9.4 静电的防止与利用 导学案-2025-2026学年高二上学期物理人教版必修第三册

该高中物理导学案聚焦静电的防止与利用，涵盖静电平衡、尖端放电、静电屏蔽、静电吸附核心知识点，通过关联电场、静电感应等前置知识搭建学习支架，引导学生理解静电现象的形成原理及实际应用。 资料以“原理-应用”为主线，设置多道例题及课后练习，结合避雷针、静电除尘等生活实例，帮助学生建立物理观念，通过问题分析与推理培养科学思维，同时注重理论联系实际，提升学生解决实际问题的能力。

9.4　静电的防止与利用 一、静电平衡 (1)静电平衡：导体放入电场中时，附加电场与原电场的电场强度在导体内部大小相等且方向相反，使得叠加电场强度为零时，自由电荷不再发生 ，导体达到 。 (2)静电平衡产生原理：把一个不带电的金属导体放到外电场E0中，由于静电感应，在导体两侧感应出 ，它们在导体内部产生的电场强度与外电场方向相反，这两个电场叠加后使原电场强度逐渐减弱，直至导体内部各点的合电场强度为零，此时导体内的自由电子不再发生定向移动。 (3)处于静电平衡状态的导体的特点 ①导体内部的电场强度 。 ②导体是一个等势体，导体表面是 。 ③导体表面处的电场强度方向与导体表面 。 ④导体内部没有净电荷，净电荷只分布在导体的外表面上。 ⑤在导体外表面越尖锐的位置，净电荷的密度（单位面积上的电荷量）越大，凹陷的位置几乎没有净电荷。 (4)导体上电荷的分布： ①导体 没有电荷，电荷只分布在导体的 。 ②在导体外表面，越尖锐的位置，电荷的密度（单位面积的电荷量） ， 的位置几乎没有电荷。 【例1】矩形金属导体处于正点电荷Q产生的电场中，静电平衡时感应电荷产生的电场在导体内的电场线分布情况正确的是（　　） A． B． C． D． 【例2】（多选）如图所示，把一个架在绝缘支架上的枕形导体放在正电荷形成的电场中，导体处于静电平衡时，下列说法正确的是（　　） A．A、B两点电场强度相等，且都为零 B．A、B两点的电场强度不相等 C．感应电荷产生的附加电场强度大小是EA<EB D．当电键K闭合时，电子从大地沿导线向导体移动 【例3】（多选）如图所示，原来不带电，长为l的导体棒水平放置，现将一个电荷量为（）的点电荷放在棒的中心轴线上距离棒的左端R处，A、B分别为导体棒左右两端的一点，静电力常量为k。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．棒上感应电荷在棒的中心轴线上距棒的右端处产生的电场强度大小为 C．棒上感应电荷在棒的中心O处产生的电场强度方向水平向右 D．若用一根导线将A、B相连，导线上不会产生电流 二、尖端放电 (1)空气的电离：在一定条件下，导体尖端电荷 很大，导体尖端周围的强电场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 ，这种现象叫作空气的电离。 (2)尖端放电：所带电荷与导体尖端的电荷符号相反的粒子，由于被 ，而与尖端上的电荷中和，相当于导体从尖端 的现象。 (3)尖端放电的应用与防止： ①应用：避雷针是利用尖端放电避免雷击的一种设施。 ②防止：高压设备中导体的表面尽量 会减少电能的损失。 【例1】一些较高的建筑物上都安装有避雷针，关于避雷针，以下说法正确的是（　　） A．避雷针与建筑物可以存储大量电荷 B．避雷针尖端产生的感应电荷向云层放电，中和了云层中的电荷 C．云层与避雷针发生摩擦，避雷针上产生的电荷被导入大地 D．避雷针顶部制作成圆球形比尖锥形避雷效果更好 【例2】如图所示为位于湖北省西北部武当山上的金殿，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，像被重新洗练过一般，这就是人们所说的“雷火炼殿”奇观。有关“雷火炼殿”，下列说法正确的是（　　） A．“雷火炼殿”属于尖端放电现象 B．只要云层移近金殿就会产生“雷火炼殿”现象 C．在金殿与带电积雨云之间发生雷电时，由于金顶是天然的无尖端导体，所以出现火球在金殿屋顶来回滚动的现象 D．近代由于人们给金殿安装避雷设施，屏蔽了雷电对金殿的影响，导致“雷火炼殿”现象消失 【例3】日常生活中，燃气灶的电子点火器（如图所示）能快速产生火花点燃燃气，其工作原理是（　　） A．尖端放电 B．静电平衡 C．静电屏蔽 D．静电吸附 3、 静电屏蔽 (1)静电屏蔽：导体壳（或金属壳）内达到静电平衡后，外电场对内部 产生影响，金属壳的这种作用叫作静电屏蔽。 (2)实质：实质是利用了 现象，使金属壳内的感应电荷的电场和外加电场的电场强度矢量和为零。 (3)应用： ①生活中有很多对静电屏蔽的应用，以此来保护壳内仪器不受外加电场影响。例如：电子仪器外部加装金属壳，通信电缆外面包有一层金属网，高压线路检修人员要穿屏蔽服。 ②静电屏蔽不一定要用密封的金属容器，金属网也能起到屏蔽的作用，在野外的高压输电线的三条输电线上方还有两条导线，它们的作用就是与大地相连形成一个稀疏的金属网，以此来保护高压输电线不受雷击。 静电屏蔽的两种情况 屏蔽外电场 外屏蔽 屏蔽内电场 全屏蔽或内屏蔽 图示 实现过程 因场源电荷产生的电场与导体球壳表面上感应电荷产生的电场在空腔内的合电场强度为零，达到静电平衡状态，起到屏蔽外电场的作用 当空腔外部接地时，外表面的感应电荷因接地将传给地球，外部电场消失，起到屏蔽内电场的作用 最终结论 导体内空腔不受外界电荷影响 接地导体空腔外部不受内部电荷影响 本质 静电感应与静电平衡，所以做静电屏蔽的材料只能是导体，不能是绝缘体 【例1】下列场景均涉及电学知识，其中应用的主要物理学原理相同的是（   ） A．①和② B．②和③ C．①和④ D．③和④ 【例2】如图所示金属球壳内有一静止的负电荷，球壳内、外表面的感应电荷分布可能是（　　） A． B． C． D． 【例3】实验小组的同学用金属罩、两个带正电的小球和铁架台做验证静电屏蔽的实验，下列四幅图像所表示的情景，可能在实验中出现的是（　　） A． B． C． D． 【例4】某科学博物馆有一个令人印象深刻的实验演示：将人安置在一个巨大的金属笼内，即使外加于金属笼的高电压产生巨大火花，金属笼内的人依然毫发无伤。依据前述实验结果，若将一导体球壳置于电场中，则下列电场线分布示意图，何者正确？（各选项中实线代表不偏折的电场线，虚线代表垂直射入或穿出导体球壳表面的电场线）（　　） A．    ` B． C． D． 四、静电吸附 (1)静电 ①物体带电后，其周围会产生电场，电场中电势不同的两点间存在 。电压高到一定程度，就会击穿周围的空气而发生 。 ②带电体的 越好，电荷越容易积累，产生的电压就会越 。 (2)静电的利用 ①静电吸附：在电场中，带电粒子在 作用下，向着电极运动，最后被吸附在电极上的现象。 ②静电除尘：烟尘中带有负电的颗粒在 的作用下吸附到桶壁上，在 的作用下落入漏斗中，达到除尘的目的。 ③静电喷漆：设法使雾化的油漆液滴或固体涂料的细小颗粒飞离喷嘴时带上 电荷，在 作用下飞向作为 的工件，由于同种电荷的排斥作用，就能够比较均匀地沉积于工件表面。 ④静电复印：复印机应用了静电吸附的原理。 【例1】（多选）关于下列四幅图的说法错误的是（　　） A．图甲为静电除尘原理的示意图，带正电的尘埃将被吸附到带负电的板状收集器A上 B．如图乙所示，给汽车加油前要触摸一下静电释放器，是为了导走人身上的电荷 C．图丙为静电喷漆的原理图，涂料微粒在电场力作用下沿电场线运动到电极上 D．如图丁所示，高层建筑物顶端安装有避雷针，避雷针的原理为尖端放电 【例2】静电喷涂机原理如图所示，静电喷涂机接高压电源，工作时将涂料微粒喷向带正电的被喷涂工件，高速运动的微粒被吸附到工件表面，关于静电喷涂机的涂料微粒，下列说法中正确的有（　　） A．微粒带正电 B．微粒带负电 C．微粒受电场力作用 D．微粒可带正电，也可带负电 【例3】下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）。 课后练习 1.（多选）下列有关电学知识的相关说法，正确的是（　　） A．图甲在加油站给车加油前，触摸一下静电释放器是为了导走加油枪上的静电 B．图乙中家用煤气灶的点火装置，是根据静电屏蔽原理而制成的 C．图丙中野外高压输电线受到雷击的可能性很大，所以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 D．图丁为一根优质电话线，给话筒线套上金属外衣，可以起到静电屏蔽的效果，防止干扰信号从话筒线上“入侵” 2.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．尘埃颗粒带正电 B．尘埃颗粒运动过程中速度越来越小 C．尘埃颗粒向收集器A运动过程为匀加速运动 D．尘埃颗粒运动过程中加速度变小 3．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 4．如图所示，空间中有一不带电的金属球，现在金属球右侧沿球的水平直径的延长线上放置一根均匀带电的细杆。金属球上感应电荷在球内水平直径上a、b、c三点产生的电场强度大小分别为、、，下列说法正确的是（　　） A．最大 B．最大 C．最大 D． 5．物理和生活息息相关，联系生活实际对物理基本概念进行认识和理解，是学好物理的基础。关于静电现象下列说法，正确的是（    ） A．图甲是静电释放器，给汽车加油前用手触摸一下，其目的是导走加油枪上的静电 B．图乙中是避雷针的示意图，避雷针防止建筑物被雷击的原理是尖端放电 C．图丙采用金属材料编织衣服的目的是利用静电吸附 D．图丁是制作预防新型冠状病毒性肺炎口罩的一种新颖的“静电”绝缘纤维布，熔喷层经驻极工艺，表面带有电荷，它能阻隔几微米的飞沫，这种静电的阻隔作用属于静电屏蔽 6．近期黑龙江省部分地区出现停电的情况，很多电厂、电站都以煤做燃料的工厂，每天排出的烟气带走大量的煤粉如图甲所示，这不仅浪费燃料，而且严重地污染环境，为了消除烟气中的煤粉，如图乙所示为静电除尘示意图，m、n为金属管内两点。在P、Q两点加高电压时，金属管内空气电离。电离出来的电子在电场力的作用下，遇到烟气中的煤粉，使煤粉带负电，导致煤粉被吸附到管壁上，排出的烟就清洁了。就此示意图，下列说法正确的是（　　） A．Q接电源的正板，且电场强度 B．Q接电源的正极，且电场强度 C．P接电源的正极，且电场强度 D．P接电源的正极，且电场强度 7．如图所示为静电除尘示意图，在M、N两点间加高压电源时，金属管内空气电离，电离出的电子在静电力的作用下运动，遇到烟气中的煤粉，使煤粉带负电荷，因而煤粉被吸附到管壁上，排出的烟就清洁了。下列说法正确的是（　　） A．N接电源的正极 B．空气在靠近金属管壁处电离 C．煤粉最终从最上端出口排出 D．带电煤粉在B点受静电力方向向右 8．一个不带电的空心金属球，在它的球心处放一个正电荷，其电场分布是下图中的哪一个（　　） A． B． C． D． 9．夏天，受强对流天气影响，经常有雷电发生。为避免雷电造成的损害，某建筑顶部装有避雷针。如图所示为某次闪电前瞬间避雷针周围电场的等势面分布情况。在等势面中有A、B、C三点，其中A、B两点位置关于避雷针对称。下列说法正确的是（　　） A．A、B两点的场强相同 B．此次闪电前瞬间避雷针尖端一定带负电 C．从云层沿直线向避雷针尖端运动的电荷受到的电场力可能越来越小 D．某正电荷从点移动到点，电场力对该电荷做负功 10．科学晚会上，一位老师表演了一个“魔术”。魔术道具如图甲所示，手摇起电机旁有一个没有底的空塑料瓶，起电机两根放电杆分别与瓶内的锯条、金属片相连。瓶内俯视图如图乙所示。瓶内放一盘点燃的蚊香，很快就看见整个塑料瓶内烟雾缭绕。转动手摇起电机手柄，瓶内烟雾很快消失；停止转动手柄，瓶内又恢复烟雾缭绕的状态。起电机工作时，下列说法正确的是（　　） A．烟尘颗粒在向某极运动过程中做匀加速运动 B．金属片与锯条间的场强方向由锯条指向金属片 C．烟尘颗粒因被电离而吸附在金属片上 D．烟尘颗粒运动过程中电势能减小 11．（多选）图为静电除尘器除尘机理的示意图。尘埃在电场中通过某种机制带电，在电场力的作用下向集尘极迁移并沉积，以达到除尘目的。下列表述正确的是（　　） A．到达集尘极的尘埃带负电荷 B．电场方向由放电极指向集尘极 C．某一带电尘埃向集尘极迁移过程中，它的电势能增加 D．同一位置带电荷量越多的尘埃所受电场力越大 12．（多选）如图所示，一个不带电的导体P正在向带正电的小球Q缓慢靠近，但不接触，也没有发生放电现象，是导体P左、右两端内的点，则下列说法正确的是（　　） A．右端的感应电荷正电荷 B．导体内场强越来越大 C．感应电荷在C点产生的场强始终大于在B点产生的场强 D．用手摸一下导体P的左端可使导体P带正电 13．（多选）在汽车喷漆中，有一门技术叫做静电喷涂，在市场上已经得到广泛的运用。静电喷涂是一种利用电荷和电场将雾化涂料的微粒吸附到喷涂对象上的喷涂工艺，如图所示为其原理结构图。下列说法正确的是（　　） A．静电喷涂属于尖端放电 B．雾化涂料向工件运动的过程中做匀变速曲线运动 C．喷口喷出的雾化涂料微粒带负电，被涂工件接正极 D．雾化涂料向工件运动的过程中，电场力做正功，电势能减小 14．（多选）电晕放电在电选矿、静电除尘等方面均有广泛应用。以针板式电晕放电为例，如图，在针板式电极场中，在高电压作用下，针式电极周围空气被电离，在周围产生电晕区，生成正离子和负离子。电晕区的负离子在电场力的作用下向集尘极移动，途中黏附在灰尘上，并在电场力作用下继续向集尘极移动，最后沉积在集尘极上面。下列说法正确的是（    ） A．供电装置上端为电源正极，下端为电源负极 B．供电装置上端为电源负极，下端为电源正极 C．带电灰尘飞向集尘极的过程中，电势能减小 D．带电灰尘飞向集尘极的过程中，做匀加速直线运动 学科网（北京）股份有限公司 $ 9.4　静电的防止与利用 一、静电平衡 (1)静电平衡：导体放入电场中时，附加电场与原电场的电场强度在导体内部大小相等且方向相反，使得叠加电场强度为零时，自由电荷不再发生定向移动，导体达到静电平衡状态。 (2)静电平衡产生原理：把一个不带电的金属导体放到外电场E0中，由于静电感应，在导体两侧感应出异种电荷，它们在导体内部产生的电场强度与外电场方向相反，这两个电场叠加后使原电场强度逐渐减弱，直至导体内部各点的合电场强度为0，此时导体内的自由电子不再发生定向移动。 (3)处于静电平衡状态的导体的特点 ①导体内部的电场强度处处为零。 ②导体是一个等势体，导体表面是等势面。 ③导体表面处的电场强度方向与导体表面垂直。 ④导体内部没有净电荷，净电荷只分布在导体的外表面上。 ⑤在导体外表面越尖锐的位置，净电荷的密度（单位面积上的电荷量）越大，凹陷的位置几乎没有净电荷。 (4)导体上电荷的分布： ①导体内部没有电荷，电荷只分布在导体的表面。 ②在导体外表面，越尖锐的位置，电荷的密度（单位面积的电荷量）越大，凹陷的位置几乎没有电荷。 【例1】矩形金属导体处于正点电荷Q产生的电场中，静电平衡时感应电荷产生的电场在导体内的电场线分布情况正确的是（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】导体处于静电平衡状态时，导体内部场强处处为0，感应电荷在导体内部某处产生的电场与场源电荷Q在此处产生的电场强度大小相等，方向相反。 故选A。 【例2】（多选）如图所示，把一个架在绝缘支架上的枕形导体放在正电荷形成的电场中，导体处于静电平衡时，下列说法正确的是（　　） A．A、B两点电场强度相等，且都为零 B．A、B两点的电场强度不相等 C．感应电荷产生的附加电场强度大小是EA<EB D．当电键K闭合时，电子从大地沿导线向导体移动 【答案】AD 【详解】AB．枕形导体在点电荷附近，处于静电平衡状态，其内部电场强度处处为零，故A、B两点电场强度相等，且都为零，故A正确，B错误； C．点电荷的产生电场在A点的场强大于在B点的场强，在枕形导体内部出现感应电荷的电场，正好与点电荷的电场叠加，叠加后电场为零，所以感应电荷产生的附加电场强度大小是，故C错误； D．电键K闭合时，电子从大地沿导线向导体定向移动，以中和枕形导体上的正电荷，最后使它显示负电性，故D正确。 故选AD。 【例3】（多选）如图所示，原来不带电，长为l的导体棒水平放置，现将一个电荷量为（）的点电荷放在棒的中心轴线上距离棒的左端R处，A、B分别为导体棒左右两端的一点，静电力常量为k。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．棒上感应电荷在棒的中心轴线上距棒的右端处产生的电场强度大小为 C．棒上感应电荷在棒的中心O处产生的电场强度方向水平向右 D．若用一根导线将A、B相连，导线上不会产生电流 【答案】BD 【详解】A．由静电感应可知，棒左端感应出负电荷，右端感应出正电荷，A错误； BC．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；同理可知，棒上感应电荷在棒的中心轴线上距棒的右端处产生的电场强度大小为，B正确，C错误； D．导体棒是等势体，左右端电势相等，若用一根导线将A、B相连，导线上不会产生电流，故D正确。 故选BD。 二、尖端放电 (1)空气的电离：在一定条件下，导体尖端电荷密度很大，导体尖端周围的强电场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，这种现象叫作空气的电离。 (2)尖端放电：所带电荷与导体尖端的电荷符号相反的粒子，由于被吸引，而与尖端上的电荷中和，相当于导体从尖端失去电荷的现象。 (3)尖端放电的应用与防止： ①应用：避雷针是利用尖端放电避免雷击的一种设施。 ②防止：高压设备中导体的表面尽量光滑会减少电能的损失。 【例1】一些较高的建筑物上都安装有避雷针，关于避雷针，以下说法正确的是（　　） A．避雷针与建筑物可以存储大量电荷 B．避雷针尖端产生的感应电荷向云层放电，中和了云层中的电荷 C．云层与避雷针发生摩擦，避雷针上产生的电荷被导入大地 D．避雷针顶部制作成圆球形比尖锥形避雷效果更好 【答案】B 【详解】A．避雷针是导体，其作用是将电荷导入大地，而非存储电荷，故A错误。 B．当云层带电时，避雷针尖端因静电感应聚集电荷，产生强电场。若电场强度足够，避雷针会先向云层放电，中和云层部分电荷，从而减少雷击风险，故B正确。 C．避雷针工作依赖静电感应，而非摩擦起电，故C错误。 D．尖端形状利于电荷聚集，增强放电效果；圆球形会减弱电场强度，降低避雷效率，故尖锥形优于圆球形，D错误。 【例2】如图所示为位于湖北省西北部武当山上的金殿，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，像被重新洗练过一般，这就是人们所说的“雷火炼殿”奇观。有关“雷火炼殿”，下列说法正确的是（　　） A．“雷火炼殿”属于尖端放电现象 B．只要云层移近金殿就会产生“雷火炼殿”现象 C．在金殿与带电积雨云之间发生雷电时，由于金顶是天然的无尖端导体，所以出现火球在金殿屋顶来回滚动的现象 D．近代由于人们给金殿安装避雷设施，屏蔽了雷电对金殿的影响，导致“雷火炼殿”现象消失 【答案】C 【详解】ABC．“雷火炼殿”时，带电云层与具有导电本领的金顶之间，由于高压使空气电离而产生雷电，又由于金顶是天然的无尖端导体，金顶所带电荷不能大量释放到空气中，所以出现火球在金殿屋顶来回滚动的现象，该现象并非尖端放电现象，选项AB错误，C正确； D．给金殿安装避雷设施后，空气中的电离电荷被导入大地，无法再现火球在金殿屋顶来回滚动的现象，并非静电屏蔽的缘故，选项D错误。 故选C。 【例3】日常生活中，燃气灶的电子点火器（如图所示）能快速产生火花点燃燃气，其工作原理是（　　） A．尖端放电 B．静电平衡 C．静电屏蔽 D．静电吸附 【答案】A 【详解】燃气灶中的电子点火器应用了尖端放电的原理。 故选A。 3、 静电屏蔽 (1)静电屏蔽：导体壳（或金属壳）内达到静电平衡后，外电场对内部不会产生影响，金属壳的这种作用叫作静电屏蔽。 (2)实质：实质是利用了静电感应现象，使金属壳内的感应电荷的电场和外加电场的电场强度矢量和为零。 (3)应用： ①生活中有很多对静电屏蔽的应用，以此来保护壳内仪器不受外加电场影响。例如：电子仪器外部加装金属壳，通信电缆外面包有一层金属网，高压线路检修人员要穿屏蔽服。 ②静电屏蔽不一定要用密封的金属容器，金属网也能起到屏蔽的作用，在野外的高压输电线的三条输电线上方还有两条导线，它们的作用就是与大地相连形成一个稀疏的金属网，以此来保护高压输电线不受雷击。 静电屏蔽的两种情况 屏蔽外电场 外屏蔽 屏蔽内电场 全屏蔽或内屏蔽 图示 实现过程 因场源电荷产生的电场与导体球壳表面上感应电荷产生的电场在空腔内的合电场强度为零，达到静电平衡状态，起到屏蔽外电场的作用 当空腔外部接地时，外表面的感应电荷因接地将传给地球，外部电场消失，起到屏蔽内电场的作用 最终结论 导体内空腔不受外界电荷影响 接地导体空腔外部不受内部电荷影响 本质 静电感应与静电平衡，所以做静电屏蔽的材料只能是导体，不能是绝缘体 【例1】下列场景均涉及电学知识，其中应用的主要物理学原理相同的是（   ） A．①和② B．②和③ C．①和④ D．③和④ 【答案】C 【详解】①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： ②主要用了放大法来研究微小量 ③静电除尘主要是使颗粒带电，然后被另一电极吸引，这里利用了静电力的作用 ④带电金属球靠近静电计金属片不张开是因为金属网起到了静电屏蔽的作用 物理学原理相同的是①和④。 故选C。 【例2】如图所示金属球壳内有一静止的负电荷，球壳内、外表面的感应电荷分布可能是（　　） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】根据静电感应知识可知，球壳内表面感应出正电荷，外表面感应出负电荷，右侧部分与负点电荷距离近，感应的正电荷要多一点，另外，球壳内表面电荷的分布应关于球心与点电荷连线上下对称，由于球壳内外表面之间场强处处为零，则球壳外表面电荷应均匀分布。 故选C。 【例3】实验小组的同学用金属罩、两个带正电的小球和铁架台做验证静电屏蔽的实验，下列四幅图像所表示的情景，可能在实验中出现的是（　　） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】A．金属壳未接地，外部正电荷会使壳表面感应出电荷，但壳内部电场为零，内部的正电荷小球不会受到外部正电荷的库仑斥力（不会出现排斥偏转），A错误； B．金属壳接地，壳与大地成为等势体，外部正电荷的电场被屏蔽，内部的正电荷小球不受外部电场影响（保持竖直静止），B错误； C．金属罩未接地时，金属壳外部有感应电荷，对外部的正电荷小球有作用力，C正确； D．金属罩接地后，外部能屏蔽掉金属罩内部电场，D错误。 故选C。 【例4】某科学博物馆有一个令人印象深刻的实验演示：将人安置在一个巨大的金属笼内，即使外加于金属笼的高电压产生巨大火花，金属笼内的人依然毫发无伤。依据前述实验结果，若将一导体球壳置于电场中，则下列电场线分布示意图，何者正确？（各选项中实线代表不偏折的电场线，虚线代表垂直射入或穿出导体球壳表面的电场线）（　　） A．    ` B． C． D． 【答案】D 【详解】导体球壳放置在电场中，导体球壳处于静电平衡状态，内部电场强度为0，即没有电场线，导体球壳是等势体，根据电场线方向与等势线方向垂直，可知导体球壳表面的电场线垂直导体球壳表面。 故选D。 四、静电吸附 (1)静电 ①物体带电后，其周围会产生电场，电场中电势不同的两点间存在电势差。电压高到一定程度，就会击穿周围的空气而发生放电现象。 ②带电体的绝缘性越好，电荷越容易积累，产生的电压就会越高。 (2)静电的利用 ①静电吸附：在电场中，带电粒子在静电力作用下，向着电极运动，最后被吸附在电极上的现象。 ②静电除尘：烟尘中带有负电的颗粒在电场力的作用下吸附到桶壁上，在重力的作用下落入漏斗中，达到除尘的目的。 ③静电喷漆：设法使雾化的油漆液滴或固体涂料的细小颗粒飞离喷嘴时带上负（或正）电荷，在电场力作用下飞向作为电极的工件，由于同种电荷的排斥作用，就能够比较均匀地沉积于工件表面。 ④静电复印：复印机应用了静电吸附的原理。 【例1】（多选）关于下列四幅图的说法错误的是（　　） A．图甲为静电除尘原理的示意图，带正电的尘埃将被吸附到带负电的板状收集器A上 B．如图乙所示，给汽车加油前要触摸一下静电释放器，是为了导走人身上的电荷 C．图丙为静电喷漆的原理图，涂料微粒在电场力作用下沿电场线运动到电极上 D．如图丁所示，高层建筑物顶端安装有避雷针，避雷针的原理为尖端放电 【答案】AC 【详解】A．图甲为静电除尘原理的示意图，根据电荷间的相互作用力可知，异种电荷相互吸引，因此带负电的尘埃将被吸附到带正电的板状收集器A上，故A错误； B．给汽车加油前要触摸一下静电释放器，其原理是导走人身的静电，故B正确； C．图丙为静电喷漆的原理图，因为电场线是曲线，涂料微粒在电场力作用下不会沿电场线运动，故C错误； D．高层建筑物顶端安装有避雷针，避雷针的原理为尖端放电，故D正确。 本题选错误的，故选AC。 【例2】静电喷涂机原理如图所示，静电喷涂机接高压电源，工作时将涂料微粒喷向带正电的被喷涂工件，高速运动的微粒被吸附到工件表面，关于静电喷涂机的涂料微粒，下列说法中正确的有（　　） A．微粒带正电 B．微粒带负电 C．微粒受电场力作用 D．微粒可带正电，也可带负电 【答案】BC 【详解】静电喷漆的原理是让带电的漆料微粒在电场力的作用下吸附到工件上，因被喷涂工件带正电，故微粒带负电。 故选BC。 【例3】下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]A端与电离金属丝相连，需要带高压电，从而让金属丝末端发生尖端放电，使空气分子电离产生阳离子和电子。如果金属丝带负电，电子会被金属丝排斥，然后被粉尘吸附，最终粉尘带负电，被金属壁吸引，达到除尘效果；如果金属丝与高压正电相连，则会吸引空气分子电离后的电子，而阳离子由于质量较大难以被灰尘吸附，最终灰尘难以带电，从而无法被轻易吸引，无法实现除尘。故而金属丝需要与负极相连。 [2]如上分析，灰尘吸附的是空气分子在强电场作用下电离生成的电子。 课后练习 1.（多选）下列有关电学知识的相关说法，正确的是（　　） A．图甲在加油站给车加油前，触摸一下静电释放器是为了导走加油枪上的静电 B．图乙中家用煤气灶的点火装置，是根据静电屏蔽原理而制成的 C．图丙中野外高压输电线受到雷击的可能性很大，所以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 D．图丁为一根优质电话线，给话筒线套上金属外衣，可以起到静电屏蔽的效果，防止干扰信号从话筒线上“入侵” 【答案】CD 【详解】A．给车加油前触摸一下静电释放器的目的是将人体由于摩擦产生的电荷释放到大地，故A错误； B．家用煤气灶的点火装置，是根据尖端放电原理而制成的，故B错误； C．三条高压输电线上方的两条导线与大地相连，形成一个稀疏的金属“网”，可把高压线屏蔽起来，利用了静电屏蔽，使输电线免遭雷击，故C正确； D．给话筒线套上金属外衣，可以起到静电屏蔽的效果，防止干扰信号从话筒线上“入侵”，故D正确。 故选CD。 2.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．尘埃颗粒带正电 B．尘埃颗粒运动过程中速度越来越小 C．尘埃颗粒向收集器A运动过程为匀加速运动 D．尘埃颗粒运动过程中加速度变小 【答案】D 【详解】A．因收集器A带正电，可知尘埃颗粒带负电，A错误； B．尘埃颗粒运动过程中受电场力作用不断被加速，则速度越来越大，B错误； CD．因线状电离器B附近的场强最大，收集器A附近的场强较小，则尘埃颗粒向收集器A运动过程中加速度逐渐减小，为非匀加速运动，C错误，D正确。 故选D。 3．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 【详解】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。 故选C。 4．如图所示，空间中有一不带电的金属球，现在金属球右侧沿球的水平直径的延长线上放置一根均匀带电的细杆。金属球上感应电荷在球内水平直径上a、b、c三点产生的电场强度大小分别为、、，下列说法正确的是（　　） A．最大 B．最大 C．最大 D． 【答案】C 【详解】静电平衡后，金属球内的合场强处处为零，金属球上感应电荷产生的附加电场与带电的细杆MN产生的场强大小相等，方向相反，相互抵消。c点离带电的细杆MN最近，带电的细杆MN在c点处产生的场强最大，则金属球上感应电荷在c点处产生的场强最大，即最大，故C正确，ABD错误。 故选C。 5．物理和生活息息相关，联系生活实际对物理基本概念进行认识和理解，是学好物理的基础。关于静电现象下列说法，正确的是（    ） A．图甲是静电释放器，给汽车加油前用手触摸一下，其目的是导走加油枪上的静电 B．图乙中是避雷针的示意图，避雷针防止建筑物被雷击的原理是尖端放电 C．图丙采用金属材料编织衣服的目的是利用静电吸附 D．图丁是制作预防新型冠状病毒性肺炎口罩的一种新颖的“静电”绝缘纤维布，熔喷层经驻极工艺，表面带有电荷，它能阻隔几微米的飞沫，这种静电的阻隔作用属于静电屏蔽 【答案】B 【详解】A．图甲是静电释放器，给汽车加油前用手触摸一下，其目的是导走加油工作人员身上的静电，故A错误； B．图乙中是避雷针的示意图，当带电云层靠近建筑物时，避雷针上产生的感应电荷会通过针尖放电，逐渐中和云层中的电荷，使建筑免遭雷击，其原理是尖端放电，故B正确； C．超高压带电工作人员，为保证他们的安全，他们必须穿上金属材料编织衣服，以起到静电屏蔽的作用，故C错误； D．带电物体能吸引轻小物体，带有病毒的飞沫靠近口罩的熔喷层后，会被吸附在表面，无法通过，从而起到隔离病毒的作用，属于静电吸附，故D错误。 故选B。 6．近期黑龙江省部分地区出现停电的情况，很多电厂、电站都以煤做燃料的工厂，每天排出的烟气带走大量的煤粉如图甲所示，这不仅浪费燃料，而且严重地污染环境，为了消除烟气中的煤粉，如图乙所示为静电除尘示意图，m、n为金属管内两点。在P、Q两点加高电压时，金属管内空气电离。电离出来的电子在电场力的作用下，遇到烟气中的煤粉，使煤粉带负电，导致煤粉被吸附到管壁上，排出的烟就清洁了。就此示意图，下列说法正确的是（　　） A．Q接电源的正板，且电场强度 B．Q接电源的正极，且电场强度 C．P接电源的正极，且电场强度 D．P接电源的正极，且电场强度 【答案】B 【详解】管内接通静电高压时，管内存在强电场，它便空气电离而产生阴离子和阳离子，负离子在电场力的作用下，向正极移动时，碰到烟尘微粒使它带负电，所以金属管Q应接高压电源的正极，金属丝P接负极。构成类似于点电荷的辐向电场，所以越靠近金属丝的电场强度越强，故ACD错误，B正确。 故选B。 7．如图所示为静电除尘示意图，在M、N两点间加高压电源时，金属管内空气电离，电离出的电子在静电力的作用下运动，遇到烟气中的煤粉，使煤粉带负电荷，因而煤粉被吸附到管壁上，排出的烟就清洁了。下列说法正确的是（　　） A．N接电源的正极 B．空气在靠近金属管壁处电离 C．煤粉最终从最上端出口排出 D．带电煤粉在B点受静电力方向向右 【答案】A 【详解】A．电子附在煤粉上，使煤粉带上负电荷，煤粉若能吸附在管壁上，说明管壁带正电荷，N接电源的正极，故A正确； BCD．其内部电场线分布情况如图所示，空气在金属丝处电离，煤粉被吸附到管壁上，带负电的煤粉在B点受静电力方向与该点的场强方向相反，不一定向右，BCD错误。 故选A。 8．一个不带电的空心金属球，在它的球心处放一个正电荷，其电场分布是下图中的哪一个（　　） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】ABCD. 空心金属球会发生静电感应，内壁感应上负电荷，外壁感应上正电荷，空心金属球静电平衡后，是一个等势体，故金属球内外壁之间没有电场线，ACD错误，B正确。 故选B。 9．夏天，受强对流天气影响，经常有雷电发生。为避免雷电造成的损害，某建筑顶部装有避雷针。如图所示为某次闪电前瞬间避雷针周围电场的等势面分布情况。在等势面中有A、B、C三点，其中A、B两点位置关于避雷针对称。下列说法正确的是（　　） A．A、B两点的场强相同 B．此次闪电前瞬间避雷针尖端一定带负电 C．从云层沿直线向避雷针尖端运动的电荷受到的电场力可能越来越小 D．某正电荷从点移动到点，电场力对该电荷做负功 【答案】D 【详解】A．根据图中数据可知，相邻等势线之间的电势差相等，均为1kV，由于等差等势线分布的密集程度能够间接表示电场的强弱，A、B两点位置关于避雷针对称，但这两点位置的等势线分别密集程度不同，可知这两点的电场强度大小不等，由于电场线垂直于等势线，由高电势点指向低电势点，而电场强度的方向沿电场线的切线方向，可知A、B两点的电场强度的方向不同，即A、B两点的场强不相同，故A错误； B．根据上述可知，电场线整体方向由下指向上，即起源于避雷针，而电场线起源于正电荷或无穷远，可知此次闪电前瞬间避雷针尖端一定带正电，故B错误； C．根据上述，结合图形可知，从云层沿直线向避雷针尖端运动的电荷所在位置的等势线分布逐渐变密集，即电场强度逐渐变大，电荷受到的电场力也越来越大，故C错误； D．根据图像可知 某正电荷从点移动到点，电场力对该电荷做功为 可知，某正电荷从点移动到点，电场力对该电荷做负功，故D正确。 故选D。 10．科学晚会上，一位老师表演了一个“魔术”。魔术道具如图甲所示，手摇起电机旁有一个没有底的空塑料瓶，起电机两根放电杆分别与瓶内的锯条、金属片相连。瓶内俯视图如图乙所示。瓶内放一盘点燃的蚊香，很快就看见整个塑料瓶内烟雾缭绕。转动手摇起电机手柄，瓶内烟雾很快消失；停止转动手柄，瓶内又恢复烟雾缭绕的状态。起电机工作时，下列说法正确的是（　　） A．烟尘颗粒在向某极运动过程中做匀加速运动 B．金属片与锯条间的场强方向由锯条指向金属片 C．烟尘颗粒因被电离而吸附在金属片上 D．烟尘颗粒运动过程中电势能减小 【答案】D 【详解】A．尖端附近的电场线比较密集，所以在锯条附近的电场强度大于金属片附近的电场强度，故烟尘在向某极运动过程中受到的电场力不是恒力，烟尘不是做匀加速运动，故A错误； B．由于不知道锯条与金属片的电势高低，所以不能确定场强的方向，故B错误； C．当静电除尘装置接通起电机的静电高压时，存在强电场，使空气电离而产生负离子和正离子，负离子碰到烟尘微粒使它带负电，带负电微粒在电场力作用下，向正极运动，由于不确定正负极，所以烟尘不一定吸附在金属片上，故C错误； D．烟尘在运动过程中电场力对烟尘做正功，则烟尘的电势能减少，故D正确。 故选D。 11．（多选）图为静电除尘器除尘机理的示意图。尘埃在电场中通过某种机制带电，在电场力的作用下向集尘极迁移并沉积，以达到除尘目的。下列表述正确的是（　　） A．到达集尘极的尘埃带负电荷 B．电场方向由放电极指向集尘极 C．某一带电尘埃向集尘极迁移过程中，它的电势能增加 D．同一位置带电荷量越多的尘埃所受电场力越大 【答案】AD 【详解】AC．尘埃在静电力作用下向与电源正极相连的集尘极迁移并沉积，说明尘埃带负电，负电荷在电场中受静电力的方向与场强方向相反，则某一带电尘埃向集尘极迁移过程中，电场力做正功，它的电势能减小，故A正确，C错误； B．集尘极与电源正极相连，电场方向由集尘板指向放电极，故B错误； D．根据可得，同一位置带电荷量越多的尘埃所受电场力越大，故D正确。 故选AD。 12．（多选）如图所示，一个不带电的导体P正在向带正电的小球Q缓慢靠近，但不接触，也没有发生放电现象，是导体P左、右两端内的点，则下列说法正确的是（　　） A．右端的感应电荷正电荷 B．导体内场强越来越大 C．感应电荷在C点产生的场强始终大于在B点产生的场强 D．用手摸一下导体P的左端可使导体P带正电 【答案】AC 【详解】A．导体P处在带正电的小球Q产生的电场中，由于静电感应，导体的右端感应出正电荷，导体的左端感应出负电荷，故A正确； B．处于静电平衡状态的导体内场强为0，故B错误； C．C点和B点的场强等于导体上的感应电荷和带正电的小球Q产生的场强的叠加，并且为0，带正电的小球Q在C点产生的场强大于在B点产生的场强，所以导体上的感应电荷在C点产生的场强始终大于在B点产生的场强，故C正确； D．用手摸导体P的左端时，相当于用导线将导体P与大地相连，因静电感应，电子流入导体P，最终导体P带负电，故D错误。 故选AC。 13．（多选）在汽车喷漆中，有一门技术叫做静电喷涂，在市场上已经得到广泛的运用。静电喷涂是一种利用电荷和电场将雾化涂料的微粒吸附到喷涂对象上的喷涂工艺，如图所示为其原理结构图。下列说法正确的是（　　） A．静电喷涂属于尖端放电 B．雾化涂料向工件运动的过程中做匀变速曲线运动 C．喷口喷出的雾化涂料微粒带负电，被涂工件接正极 D．雾化涂料向工件运动的过程中，电场力做正功，电势能减小 【答案】CD 【详解】A．静电喷涂属于静电吸附，故A错误； B．雾化涂料向工件运动的过程中，电场力变化，加速度变化，因此不是做匀变速曲线运动，故B错误； C．由图可知，由喷口喷出的雾化涂料微粒带负电，被涂工件接正极，通过雾化涂料和工件之间的电场，加强吸附效果，故C正确； D．雾化涂料向工件运动的过程中，电场力做正功，电势能减小，故D正确。 故选CD。 14．（多选）电晕放电在电选矿、静电除尘等方面均有广泛应用。以针板式电晕放电为例，如图，在针板式电极场中，在高电压作用下，针式电极周围空气被电离，在周围产生电晕区，生成正离子和负离子。电晕区的负离子在电场力的作用下向集尘极移动，途中黏附在灰尘上，并在电场力作用下继续向集尘极移动，最后沉积在集尘极上面。下列说法正确的是（    ） A．供电装置上端为电源正极，下端为电源负极 B．供电装置上端为电源负极，下端为电源正极 C．带电灰尘飞向集尘极的过程中，电势能减小 D．带电灰尘飞向集尘极的过程中，做匀加速直线运动 【答案】BC 【详解】AB．负离子在电场力的作用下向集尘极移动，说明集尘极为正极，故供电装置上端为电源负极，下端为电源正极，A项错误，B项正确； C．带电灰尘飞向集尘极的过程中，电场力做正功，电势能减小，C项正确； D．由于电场并非匀强电场，另外，灰尘受到重力作用，所以带电灰尘做变加速运动，D项错误。 故选BC。 学科网（北京）股份有限公司 $