資源簡介

中小學(xué)教育資源及組卷應(yīng)用平臺(tái)
9.4 靜電的防止與利用
一、考點(diǎn)梳理
考點(diǎn)一、靜電平衡
1．靜電感應(yīng)現(xiàn)象：處于電場中的導(dǎo)體，由于電場力的作用，電荷出現(xiàn)重新分布的現(xiàn)象。
2．靜電平衡狀態(tài)：導(dǎo)體中（包括表面上）沒有電荷定向移動(dòng)的狀態(tài)。
如上圖所示，金屬導(dǎo)體中自由電子受到導(dǎo)體周圍電場的電場力作用后向左移動(dòng)，在右側(cè)出現(xiàn)多余正電荷，導(dǎo)體兩側(cè)正、負(fù)電荷在導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生與原電場反向的電場，因與原來的電場反向，疊加的結(jié)果是使原電場強(qiáng)度逐漸減弱，直至導(dǎo)體內(nèi)部各點(diǎn)的合電場強(qiáng)度等于零為止，此時(shí)F＝E內(nèi)q＝0，導(dǎo)體內(nèi)的自由電子不再發(fā)生定向移動(dòng)，處于一個(gè)平衡狀態(tài)，我們就說導(dǎo)體達(dá)到靜電平衡狀態(tài)。
3．靜電平衡狀態(tài)的特征
（1）處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，內(nèi)部的場強(qiáng)處處為零。
（2）處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，外部表面附近任何一點(diǎn)的場強(qiáng)方向必跟該點(diǎn)的表面垂直。
（3）處于靜電平衡狀態(tài)的整個(gè)導(dǎo)體是個(gè)等勢體，導(dǎo)體的表面為等勢面。
（4）在導(dǎo)體表面，越尖銳的位置，電荷的密度越大，凹陷的位置幾乎沒有電荷。
4．靜電平衡實(shí)質(zhì)
（1）在達(dá)到靜電平衡的過程中，外電場引起導(dǎo)體內(nèi)自由電荷的定向移動(dòng)使導(dǎo)體兩側(cè)出現(xiàn)感應(yīng)電荷，感應(yīng)電荷的電場和外電場方向相反，使合場強(qiáng)減小，隨著感應(yīng)電荷的繼續(xù)增加，合場強(qiáng)逐漸減小，直至合場強(qiáng)為零，自由電荷的定向移動(dòng)停止。
（2）靜電平衡的條件：導(dǎo)體內(nèi)部的合場強(qiáng)為零，即E合＝0。
由于靜電感應(yīng)，在導(dǎo)體兩側(cè)出現(xiàn)等量異種感應(yīng)電荷，感應(yīng)電荷在導(dǎo)體內(nèi)部形成與電場E0反向的電場E′，在導(dǎo)體內(nèi)任一點(diǎn)E′=－E0，使得合電場強(qiáng)度E內(nèi)=0。
【典例1】如圖所示，在原來不帶電的導(dǎo)體附近P處，放置一個(gè)正點(diǎn)電荷，導(dǎo)體內(nèi)a、b、c三點(diǎn)與點(diǎn)電荷P在同一連線上，導(dǎo)體達(dá)到靜電平衡后（ ）
A.導(dǎo)體內(nèi)三點(diǎn)的電勢關(guān)系：
B.導(dǎo)體兩端感應(yīng)電荷在導(dǎo)體內(nèi)b點(diǎn)的場強(qiáng)方向沿b指向c
C.若導(dǎo)體緩慢向點(diǎn)電荷P靠近過程中，導(dǎo)體內(nèi)a、b、c三點(diǎn)的電場強(qiáng)度將逐漸增大
D.若導(dǎo)體右端接地，大地上有感應(yīng)負(fù)電荷，導(dǎo)體左端有感應(yīng)正電荷
【答案】 B
【解析】A．達(dá)到靜電平衡后，整個(gè)導(dǎo)體是一個(gè)等勢體，導(dǎo)體上的電勢處處相等，所以可以得到 ，A不符合題意；
B．導(dǎo)體內(nèi)部場強(qiáng)為零，即電荷P在b點(diǎn)產(chǎn)生的場強(qiáng)與導(dǎo)體兩端感應(yīng)電荷在導(dǎo)體內(nèi)b點(diǎn)的場強(qiáng)等大反向，因?yàn)殡姾蒔在b點(diǎn)產(chǎn)生的場強(qiáng)向左，則導(dǎo)體兩端感應(yīng)電荷在導(dǎo)體內(nèi)b點(diǎn)的場強(qiáng)方向向右，沿b指向c，B符合題意；
C．若導(dǎo)體緩慢向點(diǎn)電荷P靠近過程中，導(dǎo)體內(nèi)a、b、c三點(diǎn)的電場強(qiáng)度仍為零不變，C不符合題意；
D．若導(dǎo)體右端接地，則導(dǎo)體上的正電荷入地，負(fù)電荷由大地移向?qū)w，即導(dǎo)體右端有感應(yīng)負(fù)電荷，D不符合題意．
練習(xí)1.當(dāng)導(dǎo)體達(dá)到靜電平衡時(shí)，下列說法正確的是 (　　)
A.外部電場消失
B.感應(yīng)電荷產(chǎn)生的附加電場的場強(qiáng)為零
C.導(dǎo)體內(nèi)部的合場強(qiáng)為零
D.導(dǎo)體表面和內(nèi)部的合場強(qiáng)均為零
【答案】C
導(dǎo)體處于靜電平衡狀態(tài)時(shí)，在導(dǎo)體內(nèi)部任意一點(diǎn)，感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場的場強(qiáng)與外部電場的場強(qiáng)大小相等，方向相反，此時(shí)導(dǎo)體內(nèi)部的場強(qiáng)處處為0，電荷只分布在導(dǎo)體的外表面，選項(xiàng)A、B、D錯(cuò)誤，C正確。
考點(diǎn)二、尖端放電
1．靜電平衡時(shí)導(dǎo)體內(nèi)部沒有凈剩電荷，電荷只分布在導(dǎo)體的外表面。
2．在導(dǎo)體外表面，越尖銳的位置，電荷的密度（單位面積的電荷量）越大，周圍的電場強(qiáng)度越大。
容易使周圍空氣電離。在一定條件下，導(dǎo)體尖端周圍的強(qiáng)電場足以使空氣中殘留的帶電粒子發(fā)生劇烈運(yùn)動(dòng)，并與空氣分子碰撞從而使空氣分子中的正負(fù)電荷分離。這個(gè)現(xiàn)象叫作空氣的電離。
中性的分子電離后變成帶負(fù)電的自由電子和失去電子而帶正電的離子。這些帶電粒子在強(qiáng)電場的作用下加速，撞擊空氣中的分子，使它們進(jìn)一步電離，產(chǎn)生更多的帶電粒子。那些所帶電荷與導(dǎo)體尖端的電荷符號(hào)相反的粒子，由于被吸引而奔向尖端，與尖端上的電荷中和，這相當(dāng)于導(dǎo)體從尖端失去電荷。這種現(xiàn)象叫作尖端放電。
3．避雷針“避雷”的原理：雷雨云接近建筑物時(shí)，由于靜電感應(yīng)，金屬棒出現(xiàn)與云層相反的電荷。通過尖端放電，使得空氣中的帶電粒子與空氣中的異號(hào)電荷中和，避免建筑物遭受雷擊.
【典例1】如圖是模擬避雷針作用的實(shí)驗(yàn)裝置，金屬板M接高壓電源的正極，金屬板N接負(fù)極。金屬板N上有兩個(gè)等高的金屬柱A、B，A為尖頭，B為圓頭。逐漸升高電源電壓，當(dāng)電壓達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，可看到放電現(xiàn)象。先產(chǎn)生放電現(xiàn)象的是(　　)
避雷針模擬實(shí)驗(yàn)
A．A金屬柱
B．B金屬柱
C．A、B金屬柱同時(shí)
D．可能是A金屬柱，也可能是B金屬柱
【答案】A
【解析】根據(jù)導(dǎo)體表面電荷分布與尖銳程度有關(guān)可知，A金屬柱尖端電荷密集，容易發(fā)生尖端放電現(xiàn)象，故選項(xiàng)A正確。
練習(xí)1.（多選）高大的建筑物上安裝避雷針，陰雨天氣時(shí)云層中的大量電荷可以通過避雷針直接引入大地，從而達(dá)到保護(hù)建筑物的目的。如圖所示，虛線是某次避雷針即將放電時(shí)，帶負(fù)電的云層和避雷針之間三條等勢線的分布示意圖；實(shí)線是空氣中某個(gè)帶電粒子由點(diǎn)到點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡，不計(jì)該帶電粒子的重力，則（　　）
A．避雷針尖端帶負(fù)電 B．在點(diǎn)的電勢能大于在點(diǎn)的電勢能
C．放電時(shí)避雷針中有向上的電流 D．越靠近避雷針尖端，其加速度越小
【答案】 BC
【解析】
A．云層帶負(fù)電，則避雷針尖端帶正電，A錯(cuò)誤；
B．根據(jù)運(yùn)動(dòng)軌跡可知，帶電粒子所受電場力指向避雷針尖端，由點(diǎn)到點(diǎn)電場力做正功，電勢能降低，B正確；
C．放電時(shí)，云層中的負(fù)電荷通過避雷針流向大地，而電流方向?yàn)樨?fù)電荷運(yùn)動(dòng)的反方向，所以放電時(shí)避雷針中有向上的電流，C正確；
D．帶電粒子越靠近避雷針尖端，等勢線越密集，電場強(qiáng)度越大，帶電粒子所受電場力越大，加速度越大，D錯(cuò)誤。
故選BC。
考點(diǎn)三、靜電屏蔽
1．實(shí)質(zhì)：靜電屏蔽實(shí)質(zhì)是利用了靜電感應(yīng)現(xiàn)象，使金屬殼內(nèi)的感應(yīng)電荷的電場和外加電場矢量和為零，好像是金屬殼將外電場“擋”在外面，即所謂的屏蔽作用，其實(shí)是殼內(nèi)兩種電場并存，矢量和為零而已。
2．靜電屏蔽的兩種情況
（1）金屬殼內(nèi)部不受外部影響：如圖，把驗(yàn)電器靠近帶電體，箔片會(huì)張開，但如果把驗(yàn)電器置于金屬網(wǎng)罩內(nèi)，再靠近帶電體，箔片不再張開，說明網(wǎng)罩內(nèi)不受外電場的影響。
（2）接地的封閉導(dǎo)體殼，內(nèi)部電場對(duì)外部沒有影響：如一封閉的導(dǎo)體殼內(nèi)部空間某點(diǎn)有一點(diǎn)電荷+q。由于靜電感應(yīng)，導(dǎo)體殼內(nèi)外表面感應(yīng)出等量的異種電荷。其電場線如圖甲所示，當(dāng)把導(dǎo)體殼接地后，+q在殼內(nèi)的電場對(duì)殼外空間就沒有影響了，如圖乙所示。
當(dāng)把球殼接地后，殼外表面感應(yīng)的正電荷在靜電力作用下流入大地（實(shí)際是大地的電子在電場作用下通過接地的導(dǎo)線流到球殼面上與殼外表面的正電荷中和），使球殼外表面沒有電荷，殼外空間就沒有電場了，于是網(wǎng)罩內(nèi)帶電體對(duì)外界的影響就隨之消除。殼內(nèi)＋q的電場不會(huì)受到球殼外界電場的任何影響，這樣就出現(xiàn)圖乙所示的情況。這種情況，既能屏蔽外界電場對(duì)網(wǎng)罩內(nèi)部的影響，又能屏蔽網(wǎng)罩內(nèi)帶電體對(duì)網(wǎng)罩外部電場的影響。
【典例1】如圖所示，放在絕緣臺(tái)上的金屬罩B內(nèi)放有一個(gè)不帶電的驗(yàn)電器C，如把一帶有正電荷的絕緣體A移近金屬罩B，則（　　）
A．金屬罩B內(nèi)的場強(qiáng)不為零
B．在B的右側(cè)內(nèi)表面帶正電荷
C．若將B接地，驗(yàn)電器的金屬箔片將張開
D．B和C電勢處處相等
【答案】 D
【解析】
A．由于金屬網(wǎng)罩的靜電屏蔽作用，內(nèi)部場強(qiáng)為零，A錯(cuò)誤；
B．由于金屬網(wǎng)罩的靜電屏蔽作用，B的內(nèi)表面不帶電，金屬網(wǎng)罩表面的自由電子重新分布， B的右側(cè)外表面帶正電荷，B的左側(cè)外表面負(fù)電荷， B錯(cuò)誤；
C．由于金屬網(wǎng)罩的靜電屏蔽作用，B內(nèi)的場強(qiáng)為零，驗(yàn)電器的金屬箔片不張開，C錯(cuò)誤；
D．金屬網(wǎng)罩處于靜電平衡狀態(tài)，是等勢體，D正確。
故選D。
練習(xí)1.如圖，用起電機(jī)使金屬鳥籠帶電，站在金屬架上的鳥安然無恙，且不帶電，其原因是
A．鳥的腳爪與金屬架絕緣 B．鳥與籠電勢相同，無電勢差
C．鳥籠內(nèi)部場強(qiáng)為零，電荷分布在籠的外表面 D．起電機(jī)使籠帶電，籠的電勢不會(huì)很高
【答案】BC
【解析】由于金屬鳥籠的靜電屏蔽作用，使得鳥籠內(nèi)部場強(qiáng)為零，電荷分布在籠的外表面，C正確；處于靜電平衡狀態(tài)的鳥籠是一個(gè)等勢體，其上各點(diǎn)電勢都相等，故B正確；鳥的腳爪與金屬架不是絕緣的，A錯(cuò)誤；起電機(jī)使鳥籠帶電，電勢可以達(dá)到很高，D錯(cuò)誤。
考點(diǎn)四、靜電的產(chǎn)生、應(yīng)用和防止
1．靜電是如何產(chǎn)生的
兩種不同的物體相互摩擦可以起電，甚至干燥的空氣與衣物摩擦也會(huì)起電。摩擦起的電在能導(dǎo)電的物體上可迅速流失，而在不導(dǎo)電的絕緣體(如化纖、毛織物等物體)上就不會(huì)流失而形成靜電，并聚集起來，當(dāng)達(dá)到一定的電壓時(shí)就產(chǎn)生放電現(xiàn)象，產(chǎn)生火花并發(fā)出聲響。
2．靜電的應(yīng)用和防止
(1)靜電的應(yīng)用
利用靜電的性質(zhì) 應(yīng)用舉例
利用靜電能吸引較小物體 靜電復(fù)印、靜電噴漆、靜電噴霧、激光打印、靜電除塵
利用高壓產(chǎn)生的電場 靜電保鮮、靜電滅菌、農(nóng)作物種子處理
利用放電產(chǎn)生物 臭氧防止紫外線、氮合成氨
(2)靜電的防止
防止靜電危害的基本辦法是盡快把產(chǎn)生的靜電導(dǎo)走，避免越積越多。
防止靜電的途徑主要有：
①避免產(chǎn)生靜電，例如，在可能情況下選用不易產(chǎn)生靜電的材料。
②避免靜電的積累，產(chǎn)生的靜電要設(shè)法導(dǎo)走，例如，增加空氣濕度、接地等。
【典例1】靜電除塵器結(jié)構(gòu)如圖所示，由板狀收集器A和線狀電離器B組成，A、B間接有高壓電源，使通過除塵器的塵埃帶電。下列選項(xiàng)正確的是（　　）
A．收集器A吸附大量塵埃的原因是塵埃帶上了正電
B．收集器A吸附大量塵埃的原因是塵埃帶上了負(fù)電
C．收集器A和電離器B之間形成的是勻強(qiáng)電場
D．靜電除塵過程是機(jī)械能向電場能轉(zhuǎn)化的過程
【答案】 B
【解析】
AB．AB間接高壓電后AB間產(chǎn)生很強(qiáng)的電場，氣體分子被電離為電子和正離子，電子被粉塵吸附，粉塵帶負(fù)電被接高壓正極的收集器A吸附。故A錯(cuò)誤，B正確；
C．越靠近線裝電離器B電場強(qiáng)度越大，收集器A和電離器B之間形成的是非勻強(qiáng)電場，故C錯(cuò)誤；
D．帶負(fù)電的粉塵在電場力的作用下加速運(yùn)動(dòng)，電場力做正功，電勢能減小，機(jī)械能增加，所以靜電除塵過程是電場能向機(jī)械能轉(zhuǎn)化的過程，故D錯(cuò)誤。
故選B。
練習(xí)1.(多選)靜電的應(yīng)用有多種，如靜電除塵、靜電噴涂、靜電植絨、靜電復(fù)印等，它們依據(jù)的原理都是讓帶電的物質(zhì)粒子在電場力作用下奔向并吸附到電極上，靜電噴漆的原理如圖所示，則以下說法正確的是(　　)
A．在噴槍噴嘴與被噴涂工件之間有一強(qiáng)電場
B．涂料微粒一定帶正電
C．涂料微粒一定帶負(fù)電
D．涂料微粒可以帶正電，也可以帶負(fù)電
【答案】AC
【解析】靜電噴涂的原理就是讓帶電的涂料微粒在強(qiáng)電場的作用下被吸附到工件上，而達(dá)到噴漆的目的，A正確；由題圖知，待噴漆工件帶正電，所以涂料微粒應(yīng)帶負(fù)電，C正確。
練習(xí)2.如圖為靜電除塵示意圖，m、n 為金屬管內(nèi)兩點(diǎn)。在 P、Q 兩點(diǎn)加高電壓時(shí)，金屬管內(nèi)空氣電離。電離出來的電子在電場力的作用下，遇到煙氣中的煤粉，使煤粉帶負(fù)電，導(dǎo)致煤粉被吸附到管壁上，排出的煙就清潔了。就此示意圖，下列說法正確的是(　　)
A．Q 接電源的正極，且電場強(qiáng)度Em＝En
B．Q 接電源的正極，且電場強(qiáng)度 Em＞En
C．P 接電源的正極，且電場強(qiáng)度 Em＝En
D．P 接電源的正極，且電場強(qiáng)度 Em＞En
【答案】B
【解析】管內(nèi)接通靜電高壓時(shí)，管內(nèi)存在強(qiáng)電場，它使空氣電離而產(chǎn)生電子和正離子。電子在電場力的作用下，向正極移動(dòng)時(shí)，碰到煙塵微粒使它帶負(fù)電。所以金屬管Q應(yīng)接高壓電源的正極，金屬絲P接負(fù)極。構(gòu)成類似于點(diǎn)電荷的輻向電場，所以越靠近金屬絲，電場強(qiáng)度越強(qiáng)，故A、C、D錯(cuò)誤，B正確。
二、夯實(shí)小練
1．帶負(fù)電的空心金屬球殼置于絕緣支架上，將4個(gè)原來不帶電的金屬小球按圖示位置放置，A球用絕緣輕繩豎直懸掛，B球接地，C球用導(dǎo)線與球殼內(nèi)部相連，D球與球殼內(nèi)部接觸．設(shè)大地及無窮遠(yuǎn)處電勢為零，當(dāng)達(dá)到靜電平衡時(shí)，下列說法正確的是
A．由于靜電感應(yīng)，A球帶正電，
B．B球接地帶負(fù)電，但電勢為零
C．C球不帶電，但電勢與球殼電勢相等
D．D球帶不帶電，但電勢小于零
【答案】 D
【解析】
由于靜電感應(yīng)，A球的左右兩端帶上不同的電荷，但整體不帶電．故A錯(cuò)誤；由于靜電感應(yīng)，B球帶正電，但電勢和大地的電勢相等，為零．故B成為；C球在金屬球殼的外部，會(huì)帶上與球殼相同的電荷．故C錯(cuò)誤；D球在球殼的內(nèi)部，與球殼接觸后成為球殼內(nèi)部的一部分，所以D不帶電，電勢與球殼電勢相同，電勢小于零．故D正確．故選D．
如圖所示，A為空心金屬球，B為金屬球，A、B原來不帶電，將另一帶正電荷的小球C從A球開口處放入A球中央，不接觸A球，然后用手接觸一下A球，再用手接觸一下B球，再移走C球，則(　　)
A．A球帶負(fù)電荷，B球帶正電荷
B．A球帶負(fù)電荷，B球不帶電
C．A、B兩球都帶負(fù)電荷
D．A、B兩球都帶正電荷
【答案】B
【解析】首先帶正電荷的小球C從A球開口處放入A球中央，根據(jù)靜電感應(yīng)現(xiàn)象可知，A球內(nèi)表面帶負(fù)電荷，外表面帶正電荷。用手接觸A相當(dāng)于把A接地，由大地傳導(dǎo)過來的電子與A球外表面正電荷中和，使A球外表面不帶電，此時(shí)A球?qū)?nèi)起靜電屏蔽作用，A球內(nèi)的電場不影響外部。用手接觸B時(shí)，無電荷移動(dòng)，B球不帶電。當(dāng)帶正電荷的C球從A球內(nèi)移走后，A球內(nèi)表面所帶的負(fù)電荷移至外表面，所以此時(shí)A球帶負(fù)電荷。由上述可知，選項(xiàng)B正確。
3．下列現(xiàn)象中，屬于靜電屏蔽的是（　　）
A．高壓輸電線線塔上除了下面的三根粗的輸電線外，上方還有兩根細(xì)的導(dǎo)線
B．油罐車車尾下方拖著一根落地的軟鐵條
C．高壓設(shè)備中導(dǎo)體表面應(yīng)該盡量光滑
D．涂料霧化器噴出的油漆微粒在電場力作用下飛向工件表面，形成漆膜
【答案】 A
【解析】
A．高壓輸電線線塔上除了下面的三根較粗的輸電線外，上方還有兩根較細(xì)的電線可以有效防止大氣中的靜電對(duì)高壓線的影響，利用的是靜電屏蔽的原理，故A正確；
B．油罐車拖著一個(gè)鐵鏈網(wǎng)，目的是將汽車與空氣摩擦產(chǎn)生的靜電導(dǎo)入大地，不是靜電屏蔽，故B錯(cuò)誤；
C．高壓設(shè)備中導(dǎo)體的表面應(yīng)該盡量光滑，能有效避免尖端放電，不是靜電屏蔽，故C錯(cuò)誤；
D．涂料霧化器噴出的油漆微粒在電場力作用下飛向工件表面，形成漆膜，屬于靜電的利用，不是靜電屏蔽，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。
4．（多選）下列說法正確的是（　　）
A．打雷時(shí)，人呆在木屋里要比呆在汽車?yán)锇踩?br/>B．處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，其內(nèi)部的電場強(qiáng)度處處為零
C．燃?xì)庠铧c(diǎn)火器的放電電極做成針形是為了利用尖端放電現(xiàn)象
D．超高壓帶電作業(yè)的工人穿絕緣服比穿含金屬絲的工作服安全
【答案】 BC
【解析】
A．一輛金屬車身的汽車可以起到靜電屏蔽的作用，也是最好的“避雷所”，一旦汽車被雷擊中，它的金屬構(gòu)架會(huì)將閃電的電流導(dǎo)入地下，打雷時(shí)，呆在汽車?yán)锔踩蔄錯(cuò)誤；
B．處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，其內(nèi)部的電場強(qiáng)度處處為零，故B正確；
C．因?yàn)殡姾杉杏谛螤畋容^尖端的地方，即尖端放電，故燃?xì)庠畹碾娮狱c(diǎn)火器的放電電極做成針形比較好，故C正確；
D．電力工人高壓帶電作業(yè)，全身穿戴金屬絲網(wǎng)制成的工作服，可以對(duì)人體起到靜電屏蔽作用，使人安全作業(yè)，故D錯(cuò)誤。
5．（多選）如圖是某種靜電礦料分選器原理圖，帶正、負(fù)電礦粉經(jīng)漏斗落入水平勻強(qiáng)電場后，分落在收集板中央的兩側(cè)，下列關(guān)于帶負(fù)電礦粉分離的過程表述正確的是（　　）
A．落在左側(cè) B．動(dòng)能變小 C．電勢能變小 D．電場力對(duì)礦粉做正功
【答案】 CD
【解析】
因右極板帶正電，則帶負(fù)電礦粉分離的過程受到向右的電場力作用，將落到右側(cè)，電場力做正功，動(dòng)能變大，電勢能減小。
6．(多選)如圖所示的靜電實(shí)驗(yàn)(虛線框?yàn)榻饘倬W(wǎng))能使左邊驗(yàn)電器的金屬箔張開的是(　　)
A　　　　　　　　B C　　　　　　　　D
【答案】AC
【解析】凈電荷分布在導(dǎo)體的外表面，選項(xiàng)A正確，B錯(cuò)誤；選項(xiàng)C中兩個(gè)驗(yàn)電器接觸，左側(cè)驗(yàn)電器金屬箔應(yīng)張開，選項(xiàng)D中左邊的驗(yàn)電器處于金屬網(wǎng)中，由于靜電屏蔽，金屬箔不會(huì)張開，選項(xiàng)C正確，D錯(cuò)誤。
7．如圖靜電除塵器除塵原理的示意圖。塵埃在電場中通過某種機(jī)制帶電，在靜電力的作用下向集塵極遷移并沉積，以達(dá)到除塵的目的，下列表述正確的是（　　）
A．到達(dá)集塵極的塵埃帶可能帶正電，也可能帶負(fù)電
B．電場方向由集塵極指向放電極帶電
C．到達(dá)集塵極的帶電塵埃所受靜電力的方向與電場方向相同
D．帶電塵埃在電場中勻加速運(yùn)動(dòng)
【答案】 B
【解析】
AB．由于集塵極與電池的正極連接，電場方向由集塵板指向放電極，塵埃在電場力作用下向集塵極遷移并沉積，說明塵埃帶負(fù)電，故B正確，A錯(cuò)誤；
C．負(fù)電荷在電場中受電場力的方向與電場力方向相反，故C錯(cuò)誤；
D．由圖可知，放電極和集塵極之間的電場類似于尖端放電所產(chǎn)生的電場，不是勻強(qiáng)電場，所以帶電塵埃在電場中不可能做勻加速運(yùn)動(dòng)，故D錯(cuò)誤。
8．富蘭克林為研究雷電現(xiàn)象，設(shè)計(jì)了如圖所示的裝置，避雷針線路與接地線分開，并在分開處裝上帽形的金屬鐘A與B，兩鐘之間以絲線懸掛一個(gè)金屬小球C，A鐘下方用細(xì)導(dǎo)線連接兩個(gè)很輕的金屬小球形成驗(yàn)電器D，避雷針上空附近的云不帶電時(shí)，三個(gè)金屬小球均靜止下垂。若帶負(fù)電的云層接近避雷針頂端時(shí)，下列說法正確的是（　　）
A．避雷針頂端帶負(fù)電
B．接地線上有正電荷流入大地
C．驗(yàn)電器D上的兩個(gè)金屬小球帶負(fù)電且間距增大
D．金屬小球C會(huì)先擺向A，撞到A后被A吸住不再分開
【答案】 C
【解析】
A．根據(jù)異種電荷相互吸引、同種電荷相互排斥，可知若帶負(fù)電的云接近避雷針頂端時(shí)，避雷針頂端帶正電，故A錯(cuò)誤；
C．由A選項(xiàng)分析可知，驗(yàn)電器D下端兩小球始終帶負(fù)電，所以兩小球因相互排斥而間距增大，故C正確；
BD．小球C在驗(yàn)電器D下端的吸引下撞擊A，然后和A帶同種電荷—負(fù)電，然后相互排斥，和B接觸，電子通過B下端接地線導(dǎo)入大地，然后C不帶電，如此反復(fù)；故BD錯(cuò)誤。
9．如圖，在直角坐標(biāo)系中固定一不帶電的金屬導(dǎo)體球，球心O′坐標(biāo)為（2L，0），a、b是同一個(gè)圓上的兩個(gè)點(diǎn)，圓心在坐標(biāo)原點(diǎn)O，Ob連線與球相切與d點(diǎn)。現(xiàn)在O處固定一點(diǎn)電荷，帶電量為+Q。當(dāng)金屬球處于靜電平衡狀態(tài)時(shí)，下列說法正確的是（　　）
A．金屬球左側(cè)表面帶正電
B．d點(diǎn)電場線與金屬球相切
C．圖中各點(diǎn)電勢關(guān)系為
D．導(dǎo)體球上的感應(yīng)電荷在O′處的場強(qiáng)大小
【答案】 D
【解析】
A．金屬球處于靜電平衡狀態(tài)，因點(diǎn)電荷為正電荷，則金屬球左側(cè)表面帶負(fù)電，A錯(cuò)誤；
B．d點(diǎn)電場線與金屬球表面垂直，B錯(cuò)誤；
C．由于感應(yīng)電荷對(duì)場源電荷的影響，點(diǎn)電荷左邊電場強(qiáng)度大小要大于右側(cè)電場強(qiáng)度的大小，根據(jù)
可知b點(diǎn)的電勢要小于a點(diǎn)的電勢，沿著電場線方向電勢降低，則b點(diǎn)的電勢要大于d點(diǎn)的電勢，即
C錯(cuò)誤；
D．點(diǎn)電荷在球心處產(chǎn)生的場強(qiáng)大小為
根據(jù)靜電平衡條件可知，點(diǎn)電荷和導(dǎo)體球上的感應(yīng)電荷在O′處產(chǎn)生的場強(qiáng)大小相等，方向相反，則導(dǎo)體球上的感應(yīng)電荷在O′處的場強(qiáng)大小為，D正確。
三、培優(yōu)練習(xí)
1．（多選）如圖所示A為絕緣空心金屬球殼，原來不帶電。將一個(gè)帶正電的小球B從小孔放入金屬球空腔內(nèi)，但不與球殼接觸。達(dá)到靜電平衡后，以下說法正確的是（　　）
A．球殼內(nèi)側(cè)帶負(fù)電，外側(cè)帶正電 B．球殼外側(cè)電勢高，內(nèi)側(cè)電勢低
C．金屬球內(nèi)空腔處電場強(qiáng)度為零 D．金屬球殼內(nèi)電場強(qiáng)度為零
【答案】 AD
【解析】
A．由于靜電感應(yīng)，金屬球殼A內(nèi)壁感應(yīng)出負(fù)電，外側(cè)帶正電，故A正確；
B．靜電平衡后，金屬球殼A是一個(gè)等勢體，故B錯(cuò)誤；
C．由于B帶正電，則A的空腔內(nèi)電場強(qiáng)度不為零，故C錯(cuò)誤；
D．處于靜電平衡的金屬球殼，其內(nèi)電場強(qiáng)度為零，故D正確。
2．（多選）在一次科學(xué)晚會(huì)上，一位老師表演了一個(gè)“魔術(shù)”：如圖所示，一個(gè)沒有底的空塑料瓶上固定著一根鐵鋸條和一塊易拉罐（金屬）片，把它們分別跟靜電起電機(jī)的兩極相連。在塑料瓶里放一盤點(diǎn)燃的蚊香，很快就看見整個(gè)透明塑料瓶里煙霧繚繞。則下列說法正確的是（　　）
A．鋸條和金屬片之間為勻強(qiáng)電場
B．鋸條附近的電場強(qiáng)度最大
C．若鋸條接電源負(fù)極，金屬片接正極，當(dāng)搖動(dòng)起電機(jī)時(shí)，煙霧會(huì)向金屬片移動(dòng)
D．當(dāng)把起電機(jī)一搖，頓時(shí)塑料瓶清澈透明，當(dāng)起電機(jī)停止搖動(dòng)一段時(shí)間后，又會(huì)是煙霧繚繞
【答案】 BCD
【解析】
A．由于鋸條和金屬片形狀不同，面積不等，且鋸條上電荷分布不均勻，則鋸條和金屬片之間的電場不為勻強(qiáng)電場，故A錯(cuò)誤；
B．由于鋸條上尖端部分比較多，聚集的電荷最多，則電場強(qiáng)度最大，故B正確；
C．起電機(jī)產(chǎn)生高電壓使鋸條和金屬片之間的電場將空氣中的分子電離，電離出來的電子被煙塵顆粒吸附，俘獲電子的煙塵顆粒帶負(fù)電，容易被帶正電的金屬片吸引，故煙霧會(huì)向金屬片移動(dòng)，故C正確；
D．當(dāng)把起電機(jī)一搖，鋸條和金屬片之間形成電場，電離空氣分子，使煙塵顆粒吸附電子后被帶正電的金屬片（或鋸條）吸引，從而使塑料瓶清澈透明。當(dāng)起電機(jī)停止搖動(dòng)一段時(shí)間后，鋸條和金屬片上的電荷被中和，電場消失，則瓶中又會(huì)煙霧繚繞，故D正確。
3．在繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的航天器中，物體處于完全失重狀態(tài)，可以形成一種“重力屏蔽狀態(tài)”，在航天器中建立電學(xué)實(shí)驗(yàn)室，可以有效消除常態(tài)下重力的影響。空腔導(dǎo)體內(nèi)部可以實(shí)現(xiàn)靜電屏蔽，在空腔導(dǎo)體內(nèi)部建立物理實(shí)驗(yàn)室，可以有效消除外電場的干擾。下列說法正確的是(　　)
A．電場是一種人為假設(shè)的物質(zhì)，實(shí)際是不存在的
B．航天器中的“重力屏蔽狀態(tài)”指的是航天器中不存在重力
C．外電場在空腔導(dǎo)體的內(nèi)部產(chǎn)生的場強(qiáng)為0，所以外電場被屏蔽
D．在外電場作用下處于靜電平衡的空腔導(dǎo)體，其內(nèi)部的總電場強(qiáng)度為0
【答案】D
【解析】電場是看不見、摸不著，但是實(shí)際存在的，A錯(cuò)誤；航天器中的“重力屏蔽狀態(tài)”指的是航天器中物體間沒有相互作用力，但仍存在重力，B錯(cuò)誤；外電場在空腔導(dǎo)體的內(nèi)部產(chǎn)生的場強(qiáng)，與感應(yīng)電荷在內(nèi)部的電場強(qiáng)度相互疊加后為0，C錯(cuò)誤；由于靜電屏蔽作用，導(dǎo)體的外殼就會(huì)對(duì)它的內(nèi)部起到“保護(hù)”作用，使它的內(nèi)部不受外部電場的影響，所以導(dǎo)體內(nèi)部的總電場強(qiáng)度為0，D正確。
4．如圖所示，P是一個(gè)帶電體，S代表放在絕緣板上的一些小紙屑，而N是一個(gè)不帶電的空金屬球。那么，各圖中的紙屑S不會(huì)被其帶電體P吸引的是（　　）
A． B．
C． D．
【答案】 A
【解析】
A．由于空腔金屬球（或者網(wǎng)罩）無論是否接地，都能把外部的電場屏蔽起來不讓它影響內(nèi)部，A正確；
B．若把空腔金屬球（或者網(wǎng)罩）接地，就能夠把內(nèi)部帶電體的電場屏蔽起來不讓它影響外部電器，B項(xiàng)中金屬球未接地，金屬球內(nèi)表面和外表面都有感應(yīng)電荷，紙屑S會(huì)被其帶電體P吸引。B錯(cuò)誤；
CD．C、D中帶電體與紙屑在同一空間中，不夠成靜電屏蔽，會(huì)被吸引，CD錯(cuò)誤。
5．如圖所示，將懸掛在細(xì)線上的帶正電的小球A放在不帶電的金屬空心球C內(nèi)不與C的內(nèi)壁接觸，在C附近另外有一個(gè)懸掛在細(xì)線上的帶負(fù)電的小球B，則（　　）
A．A，B兩球均不偏離豎直方向
B．A球不偏離豎直方向，B球向右偏離豎直方向
C．A球向左偏離豎直方向，B球不偏離豎直方向
D．A球向左偏離豎直方向，B球向右偏離豎直方向
【答案】 B
【解析】
CD．由于靜電屏蔽，小球B的電場對(duì)A無影響，小球A不會(huì)偏離豎直方向，選項(xiàng)CD錯(cuò)誤；
AB．由于靜電感應(yīng)空心球C的內(nèi)表面帶負(fù)電，外表面帶正電，小球B和空心球C之間異種電荷相吸引，小球B會(huì)偏離豎直方向向右靠近C球，選項(xiàng)A錯(cuò)誤，B正確。
6．（多選）如圖所示，金屬殼放在絕緣墊上，能起到屏蔽點(diǎn)電荷電場作用的是（　　）
A． B．
C． D．
【答案】 ABD
【解析】
A．當(dāng)正電荷放在金屬殼外時(shí)，使金屬殼左端帶負(fù)電荷，右端帶正電荷，兩端出現(xiàn)電壓，導(dǎo)致感應(yīng)電場與外電場相疊加，所以內(nèi)部電場強(qiáng)度為零起到屏蔽的作用，故A正確；
B．當(dāng)正電荷放在金屬殼外時(shí)，使金屬殼左端帶負(fù)電荷，由于右端接地，則不帶電，兩端仍出現(xiàn)電壓，導(dǎo)致感應(yīng)電場與外電場相疊加，所以內(nèi)部電場強(qiáng)度為零起到屏蔽的作用，故B正確；
C．當(dāng)正電荷放在金屬殼內(nèi)時(shí)，使金屬內(nèi)殼帶負(fù)電荷，外殼帶正電荷，出現(xiàn)電場，導(dǎo)致出現(xiàn)感應(yīng)電場沒起到屏蔽的作用，故C錯(cuò)誤；
D．當(dāng)正電荷放在金屬殼內(nèi)時(shí)，由于接地，則使金屬殼外不帶電，內(nèi)部左、右端都帶負(fù)電荷，而外部沒有電場，從而起到屏蔽的作用，故D正確；
7．如圖所示，先用絕緣細(xì)線將導(dǎo)體懸掛起來，并使導(dǎo)體帶電。然后用帶絕緣柄的不帶電小球接觸A點(diǎn)，再用小球與驗(yàn)電器接觸。用同樣的方法檢驗(yàn)B、C部位的帶電情況，則(　　)
A．與A接觸再與驗(yàn)電器接觸，驗(yàn)電器箔片張開的角度最大
B．與C接觸再與驗(yàn)電器接觸，驗(yàn)電器箔片張開的角度最大
C．與A、B、C接觸再與驗(yàn)電器接觸，驗(yàn)電器箔片張開的角度一樣大
D．通過實(shí)驗(yàn)可確定導(dǎo)體上平坦部位電荷分布比較密集
【答案】B
【解析】帶電導(dǎo)體的平坦部位電荷比較稀疏，凸出部位電荷比較密集，即C處電荷最密集，B處次之，A處最稀疏，因此小球接觸A點(diǎn)時(shí)，取得的電荷量最少，與驗(yàn)電器接觸時(shí)，驗(yàn)電器箔片得到的電荷量最少，箔片張開的角度最小；反之與C處接觸時(shí)，箔片張開的角度最大。故B正確。
處于強(qiáng)電場中的空氣分子會(huì)被電離為電子和正離子，利用此原理可以進(jìn)行靜電除塵。如圖所示是一個(gè)用來研究靜電除塵的實(shí)驗(yàn)裝置，鋁板與手搖起電機(jī)的正極相連，縫被針與手搖起電機(jī)的負(fù)極相連，在鋁板和縫被針中間放置點(diǎn)燃的蚊香。轉(zhuǎn)動(dòng)手搖起電機(jī)，蚊香放出的煙霧會(huì)被電極吸附，停止轉(zhuǎn)動(dòng)手搖起電機(jī)，蚊香的煙霧又會(huì)裊裊上升。關(guān)于這個(gè)現(xiàn)象，下列說法正確的是(　　)
A．煙塵因?yàn)閹д姸晃降娇p被針上
B．同一煙塵顆粒在被吸附過程中離鋁板越近速度越小
C．同一煙塵顆粒在被吸附過程中離鋁板越近速度越大
D．同一煙塵顆粒在被吸附過程中如果帶電荷量不變，離鋁板越近則加速度越大
【答案】C
【解析】在鋁板和縫被針中間形成強(qiáng)電場，處于強(qiáng)電場中的空氣分子會(huì)被電離為電子和正離子，煙塵吸附電子帶負(fù)電，而被吸附到鋁板上，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；由于靜電力做功，同一煙塵顆粒在被吸附過程中離鋁板越近速度越大，選項(xiàng)C正確，B錯(cuò)誤；由于離鋁板越近，電場強(qiáng)度越小，同一煙塵顆粒在被吸附過程中如果帶電荷量不變，離鋁板越近則加速度越小，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。
9．（多選）如圖所示，半徑為R的金屬球表面均勻分布著正電荷，以球心O為原點(diǎn)建立x軸，沿x軸上各點(diǎn)的電場強(qiáng)度大小和電勢分別用E和φ表示。選取無窮遠(yuǎn)處電勢為零，則下列關(guān)于x 軸上各點(diǎn)電場強(qiáng)度大小E和電勢φ隨位置x變化的關(guān)系圖像中，可能正確的是（　　）
A． B．
C． D．
【答案】 AD
【解析】
AB．金屬球是處于靜電平衡的導(dǎo)體，是一個(gè)等勢體，在導(dǎo)體外側(cè)，電場線由導(dǎo)體指向無窮遠(yuǎn)處，沿著電場線電勢降低，故A選項(xiàng)可能正確，B選項(xiàng)一定錯(cuò)誤；
CD．處于靜電平衡的導(dǎo)體，其內(nèi)部電場強(qiáng)度處處為零，金屬球在其外部形成的電場的電場強(qiáng)度，可應(yīng)用點(diǎn)電荷場強(qiáng)公式表示，故C選項(xiàng)錯(cuò)誤，D選項(xiàng)正確。
10.如圖所示，長為l的金屬桿原來不帶電，在距其右端d處放一個(gè)電荷量為＋q的點(diǎn)電荷。
(1)金屬桿中點(diǎn)處的電場強(qiáng)度為多少？
(2)金屬桿上的感應(yīng)電荷在桿中點(diǎn)處產(chǎn)生的電場強(qiáng)度為多大？
【解析】　(1)金屬桿處于靜電平衡狀態(tài)，其內(nèi)部場強(qiáng)處處為零。因此，金屬桿中點(diǎn)處的電場強(qiáng)度為0。
(2)點(diǎn)電荷q在金屬桿中點(diǎn)處產(chǎn)生的場強(qiáng)E點(diǎn)＝k＝eq \f(kq,\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(d＋\f(l,2))))，方向水平向左。由于桿中點(diǎn)處的場強(qiáng)為零，所以感應(yīng)電荷在桿中點(diǎn)處產(chǎn)生的場強(qiáng)與點(diǎn)電荷在該處產(chǎn)生的場強(qiáng)大小相等，方向相反，所以，感應(yīng)電荷在桿中點(diǎn)處產(chǎn)生的場強(qiáng)大小E感＝E點(diǎn)＝eq \f(kq,\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(d＋\f(l,2))))。
11．以煤作燃料的電站，每天排出的煙氣帶走大量的煤粉，不僅浪費(fèi)燃料，而且嚴(yán)重污染環(huán)境，利用靜電除塵可以除去煙氣中的煤粉。如圖所示是靜電除塵器的原理示意圖，除塵器由金屬管A和懸在管中的金屬絲B組成，在A、B上各引電極a、b接直流高壓電源。假定煤粉只會(huì)吸附電子，而且距金屬絲B越近場強(qiáng)越大。
（1）試判斷所接高壓電源的極性；
（2）試定性說明靜電除塵器的工作原理；
（3）設(shè)金屬管A的內(nèi)徑r＝3 m，長為L＝50 m，該除塵器吸附煤粉的能力D＝3.5×10－4 kg/（s·m2），求其工作一天能回收煤粉多少噸？（最后結(jié)果取三位有效數(shù)字）
【答案】 （1）a為正極，b為負(fù)極；（2）帶電粒子在電場作用下奔向電極，并吸附在電極上；（3）28.5 t
【解析】
（1）因?yàn)槊悍畚诫娮樱詭ж?fù)電，為了將煤粉吸附在金屬管上，因此與金屬管相連的a為正極，與金屬絲相連的b為負(fù)極。
（2）由于煤粉吸附電子帶電，故將在電場作用下奔向電極，并吸附在電極上。
（3）設(shè)一天回收煤粉的質(zhì)量為m，管內(nèi)表面積
S＝2πrL
則
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