产生的外部电场，因此A球 的场强大小为织一E,根据对称性可知，左半球壳在N点产生的 2R 不受B球电场的影响，而保持竖直位置不变，选项B正确 「答案1B 电场的场强大小也为祭一E,选项A正确 针对训练 [答案]A 3.B[金离罩B处于静电平衡状态，电荷分布在其外表面上，A错 误：由于静电感应，使金屑罩B在左侧外表面感应出负电荷，所以！ 第十章 静电场中的能量 金属罩B的右侧外表面感应出正电荷，B正确，D错误：由于静电 屏蔽，金属网罩内电场强度为零，故验电器C上无感应电荷，验电 1 电势能和电势 器C的金属箔片不会张开，C错误. 4,D[因为金属壳的外表面接地，所以外表面没有感应电荷，只有必备知识·自主梳理 内表面有感应电荷分布，且由于A带正电，则B的内表面带负电，！一、1，有关无关 D对，B,C错：A带正电，B的内表面带负电，所以空腔内电场强度；二、2.(1)减少量E4一EB(2)减少增加3零势能位置 不为零，A错.] 4.为零无限远处大地表面 素养演练·提升技能 三1，电势能电荷量2.3.伏特41)离场源电荷无限远 1,C[电工穿的铜丝编织的高压作业股使内部场强处处为零，可以 有效避免电工受到电击，对人体起到保护作用，主要应用了静电屏， 处(2)正、负5.逐渐降低 蔽原理，选项C正确.] 即学即用 2.C「处于静电平衡状态的导体内部的电场强度处处为零，选项C1.(1)×(2)/(3)/(4)/(5)× 正确.] :2.解析将负电荷从A点移到B点，静电力做负功，电势能增大， 3.C[在铝板和缝被针中间形成强电场，处于强电场中的空气分子；E4=q9A=一5X109×15J=一7.5×108J 会被电离为电子和正离子，烟尘吸附电子带负电，而被吸附到铝板： EpB=qoB =-5×10-8×10J=-5×10-8J 上，选项A错误：由于静电力做功，同一烟尘颗粒在被吸附过程中 WAB =EpA-EpB=-2.5X10-8 J. 离铝板越近速度越大，选项C正确，B错误：由于离铝板越近，电场！ 强度越小，同一烟尘颗粒在被吸附过程中如果带电荷量不变，离铝 答案增大-7.5×10-%-5×10-8-2.5×108 板越近则加速度越小，选项D错误，] 关键能力·合作探究 4.C[A图中，由于金属壳发生静电感应，内部场强为零，金属壳起要点1 到屏蔽外电场的作用：B图中金腐壳同大地连为一体，同A一样，：提示(1)静电力F=9E,静电力与位移间的夹角为0，静电力对试 外壳起到屏蔽外电场的作用：C中电荷会使金属壳内外表面带电，： 探电荷q做的功W=FlAB cos0=gELAM. 外表面电荷会在壳外空间中产生电场，即金属壳不起屏蔽作用：D (2)在线段AM上静电力做的功W1=qELAM,在线段MB上静电 中将金属壳接地后，外表面不带电，壳外不产生电场，金属壳起屏： 力做的功W2=0,总功W=W1十W=gEl4M: 蔽内电场的作用.] 5.AD[避雷针是利用尖端放电避免雷击的一种设施，D正确：根据探究归纳 (3)静电力做功与路径无关。 同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引，可知底端带负电的云层靠：角度1 近避香针时，针尖感应出正电荷，A正确，B错误：由于电荷更容易：典例1][解析]静电力微功的多少与电荷运动路径无关，故小 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，C错误.门 错误：静电力做功只与电荷在电场中的初、末位置有关，所以电荷 从某点出发又回到了该点，静电力做功为零，故B正确：正电荷沿 章末综合提升 着电场线方向运动，则正电荷受到的静电力方向和电荷的运动方 归纳提能 向相同，故静电力对正电荷做正功，同理，负电荷逆着电场线的方 [典例1][解析]a和b电荷量为十g,c和d电荷量为-g,则c、d电！ 向运动，静电力对负电荷做正功，故C正确：电荷在电场中运动虽 荷对a电荷的库仑力为引力，b电荷对a电荷的库仑力为斥力.根据库 然有静电力做功，但是电荷的电势能和其他形式的能之间的转化 ：瓦=E=号：旅搭力的合成法别a电 仑定律，F1=g 满足能量守恒定律，故D错误， [答案]BC 荷所受的静电力大小为F二警，故A,RC错误，D正瑰 !角度2 [典例2][解析](1)W4c=W4十Wx=(-3×105+1.2× [答案]D 10-5)J=-1.8×10-5J. [典例2][解析]对小球A进行受力分析如图所 可见电势能增加了1.8×10-5J. 示.由于对称性，细线拉力大小等于库仑力大小。F930 (2)如果规定电荷在A点的电势能为零，由公式得该电荷在B点 根据平衡条件，可知下廉o530°=之mg,解得 B11 的电势能为 EpB =EpA-WAB =0-WAB =3X10-5 J. F年=5ms,细线拉力大小下T=F年③m竖，故B 同理，电荷在C点的电势能为Ec=EpA一WAC=0一W4C=1.8X 3 3 10-5J. 正确，D错误：由库仑定律可得A、B间库仑力的大 (3)如果规定电荷在B点的电势能为零，则该电荷在A,点的电势 小为F=g,细线拉力下T也为g,故A,C错误。 能为EA'=EB'+WAB=0+WAB=-3X105J. 12 该电荷在C点的电势能为Ex'=EpB'-W=0一Wx=一1.2× 「答案1B 10-5J. [典例3][解析]根据带电粒子的运动轨迹可知，带电粒子所受】 [答案](1)增加了1.8×10-5J(2)3×10-5J1.8×10-5J 电场力的方向跟电场线共线，指向运动轨迹曲线弯曲的内侧，由此 (3)-3×105J-1.2×10-5J 可知，带电粒子与场源电荷电性相反，选项A错误；点电场线比b针对训练 点密，所以口，点电场强度较大，带电粒子在a点所受电场力较大，1.AD[在正点电荷形成的电场中，正电荷受到的静电力沿电场线 选项B正确：假设带电粒子由a,点运动到b,点，所受电场力方向与！ 方向，从M点移到N点，静电力做正功，电势能减少，A正确，B错 速度方向之间的夹角大于90°，电场力做负功，带电粒子的动能减！ 误：在正点电荷形成的电场中，负点电荷受到的静电力与电场线方 少，速度减小，即Ek>E帖o>%,同理可分析带电粒子由b点运 向相反，负点电荷从M,点移到N点，静电力做负功，电势能增加， 动到a点时也有Eka>Ek,>%,故选项C正确，D错误. C错误：把一负点电荷从M点沿直线移到N点，再从N点沿不同 [答案]BC 路径移回到M点，静电力做的总功为零，电势能不变，D正确.] 213第九章静电场及其应用 4静电的防止与利用 学习目标要求 核心素养和关键能力 1.知道什么是静电平衡状态，能说出静电平衡状态下的导体 1.科学思维 特点。 会根据静电平衡条件求解感应电荷产生的电场强度. 2.知道导体上电荷的分布特点，了解尖端放电、静电屏蔽现 2.科学态度 象及其成因。 会联系生活了解静电的防止与利用. 3.了解静电除尘、静电喷漆、静电复印的工作原理. 必备知识·自主梳理 预习新知夯实基础 一、静电平衡 :2.静电吸附：在电场中，带电粒子受到 的 1.静电平衡状态：导体在电场中发生静电感应现 作用，向着电极运动，最后被 在电极上的 象时，感应电荷的电场与原电场 ,使导体 现象 内部电场 ,直至为零，导体内部自由电子 不再发生 的状态 :3.静电吸附的应用：静电除尘 静电 2.处于静电平衡状态的导体的特征：内部的电场 复印 强度 即学即用 二、尖端放电 判断下列说法的正误。 1.电离：导体尖端的电荷密度 ,附近的电场 强度 ,空气中的带电粒子剧烈运动，并与 (1)处于静电平衡状态下的导体内部的外加电 空气分子碰撞从而使空气分子中的正负电荷： 场与附加电场的矢量和为零，即导体内部的电 的现象 场强度处处为零 () 2.尖端放电：导体尖端的强电场使附近的空气电 (2)静电平衡时，导体内部表现为电中性，电荷都 离，电离后的异种离子与尖端的电荷 ,相 当于导体从尖端失去电荷的现象， 分布在外表面，导体内部没有净剩电荷.() 3.尖端放电的应用与防止 (3)一个孤立的带电体，在自身所带电荷的电场 (1)应用： 是利用尖端放电避免雷击的 中，处于静电平衡状态，不具有静电平衡的 一种设施！ 特点 () (2)防止：高压设备中导体的表面尽量 (4)用金属网把验电器罩起来，再使带电金属球 减少电能的损失 靠近验电器，则验电器箔片能张开.() 三、静电屏蔽静电吸附 1.静电屏蔽：静电平衡时，导体壳内空腔里的电场 (5)电工穿的高压作业服是用铜丝编织的，目的 强度处处为0，外电场对壳内的仪器不会产生： 是铜丝衣服有屏蔽作用，使体内电场强度为零， 影响， ( 关键能力·合作探究 讲练设计探究重点 要点1 静电平衡的理解及应用 ! 探究导入如图所示，不带电的金属导体放到 电场中，导体内的自由电子将发生定向移动， 使导体两端出现等量异种电荷.请思考下列 问题： 19 物理必修第三册 (1)自由电子定向移动的原因是什么？定向移： A.导体内部A点的电场强度大于B点的电场 动的方向如何？ 强度 (2)自由电子能否一直定向移动？为什么？ B.感应电荷在A、B两点产生的附加电场强度 EA-EB C.感应电荷在A、B两点产生的附加电场强度 EA<EB D.当开关S闭合时，电子从大地沿导线向导体 移动 [听课记录] 探究归纳 1.静电平衡的形成 (1)自由电荷的移动：导体刚放入电场中的瞬： 间，导体中的自由电荷受静电力F的作用，产生 定向运动（如图甲），同时在导体中产生一个附 加电场E(如图乙)，使自由电荷又受静电场力 F的作用，F和F方向相反. (2)电场叠加：当E=E时，导体内合场强为零 (如图丙)，自由电荷受合力也为零，这时导体中： 无电荷定向移动，即达到了静电平衡状态 (3)结论：处于静电平衡的导体内部电场强度处 /名师点评/ 处为零 求处于静电平衡状态的导体内部的感应 电荷产生的场强大小的方法 9】 (1)先求出外电场场强E外的大小和方向. E' E合=0 E (2)由于导体处于静电平衡状态，则满足静电 平衡条件E合=0. (3)由E外十E感=0，求出感应电场E感的大 BOD D B 甲 丙 小和方向. 乙 2.静电平衡时导体的特点 针对训练 (1)处于静电平衡状态的导体内部场强处处为 零.导体内部场强为零指的是外部电场和附加 :1.导体处于静电平衡时，下列说法正确的是( 电场的合场强为零，其效果相互抵消. A.导体内部没有电场 B.导体内部没有净电荷，电荷只分布在导体的 (2)导体表面任一点的场强方向与该处的表面： 外表面 垂直 C.导体内部的电荷静止 (3)净电荷只分布在导体的外表面上 D.以上说法均不正确 (4)对于一孤立的带电体，可视为导体处于自己 :2.如图所示，接地金属球A 所带电荷的电场之中，达到静电平衡时，也有两 R 个基本特点： 的半径为R,球外点电荷的 ①导体内部的场强处处为零； 电荷量为Q,到球心的距离 为r,静电力常量为k,则该金属球上感应电荷在 ②导体所带电荷只能分布在导体的外表面上」 球心O处产生的电场强度大小为 [典例1]如图所示，把一个架⊙A·B☐ A. Q - B. Q十k Q 在绝缘支架上的枕形导体放在 R2 2 正点电荷形成的电场中，导体 C.0 处于静电平衡状态.下列说法正确的是( 20 第九章静电场及其应用 要点2对静电屏蔽的理解 :[典例2]将悬挂在细线上的带正电的小球A放 在不带电的金属带孔空心球C内（不和球壁接 探究导入在如图所示的实验中，验电器的金属 触)，另有一个悬挂在细线上的带负电的小球B 箔片能张开吗？为什么？ 向C靠近，如图所示.下列说法正确的有() 金 金属网 金属网 网 Q p 分a 2222☑222☑Z2☑ 绝缘底垫 绝缘底垫 地 A B 0 A.A往左偏离竖直方向，B往右偏离竖直方向 B.A的位置不变，B往右偏离竖直方向 C.A往左偏离竖直方向，B的位置不变 D.A和B的位置都不变 [听课记录] 探究归纳 1.静电屏蔽的实质 静电屏蔽的实质是利用了静电感应现象，使金： 属壳内感应电荷的电场和外加电场矢量和为： 零，好像是金属壳将外电场“挡”在外面，即所谓 的屏蔽作用，其实是壳内两种电场并存，矢量和 为零 2.静电屏蔽的两种情况 针对训练 导体外部电场不影响 接地导体内部的电场不 3.如图所示，放在绝缘台上的 B 导体内部 影响导体外部 金属网罩B内放有一个不 带电的验电器C,若把一带 图示 有正电荷的绝缘体A移近 金属罩B,则 A.金属罩B的内表面带正电荷 因场源电荷产生的电 场与导体球壳表面上 当空腔外部接地时，外 B.金属罩B的右侧外表面带正电荷 表面的感应电荷因接地 实现 感应电荷在空腔内的 C.验电器C的金属箔片将张开 过程 将传给地球，外部电场 合场强为零，达到静电 消失，起到屏蔽内电场 D.金属罩B左、右两侧电荷电性相同 平衡状态，起到屏蔽外 的作用 4.如图所示，把原来不带电的金属壳 电场的作用 B的外表面接地，将一带正电的小 最终 导体内空腔不受外界 接地导体空腔外部不受 球A从小孔中放入球壳内，但不与 结论 电荷影响 内部电荷影响 B接触，达到静电平衡后，则( A.B的空腔内电场强度为零 静电屏蔽是激发电场与感应电场叠加的结果， B.B不带电 本质 所以做静电屏蔽的材料只能是导体，不能是绝 C.B的外表面带正电 缘体 D.B的内表面带负电 21 物理必修第三册 素养演练·提升技能 达标训练素养提高 1.某研究性学习小组学习电学知识后对电工穿的： A.烟尘因为带正电而被吸附到缝被针上 高压作业服进行研究，发现高压作业服是用铜 B.同一烟尘颗粒在被吸附过程中离铝板越近速 丝编织的.下列各同学的理由正确的是( 度越小 A.甲认为铜丝编织的衣服不易拉破，所以用铜 C.同一烟尘颗粒在被吸附过程中离铝板越近速 丝编织 B.乙认为电工被铜丝纺织的衣服包裹，使身体 度越大 能够导电，对人体起保护作用 D.同一烟尘颗粒在被吸附过程中如果带电荷 C.丙认为电工被铜丝编织的衣服包裹，使体内 量不变，离铝板越近则加速度越大 场强保持为零，对人体起保护作用 4.如图所示，金属壳放在光滑的绝缘水平垫上，不 D.丁认为铜丝必须达到一定的厚度，才能对人 能起到屏蔽外电场或内电场作用的是( 体起到保护作用 2.如图所示，一个带负电的金属球放在 绝缘的支架上，处于静电平衡状态， 金属球内部的电场强度大小为E, 5.(多选)如图所示是闪电击中广州塔的画面，广州 若减少金属球的带电荷量，再次处于 塔的尖顶是一避雷针，雷雨天气时，底端带负电 静电平衡状态后，金属球内部的电场强度大小 的云层经过避雷针上方时，避雷针尖端放电形成 为E2,则 A.E2<E B.E2>E 瞬间强电流，乌云所带的负电荷经避雷针导入大 C.E2=E D.无法确定 地，在此过程中，下列说法正确的是 3.处于强电场中的空气分子会被电离为电子和正： 离子，利用此原理可以进行静电除尘.如图所示 是一个用来研究静电除尘的实验装置，铝板与手 塔 尖端 摇起电机的正极相连，缝被针与手摇起电机的负： 极相连，在铝板和缝被针中间放置点燃的蚊香 转动手摇起电机，蚊香放出的烟雾会被电极吸 A.云层靠近避雷针时，针尖感应出正电荷 附，停止转动手摇起电机，蚊香的烟雾又会袅袅： B.云层靠近避雷针时，针尖感应出负电荷 上升.关于这个现象，下列说法正确的是( C.避雷针尖端附近的电场强度比避雷针底端附 铝板 皱针 近的电场强度小 D.避雷针是利用尖端放电避免雷击的一种 蚊香 塑料棒 铁丝 设施 橡皮泥 温馨提示 请做课时分层检测（五） 22