2021-2022学年高一下学期物理人教版（2019）必修第三册9.4静电的防止与利用同步练习（word版有答案）

4　静电的防止与利用
基础巩固
一、选择题(第1~5题为单选题,第6~7题为多选题)
1.人造飞船返回地球经过大气层时,返回舱表面附近形成一个温度高达几千摄氏度的高温区。高温区内的气体和返回舱表面材料的分子被分解和电离,这时返回舱与外界的联系会中断,出现这种现象的原因是(　　)
A.返回舱受到的万有引力消失
B.返回舱为了安全而暂时关闭通信系统
C.返回舱周围高温气体被电离成等离子体,从而对飞船起屏蔽作用
D.返回舱表面温度太高,如同火球,使得航天员看不见外面,外面也看不见返回舱里面
2.在点电荷-Q的电场中,一金属圆盘处于静电平衡状态,若圆盘平面与点电荷在同一平面内,则盘上感应电荷在盘中A点所激发的附加电场强度E'的方向在下图中正确的是(　　)
3.如图所示,空心导体上方有一靠近的带有正电的带电体。当一个重力不计的正电荷以速度v水平飞入空心导体内时,电荷将做(　　)
A.向上偏转的类平抛运动
B.向下偏转的类平抛运动
C.匀速直线运动
D.变速直线运动
4.在医疗手术中,为防止麻醉剂乙醚爆炸,地砖要用导电材料制成,医生、护士要穿由导电材料制成的鞋子和棉布外套,一切设备要良好接地,甚至病人身体也要良好接地,这样做是为了(　　)
A.消除静电
B.除菌消毒
C.应用静电
D.防止漏电
5.在一个导体球壳内放一个电荷量为+Q的点电荷,用E表示球壳外任一点的电场强度,则(　　)
A.当点电荷在球壳中央时,E=0
B.不论点电荷在球壳内何处,E一定为零
C.只有当点电荷在球心且球壳接地时,E=0
D.只要球壳接地,不论点电荷在球壳内何处,E=0
6.每到夏季,雷雨等强对流天气频繁发生。当我们遇到雷雨天气时,一定要注意避防雷电。下列说法正确的是(　　)
A.不宜使用无防雷措施或防雷措施不足的电器及水龙头
B.不要接触天线、金属门窗、建筑物外墙,远离带电设备
C.固定电话和手提电话均可正常使用
D.在旷野,应远离树木和电线杆
7.如图所示,带电体Q靠近一个接地空腔导体,空腔里面无电荷。在静电平衡后,下列物理量中等于零的是(　　)
A.导体腔内任意点的电场强度
B.导体内任意点的电场强度
C.导体外表面的电荷量
D.导体空腔内表面的电荷量
二、计算题
8.如图所示,点电荷A和B所带电荷量分别为3.0×10-8 C和-2.4×10-8 C,彼此相距6 cm。若在两点电荷连线中点O处放一个半径为1 cm的金属球壳,求球壳上感应电荷在O点处产生的电场强度。(静电力常量k=9×109 N·m2/C2)
能力提升
一、选择题(第1~5题为单选题,第6~7题为多选题)
1.处于静电平衡状态的导体内部电场强度处处为零是因为(　　)
A.导体内部无电场
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
2.小强在加油站加油时,看到加油机上有如图所示的图标,关于图标涉及的物理知识及其理解,下列说法正确的是(　　)
A.制作这些图标的依据是静电屏蔽的原理
B.工作人员工作时间须穿绝缘性能良好的化纤服装
C.化纤手套与接触物容易摩擦起电,存在安全隐患
D.用绝缘的塑料梳子梳头应该没有关系
3.如图所示,金属球原来不带电,现沿球直径的延长线上放置一个点电荷,球内直径上有三点a、b、c,电场强度大小分别为Ea、Eb、Ec,三点电场强度相比(　　)
A.Ea最大
B.Eb最大
C.Ec最大
D.Ea=Eb=Ec
4.如图所示,某人站在电压达几万伏的电极旁边,轻松地把玩着“闪电”,却安然无恙。据了解,他身上穿着一件特别的衣服,叫“高压屏蔽服”。制成这种“高压屏蔽服”的材料可能是(　　)
A.玻璃
B.木屑
C.塑料片
D.金属丝
5.下图为静电除尘机原理示意图,废气先经过一个机械过滤装置再进入静电除尘区,带负电的尘埃在电场力的作用下向集尘极迁移并沉积,以达到除尘目的,图中虚线为电场线(方向未标)。不考虑尘埃在迁移过程中的相互作用和电荷量变化,则(　　)
A.电场线方向由放电极指向集尘极
B.图中A点电场强度大于B点电场强度
C.尘埃在迁移过程中做匀变速运动
D.尘埃在A点和B点所受电场力方向相反
6.如图所示,在绝缘板上放有一个不带电的验电器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.把电棒C(带绝缘柄的导体棒)先跟B的内壁接触一下后再跟A的金属球接触
B.把电棒C先跟B的外壁接触一下后再跟A的金属球接触
C.用绝缘导线把验电器A的金属球跟电棒C的导体部分相连,再把电棒C与B的内壁接触
D.使验电器A靠近B
7.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
二、计算题
8.如图所示,xOy平面是无穷大导体的表面,该导体充满z<0的空间,z>0的空间为真空。将电荷量为q的点电荷置于z轴上z=h处,则在xOy平面上会产生感应电荷。空间任意一点处的电场皆是由点电荷q和导体表面上的感应电荷共同激发的。已知静电平衡时导体内部电场强度处处为零,则在z轴上z=处的电场强度大小为多少 (k为静电力常量)
答案解析
基础巩固
一、选择题(第1~5题为单选题,第6~7题为多选题)
1.人造飞船返回地球经过大气层时,返回舱表面附近形成一个温度高达几千摄氏度的高温区。高温区内的气体和返回舱表面材料的分子被分解和电离,这时返回舱与外界的联系会中断,出现这种现象的原因是(　　)
A.返回舱受到的万有引力消失
B.返回舱为了安全而暂时关闭通信系统
C.返回舱周围高温气体被电离成等离子体,从而对飞船起屏蔽作用
D.返回舱表面温度太高,如同火球,使得航天员看不见外面,外面也看不见返回舱里面
答案：C
解析：由于高温区内的气体和返回舱表面材料的分子被分解和电离,对返回舱起到静电屏蔽作用,所以返回舱与外界信号中断,故选项A、B、D错误,C正确。
2.在点电荷-Q的电场中,一金属圆盘处于静电平衡状态,若圆盘平面与点电荷在同一平面内,则盘上感应电荷在盘中A点所激发的附加电场强度E'的方向在下图中正确的是(　　)
答案：A
解析：盘上感应电荷在盘中A点激发的附加电场强度E'应与-Q在A点产生的电场强度等大反向,故选项A正确。
3.如图所示,空心导体上方有一靠近的带有正电的带电体。当一个重力不计的正电荷以速度v水平飞入空心导体内时,电荷将做(　　)
A.向上偏转的类平抛运动
B.向下偏转的类平抛运动
C.匀速直线运动
D.变速直线运动
答案：C
4.在医疗手术中,为防止麻醉剂乙醚爆炸,地砖要用导电材料制成,医生、护士要穿由导电材料制成的鞋子和棉布外套,一切设备要良好接地,甚至病人身体也要良好接地,这样做是为了(　　)
A.消除静电
B.除菌消毒
C.应用静电
D.防止漏电
答案：A
解析：穿棉布外套是为了防止摩擦起电,摩擦产生的静电积累多了会产生电火花,而乙醚为易挥发物品,遇到火花或热源便会爆炸,所以穿导电材料制成的鞋子且接地良好,可及时导走产生的电荷,消除静电。
5.在一个导体球壳内放一个电荷量为+Q的点电荷,用E表示球壳外任一点的电场强度,则(　　)
A.当点电荷在球壳中央时,E=0
B.不论点电荷在球壳内何处,E一定为零
C.只有当点电荷在球心且球壳接地时,E=0
D.只要球壳接地,不论点电荷在球壳内何处,E=0
答案：D
解析：点电荷在球壳内任何位置,只会影响球壳内的负电荷分布,球壳外部带正电荷,会使外部电场强度不为零,选项A、B错误;球壳接地会使外部电荷导入大地,外部电场强度为零,选项C错误,D正确。
6.每到夏季,雷雨等强对流天气频繁发生。当我们遇到雷雨天气时,一定要注意避防雷电。下列说法正确的是(　　)
A.不宜使用无防雷措施或防雷措施不足的电器及水龙头
B.不要接触天线、金属门窗、建筑物外墙,远离带电设备
C.固定电话和手提电话均可正常使用
D.在旷野,应远离树木和电线杆
答案：ABD
解析：表面具有突出尖端的导体,在尖端处的电荷分布密度很大,使得其周围电场很强,就可能使其周围的空气发生电离而引发尖端放电。固定电话和手提电话的天线处有尖端,易引发尖端放电造成人体伤害,故不能使用,选项A、B、D正确,C错误。
7.如图所示,带电体Q靠近一个接地空腔导体,空腔里面无电荷。在静电平衡后,下列物理量中等于零的是(　　)
A.导体腔内任意点的电场强度
B.导体内任意点的电场强度
C.导体外表面的电荷量
D.导体空腔内表面的电荷量
答案：ABD
解析：静电平衡状态下的导体内部电场强度处处为零,且内表面不带电,故选项A、B、D正确。导体外表面受带电体Q的影响,所带电荷量不为零,故选项C错误。
二、计算题
8.如图所示,点电荷A和B所带电荷量分别为3.0×10-8 C和-2.4×10-8 C,彼此相距6 cm。若在两点电荷连线中点O处放一个半径为1 cm的金属球壳,求球壳上感应电荷在O点处产生的电场强度。(静电力常量k=9×109 N·m2/C2)
答案：5.4×105 N/C,方向由O指向A
解析：+q1在O点的电场强度大小为E1=k=3×105N/C,方向由O指向B;-q2在O点的电场强度大小为E2=k=2.4×105N/C,方向由O指向B;设感应电荷在O点处产生的电场强度大小为E3,由静电平衡条件知E3=E1+E2=5.4×105N/C,方向由O指向A。
能力提升
一、选择题(第1~5题为单选题,第6~7题为多选题)
1.处于静电平衡状态的导体内部电场强度处处为零是因为(　　)
A.导体内部无电场
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：由静电感应和电场的叠加原理知选项D正确。
2.小强在加油站加油时,看到加油机上有如图所示的图标,关于图标涉及的物理知识及其理解,下列说法正确的是(　　)
A.制作这些图标的依据是静电屏蔽的原理
B.工作人员工作时间须穿绝缘性能良好的化纤服装
C.化纤手套与接触物容易摩擦起电,存在安全隐患
D.用绝缘的塑料梳子梳头应该没有关系
答案：C
解析：题中图标是防止静电的产生,选项A错误;化纤手套、化纤衣服与接触物容易摩擦起电,存在安全隐患,选项B错误,C正确;用绝缘的塑料梳子梳头,摩擦起电,存在安全隐患,选项D错误。
3.如图所示,金属球原来不带电,现沿球直径的延长线上放置一个点电荷,球内直径上有三点a、b、c,电场强度大小分别为Ea、Eb、Ec,三点电场强度相比(　　)
A.Ea最大
B.Eb最大
C.Ec最大
D.Ea=Eb=Ec
答案：D
解析：金属球处于电场中达到静电平衡,内部电场强度处处为零,故选项D正确。
4.如图所示,某人站在电压达几万伏的电极旁边,轻松地把玩着“闪电”,却安然无恙。据了解,他身上穿着一件特别的衣服,叫“高压屏蔽服”。制成这种“高压屏蔽服”的材料可能是(　　)
A.玻璃
B.木屑
C.塑料片
D.金属丝
答案：D
解析：处于静电平衡的导体内部电场强度处处为0,金属导体才能屏蔽外电场,选项D正确。
5.下图为静电除尘机原理示意图,废气先经过一个机械过滤装置再进入静电除尘区,带负电的尘埃在电场力的作用下向集尘极迁移并沉积,以达到除尘目的,图中虚线为电场线(方向未标)。不考虑尘埃在迁移过程中的相互作用和电荷量变化,则(　　)
A.电场线方向由放电极指向集尘极
B.图中A点电场强度大于B点电场强度
C.尘埃在迁移过程中做匀变速运动
D.尘埃在A点和B点所受电场力方向相反
答案：B
解析：带负电的尘埃在电场力的作用下向集尘极迁移并沉积,故电场线应由集尘极指向放电极,选项A错误;由电场线的疏密程度代表电场强弱可知,选项B正确;电场为非匀强电场,选项C错误;电场力方向沿电场线的切线方向,选项D错误。
6.如图所示,在绝缘板上放有一个不带电的验电器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.把电棒C(带绝缘柄的导体棒)先跟B的内壁接触一下后再跟A的金属球接触
B.把电棒C先跟B的外壁接触一下后再跟A的金属球接触
C.用绝缘导线把验电器A的金属球跟电棒C的导体部分相连,再把电棒C与B的内壁接触
D.使验电器A靠近B
答案：BCD
解析：选项A中先和B的内壁接触后,由于B的内壁本身没有电荷,所以再接触A的金属球时验电器箔片不张开;选项B中可以使C球带电,从而使A带电;选项C中用绝缘导线相连实际上是将验电器A和B连成了一个导体,A因接触而带电;选项D中是感应起电。所以选项B、C、D正确。
7.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,故选项A、C错误,B、D正确。
二、计算题
8.如图所示,xOy平面是无穷大导体的表面,该导体充满z<0的空间,z>0的空间为真空。将电荷量为q的点电荷置于z轴上z=h处,则在xOy平面上会产生感应电荷。空间任意一点处的电场皆是由点电荷q和导体表面上的感应电荷共同激发的。已知静电平衡时导体内部电场强度处处为零,则在z轴上z=处的电场强度大小为多少 (k为静电力常量)
答案：
解析：在z轴上z=-处,合电场强度为零,该点电场强度为q和导体上感应电荷产生电场的矢量和。
q在z轴上z=-处产生的电场强度为
E1=
由于导体远端离z=-处很远,影响可以忽略不计,故导体上感应电荷在z=-处产生的电场强度近似等于导体表面上感应电荷在z=-处产生的电场强度,为E2=-E1=
根据对称性,导体表面上感应电荷在z=处产生的电场强度为
E3=-E2=-
电荷q在z=处产生的电场强度为
E4=
故z=处的合电场强度为
E3+E4=-。