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课时跟踪检测(四) 静电的防止与利用
A组—重基础·体现综合
1．下列哪个做法与静电危害的防止无关( )
A．油罐车的尾部有一铁链拖在地上
B．印染厂房中保持潮湿
C．家用照明电线外面用一层绝缘胶皮保护
D．在地毯中夹杂一些不锈钢丝纤维
解析：选C 油罐车在运输过程中由于不断摩擦从而产生大量静电，通过油罐车的尾部拖在地上的铁链，及时将静电导走，可以有效防止静电的危害，故A项不符合题意；印染厂房中保持潮湿，是防止产生的静电大量堆积从而引发火灾，故B项不符合题意；家用照明电线外的绝缘胶皮是为了防止漏电，并不是为了防止静电，故C项符合题意；在地毯中夹杂一些不锈钢丝纤维可以及时将产生的静电导走，故D项不符合题意。故选C。
2．在燃气灶上常安装电子点火器，电子点火器的放电电极应该做成( )
A．圆头状 B．针尖状
C．方形 D．椭球形
解析：选B 导体越尖锐电荷越容易聚集，点火器需要瞬间高压放电，自然要高电荷密集区，故安装的电子点火器往往把放电电极做成针形，形成尖端放电，故B正确，A、C、D错误。
3.如图所示，一个带负电荷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．E2E1
C．E2＝E1 D．无法确定
解析：选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符合题意。
4．为在流感的高发季节，医生常建议市民戴口罩。口罩中间的熔喷层是一种用绝缘材料做成的带有静电的超细纤维布，它能阻隔几微米的病毒，这种静电的阻隔作用属于( )
A．静电屏蔽
B．尖端放电
C．静电感应和静电屏蔽
D．静电感应和静电吸附
解析：选D 由题意知，口罩中间的熔喷层是一种用绝缘材料做成的带有静电的超细纤维布，所以当几微米的病毒靠近时，由于静电感应而带电，从而被熔喷层吸附，无法透过，其工作原理是利用了静电感应和静电吸附，故选D。
5．如图所示，一块光滑铁板水平放置，在铁板上方高为h处依次有电荷量为＋Q和电荷量为－Q的两个点电荷，一个电荷量为＋q的绝缘小球从铁板的左端以初速度v0向右运动，并一直沿着铁板表面到达铁板的右端，则在小球通过铁板的过程中( )
A．先减速运动，后加速运动
B．先加速运动，后减速运动
C．先减速运动，后加速运动，再减速运动
D．一直匀速运动
解析：选D 因为铁板处于静电平衡状态，因此铁板表面附近的电场强度与铁板处处垂直，小球在水平方向上不受力，因此一直以速度v0做匀速运动。选项D正确。
6.如图所示，一导体球A带有正电荷，当只有它存在时，它在空间P点产生的电场强度的大小为EA。在A球球心与P点连线上有一带负电的点电荷B，当只有点电荷B存在时，它在空间P点产生的电场强度大小为EB。当A、B同时存在时，根据场强叠加原理，P点的场强大小应为( )
A．EB B．EA＋EB
C．|EA－EB| D．以上说法都不对
解析：选D 当带电导体球周围无其他导体或带电体存在时，导体球上的电荷将均匀分布在导体球表面。根据题意，均匀分布在导体球上的电荷在P点产生的场强为EA。当把点电荷B放在A球球心与P点的连线上后，虽然导体球所带的总电荷量未变，但因静电感应，导体球上的电荷将重新分布，直到再次达到静电平衡。这时，导体球上的电荷在P点产生的场强EA′不等于EA。由于点电荷不涉及电荷如何分布的问题，点电荷B在P点产生的场强与周围是否存在其他电荷无关，所以仍为EB。当点电荷B与导体球A同时存在时，P点的场强应由EA′与EB叠加而成，而不是由EA与EB叠加，故D符合题意。
7．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盖一层有机光导体OPC(没有光照时，OPC是绝缘体，受到光照时变成导体)而制成的。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
解析：选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。
组—重应用·体现创新
8．(多选)如图所示，四组静电实验中，能使左边的验电器的箔片张开的是( )
解析：选AC 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，用导线连接之后，左边的金箔也是外表面，故选项A、C正确，选项B错误；D选项中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。
9.如图所示为空腔球形导体(不带电)，现将一个带正电的小金属球放入腔内，静电平衡时，下列说法正确的是( )
A．A、B、C三点的场强关系EA>EB>EC
B．导体内侧均匀分布着正电荷
C．导体外侧均匀分布着负电荷
D．导体外侧无电荷分布，因此B点的场强为0
解析：选A 根据E＝k得EA>EB，静电平衡时，导体内部电场强度等于零，故EC＝0，所以EA>EB>EC，A正确；导体外侧电子被吸引到内侧，所以导体内侧均匀分布着负电荷，导体外侧均匀分布着正电荷，B、C错误；导体外表面分布着正电荷，因此B点的场强大于0，D错误。
10.(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解析：选AC 电子附在煤粉上，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，N接电源正极，则其内部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处的电场强度比A处的电场强度大，即EB>EA，选项A、C正确。
11.(多选)滚筒式静电分选器由料斗A，导体板B，导体滚筒C，刮板D，料槽E、F和放电针G等部件组成。C与G分别接直流高压电源的正、负极，并令C接地，如图所示。电源电压很高，足以使放电针G附近的空气发生电离而产生大量离子。现有导电性能相同而质量不同的两种物质颗粒a、b的混合物从料斗A下落，沿导体板B到达转动着的滚筒C，已知颗粒a的质量较大，颗粒b的质量很小。下列说法正确的是( )
A．因为颗粒a、b的导电性能相同，所以都一定落入料槽E
B．因为颗粒a、b的导电性能相同，所以都一定落入料槽F
C．因为颗粒a的质量较大，所以a可能落入料槽F
D．因为颗粒b的质量较小，所以b可能落入料槽E
解析：选CD 通过分析可知放电针G附近的空气发生电离产生大量离子从而使颗粒a、b带电，但由于颗粒a的质量较大，滚筒C吸附力可能小于重力而直接落入料槽F，颗粒b的质量很小，滚筒C吸附力可能大于重力而被滚筒C吸附着一起转动到刮板D被刮入料槽E中，所以选项C、D正确。
12．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________。
解析：导体棒在点电荷＋q的电场中发生静电感应，左端出现负电荷，右端出现正电荷，棒中任何一点都有两个电场强度，即＋q在该点形成的电场强度E0，棒上感应电荷在该点形成的电场强度E′，达到静电
平衡状态时E′＝E0＝，E′和E0方向相反，方向向左。
答案： 向左
13.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
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4 静电的防止与利用
核心素养点击
物理观念 (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。
科学思维 会根据静电平衡条件求解感应电荷产生的电场强度。
科学探究 (1)观察演示实验并对实验现象分析，体会运用所学知识进行分析推理的方法。
(2)查阅并搜集资料，了解静电屏蔽在技术和生活中的应用。
科学态度与责任 能对公众利用和防护静电的一些行为发表自己的观点，有进行科学普及的兴趣和责任感。
1．填一填
(1)静电平衡
放入电场中的导体，由于静电感应，导体两侧出现异种电荷，而感应电荷在导体内部产生的电场与原电场 ，使导体内部的电场 ，当导体内部各点的电场强度为0时，导体内的自由电荷不再发生 移动，这时导体就达到静电平衡状态。
(2)导体处于静电平衡状态时，其内部的电场强度处处为 。
反向
减弱
定向
0
(3)尖端放电
①在导体的外表面，越尖锐的位置，电荷的 越大，周围的电场强度越大。
②电离：导体尖端周围的强电场使空气中残留的带电粒子发生剧烈运动，并与空气分子 从而使空气分子中的正负电荷 的现象。
③尖端放电：导体尖端周围被强电场电离的粒子中，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_____，相当于导体从尖端 电荷的现象。
④应用：建筑物的顶端安装上避雷针以达到避免雷击的目的；高压设备中导体的表面尽量 ，以减少电能损失。
碰撞
密度
分离
中和
失去
光滑
2．判断
(1)放入电场中的导体两侧出现异种电荷是静电感应导致的。 ( )
(2)处于静电平衡状态的导体，内部电场强度处处为0。 ( )
(3)带电导体尖端电荷密度大，周围电场强度也大。 ( )
√
√
√
3．选一选
处于静电平衡中的导体，内部电场强度处处为零的原因是( )
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
解析：导体内部电场强度处处为零是由于感应电荷的电场与外电场叠加的结果，故D正确。
答案：D
1．填一填
(1)静电屏蔽
①处于静电平衡状态的导体内部没有电荷，电荷只分布在导体的 。
②静电屏蔽：放入电场中的导体壳，由于静电感应，壳内电场强度为0，外电场对壳内的仪器 产生影响，金属壳的这种作用叫作静电屏蔽。
③应用：把电学仪器放在封闭的金属壳或 里；野外三条高压输电线上方架设两条导线，与 相连，把高压输电线屏蔽起来。
外表面
不会
金属网
大地
(2)静电吸附
①静电除尘：设法使空气中的尘埃带电，在静电力作用下，尘埃到达电极而被收集起来。
②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，这些微粒向着作为正极的工件运动，并沉积在工件的表面，完成喷漆工作。
③静电复印：复印机的核心部件是有机光导体鼓，在没有光照时是绝缘体，有光照时是导体。复印机复印的工作流程：充电、曝光、显影、转印、放电。
2．判断
(1)把仪器放在金属网内和放在封闭的金属壳内能起到同样的静电屏蔽作用。
( )
(2)用金属网把验电器罩起来，再使带电金属球靠近验电器，则验电器箔片能张开。 ( )
(3)飞机轮上装上拖地线，油罐车后面拖条铁链，都是把静电导入大地。
( )
√
×
√
3．想一想
把手机放在不锈钢快餐杯中并用盖子盖住，手机还能接通吗？如果放在塑料饭盒中呢？试一试并解释其中的原因。
提示：手机放在塑料饭盒中能够接通，放在不锈钢快餐杯中不能接通。这是因为不锈钢快餐杯能够形成静电屏蔽，手机无法接收到外界的电磁信号，所以不能接通。
[问题驱动]
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？
提示：自由电子受外加电场的电场力作用而移动，向着与电场相反的方向定向移动。
(2)自由电子能否一直定向移动？为什么？
提示：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。
【重难释解】
1．静电平衡状态的实质
由于静电感应，在导体两侧出现等量异种的感应电荷，感应电荷在导体内部形成与原电场E0反向的电场E′，在导体内任一点E′＝－E0，使得合电场强度E内＝0。
2．对孤立带电导体的理解
对一孤立带电导体，可视为导体处于自己所带电荷的电场中，达到静电平衡时，也有两个基本特点：一是导体内部的场强处处为零，二是导体所带电荷只能分布在导体的外表面上。这种情况下导体内部场强为零的本质是：导体表面所带全部电荷在内部任一处产生的电场强度的矢量和为零。
3．对静电平衡时导体上电荷的分布的理解
(1)实心导体：导体内部无电荷，电荷只分布在导体外表面上。
(2)空腔导体：空腔内无电荷时，电荷分布在外表面上(内表面无电荷)；空腔内有电荷时，内表面因静电感应出现等量的异种电荷，外表面有感应电荷。
感应电荷电场强度的求解思路
(1)求解外电场在该处电场强度的大小和方向。
(2)利用导体内部合电场强度处处为零和电场的叠加原理，求解感应电荷在该处的电场强度，此电场强度与外电场的电场强度大小相等、方向相反。
【素养训练】
1. 一个带绝缘底座的空心金属球A带有4×10－8 C的正电荷，上端开有适当小孔，有绝缘柄的金属小球B带有2×10－8 C的负电荷，使球B和A球内壁接触，如图所示，则A、B带电荷量分别为 ( )
A．QA＝10－8 C，QB＝10－8 C
B．QA＝2×10－8 C，QB＝0
C．QA＝0，QB＝2×10－8 C
D．QA＝4×10－8 C，QB＝－2×10－8 C
2．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内部产生的电场分布情况正确的是 ( )
解析：由于金属盒内部处于静电平衡状态，所以内部每点的合电场强度都为0，即金属盒内的感应电荷产生的电场的电场强度都与点电荷＋Q在该点产生的电场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，但方向相反，故选项C正确。
答案：C
[问题驱动]
请观察图中建筑物上的避雷针，看它们是如何巧妙设计的，分析它们如何能安全引电避雷，它们的造型与建筑物是否协调，并与同学讨论交流。
图9.4- 5
提示：在古建筑物的屋顶、屋角设置各种造型的动物，避雷针一端以动物头上的角须形式或巨兽的舌头向上探出的形式巧妙安装，另一端引入大地，从而起到避雷效果。
【重难释解】
1．导体内部不受外部电场影响的情况
(1)现象：由于静电感应，验电器箔片张开，如图甲所示。将验电器放入导体网罩内部后验电器箔片不张开，如图乙所示，即外部电场影响不到导体内部。
(2)本质：是静电感应，导体外表面感应电荷与外电场在导体内部任一点的电场强度的叠加结果为零。
2．接地导体壳内部电场对壳外空间无影响的情况
(1)现象
①如图甲所示，导体壳没有接地时，处于内部电场中，达到静电平衡，导体壳内外表面出现等量异种电荷，壳内外表面之间场强处处为零，壳外场强不为零。
②导体壳接地后，如图乙所示，导体壳外的正电荷被大地负电荷中和，正电荷出现在地球的另一端无穷远处，导体壳内外表面之间及导体壳外部场强处处为零，导体壳外部空间不受内部影响。
(2)本质：仍然是静电感应，使导体壳内表面感应电荷与壳内电荷在导体壳内表面以外空间叠加结果为零。
[解析] C对外界电场有静电屏蔽作用，使处于C内部的A不受外界电场影响，所以A的位置不变；但A在C的外表面感应出正电荷，所以B将向右偏，选项B正确。
[答案] B
静电屏蔽问题的三点注意
(1)空腔可以屏蔽外界电场，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的电场作用。
(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。
3．请用学过的电学知识判断下列说法正确的是 ( )
A．维修高压电路的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
解析：绝缘衣在高电压下不能屏蔽高压电场对人体的损害，而穿金属衣可以对高压电产生的电场起到屏蔽作用，A错误；由电学知识可知，汽油桶用金属材料制作时可以及时将产生的静电导走，B正确；小鸟站在单根高压输电线上，因为两爪之间电压几乎为零，故小鸟不会被电死，C错误；由静电屏蔽知识可知，打雷时待在汽车里更安全，故D错误。
答案：B
4. 如图所示，A为空心金属球，B为实心金属球，A、B两球原来不带电，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，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
解析：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球相当于把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。
答案：B
一、培养创新意识和创新思维
1．低碳环保是我们追求的生活方式。如图所示，是一个用来研究静电除尘的实验装置，处于强电场中的空气分子会被电离为电子和正离子，当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，蚊香产生的烟尘会被电极吸附，停止转动手摇起电机，蚊香的烟尘又会袅袅上升。关于这个现象，下列说法中正确的是 ( )
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大
C．同一烟尘颗粒在被吸附过程中离铝板越近速度越小
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
解析：中性空气分子在强电场中被电离成电子和带正电的离子，烟尘颗粒吸附电子后带上负电，在电场力作用下向铝板做加速运动，所以选项A、C错误，选项B正确；因铝板与缝被针间的电场线形状相当于横向放置的锥形体，离铝板越近，电场线越稀疏，电场强度越小，烟尘颗粒受电场力越小，加速度越小，选项D错误。
答案：B
二、注重学以致用和思维建模
2．下列应用与防护和尖端放电现象无关的是 ( )
A．一般高压设备中导体的表面应该尽量光滑
B．一般马路表面建造的很平滑
C．夜间高压线周围会出现一层绿色光晕
D．一般高楼大厦顶部装有避雷针
解析：马路表面建造的很平滑与静电无关，A、C、D项与尖端放电现象有关，故选B。
答案：B
3.(多选)静电除尘器除尘原理如图所示。尘埃在电场中通过某种机制带电，在电场力的作用下向收尘极迁移并沉积，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．电场方向由收尘极指向电晕极
C．带电尘埃所受电场力的方向与电场方向相同
D．在同一位置，带电荷量越多的尘埃所受电场力越大
解析：由题图可知，电晕极为负极，收尘极为正极，带电尘埃必带负电荷，电场方向指向电晕极，带电尘埃受到的电场力方向与电场方向相反，A、C错误，B正确；在同一位置上，电场强度大小相同，带电荷量越多的尘埃所受电场力越大，故D正确。
答案：BD
