高中物理 人教版（2019） 必修 第三册 9.4静电的防治与利用 学案（有解析）

9.4 静电的防止与利用
1.静电平衡
静电感应现象：放入电场中的导体，由于静电感应，在导体的两侧出现感应电荷的现象。
静电平衡状态：导体内的自由电荷不再发生定向移动的状态。
2.电离和尖端放电
电离：导体尖端的电荷密度很大，附近的电场强度很大，空气中的带电粒子剧烈运动，从而使空气分子被撞“散”而使空气分子中的正、负电荷分离的现象。
尖端放电：导体尖端的强电场使附近的空气电离，电离后的异种离子与尖端的电荷中和，相当于导体从尖端失去电荷的现象。
尖端放电的应用与防止：
应用：避雷针是利用尖端放电避免雷击的一种设施。
防止：高压设备中导体的表面尽量光滑，减少电能的损失。
3.静电屏蔽
静电平衡时，导体壳内空腔里的电场处处为零，外电场对壳内不会产生影响。
静电屏蔽的应用：
（1）把电学仪器放在封闭的金属壳里。
（2）电力工人高压带电作业，全身穿戴金属丝网制成的衣、帽、手套、鞋，可以对人体起到静电屏蔽作业，使人安全作业。
（3）野外三条输电线上方架设两条导线，与大地相连，把输电线屏蔽起来。
4.静电的危害与防止
静电是一种常见现象，它会给人们带来麻烦，甚至造成危害。如在印刷厂里，纸张之间摩擦带电，会使纸张粘在一起，难以分开；在印染厂里，棉纱、毛绒、人造纤维上的静电会吸引空气中的尘埃，使印染质量下降。静电对现代高精密度、高灵敏度电子设备影响很大，大量的静电不但会妨碍电子设备的正常运行，甚至会因火花放电而击穿电子仪器的某些器件。
防止静电危害的主要方法与途径
（1）尽量减少静电的产生，常用的方法是增大空气的湿度。
（2）尽快把静电导走，防止静电积累，常用的最简单办法是接地。
（3）在易燃易爆气体和粉尘聚集的场所保持良好的通风，消除静电火花的引爆条件。
一、单选题
1．处于静电平衡的导体，内部场强处处为零的原因是（ ）
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场强为零
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．如图所示，将一个带正电的小球放在本身不带电的导体靠近端一侧，由于静电感应，导体的A、B两端分别出现负、正感应电荷。则以下说法中正确的是（　　）
A．端接一下地，导体将带正电荷
B．端接一下地，导体将带负电荷
C．因为两端有电荷，所以导体内部的电场强度不为0
D．导体上的感应电荷在导体内部产生的电场强度为0
3．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(不与球接触)，另有一个悬挂在细线上的带负电的小球B向C靠近，如图所示，于是有(　　)
A．.A向左偏离竖直方向，B向右偏离竖直方向
B．A的位置不变，B向右偏离竖直方向
C．.A向左偏离竖直方向，B的位置不变
D．.A和B的位置都不变
4．下列哪些措施是为了防止静电产生的危害（　　）
A．在高大的建筑物顶确装上避雷针 B．在高大的烟囱中安装静电除尘器
C．静电复印 D．静电喷漆
5．电工穿的高压作业服是用金属丝编织的，下列说法正确的是（　　）
A．金属丝编织的衣服不易拉破
B．金属丝必须达到一定的厚度，才能对人体起到保护作用
C．电工被金属丝衣服所包裹，使体内电场强度为0
D．金属丝电阻小，能对人体起到保护作用
6．为了防止静电的危害，应尽快把产生的静电导走．下列措施中不是防止静电危害的是（　　）
A．高大的建筑物上都装有避雷针 B．电工钳柄上套有绝缘胶套
C．飞机轮上装搭地线 D．印刷车间中保持适当的湿度
7．如图所示，一个方形的金属盒原来不带电，现将一个带电荷量为＋Q的点电荷放在盒左边附近，达到静电平衡后，盒上的感应电荷在盒子内部产生的电场分布情况正确的是(　　)
A．
B．
C．
D．
8．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，呆在汽车里比呆在木屋里要危险
9．如图所示为静电力演示仪，两金属极板分别固定于绝缘支架上，且正对平行放置．工作时两板分别接高压直流电源的正负极，表面镀铝的乒乓球用绝缘细线悬挂在金属极板中间，则
A．乒乓球的左侧感应出负电荷
B．乒乓球受到扰动后，会被吸在左极板上
C．乒乓球共受到电场力，重力和库仑力三个力的作用
D．用绝缘棒将乒乓球拨到与右极板接触，放开后乒乓球会在两极板间来回碰撞
10．图中接地金属球A的半径为R，球外点电荷的电荷量为Q，到球心的距离为r。该点电荷感应的感应电荷在球心的场强大小等于(　　)
A． B． C．0 D．
11．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,缝被针与手摇起电机的负极相连,在铝板和缝被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铝板吸附.下列说法中正确的是(　　)
A．烟尘颗粒可以带正电而被吸附到铝板上
B．某个烟尘颗粒在被吸附过程中离铝板越近,则速度越大
C．某个烟尘颗粒在被吸附过程中离铝板越近,则速度越小
D．某个电荷量不变的烟尘颗粒离铝板越近,则加速度越大
12．如图所示，A为空心金属球，B为金属球，将另一带正电的小球C从A球开口处放入A球中央，不接触A球，然后用手摸一下A球，再用手接触一下B球，再移走C球，则( )
A．A球带负电，B球带正电 B．A球带负电，B球不带电
C．A、B两球都带负电 D．A、B两球都带正电
二、多选题
13．如图所示，P是一个带电体，N是一个不带电的金属空腔，在哪种情况中，放在绝缘板上的小纸屑S不会被P吸引　　
A． B． C． D．
14．图为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．电场方向由集尘极指向放电极
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
15．如图所示，在水平放置的光滑金属板中点的正上方，有带正电的点电荷＋Q，一表面绝缘带正电的金属小球C可视为质点，且不影响原电场，自左向右以初速v０向右运动，则在运动过程中（　　）
A．小球先做减速后加速运动
B．小球做匀速直线运动
C．小球受到的电场力的做功不为零
D．小球受到的电场力对小球做功为零
三、填空题
16．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________。
17．如下图所示,金属板M接高压电源的正极,金属板N接负极．金属板N上有两个等高的金属柱A、B,其中A为尖头,B为圆头．逐渐升高电源电压,当电压达到一定值时,可看到放电现象．先产生放电现象的是_____（选填“A”或者“B”），这种放电现象叫作_____________放电．
四、解答题
18．如图所示，在工厂里，靠近传送带的工人经常受到电击．经研究发现，这是由于传送带在传送过程中带上了电．
（1）为什么靠近传送带的物体也会带电？
（2）你可以用什么方法来解决电击问题？
参考答案：
1．D
【解析】
【分析】
【详解】
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，两电场叠加的合场强为零。
故选D。
2．B
【解析】
【分析】
【详解】
AB．达到静电平衡状态以后，A处带负电，B处带正电，当A端接一下地，会使大地的电子流入枕形导体，导体B处电荷被中和，则导体将带负电。故A错误，B正确；
CD．达到静电平衡状态以后，导体内部的电场场强处处为0，导体上的感应电荷在导体内部产生的场强不为零。故CD错误。
故选B。
3．B
【解析】
【详解】
A在空心金属球内，由于静电感应，使得C外表面带正电，B、C相互吸引，所以B向右偏；
而金属空腔C可以屏蔽外部的B的电场，所以B的电荷对空腔C的内部无影响，所以A位置不变．故B正确，ACD错误；故选B．
点睛：考查静电感应现象，掌握同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引．并理解外部电场对空心球内部没有影响，即为静电屏蔽．
4．A
【解析】
【详解】
A．在高大的建筑物顶确装上避雷针，这是为了防止静电产生的危害，选项A正确；
BCD．在高大的烟囱中安装静电除尘器、静电复印和静电喷漆都是利用静电，选项BCD错误。
故选A。
5．C
【解析】
【分析】
【详解】
电工在进行高压作业时，要穿上用金属丝编织成的高压作业服，相当于把人体用金属网罩起来，起到静电屏蔽的作用，这样，外部电场就不会影响到人体，从而避免了感应电流对人体的伤害，所以C正确；ABD错误；
故选C。
6．B
【解析】
【分析】
【详解】
B．电工钳柄上套有绝缘胶套是为了防止触电，所以B错误，符合题意；
ACD．高大的建筑物上都装有避雷针，飞机轮上装搭地线，印刷车间中保持适当的湿度，都是防止静电危害，必须把静电导走，所以ACD正确，不符合题意；
故选B。
7．C
【解析】
【详解】
由点电荷的电场强度公式E=k得带电量为q的点电荷在周围空间中产生的电场强度为：E=，长方体金属盒达到静电平衡后，长方体金属盒上感应电荷在某点处产生的场强大小与点电荷q在该处产生的电场强度大小相等，则为：E′=E=k．感应电荷的电场与点电荷的电场的方向相反．所以只有C正确．故选C．
【点睛】
感应带电的本质是电荷的转移，当金属导体处于电场时会出现静电平衡现象，关键要理解并掌握静电平衡的特点．
8．B
【解析】
【详解】
A．电力工人高压带电作业，全身穿戴金属丝网制成的衣、帽、手套、鞋，可以对人体起到静电屏蔽作用，使人安全作业，A错误；
B．因为塑料和油摩擦容易起电，产生的静电荷不易泄漏，形成静电积累，造成爆炸和火灾事故，B正确；
C．小鸟的两只脚之间的距离很小，所以小鸟的两只脚之间的电压也很小，所以不会对小鸟造成危害，C错误；
D．一辆金属车身的汽车也是最好的“避雷所”，一旦汽车被雷击中，它的金属构架会将闪电电流导入地下，D错误；
故选B。
9．D
【解析】
【详解】
从图中可知金属板右侧连接电源正极，所以电场水平向左，故乒乓球上的电子移动到右侧，即乒乓球的右侧感应出负电荷，A错误；乒乓球右侧带负电，受到的电场力向右，乒乓球左侧带正电，受到的电场力向左，因为左右两侧感应出的电荷量相等，所以受到的电场力相等，乒乓球受到扰动后，最终仍会静止，不会吸附到左极板上，B错误；乒乓球受到重力和电场力作用，库仑力即为电场力，C错误；用绝缘棒将乒乓球拨到与右极板接触，乒乓球带正电，在电场力作用下，与左极板接触，然后乒乓球带负电，又在电场力作用下，运动到右极板，与右极板接触后乒乓球带正电，在电场力作用下，运动到左极板，如此重复，即乒乓球会在两极板间来回碰撞，D正确．
【考点定位】考查了库仑力，静电感应
【方法技巧】静电感应的实质是电荷间的相互作用力，同种电荷相斥，异种电荷相吸，对于一个不带电的导体，在电场中两侧感应出的电荷是等量异种电荷
10．D
【解析】
【分析】
本题考查静电平衡和场强公式，难度较小，根据处于静电平衡中的导体内部场强处处为零，感应电荷产生的场强与外部场强等大反向分析解答即可．
【详解】
处于静电平衡中的导体内部场强处处为零，Q在O点产生的场强与感应电荷在O点产生的场强等大反向，由此可知静电平衡后感应电荷在球心处产生的电场强度大小为 。
故选D。
11．B
【解析】
【详解】
负离子在电场力的作用下，向正极移动时，碰到烟尘微粒使它带负电．因此，带电尘粒在电场力的作用下，向铝板运动，被吸附到铝板上，故A错误；烟尘向铝板运动时，在电场力作用下做加速运动，所以离铝板越近速度越大，故B正确，C错误；根据针尖端的电场线密集，同一微粒离铝板越近则加速度越小，故D错误．故选B.
12．B
【解析】
【详解】
当把C球放入A内部时，由于静电感应则A空腔内部带负电，外表面带正电，若用手摸一下A球，则A表面的正电荷被斥向大地，大地中的负电将被吸引到A,，于是在A的内部形成电场，而外部没电场，故当再用手接触一下B球时，不会发生电荷的移动，即当再移走C球时，A球带负电，B球不带电，故选B.
13．AC
【解析】
【分析】
分析各项中电场的分布，明确纸屑所在位置是否有电场存在，从而明确是否会被吸引，注意明确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，导致小纸屑不能被吸引．
【详解】
A图中当负电荷放在金属壳外时，使金属壳上端带正电荷，下端带负电荷，两端形成感应电荷，感应电场与外电场相叠加，所以内部电场强度为零，因此绝缘板上的小纸屑(图中S)不会被吸引；故A正确B图中当负电荷放在金属壳内时，使金属壳内部带正电荷，外部带负电荷，导致外部出现感应电场，从而使得绝缘板上的小纸屑(图中S)会被吸引；故B错误；
C图中当负电荷放在金属壳内时，由于接地，则使金属壳外不带电，所以外部没有电场，从而使得绝缘板上的小纸屑(图中S)不会被吸引；故C正确；D图中当负电荷放在金属壳外时，使金属壳上端带正电荷，下端带负电，导致出现感应电场.从而使得绝缘板上的小纸屑(图中S)会被吸引；故D错误．本题选择小纸屑S不会被P吸引的，故选AC．
【点睛】
绝缘板上的小纸屑（图中S）能否会被吸引，只要判定此处有无电场，若有电场，则会出现感应电荷，从而被吸引．因此通过对负电荷在金属壳的不同位置及接地情况来分析是否有电场，从而判断是否会被吸引．
14．BD
【解析】
【分析】
本题考查运用分析实际问题工作原理的能力，解题时，抓住尘埃的运动方向是突破口，要求同学们熟练掌握静电的防止与应用的具体实例．
【详解】
AB．由图示可知，集尘机电势高，放电极电势低，放电极与集尘极间电场方向向左，即电场方向由集尘极指向放电极，尘埃在电场力的作用下向集尘极迁移，则知尘埃所受的电场力向右，故到达集尘极的尘埃带负电荷，故A错误，B正确．
C．电场方向向左，带电尘埃所受电场力方向向右，带电尘埃所受电场力的方向与电场方向相反，故C错误；
D．由F=Eq可知，同一位置带电荷量越多的尘埃所受电场力越大，故D正确．
15．BD
【解析】
【详解】
金属板在Q的电场中达到静电平衡时，金属板是一个等势体，表面是一个等势面，表面的电场线与表面垂直，小球所受电场力与金属板表面垂直，在金属板上向右运动的过程中，电场力方向与位移方向垂直，对小球不做功，根据动能定理得知，小球的动能不变，速度不变，所以小球做匀速直线运动，故A、C错误，B、D正确．
16． 向左
【解析】
【详解】
[1]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
[2]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。
17． A 尖端
【解析】
【分析】
首先分析A和B末端物体的形状，根据尖端放电的知识可知越尖锐的地方越容易放电；A的末端比B的末端尖锐，由此分析哪个金属柱先产生放电现象；
【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，这种放电现象叫做尖端放电；
答案为：A；尖端；
【点睛】
关键是掌握尖端放电现象的原理，越尖锐的地方越容易放电．
18．(1)见解析；(2)见解析
【解析】
【分析】
【详解】
（1）传送带因为与被传送的物体间发生摩擦而带电，靠近传送带的物体因为感应也带上电。
（2）要避免这种电击，可以把导体材料如金属丝等掺到传送带材料中，让传送带变成导体，或者用导体制造传送带，再用适当的方法把传送带接地，静电便不会积累，工人也不会再遭电击。