4 静电的防止与利用练习2021-2022学年物理必修第三册人教版2019（word含解析）

4　静电的防止与利用
基础过关练
题组一　静电平衡
1.当导体达到静电平衡时,下列说法正确的是 (深度解析)　　　　　　 　　　　　　 　　　　　　
A.外部电场消失
B.感应电荷产生的附加电场的场强为零
C.导体内部的合场强为零
D.导体表面和内部的合场强均为零
2.如图,长为L的导体棒原来不带电,现将一带电荷量为Q的点电荷放在距棒左端R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0
B.棒中的场强不为0
C.整个导体棒带同种电荷
D.导体棒内有多余的电荷
题组二　尖端放电
3.(2020广东新丰一中高二期中)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
4.如图所示是模拟避雷针作用的实验装置,金属板M、N间有两个等高的金属体A、B,A为尖头、B为圆头。将金属板M、N接在高压电源上,逐渐升高电源电压,将首先观察到 (　　)
A.A放电　　　B.B放电
C.A、B一起放电　　　D.A、B之间放电
题组三　静电屏蔽
5.(2020河北阜平中学高二月考)有一个不带电的空心金属球,在它的球心处放一个正电荷,其电场分布是下图中的 (　　)
6.如图所示,用金属网把验电器罩起来,再使带电金属球靠近验电器,则下面关于验电器箔片的说法正确的是 (深度解析)
A.箔片张开
B.箔片不张开
C.带电金属球的电荷量足够大时箔片才会张开
D.箔片张开的原因是金属网感应带电产生电场
7.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发生接触,达到静电平衡后,则 (深度解析)
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
题组四　静电吸附
8.(2020广东汕头高二期末)如图是静电除尘装置示意图,装置的外壁连接高压电源的正极,中间的金属丝连接负极。将混浊气体通入该装置时,气体中的粉尘会不断向筒壁积累,最后在重力作用下坠落在筒底。在该装置除尘的过程中,下列说法不正确的是 (　　)
A.粉尘由于吸附作用而带上正电荷
B.粉尘由于吸附了电子而带上负电荷
C.带电粉尘在静电力作用下飞向筒壁
D.筒壁与中间金属丝之间存在强大的静电场
9.下列关于静电喷漆的说法中正确的是 (　　)
A.当油漆从喷枪喷出时,油漆微粒带正电,物体也带正电,相互排斥而扩散开来
B.当油漆从喷枪喷出时,油漆微粒带负电,物体也带负电,相互排斥而扩散开来
C.从喷枪喷出的油漆微粒带负电,微粒相互排斥而扩散开来,被吸附在带正电的物体上
D.因为油漆微粒相互排斥而扩散开来,所以静电喷漆虽喷漆均匀但浪费油漆
能力提升练
题组一　静电平衡
1.(2021广东广州南沙一中高二期中,)导体球壳B带有正电荷Q,其中心处放有导体球A,用细金属丝通过B上的小孔与地相连(细金属丝不与球壳B相碰),如图所示。则导体球A　 (　　)　　　　　　 　　　　　　 　　　　　　
A.不带电　　　　　　B.带正电
C.带负电　　　　　　D.可能带正电,也可能带负电
2.(2021山东聊城育才学校高二月考,)在点电荷-Q的电场中,一金属圆盘处于静电平衡状态,若圆平面与点电荷在同一平面内,则盘上感应电荷在盘中P点所激发的附加场强E'的方向在图中正确的是 (　　)
3.(2021广东信宜三中高二期中,)如图所示,空心金属球壳上所带电荷量为+Q,关于O、M两点电场强度EO、EM的说法中正确的是 (　　)
A.EO≠0　EM=0　　　B.EO=0　EM≠0
C.EO=0　EM=0　　　D.EO≠0　EM≠0
4.(2021山东枣庄三中高二月考,)如图所示,在A、D两点放置电荷量分别为Q和2Q的正电荷,将一原来不带电的金属球的球心放置在AD的中点O处,球内B、C两点与O点等距离,A、B、O、C、D五点共线。设金属球上感应电荷在球内B、O、C三点产生电场的场强大小分别为EB、EO、EC,则下列结论正确的是 (　　)
A.EB最大　　　B.EC最大
C.EO最大　　　D.EB=EO=EC
5.(2020黑龙江铁人中学高二月考,)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。深度解析
题组二　静电屏蔽　静电除尘
6.(2021山东安丘一中高二模拟,)请用学过的电学知识判断下列说法正确的是 (　　)
A.电工穿绝缘衣比穿金属衣安全
B.制作汽油桶的材料用金属比用塑料好
C.小鸟停在单根高压输电线上会被电死
D.打雷时,待在汽车里比待在木屋里要危险
7.(2020安徽铜陵一中高二上期中,)如图所示,有两个相同的空心金属球M和N,M带电荷量为-Q,N不带电(M、N相距很远,互不影响),旁边各放一个不带电的金属球P和R,当将带正电Q的小球分别放入M和N的空腔中时 (　　)
A.P、R上均有感应电荷
B.P、R上均没有感应电荷
C.P上有而R上没有感应电荷
D.P上没有而R上有感应电荷
8.(2021山东菏泽东明一中高二期中,)(多选)静电喷涂机是利用静电现象工作的,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
答案全解全析
4　静电的防止与利用
基础过关练
1.C　导体处于静电平衡状态时,在导体内部任意一点,感应电荷产生的电场的场强与外部电场的场强大小相等,方向相反,此时导体内部的场强处处为0,电荷只分布在导体的外表面,选项A、B、D错误,C正确。
方法技巧
对静电平衡的三点理解
(1)静电平衡是自由电荷发生定向移动的结果,达到静电平衡时,自由电荷不再发生定向移动。
(2)金属导体达到静电平衡的时间是非常短暂的。
(3)导体达到静电平衡后内部电场强度处处为零,是指外电场与导体两侧的感应电荷产生的电场的合电场强度为零。
2.A　处于静电平衡状态的导体,内部场强处处为零,选项A正确,B错误;由于静电感应,导体棒的左右两端会带上异种电荷,选项C错误;静电平衡时,导体内部没有净剩电荷,选项D错误。
3.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,选项A正确,B、C、D错误。
4.A　在导体外表面,越尖锐的位置,电荷的密度越大,其附近的电场强度越大,越容易使空气电离,从而产生放电现象。A为尖头,当逐渐增大电压时,A先放电,选项A正确,B、C、D错误。
5.B　把正电荷放在空心金属球球心处,由于静电感应,在球壳的内壁感应出负电荷,在球壳的外壁感应出正电荷,所以在金属球壳的内、外壁之间,由于正电荷的电场和感应电荷的电场的共同作用,其电场强度为零,所以在金属球壳的内、外壁之间没有电场线,在球壳外部电场线的方向是向外的,选项B正确,A、C、D错误。
6.B　根据静电屏蔽原理可知,用金属网把验电器罩起来后,金属网内电场强度保持为0,外电场对网内的验电器不会产生影响,故使带电金属球靠近验电器,箔片不会张开,B正确,A、C、D错误。
误区警示
封闭导体壳内部电场不受壳外电荷或电场影响。封闭导体壳不论接地与否,内部电场都不受壳外电荷影响。接地封闭导体壳外部电场不受壳内电荷的影响。
7.D　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,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。
导师点睛
判断导体上电荷分布的三个技巧
(1)处于静电平衡状态的导体,电荷只分布在其外表面;
(2)不规则的孤立导体表面电荷分布不均匀;
(3)导体弯曲程度大(尖端)的位置电荷密集,弯曲程度小(平滑端)的位置电荷稀少。
8.A　装置的外壁连接高压电源的正极,中间的金属丝连接负极,则筒壁与中间金属丝之间存在强大的静电场;粉尘向筒壁积累,可知粉尘吸附电子后带上负电荷,在静电力作用下飞向筒壁,选项A说法错误,B、C、D说法正确。
9.C　喷枪喷出的油漆微粒带负电,因相互排斥而散开,形成雾状,被喷涂的物体带正电,对雾状油漆产生吸引力,把油漆吸到其表面,从而减少了浪费,选项C正确,A、B、D错误。
能力提升练
1.C　球壳B带正电荷,附近的大地因静电感应带负电荷,由于导体球A与大地相连,相当于近端,因此,A上也会感应出一定量的负电荷。
2.A　因为金属圆盘处于静电平衡状态,金属圆盘内各点合场强为零,所以感应电荷的场强与点电荷的场强等大反向。又因为点电荷在P点的电场沿P点与点电荷的连线指向点电荷,所以感应电荷在P点产生的电场方向沿P点与点电荷的连线指向P点。选项A正确。
3.C　处于静电平衡状态的导体内部电场强度处处为零。
4.B　A、D两点放置的电荷量分别为Q和2Q的正电荷形成的电场可以看作是等量+Q的电场和放在D处的另一电荷+Q的电场的叠加,等量+Q在O点产生的场强为0,在B、C两点产生的场强大小相等,B点场强方向向右,C点场强方向向左,另一电荷+Q在B、O、C三点产生的电场均向左,根据矢量合成可知A、D两点放置的正电荷在C点产生的场强更大,但金属球处于静电平衡状态,内部场强处处为0,那么金属球上感应电荷在三点产生的场强与外电场的场强等大反向,即EC最大,B正确。
5.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。
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求出外电场场强E外的大小和方向;
(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场强E感的大小和方向。
6.B　电工高压带电作业,穿金属衣可以对人体起到静电屏蔽作用,使人更安全,穿绝缘衣容易产生大量的静电,反而比较危险,选项A错误。塑料油桶会和油因摩擦而带电,因为塑料是绝缘材料,不能把电荷导走,所以塑料油桶内易产生火花导致塑料油桶爆炸,选项B正确。小鸟停在单根高压输电线上时,加在小鸟两脚间的电压非常小,小鸟不会被电死,选项C错误。打雷时,待在汽车里,汽车的金属外壳起到静电屏蔽的作用,而木屋没有静电屏蔽作用,所以待在汽车里比待在木屋里要安全,选项D错误。
7.D　把带正电Q的小球放入原来不带电的N的空腔内时,N中电子被带正电的小球吸引到内表面,内表面带负电,外表面剩余了正电荷,外表面带正电,R处于电场中,出现静电感应现象,从而导致R上有感应电荷出现。将带正电Q的小球放入带电荷量为-Q的M的空腔内,因同种电荷相互排斥,异种电荷相互吸引,正、负电荷的电荷量相等,则金属球壳外表面没有多余电荷,则P处没有电场,所以P上没有感应电荷,选项A、B、C错误,D正确。
8.AC　静电喷涂机工作时涂料微粒会向带正电的被喷涂工件高速运动,是由于在喷枪喷嘴与被喷涂工件之间形成了强电场,故A正确;带正电的工件电荷分布在表面,涂料微粒一定带负电,故C正确,B、D错误。