2020-2021学年第三节 静电的利用与防护练习题

第二章　静电场的应用

第三节　静电的利用与防护

基础过关练

题组一　静电喷涂

1.(2021湖南常德高二上期中)静电喷涂是利用高压静电场使带负电的涂料微粒吸附在工件表面的一种喷涂方法,其工作原理如图所示。忽略运动中涂料微粒间的相互作用和微粒的重力。下列说法中正确的是(　　)

A.当静电喷涂机与被涂工件之间的距离增大时,运动中的涂料微粒所受电场力增大

B.涂料微粒的运动轨迹仅由被涂工件与静电喷涂机之间所接的高压电源决定

C.在静电喷涂机水平向左移动的过程中,有两个带有相同电荷量的微粒先后经过被固定的工件右侧P点(相对工件的距离不变)处,先经过的微粒在P点处时的电势能较大

D.在涂料微粒向被涂工件运动的轨迹中,在直线轨迹上电势升高最快

2.静电喷涂是使雾化了的带负电油漆微粒在静电场的作用下,定向喷向工件,并吸附在工件表面的一种技术,其可简化成如图所示的模型:竖直放置的A、B两块平行金属板间距为d,两板间所加电压为U,在A板的中央放置一个安全接地的静电油漆喷枪P,油漆喷枪的半球形喷嘴可向各个方向均匀地喷出带电油漆微粒。油漆微粒的质量为m、电荷量为q,喷出时的初速度为v0,忽略空气阻力和带电微粒之间的相互作用力。求:

(1)油漆微粒运动至B板可能的最长时间;

(2)若微粒的重力忽略不计,估算喷到B板的油漆区可能的最大面积。

题组二　静电除尘

3.(2021安徽潜山二中高二上月考)

为了减少污染,工业废气需用静电除尘器除尘。某除尘装置如图所示,其收尘极为金属圆筒,电晕极位于圆筒中心。当两极接上高压电源时,电晕极附近会形成很强的电场使空气电离,废气中的尘埃吸附离子后在电场力的作用下向收尘极运动并沉积,以达到除尘目的。假设尘埃向收尘极运动过程中所带电荷量不变,下列判断正确的是(深度解析)

A.金属圆筒内存在匀强电场

B.金属圆筒内越靠近收尘极电势越高

C.带电尘埃向收尘极运动过程中电势能越来越大

D.带电尘埃向收尘极运动过程中加速度越来越大

题组三　静电植绒

4.(多选)如图,静电植绒时,真空中带负电的绒毛一旦与布匹上的黏合剂接触就粘贴在布匹上,则带负电绒毛落向布匹的过程中              (　　)

A.做匀速运动　　　　B.做加速运动

C.电势能逐渐增大　　　　D.电势能逐渐减小

题组四　尖端放电

5.(2021广东江门高二上月考)关于避雷针的说法不正确的是 (　　)

A.避雷针的物理原理就是尖端放电

B.避雷针的尖端安装在建筑物的顶部,并通过金属线与埋在地下的金属板相连

C.避雷针通过尖端放电使云中的电荷完全消失

D.避雷针可保护建筑物,使建筑物免遭雷击

6.(2021四川绵阳高二上期中)为防止麻醉剂乙醚爆炸,医疗手术室的地砖要使用导电材料,医生和护士的鞋子和外套也要用导电材料,一切设备包括病人身体要保持良好接地。这是为了              (　　)

A.除菌消毒　B.利用静电　C.消除静电　D.防止漏电

7.运输汽油等易燃易爆物品的车辆总有一条铁链拖在地上,这样做的目的是(　　)

A.发出声音,引起路人注意

B.减缓车速,保证行车安全

C.把静电引入大地,避免因放电引起爆炸

D.与地面发生摩擦,在运输车上积累电荷

答案全解全析

基础过关练

1.D　当静电喷涂机与被涂工件之间的距离增大时,由于静电喷涂机与被涂工件之间电压恒定,距离增加,故场强减小,则涂料微粒所受电场力减小,选项A错误;涂料微粒的运动轨迹与初速度和受力情况均有关,选项B错误;在静电喷涂机水平向左移动的过程中,由E=可定性分析出,静电喷涂机与被涂工件之间的场强逐渐增大,又因P点相对工件的距离不变,则工件与P点之间的电势差逐渐增大,因被涂工件接地,取工件所在处电势为0,则P点处电势小于0且逐渐降低,由于涂料微粒带负电,所以先经过P点的涂料微粒的电势能较小,选项C错误;在涂料微粒向被涂工件运动的轨迹中,沿直线的轨迹长度最小,结合公式U=Ed定性分析可知,在直线轨迹上电势升高最快,选项D正确。

2.答案　(1)d　(2)

解析　(1)当带电油漆微粒初速度v0沿平行于金属板方向时,微粒在两板间运动时间最长。在垂直于金属板方向上微粒做初速度为零的匀加速直线运动,由牛顿第二定律得a===

在垂直于金属板方向上的位移为d=at2

解得t=d

(2)当带电微粒初速度v0沿平行于金属板方向时,带电微粒射到B板的位置偏离正对P点处最远

在垂直于金属板方向,由牛顿第二定律得a===

在垂直于金属板方向上的位移为d=at2

在平行于金属板方向上有r=v0t

油漆区域的面积为S=πr2

解得S=

3.B　除尘装置的金属圆筒内电场在水平面上的分布类似于负点电荷的电场,电场线方向由收尘极指向电晕极,选项A错误;逆着电场线方向,电势变高,故越靠近收尘极,电势越高,选项B正确;尘埃带负电后受电场力作用向收尘极运动,电场力做正功,电势能越来越小,选项C错误;尘埃带电荷量不变,又因为离电晕极越远,场强越小,所以电场力越小,由牛顿第二定律可知,加速度越来越小,选项D错误。

关键提醒

　　解答静电除尘问题的关键

(1)尖端电荷密度大,附近的场强强,空气越容易电离;

(2)画出金属筒和金属丝之间的电场线分布图,比较场强的大小,进而判断带电颗粒的受力情况。

4.BD　因下板带正电,故带负电的绒毛落向布匹的过程中,在电场力作用下做加速运动;电场力做正功,则电势能减小,选项B、D正确。

5.C　避雷针是通过尖端放电从而中和云层中的异种电荷,或将电荷导入大地与大地所带电荷中和,其往往安装在建筑物的顶部,并通过金属线与埋在地下的金属板相连,从而及时消除云层与地面的电势差,可保护建筑物,使建筑物免遭雷击,但不是使云中的电荷完全消失,而使其中和,选项A、B、D正确,选项C错误。

6.C　医生和护士的鞋子与地面之间的摩擦或外套衣料间的摩擦会产生静电,大量静电积累会产生火花、热量;麻醉剂为易挥发物品,遇到火花或热源便会爆炸,为了消除静电,医疗手术室地砖,医生和护士的鞋子、外套都要使用导电材料,一切设备及病人身体也要接地,选项C正确。

7.C　汽车行驶时,油罐中的汽油随车的振动摩擦起电,如果不及时将这些静电导走,一旦出现放电现象,就会发生爆炸事故。拖地铁链使油罐表面与大地相连,将油罐罐体中的电荷不断地导入大地,不致产生火花引起油罐爆炸,选项C正确,A、B、D错误。