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課時跟蹤檢測(四) 靜電的防止與利用
A組—重基礎·體現綜合
1．下列哪個做法與靜電危害的防止無關(　　)
A．油罐車的尾部有一鐵鏈拖在地上
B．印染廠房中保持潮濕
C．家用照明電線外面用一層絕緣膠皮保護
D．在地毯中夾雜一些不銹鋼絲纖維
解析：選C　油罐車在運輸過程中由于不斷摩擦從而產生大量靜電，通過油罐車的尾部拖在地上的鐵鏈，及時將靜電導走，可以有效防止靜電的危害，故A項不符合題意；印染廠房中保持潮濕，是防止產生的靜電大量堆積從而引發火災，故B項不符合題意；家用照明電線外的絕緣膠皮是為了防止漏電，并不是為了防止靜電，故C項符合題意；在地毯中夾雜一些不銹鋼絲纖維可以及時將產生的靜電導走，故D項不符合題意。故選C。
2．在燃氣灶上常安裝電子點火器，電子點火器的放電電極應該做成(　　)
A．圓頭狀　　　　　　　 B．針尖狀
C．方形 D．橢球形
解析：選B　導體越尖銳電荷越容易聚集，點火器需要瞬間高壓放電，自然要高電荷密集區，故安裝的電子點火器往往把放電電極做成針形，形成尖端放電，故B正確，A、C、D錯誤。
3.如圖所示，一個帶負電荷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．E2E1
C．E2＝E1 D．無法確定
解析：選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符合題意。
4．為在流感的高發季節，醫生常建議市民戴口罩。口罩中間的熔噴層是一種用絕緣材料做成的帶有靜電的超細纖維布，它能阻隔幾微米的病毒，這種靜電的阻隔作用屬于(　　)
A．靜電屏蔽
B．尖端放電
C．靜電感應和靜電屏蔽
D．靜電感應和靜電吸附
解析：選D　由題意知，口罩中間的熔噴層是一種用絕緣材料做成的帶有靜電的超細纖維布，所以當幾微米的病毒靠近時，由于靜電感應而帶電，從而被熔噴層吸附，無法透過，其工作原理是利用了靜電感應和靜電吸附，故選D。
5．如圖所示，一塊光滑鐵板水平放置，在鐵板上方高為h處依次有電荷量為＋Q和電荷量為－Q的兩個點電荷，一個電荷量為＋q的絕緣小球從鐵板的左端以初速度v0向右運動，并一直沿著鐵板表面到達鐵板的右端，則在小球通過鐵板的過程中(　　)
A．先減速運動，后加速運動
B．先加速運動，后減速運動
C．先減速運動，后加速運動，再減速運動
D．一直勻速運動
解析：選D　因為鐵板處于靜電平衡狀態，因此鐵板表面附近的電場強度與鐵板處處垂直，小球在水平方向上不受力，因此一直以速度v0做勻速運動。選項D正確。
6.如圖所示，一導體球A帶有正電荷，當只有它存在時，它在空間P點產生的電場強度的大小為EA。在A球球心與P點連線上有一帶負電的點電荷B，當只有點電荷B存在時，它在空間P點產生的電場強度大小為EB。當A、B同時存在時，根據場強疊加原理，P點的場強大小應為(　　)
A．EB B．EA＋EB
C．|EA－EB| D．以上說法都不對
解析：選D　當帶電導體球周圍無其他導體或帶電體存在時，導體球上的電荷將均勻分布在導體球表面。根據題意，均勻分布在導體球上的電荷在P點產生的場強為EA。當把點電荷B放在A球球心與P點的連線上后，雖然導體球所帶的總電荷量未變，但因靜電感應，導體球上的電荷將重新分布，直到再次達到靜電平衡。這時，導體球上的電荷在P點產生的場強EA′不等于EA。由于點電荷不涉及電荷如何分布的問題，點電荷B在P點產生的場強與周圍是否存在其他電荷無關，所以仍為EB。當點電荷B與導體球A同時存在時，P點的場強應由EA′與EB疊加而成，而不是由EA與EB疊加，故D符合題意。
7．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蓋一層有機光導體OPC(沒有光照時，OPC是絕緣體，受到光照時變成導體)而制成的。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
解析：選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。
組—重應用·體現創新
8．(多選)如圖所示，四組靜電實驗中，能使左邊的驗電器的箔片張開的是(　　)
解析：選AC　處于靜電平衡狀態下的導體所帶的電荷都分布在導體的外表面，用導線連接之后，左邊的金箔也是外表面，故選項A、C正確，選項B錯誤；D選項中由于靜電屏蔽的作用，驗電器不受外電場的影響，故金箔是閉合的。
9.如圖所示為空腔球形導體(不帶電)，現將一個帶正電的小金屬球放入腔內，靜電平衡時，下列說法正確的是(　　)
A．A、B、C三點的場強關系EA>EB>EC
B．導體內側均勻分布著正電荷
C．導體外側均勻分布著負電荷
D．導體外側無電荷分布，因此B點的場強為0
解析：選A　根據E＝k得EA>EB，靜電平衡時，導體內部電場強度等于零，故EC＝0，所以EA>EB>EC，A正確；導體外側電子被吸引到內側，所以導體內側均勻分布著負電荷，導體外側均勻分布著正電荷，B、C錯誤；導體外表面分布著正電荷，因此B點的場強大于0，D錯誤。
10.(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解析：選AC　電子附在煤粉上，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，N接電源正極，則其內部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處的電場強度比A處的電場強度大，即EB>EA，選項A、C正確。
11.(多選)滾筒式靜電分選器由料斗A，導體板B，導體滾筒C，刮板D，料槽E、F和放電針G等部件組成。C與G分別接直流高壓電源的正、負極，并令C接地，如圖所示。電源電壓很高，足以使放電針G附近的空氣發生電離而產生大量離子。現有導電性能相同而質量不同的兩種物質顆粒a、b的混合物從料斗A下落，沿導體板B到達轉動著的滾筒C，已知顆粒a的質量較大，顆粒b的質量很小。下列說法正確的是(　　)
A．因為顆粒a、b的導電性能相同，所以都一定落入料槽E
B．因為顆粒a、b的導電性能相同，所以都一定落入料槽F
C．因為顆粒a的質量較大，所以a可能落入料槽F
D．因為顆粒b的質量較小，所以b可能落入料槽E
解析：選CD　通過分析可知放電針G附近的空氣發生電離產生大量離子從而使顆粒a、b帶電，但由于顆粒a的質量較大，滾筒C吸附力可能小于重力而直接落入料槽F，顆粒b的質量很小，滾筒C吸附力可能大于重力而被滾筒C吸附著一起轉動到刮板D被刮入料槽E中，所以選項C、D正確。
12．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。當棒達到靜電平衡后，棒上的感應電荷在棒內中點P處產生的電場強度大小等于________，方向為________。
解析：導體棒在點電荷＋q的電場中發生靜電感應，左端出現負電荷，右端出現正電荷，棒中任何一點都有兩個電場強度，即＋q在該點形成的電場強度E0，棒上感應電荷在該點形成的電場強度E′，達到靜電
平衡狀態時E′＝E0＝，E′和E0方向相反，方向向左。
答案：　向左
13.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
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4　靜電的防止與利用
核心素養點擊
物理觀念 (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。
科學思維 會根據靜電平衡條件求解感應電荷產生的電場強度。
科學探究 (1)觀察演示實驗并對實驗現象分析，體會運用所學知識進行分析推理的方法。
(2)查閱并搜集資料，了解靜電屏蔽在技術和生活中的應用。
科學態度與責任 能對公眾利用和防護靜電的一些行為發表自己的觀點，有進行科學普及的興趣和責任感。
1．填一填
(1)靜電平衡
放入電場中的導體，由于靜電感應，導體兩側出現異種電荷，而感應電荷在導體內部產生的電場與原電場 ，使導體內部的電場 ，當導體內部各點的電場強度為0時，導體內的自由電荷不再發生 移動，這時導體就達到靜電平衡狀態。
(2)導體處于靜電平衡狀態時，其內部的電場強度處處為 。
反向
減弱
定向
0
(3)尖端放電
①在導體的外表面，越尖銳的位置，電荷的 越大，周圍的電場強度越大。
②電離：導體尖端周圍的強電場使空氣中殘留的帶電粒子發生劇烈運動，并與空氣分子 從而使空氣分子中的正負電荷 的現象。
③尖端放電：導體尖端周圍被強電場電離的粒子中，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_____，相當于導體從尖端 電荷的現象。
④應用：建筑物的頂端安裝上避雷針以達到避免雷擊的目的；高壓設備中導體的表面盡量 ，以減少電能損失。
碰撞
密度
分離
中和
失去
光滑
2．判斷
(1)放入電場中的導體兩側出現異種電荷是靜電感應導致的。 ( )
(2)處于靜電平衡狀態的導體，內部電場強度處處為0。 ( )
(3)帶電導體尖端電荷密度大，周圍電場強度也大。 ( )
√
√
√
3．選一選
處于靜電平衡中的導體，內部電場強度處處為零的原因是(　　)
A．導體內部無任何電場
B．外電場不能進入導體內部
C．所有感應電荷在導體內部產生的合電場強度為零
D．外電場和所有感應電荷的電場在導體內部疊加的結果為零
解析：導體內部電場強度處處為零是由于感應電荷的電場與外電場疊加的結果，故D正確。
答案：D　
1．填一填
(1)靜電屏蔽
①處于靜電平衡狀態的導體內部沒有電荷，電荷只分布在導體的 。
②靜電屏蔽：放入電場中的導體殼，由于靜電感應，殼內電場強度為0，外電場對殼內的儀器 產生影響，金屬殼的這種作用叫作靜電屏蔽。
③應用：把電學儀器放在封閉的金屬殼或 里；野外三條高壓輸電線上方架設兩條導線，與 相連，把高壓輸電線屏蔽起來。
外表面
不會
金屬網
大地
(2)靜電吸附
①靜電除塵：設法使空氣中的塵埃帶電，在靜電力作用下，塵埃到達電極而被收集起來。
②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，這些微粒向著作為正極的工件運動，并沉積在工件的表面，完成噴漆工作。
③靜電復印：復印機的核心部件是有機光導體鼓，在沒有光照時是絕緣體，有光照時是導體。復印機復印的工作流程：充電、曝光、顯影、轉印、放電。
2．判斷
(1)把儀器放在金屬網內和放在封閉的金屬殼內能起到同樣的靜電屏蔽作用。
( )
(2)用金屬網把驗電器罩起來，再使帶電金屬球靠近驗電器，則驗電器箔片能張開。 ( )
(3)飛機輪上裝上拖地線，油罐車后面拖條鐵鏈，都是把靜電導入大地。
( )
√
×
√
3．想一想
把手機放在不銹鋼快餐杯中并用蓋子蓋住，手機還能接通嗎？如果放在塑料飯盒中呢？試一試并解釋其中的原因。
提示：手機放在塑料飯盒中能夠接通，放在不銹鋼快餐杯中不能接通。這是因為不銹鋼快餐杯能夠形成靜電屏蔽，手機無法接收到外界的電磁信號，所以不能接通。
[問題驅動]
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。請思考下列問題：
(1)自由電子定向移動的原因是什么？定向移動的方向如何？
提示：自由電子受外加電場的電場力作用而移動，向著與電場相反的方向定向移動。
(2)自由電子能否一直定向移動？為什么？
提示：不能。感應電荷產生的電場與外加電場反向，阻礙電子的定向移動，當這兩個電場大小相等時，電子的定向移動終止。　　　　
【重難釋解】
1．靜電平衡狀態的實質
由于靜電感應，在導體兩側出現等量異種的感應電荷，感應電荷在導體內部形成與原電場E0反向的電場E′，在導體內任一點E′＝－E0，使得合電場強度E內＝0。　
2．對孤立帶電導體的理解
對一孤立帶電導體，可視為導體處于自己所帶電荷的電場中，達到靜電平衡時，也有兩個基本特點：一是導體內部的場強處處為零，二是導體所帶電荷只能分布在導體的外表面上。這種情況下導體內部場強為零的本質是：導體表面所帶全部電荷在內部任一處產生的電場強度的矢量和為零。
3．對靜電平衡時導體上電荷的分布的理解
(1)實心導體：導體內部無電荷，電荷只分布在導體外表面上。
(2)空腔導體：空腔內無電荷時，電荷分布在外表面上(內表面無電荷)；空腔內有電荷時，內表面因靜電感應出現等量的異種電荷，外表面有感應電荷。
感應電荷電場強度的求解思路
(1)求解外電場在該處電場強度的大小和方向。
(2)利用導體內部合電場強度處處為零和電場的疊加原理，求解感應電荷在該處的電場強度，此電場強度與外電場的電場強度大小相等、方向相反。
【素養訓練】
1. 一個帶絕緣底座的空心金屬球A帶有4×10－8 C的正電荷，上端開有適當小孔，有絕緣柄的金屬小球B帶有2×10－8 C的負電荷，使球B和A球內壁接觸，如圖所示，則A、B帶電荷量分別為 (　　)
A．QA＝10－8 C，QB＝10－8 C
B．QA＝2×10－8 C，QB＝0
C．QA＝0，QB＝2×10－8 C
D．QA＝4×10－8 C，QB＝－2×10－8 C
2．如圖所示，一個方形的金屬盒原來不帶電，現將一個帶電荷量為＋Q的點電荷放在盒左邊附近，達到靜電平衡后，盒上的感應電荷在盒內部產生的電場分布情況正確的是 (　　)
解析：由于金屬盒內部處于靜電平衡狀態，所以內部每點的合電場強度都為0，即金屬盒內的感應電荷產生的電場的電場強度都與點電荷＋Q在該點產生的電場的電場強度大小相等、方向相反，即感應電荷的電場線與點電荷＋Q的電場線重合，但方向相反，故選項C正確。
答案：C　
[問題驅動]
請觀察圖中建筑物上的避雷針，看它們是如何巧妙設計的，分析它們如何能安全引電避雷，它們的造型與建筑物是否協調，并與同學討論交流。
圖9.4- 5
提示：在古建筑物的屋頂、屋角設置各種造型的動物，避雷針一端以動物頭上的角須形式或巨獸的舌頭向上探出的形式巧妙安裝，另一端引入大地，從而起到避雷效果。　　　　
【重難釋解】
1．導體內部不受外部電場影響的情況
(1)現象：由于靜電感應，驗電器箔片張開，如圖甲所示。將驗電器放入導體網罩內部后驗電器箔片不張開，如圖乙所示，即外部電場影響不到導體內部。
(2)本質：是靜電感應，導體外表面感應電荷與外電場在導體內部任一點的電場強度的疊加結果為零。
2．接地導體殼內部電場對殼外空間無影響的情況
(1)現象
①如圖甲所示，導體殼沒有接地時，處于內部電場中，達到靜電平衡，導體殼內外表面出現等量異種電荷，殼內外表面之間場強處處為零，殼外場強不為零。
②導體殼接地后，如圖乙所示，導體殼外的正電荷被大地負電荷中和，正電荷出現在地球的另一端無窮遠處，導體殼內外表面之間及導體殼外部場強處處為零，導體殼外部空間不受內部影響。
(2)本質：仍然是靜電感應，使導體殼內表面感應電荷與殼內電荷在導體殼內表面以外空間疊加結果為零。
[解析]　C對外界電場有靜電屏蔽作用，使處于C內部的A不受外界電場影響，所以A的位置不變；但A在C的外表面感應出正電荷，所以B將向右偏，選項B正確。
[答案]　B
靜電屏蔽問題的三點注意
(1)空腔可以屏蔽外界電場，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的電場作用。
(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。
3．請用學過的電學知識判斷下列說法正確的是 (　　)
A．維修高壓電路的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
解析：絕緣衣在高電壓下不能屏蔽高壓電場對人體的損害，而穿金屬衣可以對高壓電產生的電場起到屏蔽作用，A錯誤；由電學知識可知，汽油桶用金屬材料制作時可以及時將產生的靜電導走，B正確；小鳥站在單根高壓輸電線上，因為兩爪之間電壓幾乎為零，故小鳥不會被電死，C錯誤；由靜電屏蔽知識可知，打雷時待在汽車里更安全，故D錯誤。
答案：B　
4. 如圖所示，A為空心金屬球，B為實心金屬球，A、B兩球原來不帶電，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
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球相當于把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。
答案：B　
一、培養創新意識和創新思維
1．低碳環保是我們追求的生活方式。如圖所示，是一個用來研究靜電除塵的實驗裝置，處于強電場中的空氣分子會被電離為電子和正離子，當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，蚊香產生的煙塵會被電極吸附，停止轉動手搖起電機，蚊香的煙塵又會裊裊上升。關于這個現象，下列說法中正確的是 (　　)
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大
C．同一煙塵顆粒在被吸附過程中離鋁板越近速度越小
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
解析：中性空氣分子在強電場中被電離成電子和帶正電的離子，煙塵顆粒吸附電子后帶上負電，在電場力作用下向鋁板做加速運動，所以選項A、C錯誤，選項B正確；因鋁板與縫被針間的電場線形狀相當于橫向放置的錐形體，離鋁板越近，電場線越稀疏，電場強度越小，煙塵顆粒受電場力越小，加速度越小，選項D錯誤。
答案：B　
二、注重學以致用和思維建模
2．下列應用與防護和尖端放電現象無關的是 (　　)
A．一般高壓設備中導體的表面應該盡量光滑
B．一般馬路表面建造的很平滑
C．夜間高壓線周圍會出現一層綠色光暈
D．一般高樓大廈頂部裝有避雷針
解析：馬路表面建造的很平滑與靜電無關，A、C、D項與尖端放電現象有關，故選B。
答案：B　
3.(多選)靜電除塵器除塵原理如圖所示。塵埃在電場中通過某種機制帶電，在電場力的作用下向收塵極遷移并沉積，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．電場方向由收塵極指向電暈極
C．帶電塵埃所受電場力的方向與電場方向相同
D．在同一位置，帶電荷量越多的塵埃所受電場力越大
解析：由題圖可知，電暈極為負極，收塵極為正極，帶電塵埃必帶負電荷，電場方向指向電暈極，帶電塵埃受到的電場力方向與電場方向相反，A、C錯誤，B正確；在同一位置上，電場強度大小相同，帶電荷量越多的塵埃所受電場力越大，故D正確。
答案：BD　

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