9.4 靜電的防止與利用 【練習】2024-2025學年高二物理 同步練（ 人教版2019必修第三冊）（解析版）

9.4靜電的防止與利用學習目標學習目標課程標準物理素養(yǎng)3.1.4了解生產生活中關于靜電的利用與防護。物理觀念：知道處于靜電平衡的導體內部電場強度處處為0.了解尖端放電、靜電屏蔽現象，了解靜電的防止的原理。知道靜電吸附原理，了解靜電吸附在靜電除塵等技術中的應用。科學思維：理解靜電平衡狀態(tài)的形成過程。科學探究：探究靜電屏蔽現象?？茖W態(tài)度與責任：關注生活、生產中的靜電現象，體會物理學與生產和生活的緊密聯(lián)系。002思維導圖1、靜電平衡狀態(tài)下導體的特點電場強度特點：導體內E處處為0，導體表面處E必然垂直于該處的表面；凈余電荷分布特點：分布于導體的外表面，尖處密。地球是一個極大的導體，可以認為處于靜電平衡狀態(tài)2、靜電屏蔽有哪幾種情況？有哪些應用？003知識梳理課前研讀課本，梳理基礎知識：一、靜電平衡1.靜電平衡狀態(tài)導體上處處無電荷定向移動的狀態(tài)。2.處于靜電平衡狀態(tài)的導體內部場強處處為零。3.處于靜電平衡狀態(tài)的導體表面上任一點場強方向與該點表面垂直。二、尖端放電1．處于靜電平衡狀態(tài)的導體，電荷只能分布在導體外表面上。2．尖端放電3．慣性三、靜電屏蔽1.工具2.實質3.應用電學儀器和電子設備外面套有金屬罩通信電纜版面包一層鉛皮高壓帶電作業(yè)人員穿金屬網衣通訊工具在鋼筋結構房屋中接收信號弱四、靜電吸附1.靜電除塵2.靜電噴漆3.靜電復印004題型精講【題型一】靜電平衡中的電場強度的計算及靜電屏蔽問題【典型例題1】如圖所示，一金屬球A放在距一帶電量為-4.5×10-10C的點電荷0.3m處，求金屬球達到靜電平衡后，感應電荷在A球球心處產生的場強的大小是______，方向是______。答案：45N/C

方向向右解析：點電荷q在A球球心處產生的場強的大小為方向向左。根據靜電平衡導體的特點可知，感應電荷在A球球心處產生的場強的大小是45N/C，方向是向右?！镜湫屠}2】如圖所示的高壓輸電線路，在鐵塔的頂端還有兩條導線（圖中箭頭所指），它們與大地相連，這兩條導線的主要功能是（）A．輸送電能 B．各變電站之間通訊C．連接各鐵塔，使鐵塔更穩(wěn)固 D．預防雷電擊中下方的輸電線答案：D解析：實現靜電屏蔽不一定要用密封的金屬容器，金屬網也能起到屏蔽作用。兩條導線與大地相連，形成一個稀疏的金屬“網”，把高壓線屏蔽起來，使其免遭雷擊。故選D?！緦c訓練1】長為l的導體棒原來不帶電并水平放置，現將一帶電量為q的正點電荷放在距棒左端R處，如圖所示，當達到靜電平衡后棒內中點處的場強為零，則棒上感應電荷在棒內中點處產生的場強大小等于______，方向為水平向______。

答案：

左解析：由靜電感應現象可知，電量為q的正點電荷放在距棒左端R處，棒的左端感應出負電荷，右端感應出正電荷。由點電荷產生電場強度公式，可得+q在棒上中點P處產生場強大小方向為水平向右；由靜電平衡原理可知，當達到靜電平衡后棒內中點P處的合電場強度是零，棒上感應電荷在棒內中點P處產生的場強大小與帶電量為+q的正點電荷在棒的中點P處產生的場強大小相等，方向相反，棒上感應電荷在棒內中點P處產生的場強大小方向為水平向左?！緦c訓練2】下列說法正確的是（）A．在自助加油站給汽車加油時，可以接打移動電話B．家用電器或電線發(fā)生火災時，應先斷開電源再滅火C．如果有人觸電倒地，應該抱住他的腰部拖到安全的地方D．超高壓帶電作業(yè)的工人所穿衣物的織物中摻入了金屬絲，目的是導走因摩擦產生的靜電答案：B解析：A．在自助加油站給汽車加油時，不可以接打移動電話，會有爆炸的風險，故A錯誤；B．家用電器或電線發(fā)生火災時，應先斷開電源再滅火，故B正確；C．如果有人觸電倒地，抱住他的腰部有觸電的風險，應立即切斷電源或者用絕緣體挑開電線，故C錯誤；D．超高壓帶電作業(yè)的工人穿戴的工作服是用包含金屬絲的織物制成的，這種工作服叫屏蔽服，其作用是在穿用后，使處于高壓電場中的人體外表面各部位形成一個等電位屏蔽面，從而防護人體免受高壓電場及電磁波的危害。故D錯誤。故選B。【題型二】靜電吸附【典型例題3】[多選]如圖為靜電除塵器除塵機原理示意圖，塵埃在電場中通過某種機制帶電，在電場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．到達集塵極的塵埃帶正電荷B．電場方向由集塵極指向放電極C．帶電塵埃所受電場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電場力越大解析：選BD由題圖所示可知，集塵極電勢高，放電極電勢低，放電極與集塵極間電場方向向左，即電場方向由集塵極指向放電極，塵埃在電場力的作用下向集塵極遷移，則知塵埃所受的電場力向右，故到達集塵極的塵埃帶負電荷，故A錯誤，B正確。電場方向向左，帶電塵埃所受電場力方向向右，帶電塵埃所受電場力的方向與電場方向相反，故C錯誤。由F＝Eq可知，同一位置帶電荷量越多的塵埃所受電場力越大，故D正確。【典型例題4】（多選）滾筒式靜電分選器由料斗A，導板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分別接于直流高壓電源的正、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(fā)生電離并產生大量離子?，F在導電性能不同的兩種物質粉粒a、b混合物從料斗A下落，沿導板B到達轉動的滾筒C上，粉粒a具有良好的導電性，粉粒b具有良好的絕緣性，下列說法正確的是（）A．粉粒a落入料槽F，粉粒b落入料槽EB．粉粒b落入斜槽F，粉粒a落入料槽EC．若滾筒C不接地而放電針G接地，實際工作中，這是不允許的D．若滾筒C不接地而放電針G接地，實際工作中，這是允許的答案：AC解析：AB．滾筒式靜電分選器工作原理，粉粒a具有良好的導電性，帶電后到達正極C與正電荷中和，在重力作用下落入料槽F，粉粒b具有良好的絕緣性，帶電后到達正極C，在D的作用下落入料槽E，故A正確，B錯誤；CD．為了安全避免觸電事故發(fā)生，電源的正極要接地，故C正確，D錯誤。故選AC?！緦c訓練3】以煤作燃料的工廠、電站，每天排出的煙氣帶走大量的煤粉，不僅浪費燃料，而且嚴重地污染環(huán)境，利用靜電除塵可以消除煙氣中的煤粉。如圖為靜電除塵的原理示意圖，除塵器由金屬管A和懸掛在管中的金屬絲B組成，A和B分別接到高壓電源的兩極，它們之間有很強的電場，空氣中的氣體分子被強電場電離成為電子和正離子。正離子被吸引到B上，得到電子，又成為分子。電子在向正極運動的過程中，遇到煙氣中的煤粉，使煤粉帶負電，吸附到正極上，最后在重力作用下，落入下面的漏斗中。有關這一物理情境下列說法正確的是（）A．空氣分子在距離金屬絲B越近的地方越容易被電離B．帶上負電的煤粉在向A運動的過程中做勻變速運動C．帶上負電的煤粉在向A運動的過程中其運動軌跡為拋物線D．帶上負電的煤粉在向A運動的過程中其電勢能增大答案：A解析：A．在距離金屬絲B越近的地方，電場越強，空氣分子越容易被電離。A正確；BCD．帶上負電的煤粉在向A運動的過程中，主要受到變化的電場力及重力的作用，合力的大小、方向均在變化，所以煤粉做的是變加速運動，軌跡不是拋物線，電場力做正功，電勢能減少。BCD錯誤。故選A。【對點訓練4】靜電噴漆技術具有效率高、質量好等優(yōu)點,其裝置示意圖如圖所示,A、B為兩塊水平放置的平行金屬板,間距d=1.0m,兩板間有方向豎直向上、電場強度大小E=1.0×103N/C的勻強電場,在A板的中央放置一個安全接地的靜電油漆噴槍P,油漆噴槍的半圓形噴嘴可向各個方向均勻地噴出初速度大小均為v0=1.0m/s、質量均為m=5.0×10-14kg、電荷量均為q=2.0×10-15C的帶負電的油漆微粒,不計微粒所受空氣阻力及微粒間的相互作用,油漆微粒最后都落在金屬板B上,重力加速度g=10m/s2。下列說法中錯誤的是()。A.沿水平方向噴出的微粒運動到B板所需時間為0.2sB.沿不同方向噴出的微粒,從噴出至到達B板,電場力做功為2.0×10-12JC.若其他條件均不變,d增大為原來的2倍,噴涂面積增大為原來的2倍D.若其他條件均不變,E增大為原來的2倍,噴涂面積減小為原來的1【解析】沿水平方向噴出的微粒做類平拋運動,在豎直方向上,加速度a=qE+mgm=50m/s2,根據d=12at2得t=0.2s,故A項正確。沿不同方向噴出的微粒,從噴出至到達B板,電場力做功W=qEd=2.0×10-12J,故B項正確。若其他條件均不變,d增大為原來的2倍,根據d=12at2得,t變?yōu)樵瓉淼?倍,則噴涂面積的半徑變?yōu)樵瓉淼?倍,面積變?yōu)樵瓉淼?倍,故C項正確。若其他條件均不變,E增大為原來的2倍,則加速度a'=90m/s2,加速度變?yōu)樵瓉淼?5,時間t變?yōu)樵瓉淼?3,噴涂面積的半徑變?yōu)樵瓉淼?【答案】D【題型三】尖端放電 【典型例題5】（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(fā)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【答案】ABC【解析】A．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；B．風針附近的空氣中殘留的帶電粒子在強電場的作用下發(fā)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(fā)生電離，故B正確；C．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；D．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。故選ABC?！镜湫屠}6】如圖所示的A、B、C、D四組靜電實驗中，能使左邊的驗電器的金箔張開的是______組和______組（A、B兩組實驗中小球的手柄均為絕緣手柄，D組實驗中虛線框表示金屬網罩）。A．B．C．D．答案：

A

C解析：AB．處于靜電平衡狀態(tài)下的導體所帶的電荷都分布在導體的外表面，故A能使驗電器帶電，B不能使驗電器帶電；C．將驗電器與帶電物體用導線連接，二者組成新的導體，導致電荷在新的導體表面重新分布，所以可以使驗電器帶電，故C能使驗電器帶電；D．由于靜電屏蔽的作用，驗電器不受外電場的影響，故金屬箔是閉合的，D不能使驗電器帶電?！緦c訓練5】如圖是網絡上售賣的一款避雷針原理演示器，上下金屬板絕緣固定，尖端電極和球形電極與下金屬板連接，給上下金屬板接感應圈并逐漸升高電壓，當電壓升高到一定數值時，可看到放電現象．則（

）A．尖端電極容易放電 B．球形電極容易放電C．兩種電極一樣容易放電 D．無法確定答案：A解析：試題分析：由圖示可知，一個為尖頭、一個為圓頭．當上下金屬板接在高壓電源上，因末端越尖越容易放電，故可以觀察到尖的金屬柱容易放電，這種放電現象叫做尖端放電．所以選項A正確，BCD錯誤【對點訓練6】如圖所示，A、B是兩個架在絕緣支座上的金屬球，都不帶電，中間用導線連接，現用一帶正電的小球C靠近B，用手摸一下B球，再撤去導線，然后移走C球，則A、B帶電情況是（）AAB+CA．A球帶正電，B球帶負電B．A球帶正電，B球不帶電C．A球不帶電，B球帶負電D．以上說法都不正確答案：C00501強化訓練【基礎強化】1．如圖所示，在真空中把一絕緣導體AB向帶負電的小球P緩慢地靠近不接觸，且未發(fā)生放電現象時，下列說法中正確的是（）A．B端的感應電荷越來越多B．導體內部場強越來越大C．導體的感應電荷在M點產生的場強小于在N點產生的場強D．導體的感應電荷在M、N兩點產生的場強相等答案：A解析：A、離的越近，導體上的電子與負電荷排斥力越大，越會向左排斥，故N端帶負電荷越多，M端帶的正電荷也越多，故A正確；B、導體處于靜電平衡狀態(tài)，內部場強處處為零，故B錯誤；C、D、導體處于靜電平衡狀態(tài)，內部場強處處為零，即感應電荷的場強和帶電小球的場強等大、反向、共線，由于帶電小球在M點產生的場強大，故感應電荷在M點產生的場強也大，故CD錯誤；故選A2.如圖所示，導體棒原來不帶電，將電荷量為Q的正點電荷放在棒左側O處，當棒達到靜電平衡后，棒上的感應電荷在棒內A點處產生的場強為E1。下列說法正確的是（）A．E1的大小與電荷量Q成正比B．E1的方向沿OA連線向右C．在導體棒內部，離O點越遠場強越小D．在O點放置電荷量為2Q的點電荷，A點的場強為2E1答案：A解析：AB．導體棒達到靜電平衡后，棒上感應電荷在棒內A點處產生的場強大小與一帶電量為Q的點電荷在該處產生的電場強度大小相等，方向相反，則有正點電荷在A點產生的場強方向向右，則E1的方向沿OA連線向左，故A正確，B錯誤；C．導體棒達到靜電平衡后，棒內場強處處為0，故C錯誤；D．在O點放置電荷量為2Q的點電荷，導體棒達到靜電平衡后，棒內場強處處為0，故D錯誤。故選A。3.避雷針是利用尖端放電保護建筑物的一種設施，其原理是什么？【解析】當帶電的雷雨云接近建筑物時，由于靜電感應，金屬棒出現與云層相反的電荷．通過尖端放電，這些電荷不斷向大氣釋放，中和空氣中的電荷，使建筑物避免雷擊．4.2008年6月24日強雷電襲擊杭州，威力之猛近期少有．雷暴天氣和雷擊事件，引起了杭州市委、市政府的高度重視，要求有關部門加大防雷避雷知識的宣傳，提高廣大人民群眾的防范意識，做好防雷工作，保障人民群眾安全．假如在戶外我們遭遇雷電，下列防雷措施可行的是()①在大樹下避雷雨②停留在山頂、山脊的涼亭等地方避雷雨③不要快速開摩托、快騎自行車和在雨中狂奔④在空曠地帶，最好關掉手機電源A．①③ B．②③ C．①④ D．③④答案：D解析：大樹、山頂、山脊的涼亭、樓頂等地方是表面具有突出尖端的導體，可能使其周圍的空氣發(fā)生電離而引發(fā)尖端放電，故不能避雷雨；在空曠地帶使用手機通話，手機很有可能成為閃電的放電對象．所以選D5.以下關于靜電現象說法錯誤的是（

）A．用絲綢摩擦玻璃棒后絲綢將得到電子帶上負電B．制作汽油桶的材料用金屬比用塑料好C．接觸帶有精密電子元件的電路板時，最好先用手接觸一下金屬水管或其它接地金屬D．考場外頭走廊上安裝的考場無線信號屏蔽器是利用了靜電屏蔽原理答案：D解析：用絲綢摩擦玻璃棒后絲綢將得到電子帶上負電，選項A正確；制作汽油桶的材料用金屬比用塑料好，因金屬能把靜電導入大地，選項B正確；人體通常會帶靜電，接觸帶有精密電子元件的電路板時，最好先用手接觸一下金屬水管或其它接地金屬，否則人體靜電會損壞電路元件．故C正確；無線信號屏蔽器是在工作過程中以一定的速度從前向信道的低端頻率向高端掃描．該掃描速度可以在手機接收報文信號中形成亂碼干擾，手機不能檢測出從基站發(fā)出的正常數據，使手機不能與基站建立連接．手機表現為搜索網絡、無信號、無服務系統(tǒng)等現象，不是靜電屏蔽的應用，故D錯誤；此題選擇錯誤的選項，故選D．6.（多選）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．金屬球帶電電荷足夠大時才會張開D．金屬網罩內部電場強度為零答案：BD解析：靜電屏蔽：為了避免外界電場對儀器設備的影響，或者為了避免電器設備的電場對外界的影響，用一個空腔導體把外電場遮住，使其內部不受影響，也不使電器設備對外界產生影響，故用金屬網把驗電器罩起來，再使帶電金屬球靠近驗電器，箔片不張開．金屬網罩內部電場強度為零；故BD正確、AC錯誤．故選BD．點睛：靜電屏蔽在我們生活中有許多應用．例如，遇到雷雨天，行進中的汽車要關閉所有車窗，就算車體遭到雷擊，車內人員通常也不會受傷．電視閉路線芯外通常包有一層金屬網和錫紙等等．【素養(yǎng)提升】7.如圖四種儀器中，對電現象的利用，其原理不同于其它三種的是（）A．靜電除塵器 B．靜電復印機C．電蚊拍 D．靜電植絨儀答案：C解析：靜電除塵器、靜電復印機和靜電植絨儀都是利用靜電原理工作的；而電蚊拍一般使用2.4V鎳氫電池，工作時電網瞬間產生1850V直流高壓電（電流小于10mA，對人畜無害），能將蚊蟲吸入電網電斃，所以電蚊拍的原理不同于其它三種。故選C。8．如圖所示，在玻璃管中心軸上安裝一根直導線，玻璃管外繞有線圈，直導線的一端和線圈的一端分別跟感應圈的兩放電柱相連．開始，感應圈未接通電源，點燃蚊香，讓煙通過玻璃管冒出．當感應圈電源接通時，玻璃管中的導線和管外線圈間就會加上高電壓，立即可以看到，不再有煙從玻璃管中冒出來了．過一會兒還可以看到管壁吸附了一層煙塵．請思考一下：這是什么原因？答案：當感應圈電源接通時，玻璃管中的導線和管外線圈間就會加上高電壓，形成強電場．煙塵顆粒都是帶電的，在強電場中受靜電力作用偏轉后被吸附在管壁上．解析：靜電場使氣體電離從而使塵粒帶電吸附到電極上的收塵方法．在強電場中空氣分子被電離為正離子和電子，電子奔向正極過程中遇到塵粒，使塵粒帶負電吸附到正極。9.（多選）有關靜電的以下說法中正確的是（）A．電工在帶電維修高壓電線時，穿金屬衣比穿絕緣衣安全B．避雷針避雷是將云層中積聚的電荷導入大地C．高壓輸電導線表面要很光滑，以避免因尖端放電而損失電能D．油罐車尾裝一條拖地鐵鏈，有利于消除靜電答案：ACD解析：A．電工在帶電維修高壓電線時，穿金屬衣能起到靜電屏蔽的作用，故比穿絕緣衣安全，選項A正確；B．避雷針避雷是利用尖端放電現象，選項B錯誤；C．高壓輸電導線表面要很光滑，以避免因尖端放電而損失電能，選項C正確；D．油罐車尾裝一條拖地鐵鏈，可以將油罐與油摩擦產生的靜電導入大地，有利于消除靜電，選項D正確；故選ACD。10．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.小鳥停在單條高壓輸電線上會被電死D.打雷時，呆在汽車里比呆在木屋里要危險答案：B11．（多選）在下列各種措施中，目的是防止靜電作用的是（）A．電視機后蓋上開有許多小孔 B．在高大的建筑物頂端裝上避雷針C．靜電噴涂 D．油罐車后拖一根鐵鏈【答案】BD【解析】電視機后蓋上開有許多小孔時為把各電器元件產生的熱量及時散掉，A錯誤；高大的建筑物頂端裝上避雷針和油罐車后拖一根鐵鏈是為了把產生的靜電導走，屬于靜電的防止，BD正確；靜電噴涂屬于靜電應用，不是防止靜電，C錯誤；故選BD。12.為了防止靜電危害．下列措施不正確的是（

）A．油罐車上拖一條與地面接觸的鐵鏈B．飛機的機輪上裝有搭地線或用導電橡膠做輪胎C．在地毯中夾雜不銹鋼纖維D．盡可能保持印染廠空氣干燥答案：D解析：空氣干燥就容易產生靜電,不能導走靜電了,靜電累積太多就會產生危害，空氣潮濕才能及時導走靜電，D錯誤．13.（多選）具有一定厚度的空心球殼的球心位置放置一正電荷，圖中畫出了其空間電場的電場線分布情況，符合實際情況的是（）答案：AD14.生活、科技上處處存在靜電現象,有些是靜電的應用,有些是要防止靜電;下列關于靜電防止與應用的說法正確的是 ()A.印刷廠應保持空氣干燥,避免靜電積累帶來的潛在危害B.靜電復印機的工作過程實際上和靜電完全無關C.在地毯中夾雜0.05～0.07mm