2021_2022版高中物理第一章静电场7静电现象的应用课时作业含解析新人教版选修3_1

静电现象的应用
(15分钟·30分)
一、选择题(本题共4小题,每题5分,共20分)
1.处于静电平衡的导体,内部电场强度处处为零的原因是( )
A.导体内部无任何电场
B.外电场不能进入导体内部
C.所有感应电荷在导体内部产生的合电场强度为零
D.外电场和所有感应电荷的电场在导体内部叠加的结果为零
【解析】选D。

导体内部电场强度处处为零是感应电荷的电场与外电场叠加的结果,故D正确。

2.在绕地球做匀速圆周运动的航天器中,物体处于完全失重状态,可以形成一种“重力屏蔽状态”。

在航天器中建立电学实验室,可以有效消除常态下重力的影响。

空腔导体内部可以实现静电屏蔽,在空腔导体内部建立物理实验室,可以有效消除外电场的干扰。

下列说法正确的是( )
A.场是一种人为假设,实际是不存在的
B.航天器中的“重力屏蔽状态”指的是航天器中不存在重力
C.外电场在空腔导体的内部产生的场强为0,所以外电场被屏蔽
D.在外电场作用下处于静电平衡的空腔导体,其内部的总电场强度为0
【解析】选D。

场是看不见,摸不着,但是以一种物质形态存在的,所以A错误。

航天器中的“重力屏蔽状态”指的是航天器中物体处于失重状态,但仍存在重力,所以B错误。

外电场在空腔导体的内部产生的场强,与感应电荷在内部的电场强度相互叠加后为0,所以C错误。

由于静电屏蔽作用,导体的外壳就会对它的内部起到“保护”作用,使它的内部不受外部电场的影响,所以导体腔内任意点的场强为零,D正确。

3.如图所示,一个不带电的导体球N,置于空心导体球M附近,现将另一个带电荷量为Q的金属球放于空腔导体M内,则( )
A.若M接地,N上有感应电荷
B.若M不接地,且M原来不带电,N上无感应电荷
C.若M不接地,且M原来不带电,N上有感应电荷
D.若M不接地,且M原来带电,N上一定有感应电荷
【解题指南】本题考查对静电屏蔽的理解,抓住处于静电平衡状态的导体的特点与接地不接地的区别是关键。

当M接地时,能屏蔽内部的电场,当M不接地时,不能屏蔽内部的电场。

【解析】选C。

若将M接地,则M与大地组成一个新的等势体,N上没有感应电荷,故A错误;若M不接地,且M原来不带电时,将带电的小金属球Q放入M的腔中,当静电平衡时,空腔球形导体内壁感应出与Q电性相反的电荷,外表面感应出与Q电性相同的电荷,则外表面的电荷能在N上感应出感应电荷,故B错误,C正确;若M不接地,且M原来带电,当M与Q上的电荷的电性相反,电量大小相等,M所带的电量只分布在M的内表面,外表面没有多余的电荷,则N上没有感应电荷。

故D错误。

故选C。

【加固训练】
一个带绝缘底座的空心金属球A带有4×10-8C的正电荷,上端开有适当小孔,有绝缘柄的金属小球B带有2×10-8 C的负电荷,使B球和A球内壁接触,如图所示,则A、B带电荷量分别为( )
A.Q A=10-8 C,Q B=10-8 C
B.Q A=2×10-8 C,Q B=0
C.Q A=0,Q B=2×10-8 C
D.Q A=4×10-8 C,Q B=-2×10-8 C
【解析】选B。

A、B接触达到静电平衡后,净电荷只分布在A的外表面上,故B项正确。

4.静电喷涂是利用静电现象制造的,其原理如图所示。

以下说法正确的是( )
A.涂料微粒带正电
B.涂料微粒所受电场力的方向与电场方向相反
C.电场力对涂料微粒做负功
D.涂料微粒的电势能变大
【解析】选B。

由于在喷枪喷嘴与被喷涂工件之间形成了强电场,工作时涂料微粒会向带正电的被喷涂工件高速运动,则涂料微粒带负电,微粒所受电场力的方向与电场方向相反,故A错误,B正确;因涂料微粒带负电,在库仑引力的作用下做正功,则电势能减小,故C、D错误,故选B。

二、计算题(10分。

要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要标明单位)
5.如图所示,带电导体A处于静电平衡状态,电势为φ=200 V。

M、N是A表面上的两点,电场强度E M=4E N。

今把一电荷量为q=5×10-8 C的正电荷分别由M点、N点移到无限远处,求电场力做的功。

【解题指南】解答本题应注意以下两点:
(1)带电导体处于静电平衡状态时,导体是个等势体。

(2)电场力做的功W电=-ΔE p。

【解析】由静电平衡导体的特点得φM=φN=φ=200 V
移到无限远处电场力做功W M=W N=qU=q(φ-0)=5×10-8×200 J=1.0×10-5 J。

答案:均为1.0×10-5 J
【加固训练】
长为l的金属杆原来不带电,在距其右端d处放一个电荷量为+q的点电荷。

(1)金属杆中点处的电场强度为多少?
(2)金属杆上的感应电荷在杆中点处产生的电场强度为多大?
【解析】(1)金属杆处于静电平衡状态,其内部场强处处为零。

因此,金属杆中点处的电场强度为0。

(2)点电荷q在金属杆中点处产生的场强E点=k=,方向水平向左。

由于杆中点处的场强为零,所以感应电荷在杆中点处产生的场强与点电荷在该处产生的场强大小相等,方向相反,所以,感应电荷在杆中点处产生的场强大小E感=E点=。

答案:(1)0 (2)
(10分钟·20分)
6.(6分)(多选)如图所示,球形导体空腔中放有点电荷,且点电荷不在球心,则下列描述正确的有
( )
A.球壳为等势体
B.球壳的内表面电荷分布均匀
C.球壳的外表面电荷分布均匀
D.改变Q在空腔里的位置,则对外表面的电荷分布无影响
【解析】选A、C、D。

点电荷Q在球壳内外表面感应出等量的异种电荷,达到静电平衡状态时,整个球壳的电势处处相等,由于点电荷不在球心,因此球壳的内表面电荷分布不均匀,而外表面电荷分布是均匀的,故A、C正确,B错误;改变Q在空腔里的位置,则内表面的电荷会重新分布,而对外表面的电荷分布无影响,故D正确,故选A、C、D。

【加固训练】
(多选)如图所示,带正电的导体球A置于原来不带电的空腔导体球B内,a、c分别为导体A、B内的点,b为导体A和B之间的一点,下列说法正确的是( )
A.a、b、c三点的电势都相等
B.a点的场强为零,但电势最高
C.b点的场强为零,但电势大于零
D.a、c两点的场强为零,b点的场强不为零
【解析】选B、D。

导体A、B各为一个等势体,其内的各点场强为零,即E a=E c=0,B的内、外
表面各感应出负电荷、正电荷,A外B内的空间电场线方向由A指向B,E b≠0,故电势φa>φb>φ
,A、C错误,B、D正确。

c
7.(14分)如图所示,一个原来不带电的半径为r的金属球放在绝缘支架上,其水平左侧放置一个电荷量为+Q的点电荷,点电荷到金属球左端的距离为2r。

(1)求点电荷+Q在金属球球心O点处产生的场强大小E。

(2)求金属球上感应电荷在球心O点处产生的场强大小E′,并说明方向。

【解析】(1)+Q到球心的距离为3r,根据点电荷场强公式可知点电荷在球心O处产生的场强大小为E=k=k=k,方向向右;
(2)根据静电平衡可知O点场强为零,即感应电荷在O点产生的场强与点电荷Q在O点产生的场强大小相等,方向相反,所以E感=E=k,方向向左。

答案:(1)k(2)k方向向左。