2020_2021学年高二物理专题训练下静电现象的应用pdf含解析

2020-2021学年高二物理：静电现象的应用专题训练
题组1 对静电平衡特点的理解
1.当导体达到静电平衡时，场强方向的特征是（）
A.外电场E0消失
B.感应电荷产生的附加电场E′为零
C.导体内部的合电场E为零
D.导体表面和内部的合电场均为零
【答案】C
【解析】静电平衡的导体感应场强与原场强大小相等、方向相反、合电场为零.
2.一个半径为r，带正电的实心金属球球心在x轴上的O点，金属球在周围空间产生静电场，则其电势φ在x轴上的分布情况正确的是（）
A. B. C. D.
【答案】B
【解析】取无穷远处电势为零，则正电荷周围的电势均为正值，选项D可排除；实心金属球本身是一个等势体，选项C排除；电势描述的是电场强度变化的快慢，因为x越大，电场强度减小得越慢，所以随x的增大而减小，选项A错误，B正确.
3.如图所示，正电荷Q均匀分布在半径为r的金属球面上，沿x轴上各点的电场强度大小和电势分别用E 和φ表示.选取无穷远处电势为零，下列关于x轴上各点电场强度的大小E或电势φ随位置x的变化关系图，正确的是（）
A. B. C. D.
【答案】C
【解析】金属球是一个等势体，等势体内部的场强处处为0，故A错误，B错误；金属球是一个等势体，等势体内部的电势处处相等，故C正确，D错误.
4.如图所示，一块光滑铁板水平放置，在铁板上方高为h处依次有带电量为＋Q和带电量为－Q的两个点电荷，一个带电量为＋q的绝缘小球从铁板的左端以初速度v0向右运动，并一直沿着铁板表面到达铁板的右端，则在小球通过铁板的过程中（）
A.先减速，后加速
B.先加速，后减速
C.先减速，后加速，再减速
D.一直匀速
【答案】D
【解析】因为铁板处于静电平衡状态，因此铁板表面附近的电场强度与铁板处处垂直，小球在水平方向上不受力，因此一直以初速度v0做匀速运动.
5.如图所示，一个带正电的粒子先后分别沿1、2、3、4条不同路径到达同一带负电的导体上（导体与地绝缘），电场力对该带电粒子做功分别为W1、W2、W3和W4，则它们间的关系正确的是（）
A.W1＞W2＞W3＞W4
B.W1＞W2＝W3＞W4
C.W1＜W2＝W3＜W4
D.W1＝W2＝W3＝W4
【答案】D
【解析】带负电的导体上表面是个等势体，在四个过程，始末两点的位置电势相同，电场力做功的值只跟始末两点的位置的电势差有关，而和所经过的路径的形状完全无关.所以W1＝W2＝W3＝W4.故选D.
6.如图所示，将两不带电的绝缘导体AB、CD放在带负电的导体Q的附近，达到静电平衡状态后，下列说法正确的是（）
A.用导线连接A、B两端，连通瞬间有电流通过导线，方向由A到B
B.用导线连接A、C两端，连通瞬间没有电流通过导线
C.用导线连接A、D两端，连通瞬间有电流通过导线，方向由A到D
D.用导线连接B、C两端，连通瞬间有电流通过导线，方向由C到B
【答案】D
【解析】根据静电感应规律可以判断枕形导体A端带正电荷，B端带负电荷.处于静电平衡的导体是等势体，用导线连接A、B两端，连通瞬间没有电流通过导线，故A错误；根据沿着电场线的方向，电势降低可知，导体AB的电势低于CD的电势，当用导线连接A、C两端，连通瞬间有电子从AB流向CD，有电流通过导线，故B错误；处于静电平衡的整个导体是等势体，AB的电势低于CD的电势，当用导线连接A、D两端时，电子从A流向D，导线中电流方向由D到A；当用导线连接B、C两端时，导线中电子从B流向C，连通瞬间有电流通过导线，方向由C到B，故C错误，D正确.
7.一个匀强电场的电场线分布如图甲所示，把一个空心导体引入到该匀强电场后的电场线分布如图乙所示.在电场中有A、B、C、D四个点，下面说法正确的是（）
A.φA＝φB
B.φB＝φC
C.EA＝EB
D.EB＝EC
【答案】B
【解析】由于空心导体为等势体，所以φB＝φC，选项A错、B对；由于A、B、C三处的电场线的疏密程度不同，所以电场强度也不相同，选项C、D错.
8.（多选）导体处于静电平衡时，下列说法正确的是（）
A.导体内部没有电场
B.导体内部没有电荷，电荷只分布在导体的外表面
C.导体内部没有电荷的运动
D.以上说法均不正确
【答案】ABC
9.（多选）如图所示为一正点电荷M和一金属板N形成的电场线，a、b、c为电场中的三点，则下列说法正确的是（）
A.a、c两点的电场强度大小关系为Ea＞Ec
B.a、b两点的电势关系为φa＜φb
C.一负点电荷在a点处的电势能大于它在b点处的电势能
D.若将某正点电荷由a点移到c点，电场力做正功
【答案】AD
【解析】电场线密的地方电场强度大，电场线疏的地方电场强度小，则a、c两点的电场强度大小关系为Ea ＞Ec，所以A正确.沿电场方向电势降低，所以a点电势比b点的电势高，所以B错误.由图可知，负点电荷从a到b过程中，电场力做负功，电势能增加，即在a点处的电势能小于它在b点处的电势能，所以C 错误.由图可判断，正点电荷由电势高的a点移到电势低的c点，电场力做正功，粒子的电势能逐渐减小，所以D正确.
10.（多选）如图所示，在水平放置的光滑金属板中心正上方有一带正电的点电荷Q，另一表面绝缘、带正电的金属小球（可视为质点，且不影响原电场）自左以初速度v0在金属板上向右运动，在运动过程中（）
A.小球先做减速后做加速运动
B.小球做匀速直线运动
C.小球受到的静电力对小球先做负功，后做正功
D.小球受到的静电力对小球做功为零
【答案】BD
【解析】金属板在Q的电场中达到静电平衡时，金属板是一个等势体，表面是一个等势面，表面的电场线与表面垂直，小球所受电场力与金属板表面垂直，在金属板上向右运动的过程中，电场力不做功，根据动能定理得知，小球的动能不变，速度不变，所以小球做匀速直线运动.故A错误，B正确.由于电场力与小球的速度方向垂直，电场力对小球不做功.故C错误，D正确.
11.（多选）如图所示，A、B为两个带等量异种电荷的金属球，将两根不带电的金属棒C、D放在两球之间，则下列叙述正确的是（）
A.C棒的电势一定高于D棒的电势
B.若用导线将C棒的x端与D棒的y端连接起来的瞬间，将有从y流向x的电子流
C.若将B球接地，B所带的负电荷全部流入大地
D.若将B球接地，B所带的负电荷还将保留一部分
【答案】ABD
【解析】由图所示的电场线方向可知A、B、C、D的电势高低为φA＞φC＞φD＞φB.当用导线将C棒的x端与D 棒的y端连接的瞬间，将有自由电子从电势低的D棒流向电势高的C棒，这时C与D已通过导线连接为一个导体了，静电平衡后，它们的电势相等，C的x端仍带负电，D的y端仍带正电，而C的右端及D的左端均不带电，即C右端的正电荷与D左端的负电荷中和掉了.当将B球接地时，一部分自由电子从低于大地电势的B球上流向大地，而一部分电子受到D棒y端正电荷的吸引而保留在靠近y端的近端处，如果把带正电的A球移走，接地的B球上的负电荷才全部流入大地.故选A、B、D.
12.（多选）如图所示，将原来不带电的绝缘导体AB，置于带正电的点电荷C所形成的电场中，规定大地或无穷远处的电势为零，则有（）
A.绝缘导体上A、B两点的电势相等，且低于大地的电势
B.绝缘导体上的感应电荷在导体内部一点D产生的场强大小等于点电荷C在D点产生场强的大小
C.有电场线终止在绝缘导体的表面上，且与导体表面垂直
D.如果用手指瞬间接触导体AB后再把C移走，则导体AB带上正电荷
【答案】BC
【解析】静电平衡时，绝缘导体上A、B两点的电势相等.电场线从C到导体，再到无穷远，所以导体的电势高于大地的电势.故A错误.静电平衡时，导体内部D点的合场强为零，说明感应电荷在导体内部一点D 产生的场强大小等于点电荷C在D点产生场强的大小.故B正确.导体左端表面感应出负电荷，右端表面感应出正电荷，电场线从点电荷C出发到导体终止，而且电场线与导体表面垂直.故C正确.用手指瞬间接触导体AB后，大地上的电子转移到导体上，将导体右端正电荷中和，再把C移走，则导体AB带上负电荷.故D
错误.
13.（多选）如图所示，把一个架在绝缘支架上的枕形导体放在正电荷形成的电场中，导体处于静电平衡时，下列说法正确的是（）
A.A、B两点场强相等，且都为零
B.A、B两点的场强不相等
C.感应电荷产生的附加场强大小是|EA|＜|EB|
D.当开关K闭合时，电子从大地沿导线向导体移动
【答案】AD
【解析】枕形导体在点电荷附近，出现静电感应现象，导致电荷重新分布.因此在枕形导体内部出现感应电荷的电场，正好与点电荷的电场叠加，内部电场强度处处为零，故A正确、B错误.点电荷产生的电场在A 点的场强大于在B点的场强，在枕形导体内部出现感应电荷的电场，正好与点电荷的电场叠加，叠加后电场为零，所以感应电荷产生的附加电场EA＞EB，故C错误.当开关K闭合时，电子从大地沿导线移向导体中和枕形导体右端的正电荷，相当于右端正电荷流向远端，故D正确.
14.（多选）如图所示，带负电的点电荷旁有一接地大金属板，A为金属板内的一点，B为金属板左侧外表面上的一点，下列关于金属板上感应电荷在A点和B点的场强方向判断正确的是（）
A.感应电荷在A点的场强沿E1方向
B.感应电荷在A点的场强沿E2方向
C.感应电荷在B点的场强可能沿E3方向
D.感应电荷在B点的场强可能沿E4方向
【答案】BC
【解析】金属板内的电场强度处处为0，则感应电荷的电场与点电荷的电场等大反向，即感应电荷在A点的场强沿E2方向，选项B正确；金属板表面的电场强度垂直表面向外，即为感应电荷的电场与点电荷的电场
的合场强，则感应电荷在B点的场强可能沿E3方向，选项C正确.
15.图中金属球A的半径为R，电荷量为Q，点电荷B的电荷量为q.B与A球的球心间的距离为r，当B不存在而只有A存在且达到静电平衡时，电荷Q在球心O处的电场强度等于________，这是因为________，当点电荷B也同时存在并达到静电平衡时，球心O处的电场强度等于________，金属球上的电荷在球心O 处产生的电场强度大小等于________，这是因为________.
【答案】0处于静电平衡状态的导体内部电场强度处处为零0k导体要处于静电平衡状态，其内部电场强度必处处为零
【解析】金属球A处于静电平衡状态时，内部电场强度处处为零，由于点电荷B在球心O处的电场强度大小为k，根据电场强度叠加原理，（重新分布后的）金属球上的电荷在球心O处产生的电场强度大小必为k.
16.如图所示，在不带电的半径为R的导体球附近一点A处，从无穷远处移来一点电荷，点电荷的电荷量为＋q，若A点到球面的距离为L，当达到静电平衡时，导体球上的感应电荷在球心O处产生的场强大小等于多少？其方向如何？
【答案】k由O指向A
【解析】点电荷＋q在球心处产生的电场的场强大小E＝k，方向由A指向O，则球面上感应电荷在球心O处产生的电场场强大小E′＝E＝k，方向由O指向A.
题组2 静电平衡导体的电荷分布
17.如图所示，带电体Q靠近一个接地空腔正方体导体，空腔里面无电荷，达到静电平衡后，下列物理量中不等于零的是（）
A.导体空腔内任意点的场强
B.导体空腔内任意点的电势
C.导体外表面的电荷量
D.导体空腔内表面的电荷量
【答案】C
【解析】静电平衡后导体空腔内任意点的场强为0；电荷分布在导体外表面，空腔内表面的电荷量为0；导体为等势体，接地后电势为0.
18.（1）如图在静电计上装一个几乎封闭的空心金属球C（仅在上端开有小孔），D是带有绝缘柄的带正电的小球，仅仅将小球D靠近C，静电计的指针会张开吗？如果会张开，金属球C带何种电荷？
（2）将D迅速地与C的内表面和外表面接触，指针都会张开吗？如果会张开，金属球C带何种电荷？
【答案】（1）会负电荷（2）会正电荷
【解析】（1）根据静电感应知识可知，带电体靠近导体，导体近端感应异种电荷，远端感应同种电荷，则静电计的指针会张开，金属球C带负电荷.
（2）根据导体处于静电平衡状态，净电荷分布在外表面可知，D与C的内表面接触和与C的外表面接触，指针都会张开，金属球带正电荷.
19.如图所示，一厚度不计的金属圆桶带电荷总量为Q＝＋4×10－6C.
（1）此时，金属桶内、外表面带电荷量分别为多少？
（2）如果用丝线在桶内悬挂一带电荷量q＝－2×10－6C的带电小球，桶内、外表面带电荷量分别为多少？（3）若桶内金属小球与内表面接触一下，桶内、外表面带电荷量分别为多少？
（4）若小球悬挂时，用手接触一下桶外表面，然后再将小球从桶中取出，则金属桶内、外表面带电荷量又为多少？
【答案】（1）q内＝0，q外＝＋4×10－6C
（2）q内＝q外＝＋2×10－6C
（3）q内＝0，q外＝＋2×10－6C
（4）q内＝0，q外＝＋2×10－6C
题组3 静电屏蔽与尖端放电
20.一带有绝缘座的空心球壳A带有4×10－8C的正电荷，带绝缘柄的金属小球B带有2×10－8C的负电荷，使B球与A的内壁接触，如图所示，则A、B的带电量分别为（）
A.Q A＝1×10－8C Q B＝1×10－8C
B.Q A＝2×10－8C Q B＝0
C.Q A＝0Q B＝2×10－8C
D.Q A＝4×10－8C Q B＝－2×10－8C
【答案】B
【解析】将B与A的内表面接触后，正、负电荷中和，净电荷分布在导体的外表面，故B选项正确.
21.如图所示是模拟避雷针作用的实验装置，金属板M、N间有两个等高的金属体A、B，A为尖头、B为圆头.将金属板M、N接在高压电源上，逐渐升高电源电压，首先观察到（）
A.A放电
B.B放电
C.A、B一起放电
D.A、B之间放电
【答案】A
【解析】当金属板M、N接在高压电源上，因末端越尖越容易放电，故A容易放电，故选A.
22.（多选）如图所示，将悬在绝缘细线上带正电的小球A放在不带电的金属空心球壳B内（与内壁不接触）.外加一个水平向右的场强为E的匀强电场，对于最后的结果，下列判断正确的是（）
A.B的右端带正电，A向左偏
B.B的右端带正电，A不偏左也不偏右
C.B的左端带正电，A向右偏
D.B的左端带负电，A不偏左也不偏右
【答案】BD
【解析】导体空腔处于外电场中时，由于静电感应的作用，导体球壳的左端将感应出负电荷，右端将感应出正电荷，而导体空腔内部完全不受外加电场的影响，故A不会偏转，故A、C错误，B、D正确.故选B、
D.
23.（多选）一个不带电的空心金属球，在它的球内放一个正电荷如图所示，其电场分布正确的是（）
A. B. C. D.
【答案】CD
【解析】空心金属球内放一正电荷，由于静电感应使金属球壳带正电，球壳上达到静电平衡，内部场强为零，当外壳接地时，对外具有屏蔽作用，故选项C、D正确.
24.（多选）如图所示，放在绝缘台上的金属网罩B内放有一个不带电的验电器C，如把一带有正电荷的绝缘体A移近金属网罩B，则（）
A.在B的内表面带正电荷，φB＝φC＝0
B.在B的右侧外表面带正电荷
C.验电器的金属箔片将张开，φB<φC
D.φB＝φC，B的左右两侧电势相等
【答案】BD
【解析】静电平衡时，电荷分布于导体的外表面上，所以选项A错误；由于产生静电感应，使B金属网罩的左侧外表面感应出负电荷，所以B的右侧外表面感应出正电荷，选项B正确；由于静电屏蔽，金属网罩内电场强度为零，故C上无感应电荷，验电器的金属箔片不会张开，选项C错误；由静电屏蔽特点知，导体是等势体，导体表面是等势面，所以选项D正确.
25.（多选）如图所示，在左边的绝缘支架上插上顶针（其顶端是尖的），在顶针上装上金属风针，若给风针附近的圆形金属板接上正高压极，风针接负高压极，风针尖端放电会使其旋转起来，下列说法中正确的
是（）
A.风针尖端附近的等势面和电场线分布较密
B.风针附近的空气在强电场下发生电离
C.空气中的正离子会向风针的尖端运动
D.交换金属板与风针所带电荷电性，风针的尖端会有正电荷射出
【答案】ABC
【解析】圆形金属板与风针分别接上正、负高压极后，风针附近产生强电场，且风针尖端处电场最强，因此风针尖端附近的电场线分布较密，由于电场线密的地方等势面密，故风针尖端附近的等势面也密.风针附近产生强电场使空气发生电离，空气中的正离子会向风针的尖端运动与针尖负电荷中和，发生放电观象，而空气中的负离子因受排斥力而向相反方向运动.由于反冲，风针就旋转起来.如果交换金属板与风针电荷电性，风针不可能放出正电荷，导体内只有自由运动的电子.
题组4 静电现象的应用与防止
26.下列哪个措施是为了防止静电产生的危害（）
A.在高大的烟囱中安装静电除尘器
B.静电复印
C.在高大的建筑物顶端装上避雷针
D.静电喷漆
【答案】C
27.小强在加油站加油时，看到加油机上有如图所示的图标，关于图标的含义，下列说法正确的是（）
A.工作人员工作时间须穿纯棉服装
B.用绝缘的塑料梳子梳头应该没有关系
C.化纤手套与接触物容易摩擦起电存在安全隐患
D.制作这些图标的依据是静电屏蔽原理
【答案】C
【解析】工作人员在工作时应避免产生静电，可以穿纯棉衣服，但不是必须的，故A错误；用塑料梳子梳头时会产生静电，故B错误；化纤手套与接触物容易摩擦起电，故会引起静电，从而引起油料燃烧的危险，故C正确；这些图标都是为了减少静电的产生，不是静电屏蔽，故D错误.
28.（多选）随着人们生活水平的提高，各种家用电器日益走入我们的居家生活，而家用电器所产生的静电会被人体吸收并积存起来，加之居室内墙壁和地板多属绝缘体，空气干燥，因此更容易受到静电干扰.由于老年人的皮肤相对年轻人干燥以及老年人心血管系统的老化、抗干扰能力减弱等因素，因此老年人更容易受静电的影响.心血管系统本来就有各种病变的老年人，静电更会使病情加重.过高的静电还常常使人焦躁不安、头痛、胸闷、呼吸困难、咳嗽.我们平时生活中就应当采取措施，有效防止静电，下列可行的是（）
A.室内要勤拖地、勤洒些水
B.要勤洗澡、勤换衣服
C.选择柔软、光滑的化纤类衣物
D.尽量避免使用化纤地毯和塑料为表面材料的家具
【答案】ABD
【解析】室内要保持一定的湿度，室内要勤拖地、勤洒些水；要勤洗澡、勤换衣服，以消除人体表面积聚的静电荷.对于老年人，应选择柔软、光滑的棉纺织衣物，尽量不穿化纤类衣物，以使静电的危害减少到最低限度；尽量避免使用化纤地毯和以塑料为表面材料的家具，以防止摩擦起电.
29.（多选）图为静电除尘原理的示意图，尘埃在电场中通过某种机制带电，在电场力的作用下向集尘极迁移并沉积，以达到除尘目的，下列表述正确的是（）
A.到达集尘极的尘埃带正电荷
B.电场方向由集尘极指向放电极
C.带电尘埃所受电场力的方向与电场方向相同
D.同一位置带电荷量越多的尘埃所受电场力越大
【答案】BD
30.（多选）滚筒式静电分选器由料斗A、导板B、导体滚筒C、刮板D、料槽E、F和放电针G等部件组成，C与G分别接于直流高压电源的正、负极，并令C接地，如图所示，电源电压很高，足以使放电针G附近的空气发生电离并产生大量离子.现在导电性能不同的两种物质粉粒a、b混合物从料斗A下落，沿导板B 到达转动的滚筒C上，粉粒a具有良好的导电性，粉粒b具有良好的绝缘性，下列说法正确的是（）
A.粉粒a落入料槽F，粉粒b落入料槽E
B.粉粒b落入斜槽F，粉粒a落入料槽E
C.若滚筒C不接地而放电针G接地，实际工作中，这是不允许的
D.若滚筒C不接地而放电针G接地，实际工作中，这是允许的
【答案】AC
【解析】粉粒a具有良好的导电性，带电后到达正极C与正电荷中和，在重力作用下落入料槽F；粉粒b 具有良好的绝缘性，带电后到达正极C，在D的作用下落入料槽E，故A正确，B错误.为了安全避免触电事故发生，电源的正极要接地，故C正确，D错误.
31.如图所示，在玻璃管中心轴上安装一根直导线，玻璃管外绕有线圈，直导线的一端和线圈的一端分别跟感应圈的两放电柱相连.开始，感应圈未接通电源，点燃蚊香，让烟通过玻璃管冒出.当感应圈电源接通时，玻璃管中的导线和管外线圈间就会加上高电压，立即可以看到，不再有烟从玻璃管中冒出来了.过一会儿还可以看到管壁吸附了一层烟尘.请思考一下：这是什么原因？
【答案】当感应圈电源接通时，玻璃管中的导线和管外线圈间就会加上高电压，形成强电场.烟尘颗粒都是带电的，在强电场中受电场力作用偏转后被吸附在管壁上.。