9.4 静电的防止与利用 课中练
一、静电平衡
【课堂引入】
1. 如图所示，不带电的金属导体放到电场中，导体内的自由电子将发生定向移动，使导体两端出现等量异种电荷．请思考下列问题：
（1）自由电子定向移动的原因是什么？定向移动的方向如何？
（2）自由电子能否一直定向移动？为什么？
【例题】
2. 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，如图所示。当棒达到静电平衡后，棒上的感应电荷在棒内中点P处产生的电场强度大小等于________，方向为________。
【课堂练习】
3. 如图所示，在真空中把一原来不带电的绝缘导体向带负电的小球P缓缓靠近（不相碰），下列说法正确的是（ ）
A. B端的感应电荷越来越多
B. 导体内电场强度越来越大
C. 导体的感应电荷在M点产生的电场强度恒大于在N点产生的电场强度
D. 导体的感应电荷在M、N两点产生的电场强度相等
4. 一金属球，原来不带电，现在沿球直径的延长线上放置一根均匀带电的细杆MN，如图所示。金属球上感应电荷产生的电场在球内直径上、、三点的场强大小分别为、、，三者相比，则（ ）
A. 最大 B. 最大
C. 最大 D.
【例题】
5. 一带有绝缘座的空心球壳A带有4×10－8C的正电荷，带绝缘柄的金属小球B带有2×10－8C的负电荷，使B球与A的内壁接触，如图所示，则A、B的带电量分别为（ ）
A. QA=1×10－8C QB=1×10－8C B. QA=2×10－8C QB=0
C. QA=0 QB=2×10－8C D. QA=4×10－8C QB=－2×10－8C
【课堂练习】
6. 如图所示，在绝缘板上放有一个不带电的金箔验电器A和一个带正电荷的空腔导体B。下列实验方法中能使验电器箔片张开的是 ( )
A. 用取电棒C(带绝缘柄的导体棒)先跟B的内壁接触一下后再跟A接触
B. 用取电棒C先跟B的外壁接触一下后再跟A接触
C. 用绝缘导线把验电器跟取电棒C的导体部分相连，再把取电棒与B的内壁接触
D. 使验电器A靠近B
二、尖端放电 静电屏蔽
【课堂引入】
7. （1）避雷针是利用尖端放电保护建筑物的一种设施，其原理是什么？
（2）处于静电平衡状态的导体，其内部场强处处为零，若导体是空心的，则空心部分的场强怎样？静电屏蔽是怎样起到屏蔽作用的？
【例题】
8. 如图所示是模拟避雷针作用的实验装置．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．先产生放电现象的是( )
A. A金属柱 B. B金属柱
C. A、B金属柱同时 D. 可能是A金属柱，也可能是B金属柱
9. 如图所示，放在绝缘台上的金属网罩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. 金属罩B的内表面带正电荷 B. 金属罩B的右侧外表面带正电荷
C. 验电器C的金属箔片将张开 D. 金属罩B左、右两侧电荷电性相同
【课堂练习】
10. 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发生接触，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
参考答案
1. 【答案】（1）见解析；见解析；（2）不能；见解析
【详解】（1）自由电子受外加电场的静电力作用而定向移动，向着与电场相反的方向定向移动．
（2）不能．感应电荷产生的电场与外加电场反向，阻碍电子的定向移动，当这两个电场大小相等时，电子的定向移动终止．
2.【答案】；向左
【详解】棒处于点电荷+q的电场中处于静电平衡状态，则棒内各点的合场强为零，即棒上的感应电荷在棒内中点P处产生的电场强度与+q在P点的场强等大反向，则棒上的感应电荷在棒内中点P处产生的电场强度大小等于
因+q在P点的场强向右，则棒上的感应电荷在棒内中点P处产生的电场强度方向向左。
3. AC
【详解】A．在绝缘导体向带电小球移动过程中，导体中自由电荷受到外电场的作用力变大，使自由电荷不断定向移动，B端的感应电荷越来越多，故A项正确；
B．由于导体缓慢移动，所以移动过程中导体可视为总是处于静电平衡状态，其内部电场强度应等于零，故B项错误；
CD．导体内合电场强度等于零，则感应电荷在M、N两端的电场强度应与带电小球P在M、N两端产生的电场强度大小相等、方向相反，由
可知C项正确，D项错误。
故选AC。
4. C
【详解】金属球上感应电荷产生的附加电场与带电的细杆MN产生的场强大小相等，方向相反，相互抵消。c点离带电的细杆MN最近，带电的细杆MN在c点处产生的场强最大，则金属球上感应电荷在c点处产生的场强最大；而a点离带电杆最远，则金属球上感应电荷在a点处产生的场强最小，所以Ec>Eb>Ea。
故选C。
5. B
【详解】将B与A的内表面接触后，正、负电荷中和后，金属小球B不带电，剩余的电荷分布在球壳A的外表面，带电量为
故选B。
6. BCD
【详解】A．手持一个带绝缘柄的金属小球C，把C接触B的内壁，由于净电荷只分布在外表面上，所以不能使小球C带上电荷，所以，再移出C与A的金属小球接触，无论操作多少次，都不能使A带电，故A错误；B．用取电棒C先跟B的外壁接触一下后再跟A接触，由于净电荷只分布在外表面上，所以能使小球C带上电荷，C与A接触时A能带电，使金属箔张开，故B正确；C．用绝缘导线把验电器跟取电棒C的导体部分相连，再把取电棒与B的内壁接触后三者组成新的等势体，电荷将传递到A，使金属箔张开，故C正确；D．使验电器A靠近B，A将由于静电感应，金属球处带上负电荷，而金属箔处带上正电荷，使金属箔张开，故D正确．
7.【答案】（1）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，这些电荷不断向大气释放，中和空气中的电荷，使建筑物避免雷击．
（2）空心部分场强为零，静电屏蔽是利用“处于静电平衡状态的导体内部场强处处为零”，即使内部有自由电子，受到的电场力也为零，自由电子不发生定向移动。
8. A
【详解】根据导体表面电荷分布与尖锐程度有关可知，A金属柱尖端电荷密集，容易发生尖端放电现象，故选项A正确．故选A.
9. B
【详解】A．金属罩B处于静电平衡状态，电荷分布在其外表面上，所以A错误；
BD．由于静电感应，使金属罩B在左侧外表面感应出负电荷，所以金属罩B的右侧外表面感应出正电荷，B正确，D错误；
C．由于静电屏蔽，金属网罩内电场强度为零，故验电器C上无感应电荷，验电器C的金属箔片不会张开，C错误。
故选B。
10. D
【详解】由于静电感应，金属球壳B内壁感应出负电荷，A带正电，则B的空腔内电场强度不为零．金属球壳B外表面接地，大地中电子跑到球壳B上将正电荷中和，所以B带负电．静电平衡后，金属球壳B是一个等势体．D正确，9.4 静电的防止与利用 课后练
1. 电工穿的高压作业服是用铜丝编织的，下列说法正确的是（ ）
A. 铜丝编织的衣服不易拉破
B. 电工被铜丝衣服所包裹，使体内电势为零
C. 电工被铜丝衣服所包裹，使体内场强为零
D. 铜丝电阻小，能对人体起到保护作用
2. 如图所示，原来不带电的金属球壳内壁接地，将一带正电的小球放入其中，但不与球壳接触，则( )
A. 球壳内壁带负电
B. 球壳外壁带正电
C. 球壳外壁不带电
D. 若将接地线去掉再移去正电荷，球壳外壁带负电
3. 一个不带电的空心金属球，在它的球内放一个正电荷如图所示，其电场分布正确的是（ ）
A. B. C. D.
4. 如图所示，在绝缘板上放有一个不带电的金箔验电器A和一个带正电荷的空腔导体B。下列实验方法中能使验电器箔片张开的是 ( )
A. 用取电棒C(带绝缘柄的导体棒)先跟B的内壁接触一下后再跟A接触
B. 用取电棒C先跟B的外壁接触一下后再跟A接触
C. 用绝缘导线把验电器跟取电棒C的导体部分相连，再把取电棒与B的内壁接触
D. 使验电器A靠近B
5. 下列关于静电除尘的说法中正确的是（ ）
A. 进入除尘器后，烟雾中的颗粒被强电场电离而带正电，颗粒向电源负极运动
B. 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
C. 烟雾颗粒带电后，受到竖直向下的电场力而向下运动
D. 烟雾颗粒被强电场粉碎成更小的颗粒，排到大气中人眼看不到
6. 静电喷涂是利用静电现象制造的，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
7. 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点所激发的场强E′的方向在图中正确的是( )
A. B.
C. D.
8. 如图，四组静电实验中，能使左边的验电器的金箔张开的是( )
A. B. C. D.
9. 把带正电荷的导体球移近彼此接触的、不带电的绝缘金属导体、（如图所示）．则：
（1）金属箔片是否张开？
（2）如果先把移走，再将和分开，上面的金属箔片会怎样？
（3）如果先把和分开，然后移开，上面的金属箔片又会怎样？
（4）在（3）的基础上，再让和接触，上面的金属箔片又会怎样？
10. 如图所示，点电荷A和B带电荷量分别为3.0×10－8C和－2.4×10－8C，彼此相距6cm；若在两点电荷连线中点O处放一个半径为1cm的金属球壳，求球壳感应电荷在该中点处产生的电场强度。
参考答案
1. C
【详解】屏蔽服作用是在穿用后，使处于高压电场中的人体外表面各部位形成一个等电位屏蔽面，从而防护人体免受高压电场及电磁波的危害．等电位说明电势相等而不是等于0，等电势时电势差为0，电场强度为0．所以C正确，ABD错误.故选C
2. ACD
【详解】由静电屏蔽知识可得，未接地前电场线分布特点如图，
球壳是个等势体，无论是内壳还是外壳接地，都是大地上的电子受电场力作用逆着电场线与外壳正电中和，使外壳不带电，故AC正确，B错．若移出正电荷，则剩余负电都分布在外表面，D正确．故选ACD.
3. CD
【详解】空心金属球内放一正电荷，由于静电感应使金属球外表面带正电，球壳上达到静电平衡，内部场强为零，当金属球外表面接地时，对内电场具有屏蔽作用．
故选CD。
4. BCD
【详解】A．手持一个带绝缘柄的金属小球C，把C接触B的内壁，由于净电荷只分布在外表面上，所以不能使小球C带上电荷，所以，再移出C与A的金属小球接触，无论操作多少次，都不能使A带电，故A错误；B．用取电棒C先跟B的外壁接触一下后再跟A接触，由于净电荷只分布在外表面上，所以能使小球C带上电荷，C与A接触时A能带电，使金属箔张开，故B正确；C．用绝缘导线把验电器跟取电棒C的导体部分相连，再把取电棒与B的内壁接触后三者组成新的等势体，电荷将传递到A，使金属箔张开，故C正确；D．使验电器A靠近B，A将由于静电感应，金属球处带上负电荷，而金属箔处带上正电荷，使金属箔张开，故D正确．
5. B
【详解】静电除尘器的两个电极接高压电源，极间形成强电场，使空气发生电离，自由电子在电场力作用下，向正极加速运动，电子被烟雾颗粒吸附后，一起向电源正极运动，在正极积聚大量颗粒，在重力作用下，从除尘器的下部排出。
故选B。
6. AC
【详解】A．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作之间形成了强电场，故A正确；
BCD．带正电的工件由于静电感应电荷分布在表面；粒子一定带负电；在库仑力的作用下运动，故BD错误，C正确。
故选AC。
7. A
【详解】导体处于静电平衡状态，因此内部每点的合场强都为零，即导体内的每一点，感应电荷产生的电场强度都与点电荷-Q在那点的电场强度大小相等、方向相反，即感应电荷的电场线与点电荷-Q的电场线重合，且方向相反．负点电荷的电场线指向点电荷，所以附加电场的电场线背离负点电荷
故选A．
8. AC
【详解】处于静电平衡状态下的导体所带的电荷都分布在导体的外表面，故AC正确B错误；由于静电屏蔽的作用，验电器不受外电场的影响，故金箔是闭合的，D错误．
9.【答案】（1）张开；（2）闭合；（3）张开；（4）闭合
【详解】（1）可以看到、上的金属箔片都张开了，表示、都带上了电荷．
（2）如果先把移走，和将不再带电，上面的金属箔片就会闭合．
（3）如果先把和分开，然后移开，和上的金属箔片仍然张开．
（4）再让和接触，它们就不再带电，和上的金属箔片会闭合．这说明和分开后所带的是等量异种电荷，重新接触后等量异种电荷发生中和．
10. 【答案】5.4×105N/C，方向由O指向A
【详解】＋q1在O点的场强大小为
E1＝＝3×105N/C
方向由O指向B；－q2在O点的场强大小为
E2＝＝2.4×105N/C
方向由O指向B，设感应电荷在O点的场强为E3，由静电平衡条件知
E3＝E1＋E2＝5.4×105N/C
方向由O指向A9.4 静电的防止与利用 课前预习
1. 静电平衡
（1）静电平衡：导体内的自由电子不再发生___________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___________
（3）导体上电荷的分布：
a.导体内部没有电荷，电荷只分布在导体的___________
b.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）___________，凹陷的位置几乎没有电荷。
2. 尖端放电
（1）空气的电离：导体尖端电荷___________很大，附近的电场很强，强电场作用下的带电粒子剧烈运动，并与空气分子碰撞从而使空气分子中的正负电荷___________的现象。
（2）尖端放电：与导体尖端的电荷符号相反的粒子，由于被___________，而与尖端上电荷___________，相当于导体从尖端___________的现象。
尖端放电的应用与防止：
a.应用：___________是利用尖端放电避免雷击的一种设施。
b.防止：高压设备中导体的表面尽量___________会减少电能的损失。
3. 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为___________。外电场对壳（网）内的仪器不会产生影响的作用叫作___________
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。
4. 静电吸附
（1）静电吸附：在电场中，带电粒子在___________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，向作为___________的工件运动，并沉积在工件表面。
（4）静电复印：复印机应用了___________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___________，受光照时变成导体。
参考答案
1. 【答案】（1）定向移动；（2）零；（3）a. 表面；b. 越大
2. 【答案】（1）密度；分离（2）吸引；中和；失去；a避雷针；b. 光滑
3. 【答案】0；静电屏蔽
4. 【答案】（1）静电力；（3）正极；（4）静电吸附；绝缘体
