資源簡介

4．靜電的防止與利用
[學習任務]　1．知道什么是靜電平衡狀態，能說出靜電平衡狀態下的導體特點。
2．知道導體上電荷的分布特征，了解尖端放電、靜電屏蔽現象及其成因。
3．了解靜電除塵、靜電噴漆、靜電復印的工作原理。
[問題初探]　問題1．靜電平衡狀態指的是什么狀態？
問題2．靜電平衡狀態的導體內部電場強度有什么特點？
問題3．避雷針的原理是什么？
[提示]　問題1．導體內的自由電子不再發生定向移動的狀態。
問題2．內部的電場強度處處為零。
問題3．尖端放電。
[自我感知]　經過你認真的預習，結合你對本節課的理解和認識，請畫出本節課的知識邏輯體系。
　靜電平衡
1．靜電感應現象：放入電場中的導體，由于靜電感應，在導體的兩側感應出電荷的現象。
2．靜電平衡狀態：導體內的自由電子不再發生定向移動的狀態。
3．導體內部電場強度特點：處于靜電平衡狀態的導體，其內部的電場強度處處為0。
如圖所示，不帶電的金屬導體放到電場中，導體內的自由電子將發生定向移動，使導體兩端出現等量異種電荷。
問題1．自由電子定向移動的原因是什么？定向移動的方向又如何？
提示：靜電力，與電場強度方向相反。
問題2．自由電子能否一直定向移動？為什么？
提示：不能，自由電子也形成電場E′，當E′＝－E0時，不再定向移動。
1．對靜電平衡的三點理解
(1)靜電平衡是自由電荷發生定向移動的結果，達到靜電平衡時，自由電荷不再發生定向移動。
(2)金屬導體建立靜電平衡的時間是非常短暫的。
(3)導體達到靜電平衡后內部電場強度處處為零是指外電場E與導體兩端的感應電荷產生的附加電場E′的合電場強度為零，E′＝－E。
2．處于靜電平衡時的導體上的電荷分布特點
(1)凈電荷只分布在導體外表面，內部沒有凈電荷。
(2)感應電荷分布于導體兩端，電性相反，電荷量相等，近異遠同，如圖甲所示。
(3)凈電荷在導體外表面的分布不均勻，一般越是尖銳的地方電荷的分布越密集，如圖乙所示。
【典例1】　(對靜電平衡的理解)如圖所示，把一個架在絕緣支架上的枕形導體放在正點電荷形成的電場中，導體處于靜電平衡狀態。下列說法正確的是 (　　)
A．導體內部A點的電場強度大于B點的電場強度
B．感應電荷在A、B兩點產生的附加電場強度EA＝EB
C．感應電荷在A、B兩點產生的附加電場強度EAD．當開關S閉合時，電子從大地沿導線向導體移動
D　[枕形導體在正點電荷附近，出現靜電感應現象，導致電荷重新分布，因此在枕形導體內部出現感應電荷的電場與點電荷的電場疊加，靜電平衡時，導體內部電場強度處處為零，A錯誤；導體內部的電場強度處處為零，所以感應電荷產生的附加電場強度的大小與點電荷產生的電場強度的大小相等，方向相反，故EA>EB，B、C錯誤；當開關S閉合時，電子從大地沿導線向導體移動，D正確。]
【典例2】　(處于靜電平衡的導體的電荷分布)(多選)如圖所示，在絕緣板上放有一個不帶電的金箔驗電器A和一個帶正電荷的空腔導體B。下列實驗方法中能使驗電器箔片張開的是(　　)
A．用取電棒C(帶絕緣柄的導體棒)先跟B的內壁接觸一下后再跟A接觸
B．用取電棒C先跟B的外壁接觸一下后再跟A接觸
C．用帶絕緣外皮的導線把驗電器A跟取電棒C的導體部分相連，再把取電棒C與B的外壁接觸
D．使驗電器A靠近B
BCD　[A項中取電棒先和B的內壁接觸后，由于B的內壁本身沒有電荷，所以再接觸A時驗電器箔片不張開；B項中可以使取電棒帶電，從而使A帶電；C項中用帶絕緣外皮的導線連接實際上是將驗電器A和C連成了一個導體，A因接觸而帶電；D項中是感應起電。所以B、C、D項正確。]
【典例3】　(利用靜電平衡的特點求解電場強度)長為l的導體棒原來不帶電，現將一帶電荷量為＋q的點電荷放在距棒左端R處，如圖所示。當棒達到靜電平衡時，求棒上感應電荷在棒內中點P處產生的電場強度。
[解析]　導體棒在點電荷＋q的電場中發生靜電感應，左端感應出負電荷，右端感應出正電荷，棒中任何一點都有兩個電場，即外電場(＋q在該點形成的電場E0)和感應電場(棒上感應電荷在該點形成的
電場E′)，達到靜電平衡時E′＝E0。棒的中點與點電荷＋q的距離r＝R＋，于是有E′＝E0＝，E′和E0方向相反，即E′方向向左。
[答案]　，方向向左
　求處于靜電平衡狀態的導體內部某點感應電荷產生的電場強度的方法
(1)求出外電場在所求點的電場強度E外的大小和方向。
(2)由于導體處于靜電平衡狀態，則導體內部各點滿足靜電平衡條件E合＝0。
(3)由E合＝E外＋E感＝0，求出感應電荷在所求點電場強度E感的大小和方向。
　尖端放電　靜電屏蔽
[鏈接教材]　教材中如圖所示的實驗中，用金屬網把驗電器罩起來，驗電器的金屬箔片能張開嗎？為什么？
提示：不會張開，金屬網可以屏蔽外電場。
1．電離：導體尖端的電荷密度越大，附近的電場強度越大，使空氣中的帶電粒子發生劇烈運動，并與空氣分子碰撞從而使空氣分子中的正負電荷分離的現象。
2．尖端放電：導體尖端的強電場使附近的空氣電離出帶電粒子，那些所帶電荷與導體尖端的電荷符號相反的粒子，由于被吸引而奔向尖端，與尖端的電荷中和，相當于導體從尖端失去電荷的現象。
3．尖端放電的應用與防止
(1)應用：避雷針是利用尖端放電避免雷擊的一種設施。
(2)防止：高壓設備中導體的表面盡量光滑，減少電能的損失。
4．靜電屏蔽：把一個電學儀器放在封閉的金屬殼(網)里，即使殼(網)外有電場，由于殼(網)內電場強度保持為零，外電場對殼(網)內的儀器不會產生影響的現象。
5．靜電屏蔽的應用：電學儀器外面有金屬殼、野外高壓線上方有兩條導線與大地相連。
如圖所示，超高壓帶電作業的工人穿戴的工作服，是用銅絲編織的。
問題1．為什么要用包含金屬絲的織物制成？
提示：利用了靜電屏蔽，將外面電場屏蔽掉，使電工不受影響。
問題2．高壓輸電線上方架著與大地相連的兩條導線的目的？
提示：形成了一個稀疏的金屬網，以減小被雷擊中的概率，利用了靜電屏蔽。
1．尖端放電
導體尖端電荷密度大，周圍的電場強度大，把周圍的空氣電離，帶電粒子在強電場的作用下加速撞擊空氣中的分子，使它們進一步電離，所帶電荷與導體尖端的電荷符號相反的粒子被吸引而奔向尖端，與尖端上的電荷中和。
2．靜電屏蔽
(1)靜電屏蔽的實質
靜電屏蔽的實質是利用了靜電感應現象，使金屬殼內感應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，其實是殼內兩種電場并存，矢量和為零。
(2)靜電屏蔽的兩種情況
導體外部電場 不影響導體內部 接地導體內部的電 場不影響導體外部
圖示
實現 過程 因場源電荷產生的電場與導體球殼表面上感應電荷產生的電場在空腔內的合電場強度為零，達到靜電平衡狀態，起到屏蔽外電場的作用 當空腔外部接地時，外表面的感應電荷因接地將傳給地球，外部電場消失，起到屏蔽內電場的作用
最終 結論 導體內空腔不受外界電荷影響 接地導體空腔外部不受內部電荷影響
本質 靜電感應與靜電平衡，所以做靜電屏蔽的材料只能是導體，不能是絕緣體
【典例4】　(對尖端放電的理解)如圖所示是模擬避雷針作用的實驗裝置，金屬板M接高壓電源的正極，金屬板N接負極。金屬板N上有兩個等高的金屬柱A、B，A為尖頭，B為圓頭。逐漸升高電源電壓，當電壓達到一定數值時，可看到放電現象。先產生放電現象的是(　　)
A．A金屬柱
B．B金屬柱
C．A、B金屬柱同時
D．可能是A金屬柱，也可能是B金屬柱
A　[由于導體尖端電荷比較密集，更容易產生放電現象。]
【典例5】　(靜電外屏蔽)如圖所示，把原來不帶電的金屬殼B的外表面接地，將一帶正電的小球A從小孔中放入球殼內，但不與B接觸，達到靜電平衡后，則(　　)
A．B的空腔內電場強度為零
B．B不帶電
C．B的外表面帶正電
D．B的內表面帶負電
[思路點撥]　(1)因靜電感應，帶正電小球A可使金屬殼內外表面產生感應電荷。
(2)金屬殼B的外表面接地，外表面與大地間可通過接地線發生電荷的轉移，最終使金屬殼外表面不帶電。
D　[因為金屬殼的外表面接地，所以外表面沒有感應電荷，只有內表面有感應電荷分布，且由于A帶正電，則B的內表面帶負電，D正確，B、C錯誤；B的空腔內有帶正電的小球A產生的電場和金屬殼內表面感應電荷產生的電場，所以空腔內電場強度不為零，A錯誤。]
【典例6】　(靜電內屏蔽)如圖所示，用金屬網把不帶電的驗電器罩起來，再使帶電金屬球靠近金屬網，則下列說法正確的是(　　)
A．箔片張開
B．箔片不張開
C．金屬球帶電荷量足夠大時才會張開
D．金屬網罩內部電場強度不為零
B　[金屬網是導體，從而形成了靜電屏蔽，使金屬網罩內部電場強度為零，驗電器上端不會感應出電荷，所以箔片不張開，與金屬球所帶電荷量無關。故選B。]
　處理靜電屏蔽問題的三點注意
(1)空腔可以屏蔽外界電場作用，接地的空腔可以屏蔽內部的電場作用，其本質都是因為激發電場與感應電場疊加的結果，分析中應特別注意分清是哪一部分電場作用，還是合電場作用的結果。
(2)對靜電感應，要掌握導體內部的自由電荷是如何移動的，是如何建立起附加電場的，何處會出現感應電荷。
(3)對靜電平衡，要理解導體達到靜電平衡時所具有的特點。
　靜電吸附
1．靜電吸附：在電場中，帶電粒子在靜電力作用下，向著電極運動，最后被吸附在電極上的現象。
2．靜電除塵：當空氣中的塵埃帶電時，在靜電力作用下，塵埃到達電極而被收集起來的過程。
3．靜電噴漆：接負高壓的涂料霧化器噴出的油漆微粒帶負電，在靜電力作用下，向著作為正極的工件運動，并沉積在工件表面。
4．靜電復印：復印機應用了靜電吸附的原理，復印機的有機光導體鼓表面涂覆有機光導體(OPC)，無光照時，OPC是絕緣體，受光照時變成導體。
問題1．油罐車尾部都裝有導電拖地帶，你知道這是為什么嗎？
提示：油罐車在運輸過程中，油與桶壁的摩擦、車身與空氣的摩擦都會產生靜電，導電拖地帶的作用是及時地把靜電導走，防止產生電火花而發生爆發。
問題2．在加油站給車加油前，為什么要觸摸一下靜電釋放器？
提示：為了避免人體攜帶電荷，在接觸金屬加油槍時放電，放電產生靜電火花，可能會引燃汽油，造成危險。
1．靜電的應用
利用靜電的性質 應用舉例
利用靜電能吸引較小物體 靜電復印、靜電噴漆、靜電噴霧、激光打印、靜電除塵
利用高壓產生的電場 靜電保鮮、靜電滅菌、農作物種子處理
利用放電產生物 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生的靜電導走，避免越積越多。
防止靜電的途徑主要有：
(1)避免產生靜電，例如，在可能情況下選用不易產生靜電的材料。
(2)避免靜電的積累，產生的靜電要設法導走，例如，增加空氣濕度、接地等。
【典例7】　(靜電除塵)如圖所示，為靜電除塵器除塵機理的示意圖。塵埃在電場中通過某種機制帶電，在靜電力的作用下向集塵極遷移并沉積，以達到除塵目的，下列表述正確的是(　　)
A．帶電塵埃帶正電荷
B．電場方向由放電極指向集塵極
C．帶電塵埃所受靜電力的方向與電場方向相同
D．同一位置帶電荷量越多的塵埃所受靜電力越大
D　[集塵極接電源的正極，塵埃在靜電力作用下向集塵極遷移并沉積，說明塵埃帶負電，A錯誤；由于集塵極與電池的正極連接，電場方向由集塵極指向放電極，B錯誤；負電荷在電場中受靜電力的方向與電場方向相反，C錯誤；根據F＝qE可得，同一位置帶電荷量越多的塵埃所受靜電力越大，D正確。]
【典例8】　(靜電噴涂)靜電噴涂利用了電荷之間的相互作用，其噴涂原理如圖所示，則下列說法正確的是 (　　)
A．涂料微粒一定帶正電
B．涂料微粒一定帶負電
C．涂料微粒可能帶正電，也可能帶負電
D．噴嘴與工件之間的電場為勻強電場
A　[由于工件帶負電，因此根據同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引，涂料微粒一定帶正電，才能更容易吸附在工件上，A正確，B、C錯誤；根據題圖中的信息可知，噴嘴與工件之間的電場是非勻強電場，D錯誤。]
【教用·備選例題】
如圖所示，一個帶負電的金屬球放在絕緣的支架上，處于靜電平衡狀態，金屬球內部的電場強度大小為E1，若減少金屬球的帶電荷量，再次處于靜電平衡狀態后，金屬球內部的電場強度大小為E2，則(　　)
A．E2＜E1 B．E2＞E1
C．E2＝E1 D．無法確定
C　[處于靜電平衡狀態的導體內部的電場強度處處為零，選項C正確。]
1．關于靜電的防止與利用，下列說法正確的是(　　)
A．飛機上的著地輪用絕緣橡膠做輪胎，是為了及時地把飛機在飛行過程中由于摩擦而產生的電荷轉移給大地，以免發生放電現象，保證飛機和乘客的安全
B．給病人做麻醉的醫生和護士都要穿絕緣性能良好的化纖制品，可防止麻醉藥燃燒
C．避雷針是利用了靜電的尖端放電現象制作的，通常把避雷針頂端設計成球形是為了美觀
D．高壓輸電線表面要很光滑，才能避免因尖端放電而損失電能
D　[飛機上的著地輪是用導電橡膠做輪胎，而不是用絕緣橡膠的，故A錯誤；絕緣性能良好的化纖制品制成的衣服不能及時把靜電導入大地，容易造成手術事故，故B錯誤；避雷針是利用了靜電的尖端效應制作的，故避雷針必須做成針狀，不能做成球形，故C錯誤；由于尖端放電現象，高壓輸電線表面要很光滑，才能避免因尖端放電而損失電能，故D正確。]
2．(多選)如圖所示，絕緣金屬球殼的空腔內、外各有一小球B和A，球殼接地。下列說法正確的是(　　)
A．若A球帶電，則球殼內的B球處的電場強度為零
B．若B球帶電，則A球處的電場強度不為零
C．若A球和B球均帶電，則彼此也不會相互影響
D．若A球和B球均帶電，則由于球殼接地，A球對B球沒有影響，但B球對A球有影響
AC　[若A球帶電，則B球相當于放置在金屬球殼內，B球處的電場強度為零，故A正確；若B球帶電，則A球相當于放置在金屬球殼和大地構成的導體球殼內，A球處的電場強度也為零，故B錯誤；由于靜電屏蔽，A、B兩球彼此不會相互影響，故C正確，D錯誤。]
3．如圖所示，一個原來不帶電的半徑為r的空心金屬球放在絕緣支架上，在其右側與球心等高處放置一個電荷量為＋Q的點電荷，點電荷到金屬球表面的最近距離為2r。由于靜電感應，使金屬球上出現了感應電荷，則球的左側帶________(選填“正”或“負”)電。空心金屬球達到靜電平衡狀態時，球心處的電場強度大小為________，感應電荷在球心處產生的電場強度大小為________，方向________。
[解析]　金屬球上的自由電荷被吸引到右端，左端帶正電，由于靜電平衡，球心處的合電場強度為零，點電荷Q在球心處產生的電場強度E＝k＝，方向水平向左，則球面上感應電荷在球心O處的電場強度大小為E′＝E＝，方向水平向右。
[答案]　正　0　　 水平向右
回歸本節知識，完成以下問題：
1．如圖所示，把一個不帶電的金屬導體ABCD放到電場強度為E0的電場中。由于靜電感應，在導體AB側的平面上和CD側的平面上將感應出什么電荷？
提示：在導體AB側的平面上將感應出負電荷，在CD側的平面上將感應出正電荷。
2．靜電平衡時，導體ABCD內部的電場強度有什么特點？
提示：處于靜電平衡狀態的導體，其內部的電場強度處處為0。
3．什么叫作尖端放電？
提示：中性的分子電離后變成帶負電的自由電子和失去電子而帶正電的離子。這些帶電粒子在強電場的作用下加速，撞擊空氣中的分子，使它們進一步電離，產生更多的帶電粒子。那些所帶電荷與導體尖端的電荷符號相反的粒子，由于被吸引而奔向尖端，與尖端上的電荷中和，這相當于導體從尖端失去電荷。這種現象叫作尖端放電。
4．尖端放電對高壓設備有什么危害？應怎樣減小危害？
提示：尖端放電會導致高壓設備上電能的損失，所以高壓設備中導體的表面應該盡量光滑。
5．野外高壓輸電線是怎樣利用靜電屏蔽的？
提示：野外高壓輸電線在三條輸電線上方還有兩條導線，它們與大地相連，形成一個稀疏的金屬“網”，把高壓線屏蔽起來，使其免遭雷擊。
6．靜電吸附主要有哪些應用？
提示：靜電除塵、靜電噴漆、靜電復印等。
課時分層作業(四)　靜電的防止與利用
?題組一　靜電平衡
1．如圖所示，顯示了在外加勻強電場E0的情況下，無窮大導體板中靜電平衡的建立過程。下列說法正確的是(　　)
A．圖甲、圖乙顯示了導體內部帶負電的電子在靜電力作用下運動，而帶正電的粒子不受靜電力作用
B．圖丙中，導體內部電場強度處處為零
C．圖丙中，導體內部沒有電場
D．圖丙中，導體AB表面感應電荷將在導體內部產生一個水平向左的電場，大小也為E0
B　[題圖甲、乙顯示了導體內部帶負電的電子在靜電力作用下向左運動，易知帶正電的粒子同樣會受到靜電力的作用，A錯誤；題圖丙中導體AB表面和CD表面的感應電荷將在導體內部產生一個水平向左的感應電場，大小也為E0，與原電場疊加后，使得導體內部電場強度處處為零，但感應電場和原電場依然存在，故B正確，C、D錯誤。]
2．如圖所示，空心金屬球殼上所帶電荷量為＋Q，關于O、M兩點電場強度EO、EM的說法中正確的是(　　)
A．EO≠0　EM＝0
B．EO＝0　EM≠0
C．EO＝0　EM＝0
D．EO≠0　EM≠0
C　[靜電平衡狀態中的導體內部電場強度處處為零。故C正確。]
3．在點電荷－Q形成的電場中，一金屬圓盤處于靜電平衡狀態，若圓盤所在平面與點電荷在同一平面內，則能正確表示圓盤上感應電荷在圓盤中A點所激發的附加電場強度E′的方向的是下圖中的(　　)
　　　A　　　　　　　　B
　　　C　　　　　　　　D
A　[由于圓盤處于靜電平衡狀態，感應電荷在圓盤中A點激發的附加電場強度E′應與－Q在A點產生的電場強度E等大反向，選項A正確。]
?題組二　尖端放電　靜電屏蔽
4．(2021·浙江6月選考)如圖所示，在火箭發射塔周圍有鋼鐵制成的四座高塔，高塔的功能最有可能的是(　　)
A．探測發射臺周圍風力的大小
B．發射與航天器聯系的電磁波
C．預防雷電擊中待發射的火箭
D．測量火箭發射過程的速度和加速度
C　[在火箭發射塔周圍有鋼鐵制成的四座高塔，因鋼鐵制的高塔有避雷作用，其功能是預防雷電擊中待發射的火箭。故選C。]
5．請用學過的電學知識判斷下列說法正確的是(　　)
A．電工穿絕緣衣比穿金屬衣安全
B．制作汽油桶的材料用金屬比用塑料好
C．小鳥停在單根高壓輸電線上會被電死
D．打雷時，待在汽車里比待在木屋里要危險
B　[電工穿絕緣衣容易產生大量的靜電，反而比較危險，選項A錯誤；塑料油桶會因摩擦而帶電，因為塑料是絕緣材料，不能把電荷導走，所以塑料油桶內易產生火花導致塑料油桶爆炸，選項B正確；小鳥停在單根高壓輸電線上時，加在小鳥兩腳間的電壓非常小，小鳥不會被電死，選項C錯誤；打雷時，待在汽車里，汽車的金屬外殼起到靜電屏蔽的作用，而木屋沒有靜電屏蔽作用，所以待在汽車里比待在木屋里要安全，選項D錯誤。]
6．(多選)金屬殼放在光滑的絕緣水平墊上，下列四幅圖中金屬殼能起到屏蔽圖中電荷產生電場作用的是(　　)
A　　 　B　 　　C　　　 D
ABD　[選項A中，由于金屬殼發生靜電感應，內部電場強度為零，金屬殼起到屏蔽外電場的作用，選項A正確；選項B中，金屬殼同大地連為一體，外殼起到屏蔽外電場的作用，選項B正確；選項C中電荷會引起金屬殼內、外表面帶電，外表面電荷會在殼外空間中產生電場，即金屬殼起不到屏蔽作用，選項C錯誤；選項D中，將金屬殼接地后，外表面不帶電，殼外不產生電場，金屬殼起到屏蔽內電場的作用，選項D正確。]
?題組三　靜電吸附
7．(多選)如圖所示為靜電除塵示意圖，在M、N兩點間加高壓電源時，金屬管內的空氣電離，電離出的電子在靜電力的作用下運動，遇到煙氣中的煤粉，使煤粉帶負電荷，因而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．N接電源的正極
B．M接電源的正極
C．電場強度EB＞EA
D．電場強度EB＜EA
AC　[電子附著在煤粉上，使煤粉帶上負電荷，煤粉若能吸附在管壁上，說明管壁帶正電荷，因此可知N接電源正極，A正確，B錯誤；金屬棒與金屬管可看成圓柱電極與圓環電極，電場線分布情況如圖所示，由圖可知金屬棒附近的B點處電場線較密，而靠近金屬管壁的A點處電場線較疏，故B處電場強度比A處電場強度大，即EB＞EA，C正確，D錯誤。
]
8．復印機的核心部件是有機光導體鼓，它是在一個金屬圓柱表面涂覆有機光導體(OPC)而制成的，沒有光照時，OPC是絕緣體，受到光照時變成導體。如圖所示，復印機的基本工作過程是：(1)在暗處的有機光導體鼓和一個金屬絲電極之間加上高電壓，金屬絲附近空氣發生電離，使轉動鼓體均勻帶上正電荷；(2)文件反射的強光通過光學系統在鼓上成像，鼓上形成“靜電潛像”；(3)鼓體轉動經過墨粉盒，潛像將帶相反電荷的墨粉吸引到鼓體帶電部位；(4)鼓體繼續轉動經過復印紙，帶電復印紙又將墨粉吸引到復印紙上。以下說法正確的是(　　)
A．步驟(1)中發生了靜電感應現象
B．步驟(2)中發生了局部導電現象
C．步驟(3)中發生了靜電平衡現象
D．步驟(4)中發生了靜電屏蔽現象
B　[在暗處的有機光導體鼓和一個金屬絲電極之間加上高電壓，金屬絲附近的空氣發生電離，這是將空氣電離的現象，A錯誤；文件反射的強光使鼓體上部分OPC變成導體，將電荷導走，有字的部分則仍是絕緣體，保留電荷，這是局部導電現象，B正確；鼓體轉動經過墨粉盒，潛像將帶相反電荷的墨粉吸引到鼓體帶電部位，這是異種電荷相互吸引現象，C錯誤；鼓體繼續轉動經過復印紙，帶電復印紙又將墨粉吸引到復印紙上，這是異種電荷相互吸引現象，D錯誤。]
9．(多選)如圖所示，在左邊的絕緣支架上插上頂針(其頂端是尖的)，在頂針上裝上金屬風針，若給風針附近的圓形金屬板接上正高壓極，風針接負高壓極，風針尖端放電會使其旋轉起來，下列說法中正確的是(　　)
A．風針尖端附近的電場線分布較密
B．風針附近的空氣在強電場下發生電離
C．空氣中的陽離子會向風針的尖端運動
D．交換金屬板與風針所帶電荷電性，風針的尖端會有正電荷射出
ABC　[在導體外表面，越尖銳的位置電荷的密度越大，附近的電場越強，所以風針尖端附近的電場線分布較密，故A正確；風針附近的空氣中殘留的帶電粒子在強電場的作用下發生劇烈的運動，把空氣中的氣體分子撞“散”，也就是使分子中的正負電荷分離，即發生電離，故B正確；因為風針接負高壓極，所以空氣中的陽離子會向風針的尖端運動，故C正確；交換金屬板與風針所帶電荷電性，風針的尖端不會有正電荷射出，因為正電荷固定在金屬原子核內，故D錯誤。]
10．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球的外表面，再用手接觸一下B球，再移走C球，則(　　)
A．A球帶負電荷，B球帶正電荷
B．A球帶負電荷，B球不帶電
C．A、B兩球都帶負電荷
D．A、B兩球都帶正電荷
B　[首先帶正電荷的小球C從A球開口處放入A球中央，根據靜電感應現象可知，A球內表面帶負電荷，外表面帶正電荷，用手接觸A的外表面相當于把A球接地，由大地傳導過來的電子與A球外表面正電荷中和，使A球外表面不帶電，此時A球對外起靜電屏蔽作用，A球內的電場不影響外部。用手接觸B時，無電荷移動，B球不帶電，當帶正電荷的C球從A球內移走后，A球內表面所帶的負電荷移至外表面，所以此時A球帶負電荷。由上述可知，選項B正確。]
11．一金屬球，原來不帶電，現沿球直徑的延長線放置一均勻帶電的細桿MN，如圖所示，金屬球上感應電荷產生的電場在球內直徑上a、b、c三點的電場強度大小分別為Ea、Eb、Ec，三者相比(　　)
A．Ea最大 B．Eb最大
C．Ec最大　 D．Ea＝Eb＝Ec
C　[處于靜電平衡狀態的導體內部電場強度處處為零，故a、b、c三點的電場強度都為零。處于靜電平衡狀態的導體內部電場強度為零是感應電荷產生的電場與外電場疊加的結果，所以感應電荷在球內某點產生的電場的電場強度與MN在這一點產生的電場的電場強度等大反向。比較a、b、c三點感應電場的電場強度，實質上是比較帶電體MN產生的電場在這三點的電場強度，由于c點離MN最近，故MN在c點產生的電場強度最大，則感應電荷在c點產生的電場強度也最大。故選C。]
12．如圖所示，點電荷A和B帶電荷量分別為＋3.0×10-8 C和－2.4×10-8 C，彼此相距6 cm。若在兩點電荷連線中點O處放一個半徑為1 cm 的金屬球殼，求球殼上感應電荷在O點處產生的電場強度。(靜電力常量k＝9×109 N·m2/C2)
[解析]　＋q1在O點的電場強度大小為E1＝k＝3×105 N/C，方向由O指向B
－q2在O點的電場強度大小為E2＝k＝2.4×105 N/C，方向由O指向B
設感應電荷在O點處產生的電場強度大小為E3
由靜電平衡條件知E3＝E1＋E2＝5.4×105 N/C，方向由O指向A。
[答案]　5.4×105 N/C，方向由O指向A
13．處于強電場中的空氣分子會被電離為電子和正離子，利用此原理可以進行靜電除塵。如圖所示是一個用來研究靜電除塵的實驗裝置，鋁板與手搖起電機的正極相連，縫被針與手搖起電機的負極相連，在鋁板和縫被針中間放置點燃的蚊香。轉動手搖起電機，蚊香放出的煙霧會被電極吸附，停止轉動手搖起電機，蚊香的煙霧又會裊裊上升。關于這個現象，下列說法正確的是(　　)
A．煙塵因為帶正電而被吸附到縫被針上
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
C　[轉動手搖起電機，在鋁板和縫被針中間形成強電場，處于強電場中的空氣分子會被電離為電子和正離子，煙塵吸附電子帶負電，而被吸附到鋁板上，選項A錯誤；由于煙塵顆粒受靜電力作用做加速運動，同一煙塵顆粒在被吸附過程中離鋁板越近速度越大，選項C正確，B錯誤；由于離鋁板越近，電場強度越小，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D錯誤。](共84張PPT)
4．靜電的防止與利用
第九章　靜電場及其應用
整體感知·自我新知初探
[學習任務]　1．知道什么是靜電平衡狀態，能說出靜電平衡狀態下的導體特點。
2．知道導體上電荷的分布特征，了解尖端放電、靜電屏蔽現象及其成因。
3．了解靜電除塵、靜電噴漆、靜電復印的工作原理。
[問題初探]　問題1．靜電平衡狀態指的是什么狀態？
問題2．靜電平衡狀態的導體內部電場強度有什么特點？
問題3．避雷針的原理是什么？
[提示]　問題1．導體內的自由電子不再發生定向移動的狀態。
問題2．內部的電場強度處處為零。
問題3．尖端放電。
[自我感知]　經過你認真的預習，結合你對本節課的理解和認識，請畫出本節課的知識邏輯體系。
探究重構·關鍵能力達成
1．靜電感應現象：放入電場中的導體，由于靜電感應，在導體的兩側感應出______的現象。
2．靜電平衡狀態：導體內的自由電子不再發生__________的狀態。
3．導體內部電場強度特點：處于靜電平衡狀態的導體，其內部的電場強度_________。
知識點一　靜電平衡
電荷
定向移動
處處為0
如圖所示，不帶電的金屬導體放到電場中，導體內的自由電子將發生定向移動，使導體兩端出現等量異種電荷。
問題1．自由電子定向移動的原因是什么？定向移動的方向又如何？
提示：靜電力，與電場強度方向相反。
問題2．自由電子能否一直定向移動？為什么？
提示：不能，自由電子也形成電場E′，當E′＝－E0時，不再定向移動。
1．對靜電平衡的三點理解
(1)靜電平衡是自由電荷發生定向移動的結果，達到靜電平衡時，自由電荷不再發生定向移動。
(2)金屬導體建立靜電平衡的時間是非常短暫的。
(3)導體達到靜電平衡后內部電場強度處處為零是指外電場E與導體兩端的感應電荷產生的附加電場E′的合電場強度為零，E′＝－E。
2．處于靜電平衡時的導體上的電荷分布特點
(1)凈電荷只分布在導體外表面，內部沒有凈電荷。
(2)感應電荷分布于導體兩端，電性相反，電荷量相等，近異遠同，如圖甲所示。
(3)凈電荷在導體外表面的分布不均勻，一般越是尖銳的地方電荷的分布越密集，如圖乙所示。
【典例1】　(對靜電平衡的理解)如圖所示，把一個架在絕緣支架上的枕形導體放在正點電荷形成的電場中，導體處于靜電平衡狀態。下列說法正確的是 (　　)
A．導體內部A點的電場強度大于B點的電場強度
B．感應電荷在A、B兩點產生的附加電場強度EA＝EB
C．感應電荷在A、B兩點產生的附加電場強度EAD．當開關S閉合時，電子從大地沿導線向導體移動
√
D　[枕形導體在正點電荷附近，出現靜電感應現象，導致電荷重新分布，因此在枕形導體內部出現感應電荷的電場與點電荷的電場疊加，靜電平衡時，導體內部電場強度處處為零，A錯誤；導體內部的電場強度處處為零，所以感應電荷產生的附加電場強度的大小與點電荷產生的電場強度的大小相等，方向相反，故EA>EB，B、C錯誤；當開關S閉合時，電子從大地沿導線向導體移動，D正確。]
【典例2】　(處于靜電平衡的導體的電荷分布)(多選)如圖所示，在絕緣板上放有一個不帶電的金箔驗電器A和一個帶正電荷的空腔導體B。下列實驗方法中能使驗電器箔片張開的是(　　)
A．用取電棒C(帶絕緣柄的導體棒)先跟B的內壁接觸一下后再跟A接觸
B．用取電棒C先跟B的外壁接觸一下后再跟A接觸
C．用帶絕緣外皮的導線把驗電器A跟取電棒C
的導體部分相連，再把取電棒C與B的外壁接觸
D．使驗電器A靠近B
√
√
√
BCD　[A項中取電棒先和B的內壁接觸后，由于B的內壁本身沒有電荷，所以再接觸A時驗電器箔片不張開；B項中可以使取電棒帶電，從而使A帶電；C項中用帶絕緣外皮的導線連接實際上是將驗電器A和C連成了一個導體，A因接觸而帶電；D項中是感應起電。所以B、C、D項正確。]
【典例3】　(利用靜電平衡的特點求解電場強度)長為l的導體棒原來不帶電，現將一帶電荷量為＋q的點電荷放在距棒左端R處，如圖所示。當棒達到靜電平衡時，求棒上感應電荷在棒內中點P處產生的電場強度。
解題技巧　求處于靜電平衡狀態的導體內部某點感應電荷產生的電場強度的方法
(1)求出外電場在所求點的電場強度E外的大小和方向。
(2)由于導體處于靜電平衡狀態，則導體內部各點滿足靜電平衡條件E合＝0。
(3)由E合＝E外＋E感＝0，求出感應電荷在所求點電場強度E感的大小和方向。
[鏈接教材]　教材中如圖所示的實驗中，用金屬網把驗電器罩起來，驗電器的金屬箔片能張開嗎？為什么？
知識點二　尖端放電　靜電屏蔽
提示：不會張開，金屬網可以屏蔽外電場。
1．電離：導體尖端的電荷密度______，附近的電場強度______，使空氣中的帶電粒子發生劇烈運動，并與空氣分子碰撞從而使空氣分子中的正負電荷______的現象。
2．尖端放電：導體尖端的強電場使附近的空氣電離出帶電粒子，那些所帶電荷與導體尖端的電荷符號相反的粒子，由于被吸引而奔向尖端，與尖端的電荷______，相當于導體從尖端失去電荷的現象。
3．尖端放電的應用與防止
(1)應用：________是利用尖端放電避免雷擊的一種設施。
(2)防止：高壓設備中導體的表面盡量______，減少電能的損失。
越大
越大
分離
中和
避雷針
光滑
4．靜電屏蔽：把一個電學儀器放在______的金屬殼(網)里，即使殼(網)外有電場，由于____________________保持為零，外電場對殼(網)內的儀器不會__________的現象。
5．靜電屏蔽的應用：電學儀器外面有金屬殼、野外高壓線上方有__________與大地相連。
封閉
殼(網)內電場強度
產生影響
兩條導線
如圖所示，超高壓帶電作業的工人穿戴的工作服，是用銅絲編織的。
問題1．為什么要用包含金屬絲的織物制成？
提示：利用了靜電屏蔽，將外面電場屏蔽掉，使電工不受影響。
問題2．高壓輸電線上方架著與大地相連的兩條導線的目的？
提示：形成了一個稀疏的金屬網，以減小被雷擊中的概率，利用了靜電屏蔽。
1．尖端放電
導體尖端電荷密度大，周圍的電場強度大，把周圍的空氣電離，帶電粒子在強電場的作用下加速撞擊空氣中的分子，使它們進一步電離，所帶電荷與導體尖端的電荷符號相反的粒子被吸引而奔向尖端，與尖端上的電荷中和。
2．靜電屏蔽
(1)靜電屏蔽的實質
靜電屏蔽的實質是利用了靜電感應現象，使金屬殼內感應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，其實是殼內兩種電場并存，矢量和為零。
(2)靜電屏蔽的兩種情況
導體外部電場
不影響導體內部 接地導體內部的電
場不影響導體外部
圖示
導體外部電場
不影響導體內部 接地導體內部的電
場不影響導體外部
實現
過程 因場源電荷產生的電場與導體球殼表面上感應電荷產生的電場在空腔內的合電場強度為零，達到靜電平衡狀態，起到屏蔽外電場的作用 當空腔外部接地時，外表面的感應電荷因接地將傳給地球，外部電場消失，起到屏蔽內電場的作用
導體外部電場
不影響導體內部 接地導體內部的電
場不影響導體外部
最終
結論 導體內空腔不受外界電荷影響 接地導體空腔外部不受內部電荷影響
本質 靜電感應與靜電平衡，所以做靜電屏蔽的材料只能是導體，不能是絕緣體
【典例4】　(對尖端放電的理解)如圖所示是模擬避雷針作用的實驗裝置，金屬板M接高壓電源的正極，金屬板N接負極。金屬板N上有兩個等高的金屬柱A、B，A為尖頭，B為圓頭。逐漸升高電源電壓，當電壓達到一定數值時，可看到放電現象。先產生放電現象的是(　　)
A．A金屬柱
B．B金屬柱
C．A、B金屬柱同時
D．可能是A金屬柱，也可能是B金屬柱
A　[由于導體尖端電荷比較密集，更容易產生放電現象。]
√
【典例5】　(靜電外屏蔽)如圖所示，把原來不帶電的金屬殼B的外表面接地，將一帶正電的小球A從小孔中放入球殼內，但不與B接觸，達到靜電平衡后，則(　　)
A．B的空腔內電場強度為零
B．B不帶電
C．B的外表面帶正電
D．B的內表面帶負電
√
[思路點撥]　(1)因靜電感應，帶正電小球A可使金屬殼內外表面產生感應電荷。
(2)金屬殼B的外表面接地，外表面與大地間可通過接地線發生電荷的轉移，最終使金屬殼外表面不帶電。
D　[因為金屬殼的外表面接地，所以外表面沒有感應電荷，只有內表面有感應電荷分布，且由于A帶正電，則B的內表面帶負電，D正確，B、C錯誤；B的空腔內有帶正電的小球A產生的電場和金屬殼內表面感應電荷產生的電場，所以空腔內電場強度不為零，A錯誤。]
【典例6】　(靜電內屏蔽)如圖所示，用金屬網把不帶電的驗電器罩起來，再使帶電金屬球靠近金屬網，則下列說法正確的是(　　)
A．箔片張開
B．箔片不張開
C．金屬球帶電荷量足夠大時才會張開
D．金屬網罩內部電場強度不為零
√
B　[金屬網是導體，從而形成了靜電屏蔽，使金屬網罩內部電場強度為零，驗電器上端不會感應出電荷，所以箔片不張開，與金屬球所帶電荷量無關。故選B。]
規律方法　處理靜電屏蔽問題的三點注意
(1)空腔可以屏蔽外界電場作用，接地的空腔可以屏蔽內部的電場作用，其本質都是因為激發電場與感應電場疊加的結果，分析中應特別注意分清是哪一部分電場作用，還是合電場作用的結果。
(2)對靜電感應，要掌握導體內部的自由電荷是如何移動的，是如何建立起附加電場的，何處會出現感應電荷。
(3)對靜電平衡，要理解導體達到靜電平衡時所具有的特點。
1．靜電吸附：在電場中，帶電粒子在________作用下，向著電極運動，最后被吸附在電極上的現象。
2．靜電除塵：當空氣中的塵埃帶電時，在靜電力作用下，塵埃到達電極而被收集起來的過程。
3．靜電噴漆：接負高壓的涂料霧化器噴出的油漆微粒帶負電，在靜電力作用下，向著作為______的工件運動，并沉積在工件表面。
知識點三　靜電吸附
靜電力
正極
4．靜電復印：復印機應用了__________的原理，復印機的有機光導體鼓表面涂覆有機光導體(OPC)，無光照時，OPC是________，受光照時變成導體。
靜電吸附
絕緣體
問題1．油罐車尾部都裝有導電拖地帶，你知道這是為什么嗎？
提示：油罐車在運輸過程中，油與桶壁的摩擦、車身與空氣的摩擦都會產生靜電，導電拖地帶的作用是及時地把靜電導走，防止產生電火花而發生爆發。
問題2．在加油站給車加油前，為什么要觸摸一下靜電釋放器？
提示：為了避免人體攜帶電荷，在接觸金屬加油槍時放電，放電產生靜電火花，可能會引燃汽油，造成危險。
1．靜電的應用
利用靜電的性質 應用舉例
利用靜電能吸引較小物體 靜電復印、靜電噴漆、靜電噴霧、激光打印、靜電除塵
利用高壓產生的電場 靜電保鮮、靜電滅菌、農作物種子處理
利用放電產生物 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生的靜電導走，避免越積越多。
防止靜電的途徑主要有：
(1)避免產生靜電，例如，在可能情況下選用不易產生靜電的材料。
(2)避免靜電的積累，產生的靜電要設法導走，例如，增加空氣濕度、接地等。
【典例7】　(靜電除塵)如圖所示，為靜電除塵器除塵機理的示意圖。塵埃在電場中通過某種機制帶電，在靜電力的作用下向集塵極遷移并沉積，以達到除塵目的，下列表述正確的是(　　)
A．帶電塵埃帶正電荷
B．電場方向由放電極指向集塵極
C．帶電塵埃所受靜電力的方向與電場方向相同
D．同一位置帶電荷量越多的塵埃所受靜電力越大
√
D　[集塵極接電源的正極，塵埃在靜電力作用下向集塵極遷移并沉積，說明塵埃帶負電，A錯誤；由于集塵極與電池的正極連接，電場方向由集塵極指向放電極，B錯誤；負電荷在電場中受靜電力的方向與電場方向相反，C錯誤；根據F＝qE可得，同一位置帶電荷量越多的塵埃所受靜電力越大，D正確。]
【典例8】　(靜電噴涂)靜電噴涂利用了電荷之間的相互作用，其噴涂原理如圖所示，則下列說法正確的是 (　　)
A．涂料微粒一定帶正電
B．涂料微粒一定帶負電
C．涂料微粒可能帶正電，也可能帶負電
D．噴嘴與工件之間的電場為勻強電場
√
A　[由于工件帶負電，因此根據同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引，涂料微粒一定帶正電，才能更容易吸附在工件上，A正確，B、C錯誤；根據題圖中的信息可知，噴嘴與工件之間的電場是非勻強電場，D錯誤。]
【教用·備選例題】
如圖所示，一個帶負電的金屬球放在絕緣的支架上，處于靜電平衡狀態，金屬球內部的電場強度大小為E1，若減少金屬球的帶電荷量，再次處于靜電平衡狀態后，金屬球內部的電場強度大小為E2，則
(　　)
A．E2＜E1 B．E2＞E1
C．E2＝E1 D．無法確定
√
C　[處于靜電平衡狀態的導體內部的電場強度處處為零，選項C正確。]
應用遷移·隨堂評估自測
1．關于靜電的防止與利用，下列說法正確的是(　　)
A．飛機上的著地輪用絕緣橡膠做輪胎，是為了及時地把飛機在飛行過程中由于摩擦而產生的電荷轉移給大地，以免發生放電現象，保證飛機和乘客的安全
B．給病人做麻醉的醫生和護士都要穿絕緣性能良好的化纖制品，可防止麻醉藥燃燒
C．避雷針是利用了靜電的尖端放電現象制作的，通常把避雷針頂端設計成球形是為了美觀
D．高壓輸電線表面要很光滑，才能避免因尖端放電而損失電能
√
D　[飛機上的著地輪是用導電橡膠做輪胎，而不是用絕緣橡膠的，故A錯誤；絕緣性能良好的化纖制品制成的衣服不能及時把靜電導入大地，容易造成手術事故，故B錯誤；避雷針是利用了靜電的尖端效應制作的，故避雷針必須做成針狀，不能做成球形，故C錯誤；由于尖端放電現象，高壓輸電線表面要很光滑，才能避免因尖端放電而損失電能，故D正確。]
2．(多選)如圖所示，絕緣金屬球殼的空腔內、外各有一小球B和A，球殼接地。下列說法正確的是(　　)
A．若A球帶電，則球殼內的B球處的電場強度為零
B．若B球帶電，則A球處的電場強度不為零
C．若A球和B球均帶電，則彼此也不會相互影響
D．若A球和B球均帶電，則由于球殼接地，A球對
B球沒有影響，但B球對A球有影響
√
√
AC　[若A球帶電，則B球相當于放置在金屬球殼內，B球處的電場強度為零，故A正確；若B球帶電，則A球相當于放置在金屬球殼和大地構成的導體球殼內，A球處的電場強度也為零，故B錯誤；由于靜電屏蔽，A、B兩球彼此不會相互影響，故C正確，D錯誤。]
3．如圖所示，一個原來不帶電的半徑為r的空心金屬球放在絕緣支架上，在其右側與球心等高處放置一個電荷量為＋Q的點電荷，點電荷到金屬球表面的最近距離為2r。由于靜電感應，使金屬球上出現了感應電荷，則球的左側帶________(選填“正”或“負”)電。空心金屬球達到靜電平衡狀態時，球心處的電場強度大小為________，感應電荷在球心處產生的電場強度
大小為________，方向___________。
正
0


回歸本節知識，完成以下問題：
1．如圖所示，把一個不帶電的金屬導體ABCD放到電場強度為E0的電場中。由于靜電感應，在導體AB側的平面上和CD側的平面上將感應出什么電荷？
提示：在導體AB側的平面上將感應出負電荷，在CD側的平面上將感應出正電荷。
2．靜電平衡時，導體ABCD內部的電場強度有什么特點？
提示：處于靜電平衡狀態的導體，其內部的電場強度處處為0。
3．什么叫作尖端放電？
提示：中性的分子電離后變成帶負電的自由電子和失去電子而帶正電的離子。這些帶電粒子在強電場的作用下加速，撞擊空氣中的分子，使它們進一步電離，產生更多的帶電粒子。那些所帶電荷與導體尖端的電荷符號相反的粒子，由于被吸引而奔向尖端，與尖端上的電荷中和，這相當于導體從尖端失去電荷。這種現象叫作尖端放電。
4．尖端放電對高壓設備有什么危害？應怎樣減小危害？
提示：尖端放電會導致高壓設備上電能的損失，所以高壓設備中導體的表面應該盡量光滑。
5．野外高壓輸電線是怎樣利用靜電屏蔽的？
提示：野外高壓輸電線在三條輸電線上方還有兩條導線，它們與大地相連，形成一個稀疏的金屬“網”，把高壓線屏蔽起來，使其免遭雷擊。
6．靜電吸附主要有哪些應用？
提示：靜電除塵、靜電噴漆、靜電復印等。
?題組一　靜電平衡
1．如圖所示，顯示了在外加勻強電場E0的情況下，無窮大導體板中靜電平衡的建立過程。下列說法正確的是(　　)
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題號
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13
課時分層作業(四)　靜電的防止與利用
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A．圖甲、圖乙顯示了導體內部帶負電的電子在靜電力作用下運動，而帶正電的粒子不受靜電力作用
B．圖丙中，導體內部電場強度處處為零
C．圖丙中，導體內部沒有電場
D．圖丙中，導體AB表面感應電荷將在導體內部產生一個水平向左的電場，大小也為E0
√
B　[題圖甲、乙顯示了導體內部帶負電的電子在靜電力作用下向左運動，易知帶正電的粒子同樣會受到靜電力的作用，A錯誤；題圖丙中導體AB表面和CD表面的感應電荷將在導體內部產生一個水平向左的感應電場，大小也為E0，與原電場疊加后，使得導體內部電場強度處處為零，但感應電場和原電場依然存在，故B正確，C、D錯誤。]
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題號
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2．如圖所示，空心金屬球殼上所帶電荷量為＋Q，關于O、M兩點電場強度EO、EM的說法中正確的是(　　)
A．EO≠0　EM＝0
B．EO＝0　EM≠0
C．EO＝0　EM＝0
D．EO≠0　EM≠0
√
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C　[靜電平衡狀態中的導體內部電場強度處處為零。故C正確。]
3．在點電荷－Q形成的電場中，一金屬圓盤處于靜電平衡狀態，若圓盤所在平面與點電荷在同一平面內，則能正確表示圓盤上感應電荷在圓盤中A點所激發的附加電場強度E′的方向的是右圖中的(　　)
1
題號
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13
　　　A　　　　　　　　B
　　　C　　　　　　　　D
√
A　[由于圓盤處于靜電平衡狀態，感應電荷在圓盤中A點激發的附加電場強度E′應與－Q在A點產生的電場強度E等大反向，選項A正確。]
1
題號
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?題組二　尖端放電　靜電屏蔽
4．(2021·浙江6月選考)如圖所示，在火箭發射塔周圍有鋼鐵制成的四座高塔，高塔的功能最有可能的是(　　)
√
1
題號
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13
A．探測發射臺周圍風力的大小
B．發射與航天器聯系的電磁波
C．預防雷電擊中待發射的火箭
D．測量火箭發射過程的速度和加速度
C　[在火箭發射塔周圍有鋼鐵制成的四座高塔，因鋼鐵制的高塔有避雷作用，其功能是預防雷電擊中待發射的火箭。故選C。]
5．請用學過的電學知識判斷下列說法正確的是(　　)
A．電工穿絕緣衣比穿金屬衣安全
B．制作汽油桶的材料用金屬比用塑料好
C．小鳥停在單根高壓輸電線上會被電死
D．打雷時，待在汽車里比待在木屋里要危險
√
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題號
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B　[電工穿絕緣衣容易產生大量的靜電，反而比較危險，選項A錯誤；塑料油桶會因摩擦而帶電，因為塑料是絕緣材料，不能把電荷導走，所以塑料油桶內易產生火花導致塑料油桶爆炸，選項B正確；小鳥停在單根高壓輸電線上時，加在小鳥兩腳間的電壓非常小，小鳥不會被電死，選項C錯誤；打雷時，待在汽車里，汽車的金屬外殼起到靜電屏蔽的作用，而木屋沒有靜電屏蔽作用，所以待在汽車里比待在木屋里要安全，選項D錯誤。]
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6．(多選)金屬殼放在光滑的絕緣水平墊上，下列四幅圖中金屬殼能起到屏蔽圖中電荷產生電場作用的是(　　)
√
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A　　 　B　 　 　C　　　 D
√
√
ABD　[選項A中，由于金屬殼發生靜電感應，內部電場強度為零，金屬殼起到屏蔽外電場的作用，選項A正確；選項B中，金屬殼同大地連為一體，外殼起到屏蔽外電場的作用，選項B正確；選項C中電荷會引起金屬殼內、外表面帶電，外表面電荷會在殼外空間中產生電場，即金屬殼起不到屏蔽作用，選項C錯誤；選項D中，將金屬殼接地后，外表面不帶電，殼外不產生電場，金屬殼起到屏蔽內電場的作用，選項D正確。]
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?題組三　靜電吸附
7．(多選)如圖所示為靜電除塵示意圖，在M、N兩點間加高壓電源時，金屬管內的空氣電離，電離出的電子在靜電力的作用下運動，遇到煙氣中的煤粉，使煤粉帶負電荷，因而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．N接電源的正極
B．M接電源的正極
C．電場強度EB＞EA
D．電場強度EB＜EA
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√
AC　[電子附著在煤粉上，使煤粉帶上負電荷，煤粉若能吸附在管壁上，說明管壁帶正電荷，因此可知N接電源正極，A正確，B錯誤；金屬棒與金屬管可看成圓柱電極與圓環電極，電場線分布情況如圖所示，由圖可知金屬棒附近的B點處電場線較密，而靠近金屬管壁的A點處電場線較疏，故B處電場強度比A處電場強度大，即EB＞EA，C正確，D錯誤。]
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8．復印機的核心部件是有機光導體鼓，它是在一個金屬圓柱表面涂覆有機光導體(OPC)而制成的，沒有光照時，OPC是絕緣體，受到光照時變成導體。如圖所示，復印機的基本工作過程是：(1)在暗處的有機光導體鼓和一個金屬絲電極之間加上高電壓，金屬絲附近空氣發生電離，使轉動鼓體均勻帶上正電荷；(2)文件反射的強光通過光學系統在鼓上成像，鼓上形成“靜電潛像”；(3)鼓體轉動經過墨粉盒，潛像將帶相反電荷的墨粉吸引到鼓體帶電部位；(4)鼓體繼續轉動經過復印紙，帶電復印紙又將墨粉吸引到復印紙上。以下說法正確的是(　　)
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A．步驟(1)中發生了靜電感應現象
B．步驟(2)中發生了局部導電現象
C．步驟(3)中發生了靜電平衡現象
D．步驟(4)中發生了靜電屏蔽現象
√
B　[在暗處的有機光導體鼓和一個金屬絲電極之間加上高電壓，金屬絲附近的空氣發生電離，這是將空氣電離的現象，A錯誤；文件反射的強光使鼓體上部分OPC變成導體，將電荷導走，有字的部分則仍是絕緣體，保留電荷，這是局部導電現象，B正確；鼓體轉動經過墨粉盒，潛像將帶相反電荷的墨粉吸引到鼓體帶電部位，這是異種電荷相互吸引現象，C錯誤；鼓體繼續轉動經過復印紙，帶電復印紙又將墨粉吸引到復印紙上，這是異種電荷相互吸引現象，D錯誤。]
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9．(多選)如圖所示，在左邊的絕緣支架上插上頂針(其頂端是尖的)，在頂針上裝上金屬風針，若給風針附近的圓形金屬板接上正高壓極，風針接負高壓極，風針尖端放電會使其旋轉起來，下列說法中正確的是(　　)
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A．風針尖端附近的電場線分布較密
B．風針附近的空氣在強電場下發生電離
C．空氣中的陽離子會向風針的尖端運動
D．交換金屬板與風針所帶電荷電性，風針的尖端會有正電荷射出
√
√
√
ABC　[在導體外表面，越尖銳的位置電荷的密度越大，附近的電場越強，所以風針尖端附近的電場線分布較密，故A正確；風針附近的空氣中殘留的帶電粒子在強電場的作用下發生劇烈的運動，把空氣中的氣體分子撞“散”，也就是使分子中的正負電荷分離，即發生電離，故B正確；因為風針接負高壓極，所以空氣中的陽離子會向風針的尖端運動，故C正確；交換金屬板與風針所帶電荷電性，風針的尖端不會有正電荷射出，因為正電荷固定在金屬原子核內，故D錯誤。]
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10．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球的外表面，再用手接觸一下B球，再移走C球，則(　　)
A．A球帶負電荷，B球帶正電荷
B．A球帶負電荷，B球不帶電
C．A、B兩球都帶負電荷
D．A、B兩球都帶正電荷
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B　[首先帶正電荷的小球C從A球開口處放入A球中央，根據靜電感應現象可知，A球內表面帶負電荷，外表面帶正電荷，用手接觸A的外表面相當于把A球接地，由大地傳導過來的電子與A球外表面正電荷中和，使A球外表面不帶電，此時A球對外起靜電屏蔽作用，A球內的電場不影響外部。用手接觸B時，無電荷移動，B球不帶電，當帶正電荷的C球從A球內移走后，A球內表面所帶的負電荷移至外表面，所以此時A球帶負電荷。由上述可知，選項B正確。]
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11．一金屬球，原來不帶電，現沿球直徑的延長線放置一均勻帶電的細桿MN，如圖所示，金屬球上感應電荷產生的電場在球內直徑上a、b、c三點的電場強度大小分別為Ea、Eb、Ec，三者相比(　　)
A．Ea最大
B．Eb最大
C．Ec最大　
D．Ea＝Eb＝Ec
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C　[處于靜電平衡狀態的導體內部電場強度處處為零，故a、b、c三點的電場強度都為零。處于靜電平衡狀態的導體內部電場強度為零是感應電荷產生的電場與外電場疊加的結果，所以感應電荷在球內某點產生的電場的電場強度與MN在這一點產生的電場的電場強度等大反向。比較a、b、c三點感應電場的電場強度，實質上是比較帶電體MN產生的電場在這三點的電場強度，由于c點離MN最近，故MN在c點產生的電場強度最大，則感應電荷在c點產生的電場強度也最大。故選C。]
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12．如圖所示，點電荷A和B帶電荷量分別為＋3.0×10-8 C和
－2.4×10-8 C，彼此相距6 cm。若在兩點電荷連線中點O處放一個半徑為1 cm 的金屬球殼，求球殼上感應電荷在O點處產生的電場強度。(靜電力常量k＝9×109 N·m2/C2)
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[答案]　5.4×105 N/C，方向由O指向A
13．處于強電場中的空氣分子會被電離為電子和正離子，利用此原理可以進行靜電除塵。如圖所示是一個用來研究靜電除塵的實驗裝置，鋁板與手搖起電機的正極相連，縫被針與手搖起電機的負極相連，在鋁板和縫被針中間放置點燃的蚊香。轉動手搖起電機，
蚊香放出的煙霧會被電極吸附，停止轉動手搖
起電機，蚊香的煙霧又會裊裊上升。關于這個
現象，下列說法正確的是(　　)
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A．煙塵因為帶正電而被吸附到縫被針上
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
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C　[轉動手搖起電機，在鋁板和縫被針中間形成強電場，處于強電場中的空氣分子會被電離為電子和正離子，煙塵吸附電子帶負電，而被吸附到鋁板上，選項A錯誤；由于煙塵顆粒受靜電力作用做加速運動，同一煙塵顆粒在被吸附過程中離鋁板越近速度越大，選項C正確，B錯誤；由于離鋁板越近，電場強度越小，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D錯誤。]
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