人教版 (2019)必修 第三册4 静电的防止与利用当堂检测题

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第九章 静电场及其应用9.4  静电的防止与利用  课程标准课标解读1.知道什么是静电平衡状态，能说出静电平衡状态下的导体特点.2.知道导体上电荷的分布特征，了解尖端放电、静电屏蔽现象及其成因.3.了解静电除尘、静电喷漆、静电复印的工作原理.1．了解生产生活中关于静电的利用与防护。2．分析讨论静电在激光打印、静电喷雾和静电除尘等技术中的应用。3．知道在有可燃气体、粉尘的环境中如何防止静电事故。  知识点01  静电平衡1.静电平衡：导体内的自由电子不再发生定向移动的状态.2.处于静电平衡状态的导体，其内部的电场强度处处为0.3.导体上电荷的分布：(1)静电平衡时，导体内部没有净剩电荷，电荷只分布在导体的外表面.(2)在导体外表面，越尖锐的位置，电荷的密度(单位面积的电荷量)越大，凹陷的位置几乎没有电荷.【即学即练1】如图所示，Q为一带正电的点电荷，P为原来不带电的枕形金属导体，a、b为导体内的两点。当导体P处于静电平衡状态时(　　)A．a、b两点的电场强度大小Ea、Eb的关系为Ea>EbB．a、b两点的电场强度大小Ea、Eb的关系Ea<EbC．感应电荷在a、b两点产生的电场强度大小Ea′和Eb′的关系是Ea′>Eb′D．感应电荷在a、b两点产生的电场强度大小Ea′和Eb′的关系是Ea′＝Eb′【答案】C【解析】当导体P处于静电平衡状态时，导体内部电场强度处处为零，故a、b两点的电场强度大小Ea、Eb的关系为Ea＝Eb＝0，A、B错误；感应电荷在a、b两点产生的电场强度与点电荷在a、b两点产生的电场强度等大反向，则感应电荷在a、b两点产生的电场强度的大小Ea′和Eb′的关系是Ea′>Eb′，C正确，D错误。知识点02  尖端放电1.空气的电离：在一定条件下，导体尖端电荷密度很大，导体尖端周围的强电场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的现象.2.尖端放电：所带电荷与导体尖端的电荷符号相反的粒子，由于被吸引，而与尖端上的电荷中和，相当于导体从尖端失去电荷的现象.3.尖端放电的应用与防止：(1)应用：避雷针是利用尖端放电避免雷击的一种设施.(2)防止：高压设备中导体的表面尽量光滑会减少电能的损失.【即学即练2】下列应用与防护不属于尖端放电现象的是(　　)A.一般高压设备中导体的表面应该尽量光滑B.一般马路表面建造的很平滑C.夜间高压线周围会出现一层绿色光晕D.一般高楼大厦顶部装有避雷针【答案】B【解析】马路表面建造的很平滑与静电无关，A、C、D属于尖端放电现象，故选B. 知识点03  静电屏蔽1.静电屏蔽静电平衡时，空腔导体内表面没有电荷，导体壳内空腔里的电场强度处处为0.外电场对壳(网)内的仪器不会产生影响，金属壳的这种作用叫作静电屏蔽.2.静电屏蔽的应用：电学仪器外面有金属壳、野外高压线上方还有两条导线与大地相连.【即学即练3】下列与静电屏蔽无关的是(　　)A.避雷针的顶端做得很尖细B.用几万伏的高压电电击关在金属笼里的鸟，而鸟安然无恙C.超高压带电作业的工作人员穿戴的工作服用包含金属丝的织物制成D.电视闭路线芯外常包有一层金属网【答案】A【解析】避雷针是应用尖端放电的原理，其余三项均是利用了金属对内部的静电屏蔽作用.知识点04  静电吸附1.静电吸附：在电场中，带电粒子在静电力作用下，向着电极运动，最后被吸附在电极上的现象.2.静电除尘：当空气中的尘埃带电时，在静电力作用下，尘埃到达电极而被收集起来的过程.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，在静电力作用下，这些微粒向着作为正极的工件运动，并沉积在工件表面.4.静电复印：复印机应用了静电吸附的原理，复印机的有机光导体鼓表面涂覆有机光导体(OPC)，无光照时，OPC是绝缘体，受光照时变成导体.【即学即练4】如图，这是静电除尘器除尘机理的示意图。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．电场方向由放电极指向集尘极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】D【解析】尘埃在电场力作用下向集尘极迁移并沉积，说明尘埃带负电，A错误；由于集尘极与电池的正极连接，电场方向由集尘极指向放电极，B错误；负电荷在电场中受电场力的方向与电场力方向相反，C错误；根据F＝Eq可得，同一位置带电荷量越多的尘埃所受电场力越大，故D正确。考法01  静电平衡1.处于静电平衡状态的导体内部场强为零的本质是外电场E0和感应电荷产生的电场E′的合场强为0，即E0＝－E′.2.孤立的带电导体处于静电平衡状态，内部场强为0的本质是分布在导体外表面的电荷在导体内部的合场强为0.3.处于静电平衡状态的导体，其外表面任一点的场强方向跟该点的表面垂直.4.静电平衡时，导体上的电荷分布在导体的外表面，其内部没有净电荷，且净电荷在导体外表面的分布不均匀，越是尖锐的地方电荷的分布越密集.【典例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【答案】D【解析】处于静电平衡的导体内部存在两个电场，一个是外加电场、一个是导体内部自己产生的感应电场，两电场叠加的合电场强度为零，故只有D正确。考法02  尖端放电　静电屏蔽1.尖端放电导体尖端电荷密度大，周围的电场强度大，把周围的空气电离，带电粒子在强电场的作用下加速撞击空气中的分子，使它们进一步电离，所带电荷与导体尖端的电荷符号相反的粒子被吸引而奔向尖端，与尖端上的电荷中和.2.静电屏蔽(1)静电屏蔽的实质静电屏蔽的实质是利用了静电感应现象，使金属壳内感应电荷的电场和外加电场矢量和为零，好像是金属壳将外电场“挡”在外面，即所谓的屏蔽作用，其实是壳内两种电场并存，矢量和为零.(2)静电屏蔽的两种情况 导体外部电场不影响导体内部接地导体内部的电场不影响导体外部图示实现过程因场源电荷产生的电场与导体球壳表面上感应电荷产生的电场在空腔内的合场强为零，达到静电平衡状态，起到屏蔽外电场的作用当空腔外部接地时，外表面的感应电荷因接地将传给地球，外部电场消失，起到屏蔽内电场的作用最终结论导体内空腔不受外界电荷影响接地导体空腔外部不受内部电荷影响本质静电感应与静电平衡，所以做静电屏蔽的材料只能是导体，不能是绝缘体 【典例2】如图所示，A为空心金属球，B为金属球，A、B原来不带电，将另一带正电荷的小球C从A球开口处放入A球中央，不接触A球，然后用手接触一下A球，再用手接触一下B球，再移走C球，则(　　)A．A球带负电荷，B球带正电荷B．A球带负电荷，B球不带电C．A、B两球都带负电荷D．A、B两球都带正电荷【答案】B【解析】首先带正电荷的小球C从A球开口处放入A球中央，根据静电感应现象可知，A球内表面带负电荷，外表面带正电荷，用手接触A相当于把A接地，由大地传导过来的电子与A球外表面正电荷中和，使A球外表面不带电，此时A球对外起静电屏蔽作用，A球内的电场不影响外部；用手接触B时，无电荷移动，B球不带电，当带正电荷的C球从A球内移走后，A球内表面所带的负电荷移至外表面，所以此时A球带负电荷。由上述可知，B正确。  考法03  静电吸附【典例3】(多选)如图所示为静电除尘示意图，在M、N两点间加高压电源时，金属管内的空气电离，电离出的电子在静电力的作用下运动，遇到烟气中的煤粉，使煤粉带负电荷，因而煤粉被吸附到管壁上，排出的烟就清洁了.就此示意图，下列说法正确的是(　　)A.N接电源的正极   B.M接电源的正极C.电场强度EB＞EA   D.电场强度EB＜EA【答案】AC【解析】电子附着在煤粉上，使煤粉带上负电荷，煤粉若能吸附在管壁上，说明管壁带正电荷，因此可知N接电源正极，A正确，B错误.金属棒与金属管可看成圆柱电极与圆环电极，电场线分布情况如图所示.由图可知金属棒附近的B点处电场线较密，而靠近金属管壁的A点处电场线较疏，故B处场强比A处场强大，即EB＞EA，C正确，D错误.  题组A  基础过关练1. 一个带电的金属球，当它带的电荷量增加后(稳定)，其内部的电场强度(　　)A.一定增强   B.不变C.一定减弱   D.可能增强，也可能减弱【答案】　B【解析】　孤立的带电金属球处于静电平衡，则内部电场强度为零，当它带的电荷量增加，再次达到静电平衡，则其内部电场强度仍为零，故B正确.2. 在气候干燥的秋冬季节，人们常常会碰到这些现象：晚上脱衣时，常会听到“劈啪”的声响；早上起来梳头时，头发常会“飘”起来。这就是发生在我们日常生活中的静电现象。有一次，小明的手指靠近金属门把手时，突然有一种被电击中的感觉。这是因为运动摩擦使身体带电，当手指靠近门把手时，二者之间形成的放电现象。若放电前，小明的手指带负电。有关金属门把手的两端被感应带电的情况，下列图中标示正确的是(　　)【答案】A【解析】人的手指带负电，则由于静电感应，门把手中离手指较近的一端感应出正电，离手指较远的一端感应出负电，则图A是正确的。3. (多选)如图所示，当在真空中把一不带电导体AB向带负电的小球P缓慢地靠近(不接触，且未发生放电现象)时，下列说法正确的是(　　)A.B端的感应电荷越来越多B.导体内部场强越来越大C.导体上的感应电荷在M点产生的场强大于在N点产生的场强D.导体上的感应电荷在M、N两点产生的场强相等【答案】AC【解析】　由于导体AB缓慢移动，所以导体AB内部可以认为始终处于静电平衡状态，导体内部场强始终为零，选项B错误；由于导体AB距P越来越近，所以导体A、B两端积累的感应电荷会越来越多，选项A正确；M点距小球P的距离比N点要近，带负电的小球P在M点产生的场强大于在N点产生的场强，而导体内部的合场强处处为零，那么导体上的感应电荷在M点产生的场强就大于在N点产生的场强，故选项C正确，选项D错误. 4. 如图所示，把原来不带电的金属壳B的外表面接地，将一带正电的小球A从小孔中放入球壳内，但不与B接触，达到静电平衡后，则(　　)A.B的空腔内电场强度为零B.B不带电C.B的外表面带正电D.B的内表面带负电【答案】D【解析】因为金属壳的外表面接地，所以外表面没有感应电荷，只有内表面有感应电荷分布，且由于A带正电，B的内表面带负电，D正确，B、C错误；B的空腔内有带正电的小球A产生的电场和金属壳内表面感应电荷产生的电场，所以空腔内电场强度不为零，A错误.5. 生活科技上处处存在静电现象，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说法正确的是(　　)A．印染厂应保持空气干燥，避免静电积累带来的潜在危害B．静电复印机的工作过程实际上和静电完全无关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【答案】C【解析】印刷车间中，纸张间摩擦产生大量静电，所以印刷车间中保持适当的湿度，及时把静电导走，避免静电造成的危害，故A错误；静电复印机是利用静电工作的，与静电有关，故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，属于防止静电危害，故C正确；小汽车的顶部露出的一根小金属杆是天线，接受无线电信号用，不属于防止静电危害，故D错误。6. 下列措施中不是利用静电作业的是(　　)A．静电复印　　　　　　 B．静电除尘C．静电喷涂  D．高楼顶端安装避雷针【答案】D【解析】复印机复印文件资料，就是利用静电墨粉成在鼓上，故A属于静电的利用，不符合题意；静电除尘时除尘器中的空气被电离，烟雾颗粒吸附电子而带负电，颗粒向电源正极运动，故B属于静电的利用，不符合题意；喷枪喷出的油漆微粒带正电，因相互排斥而散开，形成雾状，被喷涂的物体带负电，对雾状油漆产生引力，把油漆吸到表面，故C属于静电应用，不符合题意；在高楼顶端安装避雷针属于防止静电造成危害，D属于静电的防止，不属于静电应用，符合题意。7. (多选)如图所示，将一个带正电的小球Q放在本身不带电的导体AB靠近A端一侧，由于静电感应，导体的A、B两端分别出现负、正感应电荷。则以下说法正确的是(　　)A．A端接一下地，导体将带正电荷B．A端接一下地，导体将带负电荷C．导体内部电场强度为0D．导体上的感应电荷在导体内部产生的电场强度为0【答案】BC【解析】达到静电平衡状态以后，A处带负电荷，B处带正电荷，当A端接一下地，会使大地的电子流入导体，导体B处电荷被中和，则导体将带负电，故A错误，B正确；导体在带正电的小球附近时，导体上的自由电子会向金属棒的左边运动，金属棒的右端因少了多余的电子而带正电，左端因多余电子而带负电，到达静电平衡状态以后，导体内部的电场强度处处为0，导体上的感应电荷在导体内部产生的电场强度不为0，故C正确，D错误。8. (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电场强度为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。9.如图所示，把原来不带电的金属壳B的外表面接地，将一带正电的小球A从小孔中放入金属壳内，但不与B接触，达到静电平衡状态后，则(　　)A．B的空腔内电场强度为零B．B不带电C．B的外表面带正电D．B的内表面带负电【答案】D【解析】因为金属壳的外表面接地，所以外表面无感应电荷，只有内表面有感应电荷分布，且由于A带正电，则B的内表面带负电，D正确，B、C错误；B的空腔内有带正电的小球A产生的电场和金属壳内表面感应电荷产生的电场，由电场叠加知，电场线的方向由A指向B，所以空腔内电场强度不为零，A错误。 题组B  能力提升练9. (多选)如图所示，这是某款家用空气净化器及其原理示意图，污浊空气通过过滤网后使尘埃带电。图中充电极b、d接电源负极，集尘极a、c、e接电源正极(接地)，下列说法正确的是(　　)A．通过过滤网后空气中的尘埃带负电B．尘埃在被吸附到集尘极e的过程中动能增大C．c、d两个电极之间的电场方向竖直向上D．尘埃被吸附到集尘极a的过程中所受电场力做负功【答案】AB【解析】尘埃经过过滤网后被正极吸引，所以尘埃带负电，故A正确；尘埃在被吸附到集尘极e的过程中电场力做正功，动能增大，故B正确；因为充电极b、d接电源负极，集尘极a、c、e接电源正极，所以c、d两个电极之间的电场方向竖直向下，故C错误；尘埃被吸附到集尘极a的过程中所受电场力做正功，故D错误。10. (多选)静电喷漆是利用静电吸附现象制造的，其喷涂原理如图所示，则以下说法正确的是(　　)A.在喷枪喷嘴与被喷涂工件之间有一强电场B.涂料微粒一定带正电C.涂料微粒一定带负电D.涂料微粒可能带正电，也可能带负电【答案】AC【解析】工作时涂料微粒会向带正电的被喷涂工件高速运动，是由于喷枪喷嘴与被涂工件之间形成了强电场，由正电荷对涂料微粒的吸引作用可得出涂料微粒带负电，故A、C正确.11. 如图为静电除尘器除尘原理的示意图.尘埃在电场中通过某种机制带电，在静电力的作用下向集尘极迁移并沉积，以达到除尘的目的.下列表述正确的是(　　)A.到达集尘极的尘埃带正电荷B.电场方向由放电极指向集尘极C.带电尘埃所受静电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静电力越大 【答案】D【解析】　由于集尘极与电源的正极连接，尘埃在静电力作用下向集尘极迁移并沉积，说明到达集尘极的尘埃带负电，A错；电场方向由集尘极指向放电极，B错；尘埃带负电荷，在电场中受静电力的方向与电场方向相反，C错；根据F＝qE可知，同一位置带电荷量越多的尘埃所受静电力越大，D正确.12. (多选)如图所示的四组静电实验中，能使左边的验电器的金属箔片张开的是(　　)【答案】AC【解析】处于静电平衡状态下的导体所带的电荷分布在导体的外表面，A项正确，B项错误；C项因导线与右侧验电器的金属盒表面接触，左侧验电器相当于右侧验电器的远端，金属箔片应张开，D项中左边的验电器处于金属网罩的静电屏蔽中，左边验电器的金属箔片不会张开，C项正确，D项错误.13. 如图所示，是一个用来研究静电除尘的实验装置，铝板与手摇起电机的正极相连，钢针与手摇起电机的负极相连，在铝板和钢针中间放置点燃的蚊香。转动手摇起电机，蚊香放出的烟雾会被电极吸附，停止转动手摇起电机，蚊香的烟雾又会袅袅上升。关于这个现象，下列说法正确的是(　　)A．烟尘因为带正电而被吸附到钢针上B．同一烟尘颗粒在被吸附过程中离铝板越近速度越小C．同一烟尘颗粒在被吸附过程中离铝板越近速度越大D．同一烟尘颗粒在被吸附过程中如果所带电荷量不变，离铝板越近则加速度越大【答案】C【解析】静电能够吸引轻小物体，当烟尘颗粒在被吸附过程中离铝板越近，烟尘被加速的时间越长，则速度越大，由于铝板面上分布电荷，烟尘颗粒靠近铝板的过程中，越靠近受力越小，加速度越小，C正确。题组C  培优拔尖练14. 如图所示，较厚的空腔球形导体壳中心处有一个正点电荷，则图中a、b、c、d各点的电场强度大小关系为(　　)A.Ea>Eb>Ec>EdB.Ea>Ec＝Ed>EbC.Ea>Ec>Ed>EbD.Ea<Eb<Ec＝Ed【答案】　C【解析】　当静电平衡时，空腔球形导体壳内壁感应出负电荷，外壁感应出正电荷，感应电荷形成的电场与点电荷形成的电场叠加，导致空腔球形导体壳中场强为零.画出电场线的大致分布如图所示.由于a处电场线较密，c处电场线较疏，d处电场线最疏，b处场强为零，则Ea>Ec>Ed>Eb，C正确.15. 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,在其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。【答案】(1)k(2)k,方向向左【解析】　(1)点电荷到金属球球心的距离为3r,根据点电荷场强公式E=k,可知点电荷在金属球球心O点处产生的场强大小为E=k,方向向右。(2)根据静电平衡知识可知O点场强为零,即感应电荷在O点产生的场强与点电荷在O点产生的场强大小相等、方向相反,所以E'=E=k,方向向左。