【暑假衔接】人教版新高二物理 暑假衔接讲义 第31讲 9.4 静电的防止与利用（教师版+学生版）

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知识点1：静电平衡
（1）静电感应
一个带电的物体与不带电的导体相互靠近时由于电荷间的相互作用，会使导体内部的电荷重新分布，异种电荷被吸引到带电体附近，而同种电荷被排斥到远离带电体的导体另一端。
（2）静电平衡状态
导体中（包括表面上）没有电荷定向移动的状态叫做静电平衡状态。
（3）静电平衡产生原理
如下图所示，将金属导体放到外电场E0中，导体中自由电子受到外电场的电场力作用后向左移动，在右侧出现多余正电荷，导体两侧出现的正、负电荷在导体内部产生电场强度E’，该电场强度与外电场方向相反，这两个电场叠加后使原电场强度逐渐减弱，直至导体内部各点的合电场强度E=0为止，此时F＝Eq＝0，导体内的自由电子不再发生定向移动。
（4）静电平衡的条件
导体内部的合场强为零。
（5）静电平衡的特征
静电感应现象
1．如图，将充气后的气球在头发上摩擦，然后将其靠近绝缘桌面上的空易拉罐，在气球未接触易拉罐的情况下，发现易拉罐朝气球方向滚动起来，关于这一现象，下列说法正确的是（ ）
A．易拉罐和气球带异种电荷，所以相互吸引
B．易拉罐靠近气球一侧的带电性质和气球相同
C．气球对易拉罐远、近两侧的作用力大小不同
D．气球在头发上摩擦的过程创造了电荷，从而使气球带电
【答案】C
【详解】ABC．将充气后的气球在头发上摩擦后，气球带上电荷并形成电场，此时易拉罐在该电场作用下发生静电感应现象，靠近气球一侧的带电性质和气球带电性质相反，远离气球一侧的带电性质和气球带电性质相同，所以气球上的电荷对易拉罐靠近气球一侧的电荷引力大于远离气球一侧电荷的斥力，从而使易拉罐朝气球方向滚动起来，故AB错误，C正确；
D．气球在头发上摩擦的过程，是电荷在气球和头发之间发生了转移，并不是创造了电荷，故D错误。
故选C。
2．如图所示,在绝缘支架上的导体A和导体B按图中方式接触放置，原先AB都不带电，先让开关K1，K2均断开，现在将一个带正电小球C放置在A左侧，以下判断正确的是（ ）
A．小球距离A较近，所以A左端电荷量大于Ｂ右端电荷量
B．只闭合K1，则A左端不带电，B右端带负电
C．只闭合K2，则B右端不带电，A左端带负电
D．只闭合K2，接着移走带电小球，最后将AB分开，A带负电
【答案】C
【详解】A．当开关K1，K2均打开时，带正电小球C放置在A左侧，由于静电感应，导体左端带有负电荷，右端带有正电荷，在静电平衡时，正负电荷量相等，A错误；
B．只闭合K1，则B右端带的正电荷与大地的负电荷中和，而不带电，由于静电感应，A左端带负电荷，B错误；
C．只闭合K2，则B右端带的正电荷与大地的负电荷中和，而不带电，由于静电感应，则A左端带负电，C正确；
D．只闭合K2，则B右端带的正电荷与大地的负电荷中和，而不带电，由于静电感应，则A左端带负电，接着移走带电小球C，A左端带的负电荷流向大地，将使A、B都不带电，D错误。
故选C。
导体处于静电平衡状态时内外电场及电荷的分布规律
3．如图，长为的导体棒原来不带电，现将一带电荷量为的点电荷放在距棒左端处，当导体棒达到静电平衡后，下列说法正确的是（ ）

A．棒中的场强为B．棒中的场强不为
C．整个导体棒带同种电荷D．导体棒内有多余的电荷
【答案】A
【详解】AB．处于静电平衡状态的导体，内部场强处处为零，故A正确，B错误；
C．由于静电感应，导体棒的左右两端会带上异种电荷，故C错误；
D．静电平衡时，导体内部没有净剩电荷，故D错误。
故选A。
4．金属球原来不带电，现沿球直径的延长线放置一均匀带电细杆，如图所示。金属球上感应电荷产生的电场在球内直径上、、三点的电场强度大小分别为、、。下列判断正确的是（ ）

A．B．C．D．
【答案】C
【详解】金属球上感应电荷产生的附加电场与带电的细杆产生的电场强度大小相等，方向相反，相互抵消。点离带电的细杆最近，带电的细杆在点处产生的电场强度最大，则金属球上感应电荷在点处产生的电场强度最大，即最大；而点离带电杆最远，则金属球上感应电荷在点处产生的电场强度最小，所以
故选C。
知识点2：尖端放电
（1）导体的电荷分布特点
静电平衡时导体内部没有净电荷，电荷只分布在外表面上。外表面电荷分布不均匀，表面越尖
锐的位置电荷分布越密集，表面越平滑的位置电荷分布越稀疏，凹陷的位置几乎没有电荷。
（2）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。
（3）尖端放电
中性的分子电离后变成带负电的自由电子和失去电子而带正电的离子。这些带电粒子在强电
场的作用下加速，撞击空气中的分子，使它们进一步电离，产生更多的带电粒子。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。
（4）应用
制作避雷针。原理：当带电的雷雨云接近建筑物时，由于静电感应，金属棒出现与云层相反的
电荷。通过尖端放电，使得空气中的带电粒子与空气中的异号电荷中和，避免建筑物遭受雷击。
静电利用的防止
5．静电在生活中有广泛的应用，但也要注意防止，下列措施中，属于利用静电的是（ ）
A．静电喷涂机B．油罐车尾的铁链C．飞机上的“放电刷”D．避雷针
【答案】A
【详解】油罐车尾的铁链、避雷针、飞机上的“放电刷”属于防止静电带来的危害，只有静电喷涂机属于利用静电技术。
故选A。
6．下列做法中，为了防止静电危害的是（ ）
A．高大建筑物顶部安装避雷针
B．家用电器如洗衣机、电脑等外壳接有地线
C．使用电器时不能超过其电压或电流的额定值
D．手机一般都带有天线（有的手机为了美观设计为内置天线）
【答案】A
【详解】A．避雷针避雷是中和云层中的异种电荷，及时消除云层与地面的电势差，属于静电的防止，故A正确；
B．家用电器如洗衣机、电脑等外壳接有地线是利用地线将外壳所带的电导入地下，与静电的防止无关，故B错误；
C．使用电器时不能超过其电压或电流的额定值，是为了避免电流过大烧坏电器，与静电的防止无关，故C错误；
D．手机带有天线是为了更好地接受或发射信号，与静电的防止无关，故D错误；
故选A。
导体上电荷的分布和尖端放电
7．在气候干燥的秋冬季节，当手指靠近金属门把手时，有时突然有一种被电击的感觉，这是静电现象。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。放电前，若手指带负电，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（ ）
A．B．
C．D．
【答案】D
【详解】放电前，若手指带负电，根据电荷间的相互作用规律可知门把手靠近手指一端带正电，远离手指一端带负电。
故选D。
8．模拟避雷针作用的实验装置如图所示，金属板M接高压电源的正极，金属板N接高压电源的负极。金属板N上有两个等高的金属柱A、B，A为尖头，B为圆头。逐渐升高电源电压，当电压达到一定数值时，可看到放电现象。下列说法正确的是（ ）
A．A、B金属柱同时产生放电现象
B．B金属柱先产生放电现象
C．先产生放电现象的可能是A金属柱，也可能是B金属柱
D．A金属柱先产生放电现象
【答案】D
【详解】根据导体表面尖锐程度越大的地方电荷分布越密集，可知金属柱A尖头处电荷密集，电场强，它与板M之间的空气容易发生电离，从而发生尖端放电现象。D正确。
故选D。
知识点3：静电屏蔽
定义：放入电场中的导体壳，由于静电感应，壳内电场强度为零，外电场对壳内的仪器不会产生影响，导体壳的这种作用叫做静电屏蔽。
（2）屏蔽的两种现象
金属外壳屏蔽外电场
9．如图所示，一个验电器用金属网罩罩住，当加上水平向右的、场强大小为E的匀强电场时，下列说法正确的是（ ）
A．验电器的箔片张开
B．金属网罩内部空间存在向右的匀强电场
C．金属网罩上的感应电荷在金属网罩内部空间产生的电场方向水平向左
D．金属网罩内外表面都存在感应电荷
【答案】C
【详解】AB．因为在金属内部由于电子可以自由移动，当加上水平向右的、场强大小为E的匀强电场时，金属网罩会产生一个与外加电场相反的电场，来抵消在金属内部的电场，以保证平衡，从而金属上电荷重新分布．就是所谓“静电屏蔽”的原理．此时验电器不会受到影响，故验电器的箔片不张开，选项AB错误．
C．由以上分析可知，金属网罩上的感应电荷在金属网罩内部空间产生的电场方向水平向左，选项C正确；
D．由于静电感应，则金属网罩外表面存在感应电荷，内表面不存在感应电荷，选项D错误．
10．如图，金属壳放在光滑的绝缘水平垫上，不能起到屏蔽外电场或内电场作用的是
A．B．C．D．
【答案】C
【分析】屏蔽作用是金属材料制成的壳体或网罩，当存在电场时，金属壳被感应带电，导致电荷重新分布，出现感应电场，从而与原来电场相叠加．出现合电场强度为零．起到屏蔽的作用．
【详解】A项：当正电荷放在金属壳外时，使金属壳左端带负电荷，右端带正电荷，两端出现电压，导致感应电场与外电场相叠加，所以内部电场强度为零．起到屏蔽的作用；
B项：当正电荷放在金属壳外时，使金属壳左端带负电荷，由于右端接地，则不带电，两端仍出现电压，导致感应电场与外电场相叠加，所以内部电场强度为零．起到屏蔽的作用；
C项：当正电荷放在金属壳内时，使金属内壳带负电荷，外壳带正电荷，出现电场，导致出现感应电场没起到屏蔽的作用；
D项：当正电荷放在金属壳内时，由于接地，则使金属壳外不带电，内部左端带负电荷，右端带正电荷，而外部没有电场，从而起到屏蔽的作用
故选C．
【点睛】电磁波无法通过金属体，故金属材料制成的壳体或网罩，对电磁波有屏蔽作用．
金属壳内部电荷的电场被屏蔽
11．如图所示，将悬挂在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
【答案】B
【详解】CD．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，选项CD错误；
AB．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之间异种电荷相吸引，小球B会偏离竖直方向向右靠近C球，选项A错误，B正确。
故选B。
12．如图，放在绝缘台上不带电的金属网罩B内放有一个不带电的验电器C，若把一带有正电荷的绝缘体A移近金属罩B，则（ ）
A．验电器C的金属箔片将张开
B．金属罩B的右侧外表面带正电荷
C．用导线连接金属罩B和验电器C的金属球，验电器金箔张开
D．金属罩B左、右两侧电荷电性相同
【答案】B
【详解】BD．由于金属网罩的静电屏蔽作用，B的内表面不带电，金属网罩表面的自由电子重新分布，根据“近异远同”的结论，B的右侧外表面带正电荷，B的左侧外表面负电荷，故B正确，D错误；
A．由于金属网罩的静电屏蔽作用，B的内部电场强度处处为零，故验电器的金箔不张开，故A错误；
C．用导线连接金属罩B和验电器C的金属球，金属罩内的场强仍为零，即验电器金箔不会张开，选项C错误。
故选B。
静电屏蔽原理的应用
13．在使用有线话筒扩音时，由于周围环境中的静电现象或其他原因产生的电信号会通过话筒线混入功率放大器中进行放大，影响扩音的效果。因此，很多优质的话筒线在构造上都采取了防备措施。如图所示，需要给话筒线套上金属外衣，以防止干扰信号从话筒线侵入。则下列所涉及静电原理与其相同的是（ ）

A．避雷针B．防护衣C．除尘器D．点火器
【答案】B
【详解】给话筒线套上金属外衣，以防止干扰信号从话筒线侵入，利用了静电屏蔽的原理；避雷针利用了尖端放电的原理；防护衣利用了静电屏蔽的原理；静电除尘器的工作原理是利用高压电场使烟气发生电离，带电后的粉尘在电场作用下移向器壁分离；点火器的原理是产生一个高频高压加在放电电极上，发生火花放电产生电火花，利用电火花点燃可燃气体。
故选B。
14．如图所示，先用金属网把不带电的验电器罩起来，再使带正电金属球靠近金属网。下列说法中正确的是（ ）
A．验电器的箔片会张开
B．金属网外表面带负电荷
C．金属网罩内部电场强度为零
D．金属网的电势比验电器箔片的电势高，内表面带正电荷
【答案】C
【详解】A．用金属网把验电器罩起来，金属网起到了静电屏蔽的作用，此时使带电金属球靠近验电器，箔片不张开，故A错误；
BCD．由于静电感应，金属网罩外表面靠近带正电金属球的一端带负电，金属网罩外表面远离带正电金属球的一端带正电；静电屏蔽时，金属网罩内部电场强度为零，电势相等，金属网罩内表面不带电，故BD错误，C正确。
故选C。
知识点4：静电吸附
（1）静电除尘：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。
（2）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，并沉积在工件的表面，完成喷漆工作。
（3）静电复印：复印机也应用了静电吸附。
静电吸附
15．静电复印是静电现象的一种应用。其中心部件是一个硒鼓，硒在没有光照射时是很好的绝缘体，受到光照后会立刻变为导体。工作时，先将硒鼓接地，并充电使其表面带上正电荷，然后通过光学系统的工作，将原稿上的字迹投影在硒鼓表面，如图所示，硒鼓上字迹的静电潜像是没有光照射到的地方，即原稿字迹的影，则硒鼓表面的带电情况是（ ）
A．静电潜像部分将保持正电荷，其余部分正电荷被导走
B．静电潜像部分将出现负电荷，其余部分正电荷被导走
C．静电潜像部分正电荷被导走，其余部分将保持正电荷
D．静电潜像部分正电荷被导走，其余部分将保持正电
【答案】A
【详解】由题意可知，当硒鼓充电以后，经过光照处理，照光的部分电荷就会被中和，而文字、图象等遮光的地方，电荷不会被中和。
故选A。
16．复印机的核心部件是有机光导体鼓，它是在一个金属圆柱表面涂覆一层有机光导体OPC（没有光照时OPC是绝缘体，受到光照时变成导体）制成的．复印机的基本工作过程是
（1）在暗处的有机光导体鼓和一个金属丝电极之间加上高电压，金属丝附近空气发生电离，使转动鼓体均匀带上正电；
（2）文件反射的强光通过光学系统在鼓上成像，鼓上形成 “静电潜像”；
（3）鼓体转动经过墨粉盒，潜像将带相反电荷的墨粉吸引到鼓体带电部位；
（4）鼓体继续转动经过复印纸，带电复印纸又将墨粉吸引到复印纸上．以下说法正确的是
A．步骤（1）中发生了静电感应现象
B．步骤（2）中发生了局部导电现象
C．步骤（3）中发生了静电平衡现象
D．步骤（4）中发生了静电屏蔽现象
【答案】B
【详解】试题分析：步骤（1）中在暗处的有机光导体鼓和一个金属丝电极之间加上高电压，金属丝附近空气发生电离，使转动鼓体均匀带上正电，此过程不是静电感应现象，选项A错误；步骤（2）文件反射的强光通过光学系统在鼓上成像，鼓上形成 “静电潜像” 发生了局部导电现象，选项B正确；步骤（3）中有电荷的移动，没有发生静电平衡现象，选项C错误；步骤（4）中，鼓体继续转动经过复印纸，带电复印纸又将墨粉吸引到复印纸上不是静电屏蔽现象，选项D错误；故选B.
考点：静电的防止和利用
多选题
17．如图所示，绝缘金属球壳的空腔内、外各有一小球B和A，球壳接地。下列说法正确的是（ ）
A．若A球带电，则球壳内的B球处的电场强度为零
B．若B球带电，则A球处的电场强度不为零
C．若A球和B球均带电，则彼此也不会相互影响
D．若A球和B球均带电，则由于球壳接地，A球对B球没有影响，但B球对A球有影响
【答案】AC
【详解】A．若A球带电，则B球相当于放置在金属球壳内，B球处的电场强度为零，故A正确；
B．若B球带电，则A球相当于放置在金属球壳和大地构成的导体球壳内，A球处的电场强度也为零，故B错误；
CD．由于静电屏蔽，A、B两球彼此不会相互影响，故C正确，D错误。
故选AC。
18．如图所示，导体球与导体球壳同心，原来都不带电，也不接地，设、两点的场强大小为和，下列说法中正确的是（ ）
A．若使带电，则，
B．若使带电，则，
C．若使、两球分别带上等量异种电荷，则，
D．若使球带电，球接地，则，
【答案】BC
【详解】A：如果A带电，会感应B使B内部带电与A相异、外部带电与A相同，那么、．故A项错误．
B：如果B带电，由于同种电荷相斥，B所带的电荷只会分布在B的外表面，那么、．故B项正确．
C：如果A、B带上等量异种电荷，A与B的静电感应使B的外表面恰无电荷，则、．故C项正确．
D：如果A带电、B球接地，是接地屏蔽，B的内表面会感应出与A等量的异种电荷，B的外表面无电荷，则、．故D项错误．
19．如图所示，用金属网将原来不带电的验电器罩起来，金属网接地（图中未画出），将带正电的金属球靠近验电器，图中a、b两点和金属球的球心在同一直线上，c点在金属网内，则下列说法正确的是（ ）

A．验电器内的箔片张开
B．若将金属网内部与验电器相连，则验电器内的箔片不张开
C．a点的电场强度一定大于c点的电场强度
D．b点的电场强度一定小于c点的电场强度
【答案】BC
【详解】A．由静电屏蔽可知，金属网内部的电场强度处处为零，金属网内部不带电，验电器内的箔片不张开故A错误；
B．根据上述，由于静电屏蔽，金属网内部的电场强度处处为零，金属网内部不带电，可知若将金属网内部与验电器相连，则验电器内的箔片不张开，故B正确；
CD．由于金属网内部的电场强度处处为零，因此a，b两点的电场强度都一定大于c点的电场强度，故C正确，D错误。
故选BC。
20．如图所示的四种情况中，a、b两点的电场强度一定相同的是（ ）

A．如图甲，平行板电容器带电时，极板间除边缘附近外的任意两点a、b
B．如图乙，在静电场中达到静电平衡时的导体内部任意两点a、b
C．如图丙，点电荷周围到点电荷距离相等的任意两点a、b
D．如图丁，在两个等量同号的点电荷连线的中垂线上，与连线中点等距的两点a、b
【答案】AB
【详解】A．如图甲，平行板电容器带电时，板间的电场为匀强电场，极板间除边缘附近外的任意两点a、b的电场强度相同，故A正确；
B．如图乙，在静电场中达到静电平衡时的导体，导体内部的电场强度处处为零，故任意两点a、b电场强度相同，故B正确；
C．如图丙，点电荷周围到点电荷距离相等的任意两点a、b电场强度大小相等，方向不同，故C错误；
D．根据对称性，如图丁，在两个等量同号的点电荷连线的中垂线上，与连线中点等距的两点a、b电场强度大小相等，方向相反，故D错误。
故选AB。
现象
外屏蔽
内屏蔽
定义
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。
示意图
屏蔽原理
外部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。
当导体空腔外部接地时，球壳的外表面的感应电荷因接地将传给地球，则球壳外部合场强为零，起到屏蔽内电场的作用。
特点
球壳外电场对球壳内不产生影响，球壳内电场对球壳外产生影响。
球壳内外电场互不产生影响。
本质
静电感应与静电平衡