4．静电的防止与利用
[学习任务] 1．知道什么是静电平衡状态，能说出静电平衡状态下的导体特点。
2．知道导体上电荷的分布特征，了解尖端放电、静电屏蔽现象及其成因。
3．了解静电除尘、静电喷漆、静电复印的工作原理。
[问题初探] 问题1．静电平衡状态指的是什么状态？
问题2．静电平衡状态的导体内部电场强度有什么特点？
问题3．避雷针的原理是什么？
[提示] 问题1．导体内的自由电子不再发生定向移动的状态。
问题2．内部的电场强度处处为零。
问题3．尖端放电。
[自我感知] 经过你认真的预习，结合你对本节课的理解和认识，请画出本节课的知识逻辑体系。
静电平衡
1．静电感应现象：放入电场中的导体，由于静电感应，在导体的两侧感应出电荷的现象。
2．静电平衡状态：导体内的自由电子不再发生定向移动的状态。
3．导体内部电场强度特点：处于静电平衡状态的导体，其内部的电场强度处处为0。
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。
问题1．自由电子定向移动的原因是什么？定向移动的方向又如何？
提示：静电力，与电场强度方向相反。
问题2．自由电子能否一直定向移动？为什么？
提示：不能，自由电子也形成电场E′，当E′＝－E0时，不再定向移动。
1．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)金属导体建立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E与导体两端的感应电荷产生的附加电场E′的合电场强度为零，E′＝－E。
2．处于静电平衡时的导体上的电荷分布特点
(1)净电荷只分布在导体外表面，内部没有净电荷。
(2)感应电荷分布于导体两端，电性相反，电荷量相等，近异远同，如图甲所示。
(3)净电荷在导体外表面的分布不均匀，一般越是尖锐的地方电荷的分布越密集，如图乙所示。
【典例1】 (对静电平衡的理解)如图所示，把一个架在绝缘支架上的枕形导体放在正点电荷形成的电场中，导体处于静电平衡状态。下列说法正确的是 ( )
A．导体内部A点的电场强度大于B点的电场强度
B．感应电荷在A、B两点产生的附加电场强度EA＝EB
C．感应电荷在A、B两点产生的附加电场强度EAD．当开关S闭合时，电子从大地沿导线向导体移动
D [枕形导体在正点电荷附近，出现静电感应现象，导致电荷重新分布，因此在枕形导体内部出现感应电荷的电场与点电荷的电场叠加，静电平衡时，导体内部电场强度处处为零，A错误；导体内部的电场强度处处为零，所以感应电荷产生的附加电场强度的大小与点电荷产生的电场强度的大小相等，方向相反，故EA>EB，B、C错误；当开关S闭合时，电子从大地沿导线向导体移动，D正确。]
【典例2】 (处于静电平衡的导体的电荷分布)(多选)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．用带绝缘外皮的导线把验电器A跟取电棒C的导体部分相连，再把取电棒C与B的外壁接触
D．使验电器A靠近B
BCD [A项中取电棒先和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时验电器箔片不张开；B项中可以使取电棒带电，从而使A带电；C项中用带绝缘外皮的导线连接实际上是将验电器A和C连成了一个导体，A因接触而带电；D项中是感应起电。所以B、C、D项正确。]
【典例3】 (利用静电平衡的特点求解电场强度)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。当棒达到静电平衡时，求棒上感应电荷在棒内中点P处产生的电场强度。
[解析] 导体棒在点电荷＋q的电场中发生静电感应，左端感应出负电荷，右端感应出正电荷，棒中任何一点都有两个电场，即外电场(＋q在该点形成的电场E0)和感应电场(棒上感应电荷在该点形成的
电场E′)，达到静电平衡时E′＝E0。棒的中点与点电荷＋q的距离r＝R＋，于是有E′＝E0＝，E′和E0方向相反，即E′方向向左。
[答案] ，方向向左
求处于静电平衡状态的导体内部某点感应电荷产生的电场强度的方法
(1)求出外电场在所求点的电场强度E外的大小和方向。
(2)由于导体处于静电平衡状态，则导体内部各点满足静电平衡条件E合＝0。
(3)由E合＝E外＋E感＝0，求出感应电荷在所求点电场强度E感的大小和方向。
尖端放电 静电屏蔽
[链接教材] 教材中如图所示的实验中，用金属网把验电器罩起来，验电器的金属箔片能张开吗？为什么？
提示：不会张开，金属网可以屏蔽外电场。
1．电离：导体尖端的电荷密度越大，附近的电场强度越大，使空气中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的现象。
2．尖端放电：导体尖端的强电场使附近的空气电离出带电粒子，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，与尖端的电荷中和，相当于导体从尖端失去电荷的现象。
3．尖端放电的应用与防止
(1)应用：避雷针是利用尖端放电避免雷击的一种设施。
(2)防止：高压设备中导体的表面尽量光滑，减少电能的损失。
4．静电屏蔽：把一个电学仪器放在封闭的金属壳(网)里，即使壳(网)外有电场，由于壳(网)内电场强度保持为零，外电场对壳(网)内的仪器不会产生影响的现象。
5．静电屏蔽的应用：电学仪器外面有金属壳、野外高压线上方有两条导线与大地相连。
如图所示，超高压带电作业的工人穿戴的工作服，是用铜丝编织的。
问题1．为什么要用包含金属丝的织物制成？
提示：利用了静电屏蔽，将外面电场屏蔽掉，使电工不受影响。
问题2．高压输电线上方架着与大地相连的两条导线的目的？
提示：形成了一个稀疏的金属网，以减小被雷击中的概率，利用了静电屏蔽。
1．尖端放电
导体尖端电荷密度大，周围的电场强度大，把周围的空气电离，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，所带电荷与导体尖端的电荷符号相反的粒子被吸引而奔向尖端，与尖端上的电荷中和。
2．静电屏蔽
(1)静电屏蔽的实质
静电屏蔽的实质是利用了静电感应现象，使金属壳内感应电荷的电场和外加电场矢量和为零，好像是金属壳将外电场“挡”在外面，即所谓的屏蔽作用，其实是壳内两种电场并存，矢量和为零。
(2)静电屏蔽的两种情况
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
图示
实现 过程 因场源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电场强度为零，达到静电平衡状态，起到屏蔽外电场的作用 当空腔外部接地时，外表面的感应电荷因接地将传给地球，外部电场消失，起到屏蔽内电场的作用
最终 结论 导体内空腔不受外界电荷影响 接地导体空腔外部不受内部电荷影响
本质 静电感应与静电平衡，所以做静电屏蔽的材料只能是导体，不能是绝缘体
【典例4】 (对尖端放电的理解)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
A [由于导体尖端电荷比较密集，更容易产生放电现象。]
【典例5】 (静电外屏蔽)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接触，达到静电平衡后，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
[思路点拨] (1)因静电感应，带正电小球A可使金属壳内外表面产生感应电荷。
(2)金属壳B的外表面接地，外表面与大地间可通过接地线发生电荷的转移，最终使金属壳外表面不带电。
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，且由于A带正电，则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。]
【典例6】 (静电内屏蔽)如图所示，用金属网把不带电的验电器罩起来，再使带电金属球靠近金属网，则下列说法正确的是( )
A．箔片张开
B．箔片不张开
C．金属球带电荷量足够大时才会张开
D．金属网罩内部电场强度不为零
B [金属网是导体，从而形成了静电屏蔽，使金属网罩内部电场强度为零，验电器上端不会感应出电荷，所以箔片不张开，与金属球所带电荷量无关。故选B。]
处理静电屏蔽问题的三点注意
(1)空腔可以屏蔽外界电场作用，接地的空腔可以屏蔽内部的电场作用，其本质都是因为激发电场与感应电场叠加的结果，分析中应特别注意分清是哪一部分电场作用，还是合电场作用的结果。
(2)对静电感应，要掌握导体内部的自由电荷是如何移动的，是如何建立起附加电场的，何处会出现感应电荷。
(3)对静电平衡，要理解导体达到静电平衡时所具有的特点。
静电吸附
1．静电吸附：在电场中，带电粒子在静电力作用下，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，向着作为正极的工件运动，并沉积在工件表面。
4．静电复印：复印机应用了静电吸附的原理，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是绝缘体，受光照时变成导体。
问题1．油罐车尾部都装有导电拖地带，你知道这是为什么吗？
提示：油罐车在运输过程中，油与桶壁的摩擦、车身与空气的摩擦都会产生静电，导电拖地带的作用是及时地把静电导走，防止产生电火花而发生爆发。
问题2．在加油站给车加油前，为什么要触摸一下静电释放器？
提示：为了避免人体携带电荷，在接触金属加油枪时放电，放电产生静电火花，可能会引燃汽油，造成危险。
1．静电的应用
利用静电的性质 应用举例
利用静电能吸引较小物体 静电复印、静电喷漆、静电喷雾、激光打印、静电除尘
利用高压产生的电场 静电保鲜、静电灭菌、农作物种子处理
利用放电产生物 臭氧防止紫外线、氮合成氨
2．静电的防止
防止静电危害的基本办法是尽快把产生的静电导走，避免越积越多。
防止静电的途径主要有：
(1)避免产生静电，例如，在可能情况下选用不易产生静电的材料。
(2)避免静电的积累，产生的静电要设法导走，例如，增加空气湿度、接地等。
【典例7】 (静电除尘)如图所示，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，在静电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．带电尘埃带正电荷
B．电场方向由放电极指向集尘极
C．带电尘埃所受静电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静电力越大
D [集尘极接电源的正极，尘埃在静电力作用下向集尘极迁移并沉积，说明尘埃带负电，A错误；由于集尘极与电池的正极连接，电场方向由集尘极指向放电极，B错误；负电荷在电场中受静电力的方向与电场方向相反，C错误；根据F＝qE可得，同一位置带电荷量越多的尘埃所受静电力越大，D正确。]
【典例8】 (静电喷涂)静电喷涂利用了电荷之间的相互作用，其喷涂原理如图所示，则下列说法正确的是 ( )
A．涂料微粒一定带正电
B．涂料微粒一定带负电
C．涂料微粒可能带正电，也可能带负电
D．喷嘴与工件之间的电场为匀强电场
A [由于工件带负电，因此根据同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引，涂料微粒一定带正电，才能更容易吸附在工件上，A正确，B、C错误；根据题图中的信息可知，喷嘴与工件之间的电场是非匀强电场，D错误。]
【教用·备选例题】
如图所示，一个带负电的金属球放在绝缘的支架上，处于静电平衡状态，金属球内部的电场强度大小为E1，若减少金属球的带电荷量，再次处于静电平衡状态后，金属球内部的电场强度大小为E2，则( )
A．E2＜E1 B．E2＞E1
C．E2＝E1 D．无法确定
C [处于静电平衡状态的导体内部的电场强度处处为零，选项C正确。]
1．关于静电的防止与利用，下列说法正确的是( )
A．飞机上的着地轮用绝缘橡胶做轮胎，是为了及时地把飞机在飞行过程中由于摩擦而产生的电荷转移给大地，以免发生放电现象，保证飞机和乘客的安全
B．给病人做麻醉的医生和护士都要穿绝缘性能良好的化纤制品，可防止麻醉药燃烧
C．避雷针是利用了静电的尖端放电现象制作的，通常把避雷针顶端设计成球形是为了美观
D．高压输电线表面要很光滑，才能避免因尖端放电而损失电能
D [飞机上的着地轮是用导电橡胶做轮胎，而不是用绝缘橡胶的，故A错误；绝缘性能良好的化纤制品制成的衣服不能及时把静电导入大地，容易造成手术事故，故B错误；避雷针是利用了静电的尖端效应制作的，故避雷针必须做成针状，不能做成球形，故C错误；由于尖端放电现象，高压输电线表面要很光滑，才能避免因尖端放电而损失电能，故D正确。]
2．(多选)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
AC [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；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；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。]
3．如图所示，一个原来不带电的半径为r的空心金属球放在绝缘支架上，在其右侧与球心等高处放置一个电荷量为＋Q的点电荷，点电荷到金属球表面的最近距离为2r。由于静电感应，使金属球上出现了感应电荷，则球的左侧带________(选填“正”或“负”)电。空心金属球达到静电平衡状态时，球心处的电场强度大小为________，感应电荷在球心处产生的电场强度大小为________，方向________。
[解析] 金属球上的自由电荷被吸引到右端，左端带正电，由于静电平衡，球心处的合电场强度为零，点电荷Q在球心处产生的电场强度E＝k＝，方向水平向左，则球面上感应电荷在球心O处的电场强度大小为E′＝E＝，方向水平向右。
[答案] 正 0 水平向右
回归本节知识，完成以下问题：
1．如图所示，把一个不带电的金属导体ABCD放到电场强度为E0的电场中。由于静电感应，在导体AB侧的平面上和CD侧的平面上将感应出什么电荷？
提示：在导体AB侧的平面上将感应出负电荷，在CD侧的平面上将感应出正电荷。
2．静电平衡时，导体ABCD内部的电场强度有什么特点？
提示：处于静电平衡状态的导体，其内部的电场强度处处为0。
3．什么叫作尖端放电？
提示：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。这种现象叫作尖端放电。
4．尖端放电对高压设备有什么危害？应怎样减小危害？
提示：尖端放电会导致高压设备上电能的损失，所以高压设备中导体的表面应该尽量光滑。
5．野外高压输电线是怎样利用静电屏蔽的？
提示：野外高压输电线在三条输电线上方还有两条导线，它们与大地相连，形成一个稀疏的金属“网”，把高压线屏蔽起来，使其免遭雷击。
6．静电吸附主要有哪些应用？
提示：静电除尘、静电喷漆、静电复印等。
课时分层作业(四) 静电的防止与利用
?题组一 静电平衡
1．如图所示，显示了在外加匀强电场E0的情况下，无穷大导体板中静电平衡的建立过程。下列说法正确的是( )
A．图甲、图乙显示了导体内部带负电的电子在静电力作用下运动，而带正电的粒子不受静电力作用
B．图丙中，导体内部电场强度处处为零
C．图丙中，导体内部没有电场
D．图丙中，导体AB表面感应电荷将在导体内部产生一个水平向左的电场，大小也为E0
B [题图甲、乙显示了导体内部带负电的电子在静电力作用下向左运动，易知带正电的粒子同样会受到静电力的作用，A错误；题图丙中导体AB表面和CD表面的感应电荷将在导体内部产生一个水平向左的感应电场，大小也为E0，与原电场叠加后，使得导体内部电场强度处处为零，但感应电场和原电场依然存在，故B正确，C、D错误。]
2．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
C [静电平衡状态中的导体内部电场强度处处为零。故C正确。]
3．在点电荷－Q形成的电场中，一金属圆盘处于静电平衡状态，若圆盘所在平面与点电荷在同一平面内，则能正确表示圆盘上感应电荷在圆盘中A点所激发的附加电场强度E′的方向的是下图中的( )
A B
C D
A [由于圆盘处于静电平衡状态，感应电荷在圆盘中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E等大反向，选项A正确。]
?题组二 尖端放电 静电屏蔽
4．(2021·浙江6月选考)如图所示，在火箭发射塔周围有钢铁制成的四座高塔，高塔的功能最有可能的是( )
A．探测发射台周围风力的大小
B．发射与航天器联系的电磁波
C．预防雷电击中待发射的火箭
D．测量火箭发射过程的速度和加速度
C [在火箭发射塔周围有钢铁制成的四座高塔，因钢铁制的高塔有避雷作用，其功能是预防雷电击中待发射的火箭。故选C。]
5．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
B [电工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。]
6．(多选)金属壳放在光滑的绝缘水平垫上，下列四幅图中金属壳能起到屏蔽图中电荷产生电场作用的是( )
A B C D
ABD [选项A中，由于金属壳发生静电感应，内部电场强度为零，金属壳起到屏蔽外电场的作用，选项A正确；选项B中，金属壳同大地连为一体，外壳起到屏蔽外电场的作用，选项B正确；选项C中电荷会引起金属壳内、外表面带电，外表面电荷会在壳外空间中产生电场，即金属壳起不到屏蔽作用，选项C错误；选项D中，将金属壳接地后，外表面不带电，壳外不产生电场，金属壳起到屏蔽内电场的作用，选项D正确。]
?题组三 静电吸附
7．(多选)如图所示为静电除尘示意图，在M、N两点间加高压电源时，金属管内的空气电离，电离出的电子在静电力的作用下运动，遇到烟气中的煤粉，使煤粉带负电荷，因而煤粉被吸附到管壁上，排出的烟就清洁了。就此示意图，下列说法正确的是( )
A．N接电源的正极
B．M接电源的正极
C．电场强度EB＞EA
D．电场强度EB＜EA
AC [电子附着在煤粉上，使煤粉带上负电荷，煤粉若能吸附在管壁上，说明管壁带正电荷，因此可知N接电源正极，A正确，B错误；金属棒与金属管可看成圆柱电极与圆环电极，电场线分布情况如图所示，由图可知金属棒附近的B点处电场线较密，而靠近金属管壁的A点处电场线较疏，故B处电场强度比A处电场强度大，即EB＞EA，C正确，D错误。
]
8．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有机光导体(OPC)而制成的，没有光照时，OPC是绝缘体，受到光照时变成导体。如图所示，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荷；(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
B [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，金属丝附近的空气发生电离，这是将空气电离的现象，A错误；文件反射的强光使鼓体上部分OPC变成导体，将电荷导走，有字的部分则仍是绝缘体，保留电荷，这是局部导电现象，B正确；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，这是异种电荷相互吸引现象，C错误；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，这是异种电荷相互吸引现象，D错误。]
9．(多选)如图所示，在左边的绝缘支架上插上顶针(其顶端是尖的)，在顶针上装上金属风针，若给风针附近的圆形金属板接上正高压极，风针接负高压极，风针尖端放电会使其旋转起来，下列说法中正确的是( )
A．风针尖端附近的电场线分布较密
B．风针附近的空气在强电场下发生电离
C．空气中的阳离子会向风针的尖端运动
D．交换金属板与风针所带电荷电性，风针的尖端会有正电荷射出
ABC [在导体外表面，越尖锐的位置电荷的密度越大，附近的电场越强，所以风针尖端附近的电场线分布较密，故A正确；风针附近的空气中残留的带电粒子在强电场的作用下发生剧烈的运动，把空气中的气体分子撞“散”，也就是使分子中的正负电荷分离，即发生电离，故B正确；因为风针接负高压极，所以空气中的阳离子会向风针的尖端运动，故C正确；交换金属板与风针所带电荷电性，风针的尖端不会有正电荷射出，因为正电荷固定在金属原子核内，故D错误。]
10．如图所示，A为空心金属球，B为金属球，A、B原来不带电，将另一带正电荷的小球C从A球开口处放入A球中央，不接触A球，然后用手接触一下A球的外表面，再用手接触一下B球，再移走C球，则( )
A．A球带负电荷，B球带正电荷
B．A球带负电荷，B球不带电
C．A、B两球都带负电荷
D．A、B两球都带正电荷
B [首先带正电荷的小球C从A球开口处放入A球中央，根据静电感应现象可知，A球内表面带负电荷，外表面带正电荷，用手接触A的外表面相当于把A球接地，由大地传导过来的电子与A球外表面正电荷中和，使A球外表面不带电，此时A球对外起静电屏蔽作用，A球内的电场不影响外部。用手接触B时，无电荷移动，B球不带电，当带正电荷的C球从A球内移走后，A球内表面所带的负电荷移至外表面，所以此时A球带负电荷。由上述可知，选项B正确。]
11．一金属球，原来不带电，现沿球直径的延长线放置一均匀带电的细杆MN，如图所示，金属球上感应电荷产生的电场在球内直径上a、b、c三点的电场强度大小分别为Ea、Eb、Ec，三者相比( )
A．Ea最大 B．Eb最大
C．Ec最大 D．Ea＝Eb＝Ec
C [处于静电平衡状态的导体内部电场强度处处为零，故a、b、c三点的电场强度都为零。处于静电平衡状态的导体内部电场强度为零是感应电荷产生的电场与外电场叠加的结果，所以感应电荷在球内某点产生的电场的电场强度与MN在这一点产生的电场的电场强度等大反向。比较a、b、c三点感应电场的电场强度，实质上是比较带电体MN产生的电场在这三点的电场强度，由于c点离MN最近，故MN在c点产生的电场强度最大，则感应电荷在c点产生的电场强度也最大。故选C。]
12．如图所示，点电荷A和B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)
[解析] ＋q1在O点的电场强度大小为E1＝k＝3×105 N/C，方向由O指向B
－q2在O点的电场强度大小为E2＝k＝2.4×105 N/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＝5.4×105 N/C，方向由O指向A。
[答案] 5.4×105 N/C，方向由O指向A
13．处于强电场中的空气分子会被电离为电子和正离子，利用此原理可以进行静电除尘。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电极吸附，停止转动手摇起电机，蚊香的烟雾又会袅袅上升。关于这个现象，下列说法正确的是( )
A．烟尘因为带正电而被吸附到缝被针上
B．同一烟尘颗粒在被吸附过程中离铝板越近速度越小
C．同一烟尘颗粒在被吸附过程中离铝板越近速度越大
D．同一烟尘颗粒在被吸附过程中如果带电荷量不变，离铝板越近则加速度越大
C [转动手摇起电机，在铝板和缝被针中间形成强电场，处于强电场中的空气分子会被电离为电子和正离子，烟尘吸附电子带负电，而被吸附到铝板上，选项A错误；由于烟尘颗粒受静电力作用做加速运动，同一烟尘颗粒在被吸附过程中离铝板越近速度越大，选项C正确，B错误；由于离铝板越近，电场强度越小，同一烟尘颗粒在被吸附过程中如果带电荷量不变，离铝板越近则加速度越小，选项D错误。](共84张PPT)
4．静电的防止与利用
第九章 静电场及其应用
整体感知·自我新知初探
[学习任务] 1．知道什么是静电平衡状态，能说出静电平衡状态下的导体特点。
2．知道导体上电荷的分布特征，了解尖端放电、静电屏蔽现象及其成因。
3．了解静电除尘、静电喷漆、静电复印的工作原理。
[问题初探] 问题1．静电平衡状态指的是什么状态？
问题2．静电平衡状态的导体内部电场强度有什么特点？
问题3．避雷针的原理是什么？
[提示] 问题1．导体内的自由电子不再发生定向移动的状态。
问题2．内部的电场强度处处为零。
问题3．尖端放电。
[自我感知] 经过你认真的预习，结合你对本节课的理解和认识，请画出本节课的知识逻辑体系。
探究重构·关键能力达成
1．静电感应现象：放入电场中的导体，由于静电感应，在导体的两侧感应出______的现象。
2．静电平衡状态：导体内的自由电子不再发生__________的状态。
3．导体内部电场强度特点：处于静电平衡状态的导体，其内部的电场强度_________。
知识点一 静电平衡
电荷
定向移动
处处为0
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。
问题1．自由电子定向移动的原因是什么？定向移动的方向又如何？
提示：静电力，与电场强度方向相反。
问题2．自由电子能否一直定向移动？为什么？
提示：不能，自由电子也形成电场E′，当E′＝－E0时，不再定向移动。
1．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)金属导体建立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E与导体两端的感应电荷产生的附加电场E′的合电场强度为零，E′＝－E。
2．处于静电平衡时的导体上的电荷分布特点
(1)净电荷只分布在导体外表面，内部没有净电荷。
(2)感应电荷分布于导体两端，电性相反，电荷量相等，近异远同，如图甲所示。
(3)净电荷在导体外表面的分布不均匀，一般越是尖锐的地方电荷的分布越密集，如图乙所示。
【典例1】 (对静电平衡的理解)如图所示，把一个架在绝缘支架上的枕形导体放在正点电荷形成的电场中，导体处于静电平衡状态。下列说法正确的是 ( )
A．导体内部A点的电场强度大于B点的电场强度
B．感应电荷在A、B两点产生的附加电场强度EA＝EB
C．感应电荷在A、B两点产生的附加电场强度EAD．当开关S闭合时，电子从大地沿导线向导体移动
√
D [枕形导体在正点电荷附近，出现静电感应现象，导致电荷重新分布，因此在枕形导体内部出现感应电荷的电场与点电荷的电场叠加，静电平衡时，导体内部电场强度处处为零，A错误；导体内部的电场强度处处为零，所以感应电荷产生的附加电场强度的大小与点电荷产生的电场强度的大小相等，方向相反，故EA>EB，B、C错误；当开关S闭合时，电子从大地沿导线向导体移动，D正确。]
【典例2】 (处于静电平衡的导体的电荷分布)(多选)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．用带绝缘外皮的导线把验电器A跟取电棒C
的导体部分相连，再把取电棒C与B的外壁接触
D．使验电器A靠近B
√
√
√
BCD [A项中取电棒先和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时验电器箔片不张开；B项中可以使取电棒带电，从而使A带电；C项中用带绝缘外皮的导线连接实际上是将验电器A和C连成了一个导体，A因接触而带电；D项中是感应起电。所以B、C、D项正确。]
【典例3】 (利用静电平衡的特点求解电场强度)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。当棒达到静电平衡时，求棒上感应电荷在棒内中点P处产生的电场强度。
解题技巧 求处于静电平衡状态的导体内部某点感应电荷产生的电场强度的方法
(1)求出外电场在所求点的电场强度E外的大小和方向。
(2)由于导体处于静电平衡状态，则导体内部各点满足静电平衡条件E合＝0。
(3)由E合＝E外＋E感＝0，求出感应电荷在所求点电场强度E感的大小和方向。
[链接教材] 教材中如图所示的实验中，用金属网把验电器罩起来，验电器的金属箔片能张开吗？为什么？
知识点二 尖端放电 静电屏蔽
提示：不会张开，金属网可以屏蔽外电场。
1．电离：导体尖端的电荷密度______，附近的电场强度______，使空气中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______的现象。
2．尖端放电：导体尖端的强电场使附近的空气电离出带电粒子，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，与尖端的电荷______，相当于导体从尖端失去电荷的现象。
3．尖端放电的应用与防止
(1)应用：________是利用尖端放电避免雷击的一种设施。
(2)防止：高压设备中导体的表面尽量______，减少电能的损失。
越大
越大
分离
中和
避雷针
光滑
4．静电屏蔽：把一个电学仪器放在______的金属壳(网)里，即使壳(网)外有电场，由于____________________保持为零，外电场对壳(网)内的仪器不会__________的现象。
5．静电屏蔽的应用：电学仪器外面有金属壳、野外高压线上方有__________与大地相连。
封闭
壳(网)内电场强度
产生影响
两条导线
如图所示，超高压带电作业的工人穿戴的工作服，是用铜丝编织的。
问题1．为什么要用包含金属丝的织物制成？
提示：利用了静电屏蔽，将外面电场屏蔽掉，使电工不受影响。
问题2．高压输电线上方架着与大地相连的两条导线的目的？
提示：形成了一个稀疏的金属网，以减小被雷击中的概率，利用了静电屏蔽。
1．尖端放电
导体尖端电荷密度大，周围的电场强度大，把周围的空气电离，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，所带电荷与导体尖端的电荷符号相反的粒子被吸引而奔向尖端，与尖端上的电荷中和。
2．静电屏蔽
(1)静电屏蔽的实质
静电屏蔽的实质是利用了静电感应现象，使金属壳内感应电荷的电场和外加电场矢量和为零，好像是金属壳将外电场“挡”在外面，即所谓的屏蔽作用，其实是壳内两种电场并存，矢量和为零。
(2)静电屏蔽的两种情况
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
图示
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
实现
过程 因场源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电场强度为零，达到静电平衡状态，起到屏蔽外电场的作用 当空腔外部接地时，外表面的感应电荷因接地将传给地球，外部电场消失，起到屏蔽内电场的作用
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
最终
结论 导体内空腔不受外界电荷影响 接地导体空腔外部不受内部电荷影响
本质 静电感应与静电平衡，所以做静电屏蔽的材料只能是导体，不能是绝缘体
【典例4】 (对尖端放电的理解)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
A [由于导体尖端电荷比较密集，更容易产生放电现象。]
√
【典例5】 (静电外屏蔽)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接触，达到静电平衡后，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
√
[思路点拨] (1)因静电感应，带正电小球A可使金属壳内外表面产生感应电荷。
(2)金属壳B的外表面接地，外表面与大地间可通过接地线发生电荷的转移，最终使金属壳外表面不带电。
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，且由于A带正电，则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。]
【典例6】 (静电内屏蔽)如图所示，用金属网把不带电的验电器罩起来，再使带电金属球靠近金属网，则下列说法正确的是( )
A．箔片张开
B．箔片不张开
C．金属球带电荷量足够大时才会张开
D．金属网罩内部电场强度不为零
√
B [金属网是导体，从而形成了静电屏蔽，使金属网罩内部电场强度为零，验电器上端不会感应出电荷，所以箔片不张开，与金属球所带电荷量无关。故选B。]
规律方法 处理静电屏蔽问题的三点注意
(1)空腔可以屏蔽外界电场作用，接地的空腔可以屏蔽内部的电场作用，其本质都是因为激发电场与感应电场叠加的结果，分析中应特别注意分清是哪一部分电场作用，还是合电场作用的结果。
(2)对静电感应，要掌握导体内部的自由电荷是如何移动的，是如何建立起附加电场的，何处会出现感应电荷。
(3)对静电平衡，要理解导体达到静电平衡时所具有的特点。
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，向着作为______的工件运动，并沉积在工件表面。
知识点三 静电吸附
静电力
正极
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。
静电吸附
绝缘体
问题1．油罐车尾部都装有导电拖地带，你知道这是为什么吗？
提示：油罐车在运输过程中，油与桶壁的摩擦、车身与空气的摩擦都会产生静电，导电拖地带的作用是及时地把静电导走，防止产生电火花而发生爆发。
问题2．在加油站给车加油前，为什么要触摸一下静电释放器？
提示：为了避免人体携带电荷，在接触金属加油枪时放电，放电产生静电火花，可能会引燃汽油，造成危险。
1．静电的应用
利用静电的性质 应用举例
利用静电能吸引较小物体 静电复印、静电喷漆、静电喷雾、激光打印、静电除尘
利用高压产生的电场 静电保鲜、静电灭菌、农作物种子处理
利用放电产生物 臭氧防止紫外线、氮合成氨
2．静电的防止
防止静电危害的基本办法是尽快把产生的静电导走，避免越积越多。
防止静电的途径主要有：
(1)避免产生静电，例如，在可能情况下选用不易产生静电的材料。
(2)避免静电的积累，产生的静电要设法导走，例如，增加空气湿度、接地等。
【典例7】 (静电除尘)如图所示，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，在静电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．带电尘埃带正电荷
B．电场方向由放电极指向集尘极
C．带电尘埃所受静电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静电力越大
√
D [集尘极接电源的正极，尘埃在静电力作用下向集尘极迁移并沉积，说明尘埃带负电，A错误；由于集尘极与电池的正极连接，电场方向由集尘极指向放电极，B错误；负电荷在电场中受静电力的方向与电场方向相反，C错误；根据F＝qE可得，同一位置带电荷量越多的尘埃所受静电力越大，D正确。]
【典例8】 (静电喷涂)静电喷涂利用了电荷之间的相互作用，其喷涂原理如图所示，则下列说法正确的是 ( )
A．涂料微粒一定带正电
B．涂料微粒一定带负电
C．涂料微粒可能带正电，也可能带负电
D．喷嘴与工件之间的电场为匀强电场
√
A [由于工件带负电，因此根据同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引，涂料微粒一定带正电，才能更容易吸附在工件上，A正确，B、C错误；根据题图中的信息可知，喷嘴与工件之间的电场是非匀强电场，D错误。]
【教用·备选例题】
如图所示，一个带负电的金属球放在绝缘的支架上，处于静电平衡状态，金属球内部的电场强度大小为E1，若减少金属球的带电荷量，再次处于静电平衡状态后，金属球内部的电场强度大小为E2，则
( )
A．E2＜E1 B．E2＞E1
C．E2＝E1 D．无法确定
√
C [处于静电平衡状态的导体内部的电场强度处处为零，选项C正确。]
应用迁移·随堂评估自测
1．关于静电的防止与利用，下列说法正确的是( )
A．飞机上的着地轮用绝缘橡胶做轮胎，是为了及时地把飞机在飞行过程中由于摩擦而产生的电荷转移给大地，以免发生放电现象，保证飞机和乘客的安全
B．给病人做麻醉的医生和护士都要穿绝缘性能良好的化纤制品，可防止麻醉药燃烧
C．避雷针是利用了静电的尖端放电现象制作的，通常把避雷针顶端设计成球形是为了美观
D．高压输电线表面要很光滑，才能避免因尖端放电而损失电能
√
D [飞机上的着地轮是用导电橡胶做轮胎，而不是用绝缘橡胶的，故A错误；绝缘性能良好的化纤制品制成的衣服不能及时把静电导入大地，容易造成手术事故，故B错误；避雷针是利用了静电的尖端效应制作的，故避雷针必须做成针状，不能做成球形，故C错误；由于尖端放电现象，高压输电线表面要很光滑，才能避免因尖端放电而损失电能，故D正确。]
2．(多选)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
√
√
AC [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；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；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。]
3．如图所示，一个原来不带电的半径为r的空心金属球放在绝缘支架上，在其右侧与球心等高处放置一个电荷量为＋Q的点电荷，点电荷到金属球表面的最近距离为2r。由于静电感应，使金属球上出现了感应电荷，则球的左侧带________(选填“正”或“负”)电。空心金属球达到静电平衡状态时，球心处的电场强度大小为________，感应电荷在球心处产生的电场强度
大小为________，方向___________。
正
0
回归本节知识，完成以下问题：
1．如图所示，把一个不带电的金属导体ABCD放到电场强度为E0的电场中。由于静电感应，在导体AB侧的平面上和CD侧的平面上将感应出什么电荷？
提示：在导体AB侧的平面上将感应出负电荷，在CD侧的平面上将感应出正电荷。
2．静电平衡时，导体ABCD内部的电场强度有什么特点？
提示：处于静电平衡状态的导体，其内部的电场强度处处为0。
3．什么叫作尖端放电？
提示：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。这种现象叫作尖端放电。
4．尖端放电对高压设备有什么危害？应怎样减小危害？
提示：尖端放电会导致高压设备上电能的损失，所以高压设备中导体的表面应该尽量光滑。
5．野外高压输电线是怎样利用静电屏蔽的？
提示：野外高压输电线在三条输电线上方还有两条导线，它们与大地相连，形成一个稀疏的金属“网”，把高压线屏蔽起来，使其免遭雷击。
6．静电吸附主要有哪些应用？
提示：静电除尘、静电喷漆、静电复印等。
?题组一 静电平衡
1．如图所示，显示了在外加匀强电场E0的情况下，无穷大导体板中静电平衡的建立过程。下列说法正确的是( )
1
题号
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
课时分层作业(四) 静电的防止与利用
1
题号
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
1
题号
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
A．图甲、图乙显示了导体内部带负电的电子在静电力作用下运动，而带正电的粒子不受静电力作用
B．图丙中，导体内部电场强度处处为零
C．图丙中，导体内部没有电场
D．图丙中，导体AB表面感应电荷将在导体内部产生一个水平向左的电场，大小也为E0
√
B [题图甲、乙显示了导体内部带负电的电子在静电力作用下向左运动，易知带正电的粒子同样会受到静电力的作用，A错误；题图丙中导体AB表面和CD表面的感应电荷将在导体内部产生一个水平向左的感应电场，大小也为E0，与原电场叠加后，使得导体内部电场强度处处为零，但感应电场和原电场依然存在，故B正确，C、D错误。]
1
题号
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
2．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
√
1
题号
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
C [静电平衡状态中的导体内部电场强度处处为零。故C正确。]
3．在点电荷－Q形成的电场中，一金属圆盘处于静电平衡状态，若圆盘所在平面与点电荷在同一平面内，则能正确表示圆盘上感应电荷在圆盘中A点所激发的附加电场强度E′的方向的是右图中的( )
1
题号
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
A B
C D
√
A [由于圆盘处于静电平衡状态，感应电荷在圆盘中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E等大反向，选项A正确。]
1
题号
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
?题组二 尖端放电 静电屏蔽
4．(2021·浙江6月选考)如图所示，在火箭发射塔周围有钢铁制成的四座高塔，高塔的功能最有可能的是( )
√
1
题号
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
A．探测发射台周围风力的大小
B．发射与航天器联系的电磁波
C．预防雷电击中待发射的火箭
D．测量火箭发射过程的速度和加速度
C [在火箭发射塔周围有钢铁制成的四座高塔，因钢铁制的高塔有避雷作用，其功能是预防雷电击中待发射的火箭。故选C。]
5．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
√
1
题号
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
B [电工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。]
1
题号
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
6．(多选)金属壳放在光滑的绝缘水平垫上，下列四幅图中金属壳能起到屏蔽图中电荷产生电场作用的是( )
√
1
题号
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
A B C D
√
√
ABD [选项A中，由于金属壳发生静电感应，内部电场强度为零，金属壳起到屏蔽外电场的作用，选项A正确；选项B中，金属壳同大地连为一体，外壳起到屏蔽外电场的作用，选项B正确；选项C中电荷会引起金属壳内、外表面带电，外表面电荷会在壳外空间中产生电场，即金属壳起不到屏蔽作用，选项C错误；选项D中，将金属壳接地后，外表面不带电，壳外不产生电场，金属壳起到屏蔽内电场的作用，选项D正确。]
1
题号
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
?题组三 静电吸附
7．(多选)如图所示为静电除尘示意图，在M、N两点间加高压电源时，金属管内的空气电离，电离出的电子在静电力的作用下运动，遇到烟气中的煤粉，使煤粉带负电荷，因而煤粉被吸附到管壁上，排出的烟就清洁了。就此示意图，下列说法正确的是( )
A．N接电源的正极
B．M接电源的正极
C．电场强度EB＞EA
D．电场强度EB＜EA
1
题号
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
√
√
AC [电子附着在煤粉上，使煤粉带上负电荷，煤粉若能吸附在管壁上，说明管壁带正电荷，因此可知N接电源正极，A正确，B错误；金属棒与金属管可看成圆柱电极与圆环电极，电场线分布情况如图所示，由图可知金属棒附近的B点处电场线较密，而靠近金属管壁的A点处电场线较疏，故B处电场强度比A处电场强度大，即EB＞EA，C正确，D错误。]
1
题号
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
8．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有机光导体(OPC)而制成的，没有光照时，OPC是绝缘体，受到光照时变成导体。如图所示，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荷；(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( )
1
题号
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
1
题号
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
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
√
B [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，金属丝附近的空气发生电离，这是将空气电离的现象，A错误；文件反射的强光使鼓体上部分OPC变成导体，将电荷导走，有字的部分则仍是绝缘体，保留电荷，这是局部导电现象，B正确；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，这是异种电荷相互吸引现象，C错误；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，这是异种电荷相互吸引现象，D错误。]
1
题号
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
9．(多选)如图所示，在左边的绝缘支架上插上顶针(其顶端是尖的)，在顶针上装上金属风针，若给风针附近的圆形金属板接上正高压极，风针接负高压极，风针尖端放电会使其旋转起来，下列说法中正确的是( )
1
题号
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
1
题号
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
A．风针尖端附近的电场线分布较密
B．风针附近的空气在强电场下发生电离
C．空气中的阳离子会向风针的尖端运动
D．交换金属板与风针所带电荷电性，风针的尖端会有正电荷射出
√
√
√
ABC [在导体外表面，越尖锐的位置电荷的密度越大，附近的电场越强，所以风针尖端附近的电场线分布较密，故A正确；风针附近的空气中残留的带电粒子在强电场的作用下发生剧烈的运动，把空气中的气体分子撞“散”，也就是使分子中的正负电荷分离，即发生电离，故B正确；因为风针接负高压极，所以空气中的阳离子会向风针的尖端运动，故C正确；交换金属板与风针所带电荷电性，风针的尖端不会有正电荷射出，因为正电荷固定在金属原子核内，故D错误。]
1
题号
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
10．如图所示，A为空心金属球，B为金属球，A、B原来不带电，将另一带正电荷的小球C从A球开口处放入A球中央，不接触A球，然后用手接触一下A球的外表面，再用手接触一下B球，再移走C球，则( )
A．A球带负电荷，B球带正电荷
B．A球带负电荷，B球不带电
C．A、B两球都带负电荷
D．A、B两球都带正电荷
√
1
题号
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
B [首先带正电荷的小球C从A球开口处放入A球中央，根据静电感应现象可知，A球内表面带负电荷，外表面带正电荷，用手接触A的外表面相当于把A球接地，由大地传导过来的电子与A球外表面正电荷中和，使A球外表面不带电，此时A球对外起静电屏蔽作用，A球内的电场不影响外部。用手接触B时，无电荷移动，B球不带电，当带正电荷的C球从A球内移走后，A球内表面所带的负电荷移至外表面，所以此时A球带负电荷。由上述可知，选项B正确。]
1
题号
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
11．一金属球，原来不带电，现沿球直径的延长线放置一均匀带电的细杆MN，如图所示，金属球上感应电荷产生的电场在球内直径上a、b、c三点的电场强度大小分别为Ea、Eb、Ec，三者相比( )
A．Ea最大
B．Eb最大
C．Ec最大
D．Ea＝Eb＝Ec
√
1
题号
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
C [处于静电平衡状态的导体内部电场强度处处为零，故a、b、c三点的电场强度都为零。处于静电平衡状态的导体内部电场强度为零是感应电荷产生的电场与外电场叠加的结果，所以感应电荷在球内某点产生的电场的电场强度与MN在这一点产生的电场的电场强度等大反向。比较a、b、c三点感应电场的电场强度，实质上是比较带电体MN产生的电场在这三点的电场强度，由于c点离MN最近，故MN在c点产生的电场强度最大，则感应电荷在c点产生的电场强度也最大。故选C。]
1
题号
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
12．如图所示，点电荷A和B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)
1
题号
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
1
题号
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
[答案] 5.4×105 N/C，方向由O指向A
13．处于强电场中的空气分子会被电离为电子和正离子，利用此原理可以进行静电除尘。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电极吸附，停止转动手摇
起电机，蚊香的烟雾又会袅袅上升。关于这个
现象，下列说法正确的是( )
1
题号
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
1
题号
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
A．烟尘因为带正电而被吸附到缝被针上
B．同一烟尘颗粒在被吸附过程中离铝板越近速度越小
C．同一烟尘颗粒在被吸附过程中离铝板越近速度越大
D．同一烟尘颗粒在被吸附过程中如果带电荷量不变，离铝板越近则加速度越大
√
C [转动手摇起电机，在铝板和缝被针中间形成强电场，处于强电场中的空气分子会被电离为电子和正离子，烟尘吸附电子带负电，而被吸附到铝板上，选项A错误；由于烟尘颗粒受静电力作用做加速运动，同一烟尘颗粒在被吸附过程中离铝板越近速度越大，选项C正确，B错误；由于离铝板越近，电场强度越小，同一烟尘颗粒在被吸附过程中如果带电荷量不变，离铝板越近则加速度越小，选项D错误。]
1
题号
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
