9.4 静电的防止和利用 分层作业-2025-2026学年高二上学期物理人教版必修第三册

9.4 静电的防止和利用 分层作业 学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________ A层 1．廊坊大中广场的主楼高99.9米，目前是廊坊较高的建筑物。楼顶设置了避雷装置，用粗导线与埋在地下的金属网箱连接，保持与大地的良好接触，能够防止建筑物遭到雷击。该装置涉及到的物理原理是（　　） A．静电平衡 B．静电屏蔽 C．尖端放电 D．静电吸附 2．关于下列各图中包含的物理知识，说法正确的是（　　） A．图甲中，a和b是一条电场线上的两点，a点的电场强度一定比b点的大 B．图乙中，将带正电的c靠近原本不带电的导体棒使其A端带正电，B端带负电 C．图丙所示的两个等量异种电荷的电场线分布符合事实 D．图丁中用金属网把验电器罩起来，使带电金属球靠近验电器，箔片不会张开 3．（多选）物理和生活息息相关，联系生活实际是学好物理的基础。下列有关电学知识的相关说法不正确的有（　　） A．甲图中，家用煤气灶的点火装置是根据尖端放电的原理制成的 B．乙图中，两条优质的话筒线外面包裹着金属外衣增强了导电能力 C．丙图中，输电线上方的两条与大地相连的导线可以保护输电线不遭雷击 D．丁图为静电除尘装置的示意图，带正电的尘埃被收集在线状电极B上 4．（多选）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分别接高压电源的正、负两极，它们之间有很强的电场，空气分子被电离成正离子和电子，电子在向着正极A运动的过程中，遇到烟气中的粉尘，使粉尘带负电，粉尘被吸附到正极A上，以达到除尘的目的。下列说法正确的是（　　） A．带电后的粉尘向板状收集器运动过程中所受的电场力越来越小 B．B附近的空气分子比A附近的空气分子更容易被电离 C．带电粉尘沿电场线运动 D．带电后的粉尘向板状收集器运动过程中电势能逐渐增大 5．长为L的导体棒原来不带电，现将一个带正电的点电荷q放在导体棒的中心轴线上，且距离导体棒的A端为R，如图所示。 （1）由于静电感应，导体棒A端感应出哪种电荷？ （2）当导体棒达到静电平衡后，导体棒内一点C处的合场强多大？ （3）当导体棒达到静电平衡后，导体棒上感应电荷在棒的中点O处产生的场强大小和方向如何？ 6． 如图所示，A、B是两个带等量同种电荷的小球，A固定在竖直放置的10 cm长的绝缘支杆上，B静止于光滑绝缘的倾角为的斜面上且恰与A等高，若B的质量为，则B所带电荷量是多少？（取） B层 7．海南三沙某海洋气象观测站地处南海岛屿，常遭遇强雷暴天气和海洋高湿静电环境，站内配备了多种静电防护装置。下列说法正确的是（　　） A．观测站屋顶的避雷针利用静电屏蔽原理，将雷电的电荷引入地下避免建筑受损 B．站内气象监测仪器外罩的金属网罩，利用静电屏蔽保护仪器 C．工作人员穿戴的防静电手环通过尖端放电减少静电在人体的累积 D．高压设备表面尽量光滑，是为了增强尖端放电效果 8．（多选）物理和生活息息相关，联系生活实际是学好物理的基础。下列有关电学知识的相关说法正确的有（　　） A．甲图中，家用煤气灶的点火装置是根据尖端放电的原理制成的 B．乙图中，两条优质的话筒线外面包裹着金属外衣增强了导电能力 C．丙图中，输电线上方的两条与大地相连的导线可以保护输电线不遭雷击 D．丁图中，用铝箔袋来装电脑硬盘是为了更好防止硬盘被碰坏 9．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。 C层 10．有一接地的导体球壳，如图所示，球心处放一点电荷q，达到静电平衡时，则(　　) A．q的电荷量变化时，球壳外电场随之改变 B．q在球壳外产生的电场强度为零 C．球壳内、外表面的电荷在壳外的合场强为零 D．q与球壳内表面的电荷在壳外的合场强为零 11．（多选）如图是滚筒式静电分选器的原理图，导体滚筒C和放电针G分别接于直流电源的正、负板，并令C接地。放电针G与滚筒C间施加高压并电离空气，颗粒经过电离空气后都带上电荷。颗粒直接掉落在F盘，颗粒被刮板D刮落到E盘。下列说法正确的是（　　） A．两种颗粒都具有良好的导电性 B．两种颗粒都具有良好的绝缘性 C．在分选过程中，两种颗粒都带负电 D．对调G、C间的极性，分离器仍能正常工作 12．一个带电金属球达到静电平衡时，球内部没有净剩电荷，电荷均匀分布在外表面，球内部场强处处为0，球的外部电场与一个位于球心、电荷量相等的点电荷在同一点产生的电场相同，已知静电力常量为。 （1）根据电场强度的定义式和库仑定律，推导一个电荷量为的点电荷，在与之相距处的电场强度的表达式； （2）若将金属球内部挖空，使其成为一个均匀球壳，如图1所示。金属球壳的电荷量为，、是到球心的距离分别为和的两点，求点的场强，点的场强； （3）万有引力定律与库仑定律有相似的形式，因此质点的引力场与点电荷的电场也有很多相似的规律。已知引力常量为。假设沿地轴的方向通一条贯穿地球两极的隧道，隧道极窄，地球仍可看作一个半径为、质量分布均匀的球体。如图2所示，以地心为原点，向北为正方向建立轴，请在图3中作图描述道中地球引力场强度随变化的规律，并说明作图依据。 试卷第1页，共3页 试卷第1页，共3页 学科网（北京）股份有限公司 参考答案 题号 1 2 3 4 7 8 10 11 答案 C D BD AB B AC D CD 1．C 【详解】避雷装置的工作原理是利用尖端在强电场下优先放电，将雷电流通过导线引入大地，从而保护建筑物。 故选C。 2．D 【详解】A．因为一条电场线不能确定a、b两点的电场线的疏密，故条件不足，无法确定a、b两点的电场强度的大小，故A错误； B．图乙中根据感应起电的原理，近端带异种电荷，远端带同种电荷，故B端带正电，A端带负电，故B错误； C．电场线起始于正电荷或者无穷远，终止于无穷远或者负电荷，所以图丙中电场线分布不符合事实，故C错误； D．图丁中用金属网把验电器罩起来，使带电金属球靠近验电器，由于静电屏蔽，所以验电器的箔片不会张开，故D正确。 故选D。 3．BD 【详解】A．甲图中，家用煤气灶的点火装置是根据尖端放电的原理制成的，A正确； B．乙图中，两条优质的话筒线外面包裹着金属外衣是为了屏蔽外部信号的干扰，并非为了增强导电能力，B错误； C．丙图中，输电线上方的两条与大地相连的导线可以屏蔽住下面的输电线，能保护输电线不遭雷击，C正确； D．丁图为静电除尘装置的示意图，带负电的尘埃被收集在A板上，D错误。 此题选择不正确的，故选BD。 4．AB 【详解】B．两个板状收集器之间的电场分布如图所示（俯视图），B附近的场强大，气体分子更容易被电离，选项B正确； ACD．由图可知带电后的粉尘向板状收集器运动过程中所受的电场力越来越小，电场力做正功，电势能减小，电场线为曲线，带电粉尘不会沿电场线运动，选项CD错误，A正确。 故选AB。 5．（1）负电；（2）0；（3）；方向沿Oq连线且指向+q 【详解】（1）根据静电感应可知，靠近电荷的一端A端带负电； （2）当导体棒达到静电平衡后，导体棒内一点C处的合场强为0； （3）水平导体棒当达到静电平衡后，棒上感应电荷中点O处产生的场强大小与点电荷+q在该处产生的电场强度大小相等，方向相反．则棒上感应电荷在棒内中点产生的场强大小为 由于O处的合场强为零，所以感应电荷产生的场强方向与点电荷+q在该处产生的电场强度的方向相反，即沿Oq连线且指向+q。 6． 【详解】因为B静止于光滑绝缘的倾角为的斜面上且恰与A等高，设A、B之间的水平距离为，绝缘支杆的长度为。依据题意可得 解得 对B进行受力分析如图所示 根据受力平衡可得 又 解得 7．B 【详解】A．避雷针利用尖端放电原理（非静电屏蔽），通过尖锐尖端吸引雷电并将电荷导入地下，从而保护建筑。静电屏蔽是指导体外壳屏蔽外部电场，此处不适用，故A错误。 B．金属网罩作为导体外壳，形成静电屏蔽环境，可阻挡外部静电场进入，保护内部仪器免受干扰，故B正确。 C．防静电手环通过接地导线将人体静电导入大地，减少电荷累积，而非尖端放电（尖端放电需尖锐物体），故C错误。 D．高压设备表面光滑可减少电场集中，避免尖端放电（因尖端易引发放电），而非增强放电效果，故D错误。 故选B。 8．AC 【详解】A．甲图中，家用煤气灶的点火装置是根据尖端放电的原理制成的，故A正确； B．乙图中，两条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B错误； C．丙图中，输电线上方的两条与大地相连的导线形成了一个稀疏的金属网，可把高压线屏蔽起来，故C正确； D．丁图中，用铝箔袋来装电脑硬盘应用了静电屏蔽的作用，而并不是为了更好防止硬盘被碰坏，故D错误。 故选AC。 9．(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。 10．D 【详解】A．由于球壳接地，在静电平衡后，球壳与大地是等势体，所以球壳外的电场为0，不随q的变化发生变化，A错误； B．平衡状态后，q与球壳内表面的电荷在壳外的合场强为零，q单独在球壳外产生的电场强度不为零，B错误； C D．金属球壳外表面接地，所以球壳外表面不带电，内表面带与q相反电性的电荷，当到达静电平衡状态后，q与球壳内表面的电荷在壳外的合场强为零，故C错误，D正确。 故选D。 11．CD 【详解】C．由于C接正极，G接负极，则C上会有正电荷，放电针G周围形成很强的电场，使放电针G附近的空气电离而产生大量的电子和带正电的粒子，在电场力作用下，大量的电子或负离子被喷射到颗粒上，两种颗粒均带负电，C正确； AB．带负电的b颗粒因具有良好的导电性所以在与带正电的滚筒C接触后，其上的负电被滚筒C上的正电中和，然后带上正电，根据同种电荷相互排斥及重力作用下落于，带负电的a颗粒由于绝缘性，其所带负电不容易传给滚筒C，在滚筒C的静电吸引力作用下，附着于滚筒C的表面并随滚筒C转动，最后由刮板将其刮入E盘中，AB错误。 D．对调G、C间的极性，原理不变，两颗粒均带正电，导电性好的b颗粒还是落在F盘中，绝缘性好的a颗粒被刮入E盘中，分离器仍能正常工作，D正确。 故选CD。 12．（1）；（2），；（3）见解析 【详解】（1）电荷量为Q的点电荷，在与之相距r处放一试探电荷q，根据库仑定律，该试探电荷受到的电场力为 由电场强度 得电荷量为Q的点电荷，在与之相距r处电场强度 （2）一个带电金属球达到静电平衡时，球内部没有净剩电荷，电荷均匀分布在外表面，球内部场强处处为0，其在球的外部产生的电场，与一个位于球心、电荷量相等的点电荷在同一点产生的电场相同。A点在均匀带电球壳内部，故A点场强 B点的场强 （3）设距离一个质量为m的质点r处，放一个质量为另外一质点，在与之的引力场强度 假设地球平均密度为，隧道中距离地心为x处地球引力场强度大小 又因为在隧道中，在原点以北某物体受地球引力向南，在原点以南某物体受地球引力向北，故隧道中地球引力场强度随x变化的规律定性变化图像为 答案第1页，共2页 答案第1页，共2页 学科网（北京）股份有限公司 $