9.4 静电的防止与利用 讲义 -2026-2027学年高二上学期物理人教版必修第三册

高二物理必修第三册秋季同步培优专项讲义 9.4 静电的防止与利用 知识归纳与题型总结 考点01 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。 注意：人与大地都是导体，在人触摸导体的过程中，带电体、人、大地组成一个新导体，地球往往是新导体的远端。 考向01 静电平衡 【例1】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，验电器的金属箔片不张开，则下列说法正确的是（　　） A．若提高带电金属球的带电量，则可能使金属网中的验电器产生静电感应现象 B．金属网罩内部空间场强处处为零，其原理是静电屏蔽 C．若换用塑料网罩，则也能使验电器的金属箔片不张开 D．基于此原理，加油站工作人员须穿绝缘性能良好的化纤服装 【对点1】下列说法正确的是（     ） A．同种电荷相互吸引 B．静电力常量的数值为 C．电场线在电场中可能相交 D．处于静电平衡状态的导体，其内部的电场强度处处为0 考点02 尖端放电 1、导体的电荷分布特点：静电平衡时导体内部没有净电荷，电荷只分布在外表面上。外表面电荷分布不均匀，表面越尖锐的位置电荷分布越密集，表面越平滑的位置电荷分布越稀疏，凹陷的位置几乎没有电荷。 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。 3、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。 4、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。 注意：尖端放电在生活中普遍存在，其应用包括建筑物的顶端安装避雷针以达到避免雷击的目的；高压设备中导体的表面应该尽量光滑，以减少电能损失。 考向01 尖端放电 【例1】下列关于静电的利用与防护的说法中正确的是（　　） A．静电放电时间短，没有危害 B．做静电实验几乎不受空气湿度的影响 C．油罐车通常在下部拖一条铁链，是为了使油罐车积累更多静电 D．接地良好的避雷针，可以利用尖端放电把云层的电荷与大地的电荷中和 【对点1】2026年1月19日15时48分，我国在海南商业航天发射场使用长征十二号运载火箭，成功将卫星互联网低轨19组卫星发射升空，卫星顺利进入预定轨道，发射任务获得圆满成功。在火箭发射塔周围有钢铁制成的4座高塔，高塔的功能最有可能的是（　　） A．阻挡发射时产生的高温火焰扩散 B．给工作人员提供登高检修的通道 C．预防雷电击中待发射的火箭 D．测量发射台周围的温度和湿度 考点03 静电屏蔽 1、静电屏蔽 （1）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）应用：电子仪器和电子设备外面都有金属壳，通信电缆外面包有一层金属网，高压线路的检修人员要穿屏蔽服等，都是利用静电屏蔽现象消除外电场的影响。 注意：绝缘球壳中没有自由电荷，当放入外电场时，不会发生静电感应现象，壳内场强也不会为零．即不能起到屏蔽外电场的作用。 2、静电屏蔽的本质 （1）导体内部不受外部电场的影响的情况 现象：由于静电感应，验电器箔片张开，如图1甲，将验电器放入导体网罩内部后验电器箔片不张开，如图1乙，即外部电场影响不到导体内部。 本质：是静电感应，导体外表面感应电荷与外电场在导体内部任一点的场强的叠加结果为零。 （2）接地导体壳内部电场对壳外空间无影响情况 现象：如图2甲导体壳没有接地时，处于内部电场中，达到静电平衡，导体壳内外表面出现等量异种电荷，壳内外表面之间场强处处为零，壳外场强不为零。 导体壳接地后，如图2乙所示，导体壳外的正电荷被大地负电荷中和，正电荷出现在地球的另一端无穷远处，导体壳内外表面之间及导体外部场强处处为零，导体外部空间不受内部电场影响。 本质：仍然是静电感应，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。 注意： 1、处于静电平衡的导体，内部场强为零，但电势不一定为零。 2、静电屏蔽问题的三点注意 （1）空腔可以屏蔽外界电场，接地的空腔可以屏蔽内部的电场作用，其本质都是因为激发电场与感应电场叠加的结果，分析中应特别注意分清是哪一部分的电场作用。 （2）对静电感应，要掌握导体内部的自由电荷是如何移动的，是如何建立起附加电场的，何处会出现感应电荷。 （3）对静电平衡，要理解导体达到静电平衡时所具有的特点。 考向01 静电屏蔽 【例1】下列是对静电的利用与防护的理解，其中正确的是（　　） A．避雷针原理是尖端放电 B．电工高空高压作业时，其工作服内编织金属丝的目的是提高衣服的耐穿性 C．干燥的冬季，手靠近金属门把手有时会被电击，是因为手与门把手摩擦起电 D．某些电学仪器放在金属壳内能避免受到外电场干扰，换成纸壳也有同样作用 【对点1】下列有关静电现象的四幅图像，说法正确的是（     ） A．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 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负电 C．丙图中，A的左端、B的右端均带负电 D．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 考点04 静电吸附 1、静电的利用与防止一直以来都与生活息息相关，除了尖端放电核静电屏蔽之外，静电还有其他的作用，如静电吸附等。另外就是再不需要静电的场合，要采取合理的方式防止静电带来的危害。 2、静电吸附的应用 （1）静电除尘：设法使空气中的尘埃带电，在静电力作用下，尘埃到达电极而被收集起来。 （2）静电喷漆：接负高压的涂料雾化器喷出的油漆微粒带负电，在静电力作用下，这些微粒向着作为正极的工件运动，并沉积在工件的表面，完成喷漆工作。 （3）静电复印：复印机的核心部件是有机光导体鼓，在没有光照时它是绝缘体，受到光照时变成导体。复印机复印的工作过程：充电、曝光、显影、转印、放电。 考向01 静电吸附 【例1】静电吸附 (1)生活中经常有这样的现象，如图所示，用塑料梳子梳完头发，梳子可以吸引一些碎纸片。这是为什么？ (2)静电吸附：在电场中，带电粒子受到______的作用，向着电极运动，最后会被吸附在电极上。 【对点1】如图所示，静电喷涂时，被喷工件接正极，喷枪口接负极，它们之间形成高压电场，涂料微粒从喷枪口喷出后，只在静电力作用下向工件运动，最后吸附在工件表面，图中虚线为涂料微粒的运动轨迹。下列说法正确的是（     ） A．涂料微粒一定带正电 B．图中虚线可视为高压电场的部分电场线 C．微粒做加速度先减小后增大的曲线运动 D．喷射出的微粒动能不断减小 一、单选题 1．如图所示，在干燥环境中将带正电的小球靠近一对带有绝缘支架的空心枕形导体A和B时，发现导体A和B下方的一对金属箔张开。以下说法正确的是（     ） A．静电平衡之前，A中的带正电的原子核向B移动 B．待静电平衡时B的电势高于A C．导体中的感应电荷分布在导体的外部，且导体A的带电量大于导体B的带电量 D．用导线连接A和地面，数秒后断开连接再移走C，A和B都带上负电 2．如图所示，用金属网把验电器罩起来，使带电金属球靠近验电器，发现验电器的箔片没有张开。下列说法正确的是（     ） A．A、B两处由于静电感应会带上同种电荷 B．箔片没有张开，是因为感应出的负电荷都集中在验电器的金属小球上 C．箔片没有张开，是因为金属网内部电场强度处处为零 D．若将金属网换成绝缘网，验电器金属箔片也不会张开 3．如图，在真空中把一绝缘导体向带负电的小球P缓缓靠近（不相碰）。下列说法中正确的是（     ） A．绝缘导体A端带负电 B．绝缘导体A端的感应电荷比B端多 C．导体内M点场强越来越大 D．导体的感应电荷在导体内M点产生的场强大于在N点产生的场强 4．如图所示，带电金属球Q右侧有一电荷量极小的试探电荷，受到的电场力为。由于环境温度降低，Q收缩至虚线所示位置（所带电荷量不变），受到的电场力变为。随后，再用金属丝网将罩住，受到的电场力变为。则（　　） A． B． C． D． 5．对于课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．图甲所示，为使带负电粉尘到达收集板A，A、B需分别接电源负、正极 B．图乙所示，由于金属网屏蔽，A球上电荷在验电器金属球B处产生的电场强度为零 C．图丙所示，在加油站给车加油前要触摸一下静电释放器，是为了导走人身上的静电 D．图丁所示，家庭中常用的燃气灶中电子点火器点火应用了摩擦起电的原理 6．如图所示，用玻璃球A摩擦丝绸，然后将A靠近验电器上的金属小球B，发现验电器的金属箔片张开，则此时（     ） A．金属箔片带负电 B．金属小球B不带电 C．玻璃球A所带部分电荷消失 D．金属小球B的表面电势处处相等 7．如图所示，一中性导体内有一球形空腔，若在腔的中心放一电量为+q0 的点电荷，在导体外距腔的中心为 r 处放一电量为+q 的点电荷。静电力常量为，则腔内表面上的感应电荷对点电荷+q0 的作用力大小和导体外表面上的感应电荷对点电荷+q0 的作用力大小分别为（     ） A．，0 B．， C．0， D．0，0 二、多选题 8．（多选）下列有关说法正确的是（     ） A．汽车通过凹形桥的最低点时处于超重状态 B．洗衣机脱水筒的原理是水滴受到的离心力大于它的向心力，从而被甩出 C．a、b两点的电场强度相同 D．超高压带电作业的电工穿金属衣是利用了静电屏蔽的原理 9．（多选）下列关于生活中的静电现象说法正确的是（     ） A．甲图中，摩擦过的琥珀能够吸引羽毛是因为羽毛带电 B．乙图中，蓖麻油中头发屑排列形状说明电场线真实存在 C．丙图中，导线外包裹一层金属编织网是利用了静电屏蔽原理 D．丁图中，煤气灶上的点火装置利用了尖端放电原理 10．（多选）如图所示，在原来不带电的金属细杆ab附近P处，放置一个正点电荷，达到静电平衡后，则（　　） A．b端的电势比d点的低 B．a端的电势比b端的低 C．杆内c处的场强的方向由a指向b D．杆内场强处处为零 三、填空题 11．一个空心金属球A带正电荷，一个有绝缘柄的金属小球B带有的正电荷，将B球放入A球壳内与内壁相触，静电平衡后，A，B球分别带的电荷量为：______C，______C。 12．如图所示，点电荷A、B带电量分别为2q和-q，彼此相距4r，若在两点电荷连线中点O处放一个半径为r的金属球壳，静电力常量为k，球壳上的感应电荷在O处的场强大小为__________，方向___________（选填“O指向A”或“O指向B”）。 13．如图所示，接地金属球的半径为，球外点电荷的电荷量为，到球心的距离为，静电力常量为，则该金属球上感应电荷在球心处产生的电场强度大小为____________，方向____________（填“水平向左”或“水平向右”）。 四、实验题 14．根据你所学的物理知识，完成下列各空。 (1)如图，用一金属网罩将验电器罩住，然后用一金属球不断地从别处取电后接触金属网罩，使金属网罩带电，则网罩内验电器的金属箔片______张开。（填“会”或“不会”） (2)如图，将一负电荷Q放在一不带电的导体棒的左端附近，由于静电感应，在导体棒的左端A将感应出正电荷，在导体棒的右端B将感应出负电荷，现保持负电荷Q及导体棒的位置不变，用一根导线将导体棒的A端与B端连接起来，则连通的瞬间导线中（　　） A．会出现从A流向B的电流 B．会出现从B流向A的电流 C．不会出现电流 (3)已知在导体棒中距离负电荷Q为R的位置有一点P（图中未画出），则达到静电平衡后， A、B两端的感应电荷在P点产生的场强大小为______（已知静电力常量为） 15．雷电是大气中的放电现象，使用避雷针可以防止雷电对高层建筑的危害。科学家对雷电有长期研究。富兰克林为研究雷电现象，设计了如图甲所示的装置。帽形金属钟A上面与较长的避雷针相接，下面用等长细导线悬挂两个金属小球，形成验电器D，帽形金属钟B接地，两钟之间有一个用绝缘丝线悬挂的金属小球C。不带电时三个金属小球均静止下垂。若带负电的云层靠近避雷针时，金属小球C会左右来回撞击A、B钟发出响声，同时看到验电器D上的两个金属小球张开一定角度。 (1)验电器D上的两个金属小球因带________电（选填“正”或“负”）而张开。 (2)如图乙，验电器D上的两个金属小球位置等高，质量均为m，相距为L，且可视作点电荷。悬线与竖直方向的夹角均为θ，已知重力加速度为g，静电常量为k，不考虑金属钟与小球间的作用力，假设两个金属小球各带有相同的电荷量，电荷量的大小为________。 (3)科学家曾捕捉到的一种奇异的“颠倒闪电”，这种闪电被称为“bluejet”，它不是从云层向地面放电，而是从平流层底部直冲向平流层顶部。利用大气空间相互作用监测器（ASIM），科学家还发现蓝色闪光持续时长约为10毫秒。已知一次闪电的电荷量约为500库仑，平流层是距地表约10~50公里处的大气层，假设其底部和顶部之间电势差约为2×108伏特，放电区域直径为10公里，则（　　） A．该区域平流层的等效电阻约为4000Ω B．该区域平流层的平均漏电电流约为1.8×104A C．该区域平流层的平均电阻率约为7.9×106Ω∙m D．该区域平流层的平均电阻率约为1.7×105Ω∙m 五、解答题 16．使带电的金属球靠近验电器，但不接触，箔片是否张开？用金属网把验电器罩起来（如图），再使带电金属球靠近验电器，观察箔片是否张开？这个现象说明什么？ 17．下图是一个用来研究静电除尘的实验装置，铝板与手摇起电机的正极相连，缝衣针与手摇起电机的负极相连，在铝板和缝衣针中间放置点燃的蚊香。 (1)让起电机起电，会观察到什么现象？为什么？ (2)蚊香烟被吸附过程中，做什么运动？为什么？ 18．在物理实验室中，有一绝缘支架上的带正电小球A（视为点电荷），其周围存在较强的电场。距其不远处的桌面上，放置着一个灵敏验电器B。由于小球的静电场的影响，验电器B的箔片张角发生了明显变化。在不移动小球A和验电器B的位置、且不改变小球A电荷量的前提下，请你展开想象的翅膀，设计两种不同的方案，消除小球A的静电场对验电器B的干扰。可通过文字与示意图相结合叙述设计方案。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 $高二物理必修第三册秋季同步培优专项讲义 9.4 静电的防止与利用 知识归纳与题型总结 考点01 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。 注意：人与大地都是导体，在人触摸导体的过程中，带电体、人、大地组成一个新导体，地球往往是新导体的远端。 考向01 静电平衡 【例1】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，验电器的金属箔片不张开，则下列说法正确的是（　　） A．若提高带电金属球的带电量，则可能使金属网中的验电器产生静电感应现象 B．金属网罩内部空间场强处处为零，其原理是静电屏蔽 C．若换用塑料网罩，则也能使验电器的金属箔片不张开 D．基于此原理，加油站工作人员须穿绝缘性能良好的化纤服装 【答案】B 【详解】A B．静电感应的原理是带电金属球靠近金属网时发生静电感应,感应的结果是外壳带与金属球所带电荷电性相反的异种电荷,同时内壳带与金属球所带电荷电性相同的同种电荷,静电平衡时, 金属球所带电荷在网内产生的电场与感应电荷产生的电场的合场强处处为零,即金属网起静电屏蔽作用,使外部电场不影响金属网内部的验电器,且与外部电场的强弱无关,故A错误，B正确； CD．若换用塑料网罩，不会发生静电感应，起不到静电屏蔽作用，验电器的金属箔片会张开，基于此原理，加油站工作人员须穿防静电工作服（通常混有导电纤维，可导走静电），故CD错误。 故选B。 【对点1】下列说法正确的是（     ） A．同种电荷相互吸引 B．静电力常量的数值为 C．电场线在电场中可能相交 D．处于静电平衡状态的导体，其内部的电场强度处处为0 【答案】D 【详解】A．同种电荷相互排斥，故A错误； B．静电力常量的数值为，故B错误； C．电场线在电场中不可能相交，故C错误； D．处于静电平衡状态的导体，其内部的电场强度处处为0，故D正确。 故选D。 考点02 尖端放电 1、导体的电荷分布特点：静电平衡时导体内部没有净电荷，电荷只分布在外表面上。外表面电荷分布不均匀，表面越尖锐的位置电荷分布越密集，表面越平滑的位置电荷分布越稀疏，凹陷的位置几乎没有电荷。 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。 3、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。 4、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。 注意：尖端放电在生活中普遍存在，其应用包括建筑物的顶端安装避雷针以达到避免雷击的目的；高压设备中导体的表面应该尽量光滑，以减少电能损失。 考向01 尖端放电 【例1】下列关于静电的利用与防护的说法中正确的是（　　） A．静电放电时间短，没有危害 B．做静电实验几乎不受空气湿度的影响 C．油罐车通常在下部拖一条铁链，是为了使油罐车积累更多静电 D．接地良好的避雷针，可以利用尖端放电把云层的电荷与大地的电荷中和 【答案】D 【详解】A．静电放电时间短，所以在放电瞬间电流比较大，可以产生很大的危害，A错误； B．如果在做静电实验时，空气的湿度较大，很容易把产生的静电导走，带电体不能带电，静电实验很难做成，起不到应有的效果，B错误； C．油罐车通常在下部拖一条铁链，是为了把油罐车上产生的静电及时导入大地，避免发生安全事故，C错误； D．根据尖端放电原理可以知道，接地良好的避雷针，可以利用尖端放电把云层的电荷与大地的电荷中和，D正确； 故选D。 【对点1】2026年1月19日15时48分，我国在海南商业航天发射场使用长征十二号运载火箭，成功将卫星互联网低轨19组卫星发射升空，卫星顺利进入预定轨道，发射任务获得圆满成功。在火箭发射塔周围有钢铁制成的4座高塔，高塔的功能最有可能的是（　　） A．阻挡发射时产生的高温火焰扩散 B．给工作人员提供登高检修的通道 C．预防雷电击中待发射的火箭 D．测量发射台周围的温度和湿度 【答案】C 【详解】A．阻挡高温火焰扩散的功能由发射台下方的导流槽实现，高塔无法阻挡高温火焰扩散，故A错误； B．检修火箭不需要在发射台周围设置四座独立高塔，故B错误； C．钢铁是导体，四座高塔高度高于待发射火箭，相当于避雷针，钢铁高塔通过自身吸引雷电，将电流导入大地，避免火箭被雷击损坏，故C正确； D．测量温度、湿度不需要建造大型高塔，故D错误。 故选C。 考点03 静电屏蔽 1、静电屏蔽 （1）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）应用：电子仪器和电子设备外面都有金属壳，通信电缆外面包有一层金属网，高压线路的检修人员要穿屏蔽服等，都是利用静电屏蔽现象消除外电场的影响。 注意：绝缘球壳中没有自由电荷，当放入外电场时，不会发生静电感应现象，壳内场强也不会为零．即不能起到屏蔽外电场的作用。 2、静电屏蔽的本质 （1）导体内部不受外部电场的影响的情况 现象：由于静电感应，验电器箔片张开，如图1甲，将验电器放入导体网罩内部后验电器箔片不张开，如图1乙，即外部电场影响不到导体内部。 本质：是静电感应，导体外表面感应电荷与外电场在导体内部任一点的场强的叠加结果为零。 （2）接地导体壳内部电场对壳外空间无影响情况 现象：如图2甲导体壳没有接地时，处于内部电场中，达到静电平衡，导体壳内外表面出现等量异种电荷，壳内外表面之间场强处处为零，壳外场强不为零。 导体壳接地后，如图2乙所示，导体壳外的正电荷被大地负电荷中和，正电荷出现在地球的另一端无穷远处，导体壳内外表面之间及导体外部场强处处为零，导体外部空间不受内部电场影响。 本质：仍然是静电感应，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。 注意： 1、处于静电平衡的导体，内部场强为零，但电势不一定为零。 2、静电屏蔽问题的三点注意 （1）空腔可以屏蔽外界电场，接地的空腔可以屏蔽内部的电场作用，其本质都是因为激发电场与感应电场叠加的结果，分析中应特别注意分清是哪一部分的电场作用。 （2）对静电感应，要掌握导体内部的自由电荷是如何移动的，是如何建立起附加电场的，何处会出现感应电荷。 （3）对静电平衡，要理解导体达到静电平衡时所具有的特点。 考向01 静电屏蔽 【例1】下列是对静电的利用与防护的理解，其中正确的是（　　） A．避雷针原理是尖端放电 B．电工高空高压作业时，其工作服内编织金属丝的目的是提高衣服的耐穿性 C．干燥的冬季，手靠近金属门把手有时会被电击，是因为手与门把手摩擦起电 D．某些电学仪器放在金属壳内能避免受到外电场干扰，换成纸壳也有同样作用 【答案】A 【详解】A．避雷针的工作原理是尖端放电，尖端电荷密度大，附近电场强度高，易电离空气，将雷电中的电荷导入大地，故A正确； B．电工高空高压作业服内的金属丝是为了形成静电屏蔽，屏蔽输电线周围的强电场，保障工人安全，与衣服耐穿性无关，故B错误； C．干燥的冬季手靠近门把手被电击，是因为人体此前与衣物摩擦带电，靠近导体门把手时发生放电现象，并非与门把手摩擦起电，故C错误； D．金属壳是导体，可通过静电屏蔽隔绝外电场干扰，纸壳是绝缘体，无法实现静电屏蔽，没有相同作用，故D错误。 故选A。 【对点1】下列有关静电现象的四幅图像，说法正确的是（     ） A．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 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负电 C．丙图中，A的左端、B的右端均带负电 D．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 【答案】A 【详解】A．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，可以起到静电屏蔽的作用，故A正确； B．根据接触起电，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错误； C．丙图中，导体中的电子在小球C的电场的作用下移动，使导体达到静电平衡，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．物体中可自由移动的是负电荷，根据摩擦起电，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D错误； 故选A。 考点04 静电吸附 1、静电的利用与防止一直以来都与生活息息相关，除了尖端放电核静电屏蔽之外，静电还有其他的作用，如静电吸附等。另外就是再不需要静电的场合，要采取合理的方式防止静电带来的危害。 2、静电吸附的应用 （1）静电除尘：设法使空气中的尘埃带电，在静电力作用下，尘埃到达电极而被收集起来。 （2）静电喷漆：接负高压的涂料雾化器喷出的油漆微粒带负电，在静电力作用下，这些微粒向着作为正极的工件运动，并沉积在工件的表面，完成喷漆工作。 （3）静电复印：复印机的核心部件是有机光导体鼓，在没有光照时它是绝缘体，受到光照时变成导体。复印机复印的工作过程：充电、曝光、显影、转印、放电。 考向01 静电吸附 【例1】静电吸附 (1)生活中经常有这样的现象，如图所示，用塑料梳子梳完头发，梳子可以吸引一些碎纸片。这是为什么？ (2)静电吸附：在电场中，带电粒子受到______的作用，向着电极运动，最后会被吸附在电极上。 【答案】(1)由于摩擦起电，梳子周围激发电场，当梳子靠近碎纸片时，纸片靠近它的一端出现异种电荷，在远离它的一端出现等量的同种电荷。梳子对较近的异种电荷的吸引力大于对较远的同种电荷的排斥力，因此，纸片被吸附在梳子上 (2)静电力 【详解】（1）见答案 【对点1】如图所示，静电喷涂时，被喷工件接正极，喷枪口接负极，它们之间形成高压电场，涂料微粒从喷枪口喷出后，只在静电力作用下向工件运动，最后吸附在工件表面，图中虚线为涂料微粒的运动轨迹。下列说法正确的是（     ） A．涂料微粒一定带正电 B．图中虚线可视为高压电场的部分电场线 C．微粒做加速度先减小后增大的曲线运动 D．喷射出的微粒动能不断减小 【答案】C 【详解】A．因工件接电源的正极，喷枪口接负极，可知涂料微粒一定带负电，故A错误； B．虚线为涂料微粒的运动轨迹，不是高压电场的部分电场线，故B错误； C．从喷枪口到工件的电场先减弱后增强，可知微粒加速度先减小后增大，因轨迹线是曲线，故微粒做曲线运动，故C正确； D．因静电力对微粒做正功，故微粒的动能逐渐增大，故D错误。 故选C。 一、单选题 1．如图所示，在干燥环境中将带正电的小球靠近一对带有绝缘支架的空心枕形导体A和B时，发现导体A和B下方的一对金属箔张开。以下说法正确的是（     ） A．静电平衡之前，A中的带正电的原子核向B移动 B．待静电平衡时B的电势高于A C．导体中的感应电荷分布在导体的外部，且导体A的带电量大于导体B的带电量 D．用导线连接A和地面，数秒后断开连接再移走C，A和B都带上负电 【答案】D 【详解】A．由于C带正电，静电平衡之前，B中的电子向A定向移动，A错误； B．待静电平衡时，导体是等势体，则B的电势等于A的电势，B错误； C．导体中的感应电荷分布在导体的外部，因整个导体的净电荷为零，可知导体A的带电量等于导体B的带电量，C错误； D．用导线连接A和地面，因导体的电势高于大地，大地中的负电荷移向导体，中和了B端的正电荷并使整体带负电， 断开导线后，A和B均带负电，移走C后电荷重新分布，A和B仍带负电，D正确。 故选D。 2．如图所示，用金属网把验电器罩起来，使带电金属球靠近验电器，发现验电器的箔片没有张开。下列说法正确的是（     ） A．A、B两处由于静电感应会带上同种电荷 B．箔片没有张开，是因为感应出的负电荷都集中在验电器的金属小球上 C．箔片没有张开，是因为金属网内部电场强度处处为零 D．若将金属网换成绝缘网，验电器金属箔片也不会张开 【答案】C 【详解】A．由于静电感应，A、B两处会分别带上正电荷和负电荷，即带上异种电荷，A错误； BC．因金属网能实现静电屏蔽，内部电场强度处处为零，验电器不受外电场影响，箔片不张开，B错误，C正确。 D．若将金属网换成绝缘网，外部电场不会被屏蔽，受静电感应的影响，验电器金属箔片会张开，D错误。 故选C。 3．如图，在真空中把一绝缘导体向带负电的小球P缓缓靠近（不相碰）。下列说法中正确的是（     ） A．绝缘导体A端带负电 B．绝缘导体A端的感应电荷比B端多 C．导体内M点场强越来越大 D．导体的感应电荷在导体内M点产生的场强大于在N点产生的场强 【答案】D 【详解】A．根据静电感应可知导体内的自由电子受到排斥力向端移动，导致端失去电子带正电，故A错误； B．导体原本不带电，根据电荷守恒定律可得绝缘导体A端的感应电荷和B端一样多，故B错误； C．导体处于静电平衡状态，内部场强处处为零，可得导体内M点场强为零，故C错误； D．导体处于静电平衡状态，内部任意一点的合场强为零，N点场强也为零。感应电荷产生的场强和带电小球产生的场强等大、反向、共线，由于带电小球在M点产生的场强大于在N点产生的场强，故感应电荷在M点产生的场强也大于在N点产生的场强，故D正确。 故选D。 4．如图所示，带电金属球Q右侧有一电荷量极小的试探电荷，受到的电场力为。由于环境温度降低，Q收缩至虚线所示位置（所带电荷量不变），受到的电场力变为。随后，再用金属丝网将罩住，受到的电场力变为。则（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】带电金属球由于静电平衡，电荷只分布在外表面，对球外某点的电场，一个均匀带电的球体（或球壳）产生的电场，等效于把所有电荷集中在球心处产生的电场，电荷量Q不变，球心位置不变试探电荷位置也不变，因此点电荷到球心的距离不变，根据库仑定律可知 金属丝网相当于一个法拉第笼，具有静电屏蔽作用，金属网内部电场强度为零。试探电荷在金属网内部，不再受到外部金属球Q的电场力作用，因此 综上 故选A。 5．对于课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．图甲所示，为使带负电粉尘到达收集板A，A、B需分别接电源负、正极 B．图乙所示，由于金属网屏蔽，A球上电荷在验电器金属球B处产生的电场强度为零 C．图丙所示，在加油站给车加油前要触摸一下静电释放器，是为了导走人身上的静电 D．图丁所示，家庭中常用的燃气灶中电子点火器点火应用了摩擦起电的原理 【答案】C 【详解】A．甲图中，为使带负电粉尘颗粒能到达收集板A，线状电离器B带负电，管壁A带正电，A、B应分别接电源的正、负极，故A错误； B．图乙中，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B错误； C．图丙，在加油站给车加油前，要触摸一下静电释放器，是为了导走人身上的静电，防止静电火花引发危险，故C正确； D．图丁中，燃气灶点火时应用了尖端放电的原理，故D错误。 故选 C。 6．如图所示，用玻璃球A摩擦丝绸，然后将A靠近验电器上的金属小球B，发现验电器的金属箔片张开，则此时（     ） A．金属箔片带负电 B．金属小球B不带电 C．玻璃球A所带部分电荷消失 D．金属小球B的表面电势处处相等 【答案】D 【详解】AB．玻璃棒摩擦丝绸后带正电，靠近验电器时发生静电感应。近端（金属球B）感应出负电荷，远端（金属箔）感应出正电荷，同种电荷相斥使箔片张开，AB错误； C．静电感应不转移电荷，A所带电荷不变，且电荷守恒不会“消失”，C错误； D．验电器为导体，静电平衡时整体为等势体，表面电势处处相等 ，故D正确。 故选D。 7．如图所示，一中性导体内有一球形空腔，若在腔的中心放一电量为+q0 的点电荷，在导体外距腔的中心为 r 处放一电量为+q 的点电荷。静电力常量为，则腔内表面上的感应电荷对点电荷+q0 的作用力大小和导体外表面上的感应电荷对点电荷+q0 的作用力大小分别为（     ） A．，0 B．， C．0， D．0，0 【答案】C 【详解】内表面感应电荷对的作用力： 空腔是球形，在空腔中心，导体内表面感应出总电量为的电荷，均匀对称分布在球形内表面上，所有感应电荷对中心的库仑力对称抵消，合力大小为。 外表面感应电荷对的作用力： 静电平衡时，导体内部场强处处为零。外部点电荷和导体外表面感应电荷在空腔区域的合场强为零，即外表面感应电荷在位置产生的场强，与在位置产生的场强大小相等、方向相反。在处场强大小为，因此外表面感应电荷在处场强大小也为，对的作用力大小为。 故选C。 二、多选题 8．（多选）下列有关说法正确的是（     ） A．汽车通过凹形桥的最低点时处于超重状态 B．洗衣机脱水筒的原理是水滴受到的离心力大于它的向心力，从而被甩出 C．a、b两点的电场强度相同 D．超高压带电作业的电工穿金属衣是利用了静电屏蔽的原理 【答案】AD 【详解】A．汽车通过凹形桥最低点时，向心加速度竖直向上，支持力大于重力，因此汽车处于超重状态，故A正确； B．洗衣机脱水的原理是水滴需要的向心力等于衣物对水滴的附着力时，水滴随筒做圆周运动，水滴需要的向心力大于衣物对水滴的附着力时，水滴就会沿切线方向被甩出，水滴不受离心力，故B错误； C． 电场强度是矢量，只有大小和方向都相同时电场强度才相同。根据场强的决定式 可知a、b两点的电场强度大小相等，但电场强度方向不一致，因此电场强度不同，故C错误； D．超高压带电作业的金属衣是导体空腔类结构，利用静电屏蔽原理，可以让电场无法深入到金属衣内部，使人体所处区域电场强度几乎为零，保障电工安全，故D正确。 故选AD。 9．（多选）下列关于生活中的静电现象说法正确的是（     ） A．甲图中，摩擦过的琥珀能够吸引羽毛是因为羽毛带电 B．乙图中，蓖麻油中头发屑排列形状说明电场线真实存在 C．丙图中，导线外包裹一层金属编织网是利用了静电屏蔽原理 D．丁图中，煤气灶上的点火装置利用了尖端放电原理 【答案】CD 【详解】A．摩擦后的琥珀带电，带电体可以吸引轻小不带电物体，羽毛可以不带电，故A错误； B．电场线是人为假想出来描述电场的线，并不是真实存在的；蓖麻油里头发屑只是模拟电场分布，故B错误； C．导线外包裹金属编织网，金属壳可以屏蔽外部电场，保护内部信号不受外界电场干扰，这是静电屏蔽原理，故C正确； D．煤气灶点火装置，尖端积累电荷，产生尖端放电打出电火花，点燃燃气，利用尖端放电原理，故D正确。 故选CD。 10．（多选）如图所示，在原来不带电的金属细杆ab附近P处，放置一个正点电荷，达到静电平衡后，则（　　） A．b端的电势比d点的低 B．a端的电势比b端的低 C．杆内c处的场强的方向由a指向b D．杆内场强处处为零 【答案】AD 【详解】A．电场线由右向左，所以b端的电势比d点的低；故A正确； BCD．达到静电平衡后，杆处于静电平衡状态，整个导体是一个等势体，导体上的电势处处相等，所以可以得到 φa＝φb 内部的场强处处为零，c处的电场强度为0，故BC错误，D正确。 故选AD。 三、填空题 11．一个空心金属球A带正电荷，一个有绝缘柄的金属小球B带有的正电荷，将B球放入A球壳内与内壁相触，静电平衡后，A，B球分别带的电荷量为：______C，______C。 【答案】 0 【详解】[1][2]当带正电的金属小球B放入空心金属球A内部并与A的内壁接触时，A和B就成为了一个单一的导体系统。 根据静电平衡的基本规律：静电平衡状态下，导体的净电荷只会全部分布在导体的外表面，这个新的导体系统的内表面（也就是原本A的内壁、B球的表面）不会有净电荷残留。 系统的总电荷量为两个球初始电荷量之和：，所有净电荷都会分布在空心球A的外表面，因此B球的带电量最终为0，A球总带电量为总电荷量。 12．如图所示，点电荷A、B带电量分别为2q和-q，彼此相距4r，若在两点电荷连线中点O处放一个半径为r的金属球壳，静电力常量为k，球壳上的感应电荷在O处的场强大小为__________，方向___________（选填“O指向A”或“O指向B”）。 【答案】 O指向A 【详解】金属球壳处于两点电荷产生的电场中，由于静电感应达到静电平衡状态，其内部场强处处为零，那么球壳上感应电荷在球心O处产生的场强与两点电荷在O点的场强大小相等，方向相反。由点电荷的场强公式得2q和-q在O点产生的电场强度为，方向由A指向O 所以球壳上的感应电荷在O处的场强大小为，方向O指向A 13．如图所示，接地金属球的半径为，球外点电荷的电荷量为，到球心的距离为，静电力常量为，则该金属球上感应电荷在球心处产生的电场强度大小为____________，方向____________（填“水平向左”或“水平向右”）。 【答案】 水平向右 【详解】[1][2]由于静电平衡，导体内部，是外加电场和感应电荷电场强度叠加的结果，故金属球上感应电荷在球心处产生的电场强度与球外点电荷在该点的电场强度大小相等，方向相反，水平向右。 四、实验题 14．根据你所学的物理知识，完成下列各空。 (1)如图，用一金属网罩将验电器罩住，然后用一金属球不断地从别处取电后接触金属网罩，使金属网罩带电，则网罩内验电器的金属箔片______张开。（填“会”或“不会”） (2)如图，将一负电荷Q放在一不带电的导体棒的左端附近，由于静电感应，在导体棒的左端A将感应出正电荷，在导体棒的右端B将感应出负电荷，现保持负电荷Q及导体棒的位置不变，用一根导线将导体棒的A端与B端连接起来，则连通的瞬间导线中（　　） A．会出现从A流向B的电流 B．会出现从B流向A的电流 C．不会出现电流 (3)已知在导体棒中距离负电荷Q为R的位置有一点P（图中未画出），则达到静电平衡后， A、B两端的感应电荷在P点产生的场强大小为______（已知静电力常量为） 【答案】(1)不会 (2)C (3) 【详解】（1）用一金属网罩将验电器罩住，然后用一金属球不断地从别处取电后接触金属网罩，达到静电平衡状态时，金属网罩内部电场强度为零，验电器不带电，金属箔片不会张开。 （2）导体棒的表面是一个等势面，任意两点间电势差为零，所以一根导线将导体棒的A端与B端连接起来，导线中不会有电流，AB错误，C正确。 故选C。 （3）达到静电平衡后，导体内部场强处处为零，即电荷Q的电场与感应电荷的电场等大反应，合场强为零、 15．雷电是大气中的放电现象，使用避雷针可以防止雷电对高层建筑的危害。科学家对雷电有长期研究。富兰克林为研究雷电现象，设计了如图甲所示的装置。帽形金属钟A上面与较长的避雷针相接，下面用等长细导线悬挂两个金属小球，形成验电器D，帽形金属钟B接地，两钟之间有一个用绝缘丝线悬挂的金属小球C。不带电时三个金属小球均静止下垂。若带负电的云层靠近避雷针时，金属小球C会左右来回撞击A、B钟发出响声，同时看到验电器D上的两个金属小球张开一定角度。 (1)验电器D上的两个金属小球因带________电（选填“正”或“负”）而张开。 (2)如图乙，验电器D上的两个金属小球位置等高，质量均为m，相距为L，且可视作点电荷。悬线与竖直方向的夹角均为θ，已知重力加速度为g，静电常量为k，不考虑金属钟与小球间的作用力，假设两个金属小球各带有相同的电荷量，电荷量的大小为________。 (3)科学家曾捕捉到的一种奇异的“颠倒闪电”，这种闪电被称为“bluejet”，它不是从云层向地面放电，而是从平流层底部直冲向平流层顶部。利用大气空间相互作用监测器（ASIM），科学家还发现蓝色闪光持续时长约为10毫秒。已知一次闪电的电荷量约为500库仑，平流层是距地表约10~50公里处的大气层，假设其底部和顶部之间电势差约为2×108伏特，放电区域直径为10公里，则（　　） A．该区域平流层的等效电阻约为4000Ω B．该区域平流层的平均漏电电流约为1.8×104A C．该区域平流层的平均电阻率约为7.9×106Ω∙m D．该区域平流层的平均电阻率约为1.7×105Ω∙m 【答案】(1)负 (2) (3)AC 【详解】（1）当带负电云层靠近验电器时，避雷针带正电，则验电器D上的两个金属小球因带负电而张开。 （2）对左侧小球受力分析，小球受到竖直向下的重力，水平向左的库仑力和沿绳向上的拉力，根据平衡条件可得 所以 （3）AB．一次闪电过程的电流为 所以该区域平流层的等效电阻为，故A正确，B错误； CD．根据电阻定律 代入数据解得，故C正确，D错误。 故选AC。 五、解答题 16．使带电的金属球靠近验电器，但不接触，箔片是否张开？用金属网把验电器罩起来（如图），再使带电金属球靠近验电器，观察箔片是否张开？这个现象说明什么？ 【答案】箔片张开；箔片不张开；说明金属网也能起到静电屏蔽作用。 【详解】使带电的金属球靠近验电器，但不接触，由于发生静电感应，验电器的金属球和箔片上感应出等量异种电荷，箔片张开。用金属网把验电器罩起来，再使带电金属球靠近验电器，箔片不张开，金属网的这种作用叫作静电屏蔽。这个现象说明静电屏蔽不一定要用封闭的金属容器，金属网也能起到静电屏蔽作用。 17．下图是一个用来研究静电除尘的实验装置，铝板与手摇起电机的正极相连，缝衣针与手摇起电机的负极相连，在铝板和缝衣针中间放置点燃的蚊香。 (1)让起电机起电，会观察到什么现象？为什么？ (2)蚊香烟被吸附过程中，做什么运动？为什么？ 【答案】(1)转动手摇起电机，在铝板与缝衣针间会产生强电场从而使空气分子电离为电子和正离子，蚊香放出的烟雾尘埃遇到电子后带负电，在电场力作用下向接正极的铝板运动，最终被铝板吸附，从而达到除尘目的； (2)蚊香烟做变加速曲线运动。因为铝板和针之间的电场是非匀强电场，带电烟雾尘埃受到的静电力大小和方向不断变化 【详解】（1）见答案 18．在物理实验室中，有一绝缘支架上的带正电小球A（视为点电荷），其周围存在较强的电场。距其不远处的桌面上，放置着一个灵敏验电器B。由于小球的静电场的影响，验电器B的箔片张角发生了明显变化。在不移动小球A和验电器B的位置、且不改变小球A电荷量的前提下，请你展开想象的翅膀，设计两种不同的方案，消除小球A的静电场对验电器B的干扰。可通过文字与示意图相结合叙述设计方案。 【答案】方案一：用接地金属网罩屏蔽验电器B 用一个金属网罩（或金属盒）将验电器B完全罩住，并用导线将金属网罩与大地相连。 由于静电屏蔽作用，接地导体空腔内部电场为零，外部电场无法影响内部物体，验电器B不受小球A电场影响，箔片张角恢复原状。 方案二：用金属网罩屏蔽验电器B（不接地） 用一个金属网罩（或金属盒）将验电器B完全罩住，使金属网罩与验电器B无接触，且金属网罩不与大地连接。金属网罩在小球A电场中发生静电感应，内部形成等势体，验电器B处于内部，不受小球A电场影响，箔片张角恢复原状。 方案三：用接地金属网罩屏蔽带电小球A 用一个金属网罩将小球A完全罩住并接地。由于静电屏蔽作用，外部空间场强为零，验电器B不受小球A电场影响，箔片张角恢复原状。 【详解】见答案。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 $