课时9.4 静电的防止与利用-2024-2025学年高中物理同步练习分类专题教案(人教版2019

第九章静电场及其应用
课时9.4 静电的防止与利用
1.知道什么是静电平衡状态，能说出处于静电平衡状态的导体的特征。

2.知道静电平衡状态下电荷的分布规律。

3.了解尖端放电、静电屏蔽现象及其应用，了解静电吸附的原理及其应用。

4.了解生产、生活中静电的利用与防止。

（一）静电平衡
1. 静电感应现象
把不带电的金属导体放入电场中，导体内部的自由电子定向移动，而使导体两端出现等量异号电荷的现象。

2. 静电平衡状态
导体内（包括表面）的自由电子不再发生定向移动，我们就认为导体达到了静电平衡状态。

3. 静电平衡状态下导体的特点
处于静电平衡状态的导体，内部的场强处处为0，此时，外电场和感应电荷在导体内部产生的电场的场强大小相等，方向相反。

（二）尖端放电
1. 静电平衡时导体上的电荷分布
①导体内部没有净剩电荷，电荷只分布在导体的外表面；
②在导体的外表面，越尖锐的位置电荷密度越大，凹陷的位置几乎没有电荷。

2. 尖端放电的原因：在一定条件下，导体尖端周围的强电场足以使空气发生电离，产生的带电粒子被吸引而奔向尖端，与尖端上的电荷中和。

空气的电离：在一定条件下，导体尖端周围的强电场足以使空气中残留的带电粒子发生剧烈运动，并与空气分子碰撞从而使空气分子中的正负电荷分离。

这种现象叫作空气的电离。

尖端放电：空气被电离后，那些所带电荷与导体尖端的电荷符号相反的粒子，由于被吸引而奔向尖端，与尖端上的电荷中和，这相当于导体从尖端失去电荷，这种现象叫作尖端放电。

3. 尖端放电的应用与防止：安装在建筑物顶端的避雷针，使建筑物避免雷击；高压设备中导体的表面应该尽量光滑，避免尖端放电而造成损失或事故。

（三）静电屏蔽
1. 定义：导体壳（或金属网罩）内达到静电平衡后，内部不受外部电场的影响，导体壳的这种作用叫作静电屏蔽。

2. 说明：实现静电屏蔽不一定要用密封的金属容器，金属网也能起到屏蔽作用。

3. 原理：静电屏蔽的实质是利用了静电感应现象，使金属壳内的感应电荷的电场和外加电场的场强矢量和为零。

4. 应用：电子仪器外面都有金属壳，通信电缆外面包有一层金属网，高压线路的检修人员要穿屏蔽服，野外高压线上方还有两条导线与大地相连等，都是利用静电屏蔽消除外电场的影响。

（四）静电吸附
1. 原理：在电场中，带电粒子受到静电力的作用，向着电极运动，最后被吸附在电极上。

2. 静电除尘：设法使空气中的尘埃带电，在静电力作用下，尘埃到达电极而被收集起来，这就是静电除尘。

3. 静电喷漆：接负高压的涂料雾化器喷出的油漆微粒带负电，在静电力的作用下，这些微粒向着作为正极的工件运动，并沉积在工件的表面，完成喷漆工作。

4. 静电复印：复印机也应用了静电吸附。

基础过关练
题组一静电平衡
1.(2023黑龙江鸡西四中月考，改编)对于电场中处于静电平衡状态的导体，下列说法错误的是()
A.导体内部的场强处处为零
B.导体内部没有净剩电荷，电荷只分布在导体的外表面
C.导体内部场强是外电场与感应电荷电场叠加后的合场强，其大小为零
D.处于静电平衡的导体内部的自由电子不再运动
2.(2024江苏海安期中)一金属球原来不带电，现在球直径的延长线上放置一均匀带电的细杆MN，如图所示，金属球上感应电荷产生的电场在球内直径上a、b、c三点的电场强度大小分别为E a、E b、E c，三者相比，则()
A.E a最大
B.E b 最大
C.E c 最大
D.E a =E b =E c
3.(2024广东深圳期中)如图所示，不带电的金属棒AB 长为L ，O 为AB 的中点，在距离A 点为R 的C 点处放一带电荷量为Q 的正点电荷，C 与AB 在一条直线上，如图所示。

下列说法正确的是 ( )
A.金属棒上A 端感应出正电荷
B.金属棒上感应电荷在O 点处产生的电场强度为零
C.金属棒上感应电荷在O 点产生的电场强度大小为k
Q (R+L 2)2
D.若将A 端接地，金属棒将带上正电荷
题组二 尖端放电
4.(2024湖南株洲月考)在高大的建筑物上安装避雷针的目的是 ( )
A.通过尖端放电中和云层中的电荷
B.避免放电现象的发生
C.直接导走云层中的电荷
D.增加电荷在建筑物上的积累
5.(2024北京第十二中学月考)口罩中使用的熔喷布经驻极处理后，对空气的过滤增加静电吸附功能。

驻极处理装置如图所示，针状电极与平板电极分别接高压直流电源的正、负极，针尖附近的空气被电离后，带电粒子在电场力作用下运动，熔喷布捕获带电粒子带上静电，平板电极表面为等势面，熔喷布带电后对电场的影响可忽略不计，下列说法正确的是 ( )
A.熔喷布上表面因捕获带电粒子将带负电
B.针状电极上，针尖附近的电场较弱
C.沿图中虚线向熔喷布运动的带电粒子，其加速度逐渐减小
D.沿图中虚线向熔喷布运动的带电粒子，其加速度逐渐增大
题组三 静电屏蔽
6.(2024江苏南京人民中学期中)国家电网检修人员利用直升机直接或通过绝缘绳索等间接方式将作业人员运载至线路故障位置开展带电检修。

请用学过的电学知识判断下列说法正确的是 ( )
A.电工被铜丝纺织的衣服所包裹，使体内电场强度保持为零，对人体起保护作用
B.直升飞机内存在很强的电场
C.小鸟停在单根高压输电线上会被电死
D.铜丝必须达到一定的厚度，才能对人体起到保护作用
7.(2024江苏盐城期中)如图所示，将悬挂在绝缘细线上的带正电的小球A放在不带电的金属空心球C内(不与C的内壁接触)，在C附近另外有一个悬挂在绝缘细线上的带负电的小球B，则()
A.A、B两球均不偏离竖直方向
B.A球不偏离竖直方向，B球向右偏离竖直方向
C.A球向左偏离竖直方向，B球不偏离竖直方向
D.A球向左偏离竖直方向，B球向右偏离竖直方向
8.(2024湖北荆门月考)如图所示，A是带正电的物体，B是金属网，C是原来不带电的金箔验电器，以下情况能使验电器的金箔张开的是()
题组四静电吸附
9.(教材习题改编)生活和生产中处处存在静电现象，有些是静电的应用，有些是要防止静电。

下列关于静电防止与应用的说法正确的是()
A.印刷厂应保持空气干燥，避免静电积累带来的危害
B.静电复印机的工作过程实际上和静电无关
C.在地毯中夹杂0.05~0.07 mm的不锈钢丝导电纤维，是防止静电危害
D.小汽车的顶部露出一根小金属杆类同避雷针，是防止静电危害
10.(2024北京朝阳日坛中学期中)小明同学学习了静电除尘之后，走进物理实验室制作了一个静电除尘装置。

如图甲所示，在一个没有底的空塑料瓶上固定着一根铁锯条和一块易拉罐(金属)片，把它们分别跟静电起电机的两极相连(图乙为塑料瓶俯视图)。

实验时，在塑料瓶里放一盘点燃的蚊香，很快
就看见整个透明塑料瓶里烟雾缭绕。

然后把起电机一摇，顿时塑料瓶清澈透明，停止摇动，又是烟雾缭绕。

关于以上实验，说法正确的是()
A.室内的空气湿度越大，实验效果越好
B.锯条换成同宽度的金属直尺效果更好
C.起电机摇动前，需先让烟尘颗粒带上电荷才能做成功
D.若锯条接电源负极，金属片接正极，则这些烟尘附着在金属片上面
11.(2024安徽亳州期中)在汽车喷漆中，有一门技术叫静电喷涂，在市场上已经得到广泛的运用。

静电喷涂是指一种利用电荷和电场将雾化涂料的微粒吸附到喷涂对象上的喷涂工艺，其原理结构图如图所示。

下列说法正确的是()
A.雾化涂料向工件运动的过程中做匀变速曲线运动
B.喷口喷出的雾化涂料微粒带正电，被涂工件接负极
C.雾化涂料向工件运动的过程中，电场力做正功
D.静电喷涂属于尖端放电
答案与分层梯度式解析
4静电的防止与利用
基础过关练
1.D
2.C
3.C
4.A
5.C
6.A
7.B8.C9.C10.D11.C
1.D处于静电平衡状态的导体，导体内部的场强处处为零，A说法正确；处于静电平衡状态的导体内部没有净剩电荷，电荷只分布在导体的外表面，B说法正确；处于静电平衡状态的导体的内部，由于外电场与感应电荷电场叠加，合场强为零，C说法正确；处于静电平衡的导体内部的自由电子不再做定向移动，而不是不再运动，电子的无规则运动仍在进行，D说法错误。

2.C处于静电平衡状态的导体内部电场强度处处为零，故a、b、c三点的电场强度都为零，处于静电平衡状态的导体内部电场强度为零是感应电荷产生的电场与外电场叠加的结果，所以感应电荷在
球内某点产生的电场的电场强度与MN 在这一点产生的电场的电场强度等大反向，由于c 点离MN 最近，故MN 在c 点的电场强度最大，则感应电荷在c 点的电场强度也最大，故C 正确，A 、B 、D 错误。

3.C C 点处放一带电荷量为Q 的正点电荷，则金属棒上A 端感应出负电荷，A 错误；金属棒内各点的场强为零，棒上感应电荷在棒内中点O 产生的场强大小与C 点的正点电荷在该处产生的场强大小相等，方向相反，则感应电荷在O 点产生的场强大小为E=k Q
(R+L 2)2
，B 错误，C 正确；若将A 端接
地，大地上的电子跑到金属棒将正电荷中和，所以金属棒将带上负电荷，D 错误。

方法技巧 求处于静电平衡状态的导体的
感应电荷产生的场强的方法
(1)运用E=k Q
r 2求出外电场场强E 外的大小，判断E 外的方向。

(2)由于导体处于静电平衡状态，则满足静电平衡条件E 合=0。

(3)由E 外+E 感=0求出感应电荷产生的电场的场强E 感的大小和方向。

4.A 避雷针利用了尖端放电的原理，在发生雷电时，避雷针上产生的感应电荷通过尖端放电，中和了云层中的电荷，可以使建筑物免遭雷击，A 正确，B 、C 、D 错误。

5.C 空气受电场影响被电离产生正、负离子，电场线从电源正极指向负极，正离子沿电场线方向运动被熔喷布捕获，从而熔喷布带正电，A 错误。

导体尖端的电荷特别密集，所以电场强度很大，远离尖端的地方电场强度较小，所以带电粒子沿虚线向熔喷布运动时所受的电场力减小，加速度也减小，C 正确，B 、D 错误。

6.A 电工被铜丝纺织的衣服所包裹，起到静电屏蔽作用，使处于高压电场中的人体内电场强度保持为零，对人体起保护作用，与铜丝的厚度没有关系，A 正确，D 错误；直升机由金属制成，由于静电屏蔽，内部场强为零，B 错误；小鸟停在单根高压输电线上，小鸟的两只脚之间的距离很小，所以两脚间的电压也很小，小鸟不会被电死，C 错误。

7.B 由于静电屏蔽，小球B 的电场对A 无影响，小球A 不会偏离竖直方向；由于静电感应，空心球C 的内表面带负电，外表面带正电，小球B 和空心球C 之间异种电荷相互吸引，小球B 会偏离竖直方向向右靠近C 球，A 、C 、D 错误，B 正确。

8.C 图A 、B 中，由于金属网的屏蔽作用，带电体A 对验电器无作用，故A 、B 不符合题意；图C 中，受带电体A 作用，金属网内、外分别带等量异种感应电荷，在验电器处有电场，即能使验电器的金箔张开，故C 符合题意；图D 中由于金属网接地，网罩外无电场，无法使验电器的金箔张开，故D 不符合题意。

易错警示 接地导体的内部电场影响不到导体外部
接地导体的内部电场不影响导体外部，是因为导体外部的感应电荷都被排斥入地，在只有施感电荷和内壁感应出的异种电荷的情况下，两部分电荷在导体外部任何一点的电场强度叠加后合电场强度为零。

9.C 印刷车间中，纸张间摩擦产生大量静电会使纸张吸附在一起，给印刷带来麻烦，所以印刷车间内要保持适当的湿度，才能及时把静电导走，避免静电积累带来的危害，A 错误；静电复印机是利用静电工作的，与静电有关，B 错误；不锈钢丝的作用是把鞋底与地毯摩擦产生的电荷导入大地，
避免发生静电危害，故C正确；小汽车的顶部露出的一根小金属杆是天线，用于接收无线电信号，不属于防止静电危害，D错误。

10.D当静电除尘装置接通高压时，存在强电场，它使空气电离从而产生正离子和电子，电子在电场力作用下向与正极相连的装置移动时，碰到烟尘微粒使它带负电，最终带负电的烟尘被吸附到与正极相连的装置上。

加大室内的空气湿度，由于潮湿的空气易于导电，起电机产生的静电不容易在铁锯条和金属片上积累，该实验不易成功，A错误；锯条换成同宽度的金属直尺，尖端变少，使周围空气电离的本领降低，实验效果变差，B错误；锯条和金属片周围的电场将空气电离，电离产生的电子让烟尘颗粒带电，不需先让烟尘颗粒带上电荷，C错误；若锯条接电源负极，金属片接正极，则俘获电子的烟尘在电场力的作用下向与正极相连的金属片移动，最终被吸附到金属片上，D正确。

11.C雾化涂料向工件运动的过程中，所受电场力变化，加速度变化，因此不是做匀变速曲线运动，A错误；由题图知，由喷口喷出的雾化涂料微粒带负电，被涂工件接正极，通过雾化涂料和工件之间的电场，加强吸附效果，B错误；雾化涂料向工件运动的过程中，电场力做正功，C正确；静电喷涂属于静电吸附，D错误。