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

**基本信息** 分层清晰，从基础概念到综合应用再到拓展延伸，适配新授课差异化教学需求，助力物理观念建构与科学思维培养。 **分层设计** |层次|知识覆盖|设计特色| |----|----------|----------| |A层|静电防止利用实例、静电屏蔽原理、电场线与电势|单选/多选/简答结合，夯实静电基础概念与物理观念| |B层|金属球静电平衡、静电分选器原理、实验操作分析|含情境题与实验题，强化科学推理与实际应用能力| |C层|等离子体屏蔽效应、电场与引力场类比、场强推导|推导与作图题结合，提升模型建构与科学探究素养|

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．在金属球壳的球心有一个负点电荷，球壳内外的电场线分布如图所示，下列说法正确的是（　　） A．点的电势比点的高 B．球壳内表面带负电，外表面带正电 C．试探电荷+在点的电势能比在点的大 D．试探电荷+沿电场线从点运动到点，电场力做负功 2．关于静电的防止和利用，下列说法正确的是（　　） A．油罐车尾部拖一条铁链是利用摩擦起电 B．飞机起落架轮胎用绝缘橡胶是防止电荷传入大地 C．静电屏蔽是利用静电感应使内部电场为零 D．静电除尘是利用同种电荷相互排斥 3．（多选）下列有关静电现象的四幅图像，说法正确的是（　　） A．甲图中，毛皮摩擦过的橡胶棒带负电的原因是橡胶棒上的正电荷转移到毛皮上 B．乙图中，用带正电的物体接触验电器的金属球后金属片带正电 C．丙图中，A的左端、B的右端均带负电 D．丁图中，工人进行超高压带电作业，工作服是由含金属丝的织物制成的，起静电屏蔽的作用 4．（多选）对于书本中几幅插图所涉及的物理现象或原理，下列说法正确的是（　　） A．图甲中，武当山金殿装避雷针后，“雷火炼殿”奇观随之消失，这是利用尖端放电原理 B．图乙中，静电喷涂利用了带电涂料微粒与带电工件间的静电吸附 C．图丙中，燃气灶中电子点火器点火应用了静电感应原理 D．图丁中，由于金属网的屏蔽，A球上电荷在验电器金属球B处产生的电场强度为零 5．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？ 6．如图所示，点电荷A和B带电荷量分别为＋3.0×10－8C和－2.4×10－8C，彼此相距6cm。若在两点电荷连线中点O处放一个半径为1cm的金属球壳，求球壳上感应电荷在O点处产生的电场强度。（静电力常量） B层 7．一半径为的不带电实心金属球的圆心为，过点的水平、竖直虚线位于同一竖直面内，、、、各点均位于水平虚线上，、点位于金属球上，且，、点位于竖直虚线上。现将点电荷、分别固定于、两点，静电力常量为，则下列说法中正确的是（　　） A．点电势高于点电势 B．点电场强度平行向右 C．金属球的感应电荷在点产生的电场强度为 D．金属球的感应电荷在点产生的电场强度大小为 8．（多选）如图所示为滚筒式静电分选器的示意图，由料斗A，导板B，导体滚筒C，刮板D，料槽E、F和放电针G等部件组成。滚筒C、放电针G分别接直流高压电源的正、负极，并令滚筒C接地，放电针G与滚筒间施加高电压并电离空气，颗粒经过电离空气后都带上电荷。现将金属和塑料碎成粉粒后加入料斗，由于塑料及金属导电性能不同，最终可完成分离，并通过料槽E、F进行回收，则下列说法正确的是（　　） A．经过电离空气后，金属粉粒带正电，塑料粉粒带负电 B．金属粉粒会落入料槽F C．塑料粉粒会落入料槽F D．放电针G端点附近电场强度大于滚筒C附近的电场强度 9．在实验室完成下述实验（图）：将一只开口的空心金属球放在验电器A的导杆上，用与丝绸摩擦过的玻璃棒接触空心金属球，观察验电器A指针的情况。用带正电的玻璃棒分别与空心金属球外表和内壁接触，再分别与验电器B的金属球接触，观察两种情况下验电器B指针的位置变化。你发现了什么？请完成实验报告。 C 层 10． 等离子体是物质除固态、液态、气态外的第四态，由大量带电粒子（离子、电子）和中性粒子组成，整体呈电中性。当外来电荷放入等离子体中时，等离子体中的异号电荷会向其聚集，同号电荷会远离，形成“屏蔽层”。屏蔽层会抵消外来电荷的大部分电场，使电场仅在德拜长度内显著存在，超过后，等离子体重现“准中性”，电场强度近似为零。现将电荷量为的试探电荷放入等离子体中，不考虑试探电荷运动，电子和离子均视为静止电荷。下列说法正确的是（　　） A．试探电荷在距离其处产生的电场为0 B．试探电荷在距离其处产生的电场为0 C．等离子体在距离试探电荷为处的电场指向试探电荷 D．在距离试探电荷为处的电场指向试探电荷 11．（多选）如图所示,放在绝缘台上的金属网罩B内放有一个不带电的验电器C,若把一带有正电荷的绝缘体A移近金属罩B,则(   ) A．在B的外表面出现感应电荷 B．在B的内表面出现正电荷 C．验电器的金属箔片将张开 D．B的左右两侧电势相等 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。 参考答案 题号 1 2 3 4 7 8 10 11 答案 D C BD AB D BD C AD 1．D 【详解】A．沿电场线电势逐渐降低，可知点的电势低于球壳的电势，球壳电势低于点的电势，则点的电势比点的低，A错误； B．由电场线分布可知，球壳内表面带正电，外表面带负电，B错误； C．因M点电势低于N点的电势，可知试探电荷+在点的电势能比在点的小，C错误； D．因L点电势高于K点，可知试探电荷+沿电场线从点运动到点，电势能增加，则电场力做负功，D正确。 故选D。 2．C 【详解】A．油罐车尾部拖铁链是为了将油与罐体摩擦产生的静电导入大地，避免静电积累引发爆炸，属于静电的防止，并非利用摩擦生电，故A错误； B．飞机飞行时机身与空气摩擦会积累大量静电，起落架轮胎需用导电橡胶，目的是将静电导入大地，避免放电危害，若用绝缘橡胶会导致电荷无法导走，故B错误； C．静电屏蔽的原理是导体处于外电场中时发生静电感应，静电平衡后导体内部（含空腔内部）感应电荷的电场与外电场抵消，合电场强度为零，从而隔绝外电场对内部的影响，故C正确； D．静电除尘是使尘粒带电后，在电场力作用下向带异种电荷的电极运动并被吸附，利用的是异种电荷相互吸引，故D错误。 故选C。 3．BD 【详解】A．物体中可自由移动的是负电荷，根据摩擦起电原理，甲图中，毛皮摩擦过的橡胶棒带负电的原因是毛皮上的负电荷转移到橡胶棒上，故A错误； B．根据接触起电原理，乙图中，用带正电的物体接触验电器的金属球后金属片带正电，故B正确； C．丙图中，导体A、B中的电子，在小球C的电场的作用下移动，使导体A、B达到静电平衡，则靠近小球C的导体A的左端带负电，导体B的右端带正电，故C错误； D．金属丝工作服形成导体外壳，使内部电场为零，保护工人免受外部电场影响，可以起到静电屏蔽的作用，故D正确。 故选BD。 4．AB 【详解】A．图甲中，武当山金殿安装了避雷针后，电荷通过避雷针导入大地，不会出现“雷火炼殿”现象，这是利用尖端放电原理，故A正确； B．图乙中，静电喷涂利用了带电涂料微粒与带电工件间的静电吸附，故B正确； C．图丙中，燃气灶点火时应用了尖端放电的原理，故C错误； D．图丁中，由于金属网的屏蔽，验电器箔片不会张开，此时A球上电荷在验电器金属球B处产生的电场强度与金属网产生的感应电场相互平衡，不是A球上电荷在验电器金属球B处产生的电场强度为零，故D错误。 故选AB。 5．(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。 6．5.4×105N/C，方向由O指向A 【详解】＋q1在O点的场强大小为 方向由O指向B，－q2在O点的场强大小为 方向由O指向B。设感应电荷在O点处产生的场强大小为E3，由静电平衡条件知 E3＝E1＋E2＝5.4×105N/C 方向由O指向A。 7．D 【详解】金属球位于两点电荷的电场中，处于静电平衡状态，金属球内电场为球外两点电荷的电场与金属球感应电荷电场叠加成的合电场，场强为零，则感应电荷的电场与球外点电荷的电场等大、反向。 A．处于静电平衡状态的金属球是等势体，表面是等势面，则、两点电势相等，A错误； B．点位于金属球内，场强为0，B错误； C．点位于金属球内，场强为0，两点电荷在点的合场强平行向右，则金属球感应电荷在点的电场平行向左，C错误； D．两点电荷在点的场强为，则感应电荷在点的场强大小也为，D正确。 故选D。 8．BD 【详解】A．放电针G附近的空气受高压电场作用而电离，在电场力作用下，大量的电子或负离子被喷射在粉粒上，两种粉粒均带负电，故A错误； BC．带负电的金属粉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，在重力作用下落于料槽F；绝缘性能良好的塑料粉粒，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，最后粉粒较大者在重力作用下掉入料槽E，粉粒较小者由刮板将其刮入料槽E，故B正确，C错误； D．尖端附近的电场线比较密集，所以在放电针G端点附近电场强度大于滚筒C附近的电场强度，故D正确。 故选BD。 9．见解析 【详解】若使带正电的玻璃棒接触空心金属球内表面，玻璃棒上的电荷全部转移到A上，则玻璃棒不带电；然后接触B，B不能带电；操作若干次，观察到B指针的张角不变； 若使带正电的玻璃棒接触空心金属球外表面，玻璃棒上的部分电荷转移到A上，则玻璃棒仍然带电；然后接触B，B带电；操作若干次，观察到B指针的张角变大。 10．C 【详解】AB．试探电荷自身产生的电场满足 距离其有限范围内，试探电荷产生的电场强度始终不为零，且方向背离试探电荷。故A、B错误； C．根据题干描述，等离子体对外来电荷的电场具有屏蔽效应，德拜长度为。超过后，电场强度近似为零，故等离子体在处产生的电场与试探电荷自身产生的电场等大反向，指向试探电荷，故C正确； D．德拜长度为，电场仅在德拜长度内显著存在，在距离试探电荷为处，等离子体的屏蔽作用不完全，总电场由的电场和等离子体的电场叠加而成，合电场方向背离试探电荷，故D错误。 故选C。 11．AD 【详解】A、B、由于金属网罩的静电屏蔽作用，B的内表面不带电，金属网罩表面的自由电子重新分布，根据“近异远同”的结论，B的右侧外表面带正电荷，B的左侧外表面负电荷，故A正确，B错误； C、由于金属网罩的静电屏蔽作用，B的内部电场强度处处为零，故验电器的金箔不张开，故C错误； D、金属网罩处于静电平衡状态，是等势体，故其左右两侧电势相等，故D正确； 故选AD. 【点睛】静电屏蔽的意义：屏蔽使金属导体壳内的仪器或工作环境不受外部电场影响，也不对外部电场产生影响. 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 $