4．静电的防止与利用
探究点一 静电平衡
1．静电平衡：不带电的金属导体放到电场强度为E0的电场中．导体两侧出现的正、负电荷在导体内部产生与电场强度E0方向________的电场，其电场强度为E′.这两个电场叠加，使导体内部的电场减弱．在叠加后的电场作用下，仍有自由电子不断运动，直到导体内部各点的电场强度E＝0为止，导体内的自由电子不再发生定向移动，这时导体达到________状态．
达到静电平衡的条件
2．处于静电平衡状态的导体，其内部的电场强度处处为_______________．
外电场E0与感应电荷的电场的合电场强度
【情境思考】 如图所示，把一个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，从而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)自由电子能否永无休止地定向移动？为什么？
【思维提升】
静电平衡状态导体的三个特点
1．导体内的自由电荷不再发生定向移动．
2．处于静电平衡状态的导体，内部的电场强度处处为零．
3．处于静电平衡状态的导体，电荷只分布在导体的外表面，导体内部没有净剩电荷．形状不规则的导体外表面，电荷分布不均匀，电场强度不相等．越尖锐的位置，电荷的密度越大，周围的电场强度越大．
例1 如图所示，长为L的细导体棒原来不带电，现将一带电荷量为＋q的点电荷放在距棒左端R处，当达到静电平衡后，求：
(1)导体棒中点O处的电场强度；
(2)导体棒上的感应电荷在棒内距右端L处D点的电场强度．
教你解决问题——审题图解
[试答]
题后反思
求处于静电平衡状态的导体的感应电荷产生的场强的方法：
(1)先求出外电场场强E外的大小和方向．
(2)由于导体处于静电平衡状态，则满足静电平衡条件E合＝0.
(3)由E外＋E感＝0，求出感应电场E感的大小和方向．
例2一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B球和A球内壁接触，如图所示，则A、B带电荷量分别为( )
A．QA＝1×10－8 C QB＝1×10－8 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
[解题心得]
练1 (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的内壁接触
D．使验电器A靠近B
练2 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三点的场强大小分别为Ea、Eb、Ec，三者相比，则( )
A．Ea最大 B．Eb最大
C．Ec最大 D．Ea＝Eb＝Ec
探究点二 静电屏蔽
1．静电屏蔽：金属壳达到静电平衡时，其内部电场强度保持为0，外部电场对壳内的仪器________产生影响．金属壳的这种作用叫作静电屏蔽．
2．应用：高压输电线的上方有两条导线，它们与大地相连，形成一个稀疏的金属“网”，把高压线________起来，使其免遭雷击．
【情境思考】
很多人都遇到过这种情况，正常打着电话，一进电梯手机突然没了信号，听到手机通话突然被挂断，那么，电梯里为什么会没有手机信号呢？
(1)电梯是什么材质的，能否被看成是金属容器？
(2)我们在进入电梯后，要么手机信号十分不好，要么就根本打不通，这是为什么？
【思维提升】
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
(1)内屏蔽：导体内空腔不受外界电荷影响．
(2)外屏蔽：接地导体空腔外部不受内部电荷影响．
例3 如图所示，A是带正电的物体，B是金属网，C是原来不带电的金箔验电器，能使验电器的金箔张开的是( )
[解题心得]
例4 如图所示的高压输电线路，在铁塔的顶端还有两条导线(图中箭头所指)，它们与大地相连，这两条导线的主要功能是( )
A．输送电能
B．各变电站之间通讯
C．连接各铁塔，使铁塔更稳固
D．预防雷电击中下方的输电线
练3 将悬挂在绝缘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)，另有一个悬挂在绝缘细线上的带负电的小球B向C靠近，如图所示．下列说法正确的是( )
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
探究点三 尖端放电 静电吸附
也适用于孤立的带电体
1．静电平衡的导体上的电荷分布特点
(1)导体内部没有净剩电荷，电荷只分布在导体的________；
单一性质的电荷
(2)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)________，周围的电场强度越大．
使空气导电变为导体
2．空气的电离：导体尖端周围的强电场足以使空气中残留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________．
3．尖端放电现象：空气中所带电荷与导体尖端的电荷符号________的粒子，由于被________而奔向尖端，与尖端上的电荷________，这相当于导体从尖端________电荷，这种现象叫作尖端放电．
4．尖端放电的应用与防止：避雷针应用尖端放电原理；高压设备中的导体表面应该尽量________．
5．静电吸附
(1)在电场中，带电粒子受到________的作用，向着电极运动，最后被吸附在电极上．
(2)应用：静电除尘，静电喷漆，静电复印．
【情境思考】
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？
【思维提升】
生活应用：避雷针
例5 (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
[解题心得]
练4 口罩可预防经空气、飞沫传播的疾病，其中间层的熔喷布是一种用绝缘材料做成的带有静电的超细纤维布，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．静电吸附
C．静电平衡 D．尖端放电
练5 (多选)在下列各种措施中，目的是防止静电作用的是( )
A．电视机后盖上开有许多小孔
B．在高大的建筑物顶端装上避雷针
C．静电喷涂
D．油罐车后拖一根铁链
练6 (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，电离出的电子在电场力的作用下运动，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
[解题心得]
1．夏季，在雷云形成的过程中，由于摩擦起电一些云层带正电，另一些云层带负电，它们对大地的静电感应使地面产生异种电荷．当云层与云层间或云层与地面间的电压达到几万伏以上时，空气被击穿，暴发电闪雷鸣．假如在户外我们遭遇雷电，下列防雷措施可行的是( )
A．在大树下避雷雨
B．停留在山顶、山脊的凉亭等地方避雷雨
C．在空旷地带，最好关掉手机电源
D．在雷雨中快跑
2．从生活走向物理，从物理走向社会，物理和生活息息相关，联系生活实际对物理基本概念的认识和理解，是学好物理的基础．下列有关电磁学知识的相关说法，正确的是( )
A．图甲中家用煤气灶点火装置的针形放电电极，利用了尖端放电的工作原理
B．图乙中是避雷针的示意图，避雷针防止建筑物被雷击的原理是电磁感应原理
C．图丙中超高压带电作业的工作人员，为了保证他们的安全，他们必须穿上橡胶制成的绝缘衣服
D．图丁为静电喷漆的示意图，静电喷漆时使被喷的金属件与油漆雾滴带相同的电荷，这样使油漆与金属表面在静电斥力作用下喷涂更均匀
3．静电复印是一种利用静电光敏半导体材料的感光特性形成影像的复印方法，复印过程大致可分为充电、曝光、显影、转印、分离、定影、清洁、消电8个基本步骤，部分步骤示意图如图所示．静电复印机的中心部件是一个可以旋转的接地的铝辊，表面镀着一层半导体硒，叫作感光鼓．半导体硒有特殊的光电性质．现通过电晕装置对感光鼓充电使其带正电，以下说法正确的是( )
A．曝光时，半导体硒有光照区域的电阻增大，无光照区域的电阻减小
B．显影时，色粉被感光鼓上带电区域吸附，因此色粉需带负电
C．色粉的带电通常是通过色粉与载体的摩擦获得，摩擦后色粉的带电极性与载体的带电极性相同
D．转印时，若使色粉转移到复印纸上，则需使复印纸带负电
4．如图所示，验电器A不带电，验电器B上装有带孔的空心金属球C，金属球C带电．D是带有绝缘手柄的金属小球，可以从C上方的小孔进入其内部．下列说法正确的是( )
A．图甲中，使D跟C的外部接触，再让D跟A靠近时，A的箔片张开
B．图甲中，使D跟C的外部接触，再让D跟A接触时，A的箔片不张开
C．图乙中，使D跟C的内部接触，再让D跟A靠得更近些，A的箔片张开
D．图乙中，使D跟C的内部接触，再让D跟A接触，重复多次后，A的箔片张开
5．(多选)如图所示，一金属球A放在距一带电量为－4.5×10－10 C的点电荷0.3 m处，求金属球达到静电平衡后，感应电荷在A球球心处产生的场强的大小和方向分别为 ( )
A．45 N/C B．90 N/C
C．方向向右 D．方向向左
温馨提示：请完成分层训练素养提升(七)
单元素养检测(一)(第九章)
4．静电的防止与利用
导学 掌握必备知识 强化关键能力
探究点一
1．相反 静电平衡
2．0
情境思考
提示：(1)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)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．
[例1] 解析：(1)导体内部场强处处为零，则EO＝0.
(2)感应电荷在距棒右端L处的场强大小与点电荷q在该点的场强大小相等，所求场强E＝，方向向左．
答案：(1)0 (2) 方向向左
[例2] 解析：B球与A球内壁接触后成为一个新的导体，处于静电平衡状态，由于带电导体的电荷只能分布于导体的外表面，故QB＝0，QA＝4×10-8 C－2×10-8 C＝2×10-8 C，B正确．
答案：B
练1 解析：A项中取电棒C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C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．
答案：BCD
练2 解析：处于静电平衡状态的导体内部场强处处为零，故a、b、c三点的场强都为零．处于静电平衡状态的导体内部场强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场强与MN在这一点产生的电场的场强等大反向．比较a、b、c三点感应电场的场强，实质上是比较带电体MN在这三点的场强．由于c点离MN最近，故MN在c点的场强最大，感应电荷在c点的场强也最大，C正确．
答案：C
探究点二
1．不会
2．屏蔽
情境思考
提示：(1)电梯是用不锈钢板做成的，可以看成金属容器．
(2)电梯可以看成金属容器，起到了屏蔽作用．
[例3] 解析：图A、B中，由于金属网的屏蔽作用，带电体A对验电器无作用，故A、B错误；图C中，受带电体A作用，金属网内外分别带等量异种感应电荷，在验电器处有电场，即能使验电器的金箔张开，故C正确；图D中由于金属网接地，网罩外无电场，无法使验电器的金箔张开，故D错误．
答案：C
[例4] 解析：实现静电屏蔽不一定要用密封的金属容器，金属网也能起到屏蔽作用．两条导线与大地相连，形成一个稀疏的金属“网”，把高压线屏蔽起来，使其免遭雷击，D正确．
答案：D
练3 解析：带正电的小球A放在不带电的金属空心球C内，由于静电感应，空心球外壳带正电，内壁带负电，因此B所在处有电场，所以B在静电力作用下向右偏而靠近C；由于空心球能屏蔽B球的电场，所以，A所在处电场强度为零，故A球不受静电力作用，位置不变．故B正确．
答案：B
探究点三
1．(1)外表面 (2)越大
2．分离
3．相反 吸引 中和 失去
4．光滑
5．(1)静电力
情境思考
提示：当带电的雷、雨、云接近建筑物时，由于静电感应，金属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．
[例5] 解析：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．
答案：ABC
练4 解析：由题意可知，熔喷布是一种用绝缘材料做成的带有静电的超细纤维布，故当几微米的病毒靠近时，由于静电感应而带电，从而被熔喷布吸附，则可知其原理为静电吸附．
答案：B
练5 解析：电视机后盖上开有许多小孔是为把各电器元件产生的热量及时散掉，A错误；高大的建筑物顶端装上避雷针和油罐车后拖一根铁链是为了把产生的静电导走，属于静电的防止，B、D正确；静电喷涂属于静电应用，不是防止静电，C错误．
答案：BD
练6 解析：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．
答案：AC
导练 落实创新应用 提升学科素养
1．解析：表面具有突出尖端的导体，在尖端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．因此不要在大树下避雨，别停留在山顶、山脊的凉亭等地方，故A、B不符合题意；在空旷地带使用手机通话，手机很有可能成为闪电的放电对象，故C符合题意；在雷雨中快跑，身体的跨步越大，电压就越大，雷电也越容易伤人，故D不符合题意．
答案：C
2．解析：家用煤气灶点火装置的针形放电电极，利用了尖端放电的工作原理，故A正确；避雷针可以避免建筑物被雷击，当带电云层靠近建筑物时，避雷针上产生的感应电荷会通过针尖放电，逐渐中和云层中的电荷，使建筑物免遭雷击，其原理为尖端放电，故B错误；超高压带电作业的工作人员，为了保证他们的安全，他们必须穿上金属丝制成的衣服，以起到静电屏蔽的作用，故C错误；静电喷漆时使被喷的金属件与油漆雾滴带相反的电荷，这样使油漆与金属表面在静电引力作用下喷涂更均匀，故D错误．
答案：A
3．解析：曝光时字迹阴影部分应该带电才能吸附色粉，光照部分不带电，因此半导体光照部分电阻应该减小，阴影部分电阻增大，A错误；感光鼓带正电，色粉若被吸附应该带负电，B正确；色粉的带电通常是通过色粉与载体的摩擦获得，摩擦起电的两个物体所带电性相反，C错误；色粉带负电，若被吸附到复印纸上，纸张应带正电，D错误．
答案：B
4．解析：空腔导体带电时净电荷分布于金属球外侧，内部不带电，故让D先接触金属球C的外部，则D带上电荷，再让D跟A靠近时，由于发生静电感应，A的箔片张开，故A正确；让D先接触金属球C的外部，则D带上电荷，再让D跟A接触时，A的箔片张开，故B错误；让不带电的D先跟C的内部接触，因为C的内部不带电，所以D始终不带电，再让D跟A靠得更近些，或再让D跟A接触，A的箔片始终不张开，故C、D错误．
答案：A
5．解析：点电荷q在A球球心处产生的场强的大小为E0＝k N/C＝45 N/C，方向向左．根据静电平衡导体的特点可知，感应电荷在A球球心处产生的场强的大小是45 N/C，方向是向右．
答案：AC
21世纪教育网(www.21cnjy.com)(共78张PPT)
4．静电的防止与利用
核 心 素 养 学 习 目 标
物理观念 (1)知道静电平衡、静电屏蔽的概念．
(2)知道静电吸附的原理．
科学思维 (1)理解静电平衡的形成过程．
(2)理解静电的防止的原理．
科学探究 (1)分析静电平衡状态下导体的电场．
(2)分析尖端放电原理．
科学态度与责任 (1)了解静电吸附在静电除尘等技术中的应用．
(2)关注生活、生产中的静电现象，体会物理学与生产和生活的紧密联系．体会用虚拟的图线描述抽象物理概念的思想方法，激发学习物理的求知欲．
探究点一 静电平衡
1．静电平衡：不带电的金属导体放到电场强度为E0的电场中．导体两侧出现的正、负电荷在导体内部产生与电场强度E0方向_____的电场，其电场强度为E′.这两个电场叠加，使导体内部的电场减弱．在叠加后的电场作用下，仍有自由电子不断运动，直到导体内部各点的电场强度E＝0为止，导体内的自由电子不再发生定向移动，这时导体达到________状态．达到静电平衡的条件
2．处于静电平衡状态的导体，其内部的电场强度处处为___．
外电场E0与感应电荷的电场的合电场强度
相反
静电平衡
0
【情境思考】 如图所示，把一个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，从而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)自由电子能否永无休止地定向移动？为什么？
提示：(1)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)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．
【思维提升】
静电平衡状态导体的三个特点
1．导体内的自由电荷不再发生定向移动．
2．处于静电平衡状态的导体，内部的电场强度处处为零．
3．处于静电平衡状态的导体，电荷只分布在导体的外表面，导体内部没有净剩电荷．形状不规则的导体外表面，电荷分布不均匀，电场强度不相等．越尖锐的位置，电荷的密度越大，周围的电场强度越大．
教你解决问题——审题图解
题后反思
求处于静电平衡状态的导体的感应电荷产生的场强的方法：
(1)先求出外电场场强E外的大小和方向．
(2)由于导体处于静电平衡状态，则满足静电平衡条件E合＝0.
(3)由E外＋E感＝0，求出感应电场E感的大小和方向．
例2一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B球和A球内壁接触，如图所示，则A、B带电荷量分别为( )
A．QA＝1×10－8 C QB＝1×10－8 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
答案：B
解析：B球与A球内壁接触后成为一个新的导体，处于静电平衡状态，由于带电导体的电荷只能分布于导体的外表面，故QB＝0，QA＝4×10-8 C－2×10-8 C＝2×10-8 C，B正确．
练1 (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的内壁接触
D．使验电器A靠近B
答案：BCD
解析：A项中取电棒C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C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．
练2 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三点的场强大小分别为Ea、Eb、Ec，三者相比，则( )
A．Ea最大 B．Eb最大
C．Ec最大 D．Ea＝Eb＝Ec
答案：C
解析：处于静电平衡状态的导体内部场强处处为零，故a、b、c三点的场强都为零．处于静电平衡状态的导体内部场强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场强与MN在这一点产生的电场的场强等大反向．比较a、b、c三点感应电场的场强，实质上是比较带电体MN在这三点的场强．由于c点离MN最近，故MN在c点的场强最大，感应电荷在c点的场强也最大，C正确．
探究点二 静电屏蔽
1．静电屏蔽：金属壳达到静电平衡时，其内部电场强度保持为0，外部电场对壳内的仪器_____产生影响．金属壳的这种作用叫作静电屏蔽．
2．应用：高压输电线的上方有两条导线，它们与大地相连，形成一个稀疏的金属“网”，把高压线_____起来，使其免遭雷击．
不会
屏蔽
【情境思考】很多人都遇到过这种情况，正常打着电话，一进电梯手机突然没了信号，听到手机通话突然被挂断，那么，电梯里为什么会没有手机信号呢？
(1)电梯是什么材质的，能否被看成是金属容器？
(2)我们在进入电梯后，要么手机信号十分不好，要么就根本打不通，这是为什么？
提示：(1)电梯是用不锈钢板做成的，可以看成金属容器．
(2)电梯可以看成金属容器，起到了屏蔽作用．
【思维提升】
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
(1)内屏蔽：导体内空腔不受外界电荷影响．
(2)外屏蔽：接地导体空腔外部不受内部电荷影响．
例3 如图所示，A是带正电的物体，B是金属网，C是原来不带电的金箔验电器，能使验电器的金箔张开的是( )
答案：C
解析：图A、B中，由于金属网的屏蔽作用，带电体A对验电器无作用，故A、B错误；图C中，受带电体A作用，金属网内外分别带等量异种感应电荷，在验电器处有电场，即能使验电器的金箔张开，故C正确；图D中由于金属网接地，网罩外无电场，无法使验电器的金箔张开，故D错误．
例4 如图所示的高压输电线路，在铁塔的顶端还有两条导线(图中箭头所指)，它们与大地相连，这两条导线的主要功能是( )
A．输送电能
B．各变电站之间通讯
C．连接各铁塔，使铁塔更稳固
D．预防雷电击中下方的输电线
答案：D
解析：实现静电屏蔽不一定要用密封的金属容器，金属网也能起到屏蔽作用．两条导线与大地相连，形成一个稀疏的金属“网”，把高压线屏蔽起来，使其免遭雷击，D正确．
练3 将悬挂在绝缘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)，另有一个悬挂在绝缘细线上的带负电的小球B向C靠近，如图所示．下列说法正确的是( )
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
答案：B
解析：带正电的小球A放在不带电的金属空心球C内，由于静电感应，空心球外壳带正电，内壁带负电，因此B所在处有电场，所以B在静电力作用下向右偏而靠近C；由于空心球能屏蔽B球的电场，所以，A所在处电场强度为零，故A球不受静电力作用，位置不变．故B正确．
探究点三 尖端放电 静电吸附
也适用于孤立的带电体
1．静电平衡的导体上的电荷分布特点
(1)导体内部没有净剩电荷，电荷只分布在导体的________；
单一性质的电荷
(2)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)_____，周围的电场强度越大．
外表面
越大
使空气导电变为导体
2．空气的电离：导体尖端周围的强电场足以使空气中残留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_____．
3．尖端放电现象：空气中所带电荷与导体尖端的电荷符号_____的粒子，由于被____而奔向尖端，与尖端上的电荷____，这相当于导体从尖端_____电荷，这种现象叫作尖端放电．
分离
相反
吸引
中和
失去
4．尖端放电的应用与防止：避雷针应用尖端放电原理；高压设备中的导体表面应该尽量_____．
5．静电吸附
(1)在电场中，带电粒子受到________的作用，向着电极运动，最后被吸附在电极上．
(2)应用：静电除尘，静电喷漆，静电复印．
光滑
静电力
【情境思考】
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？
提示：当带电的雷、雨、云接近建筑物时，由于静电感应，金属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．
【思维提升】
生活应用：避雷针
例5 (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
答案：ABC
解析：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．
练4 口罩可预防经空气、飞沫传播的疾病，其中间层的熔喷布是一种用绝缘材料做成的带有静电的超细纤维布，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．静电吸附 C．静电平衡 D．尖端放电
答案：B
解析：由题意可知，熔喷布是一种用绝缘材料做成的带有静电的超细纤维布，故当几微米的病毒靠近时，由于静电感应而带电，从而被熔喷布吸附，则可知其原理为静电吸附．
练5 (多选)在下列各种措施中，目的是防止静电作用的是( )
A．电视机后盖上开有许多小孔
B．在高大的建筑物顶端装上避雷针
C．静电喷涂
D．油罐车后拖一根铁链
答案：BD
解析：电视机后盖上开有许多小孔是为把各电器元件产生的热量及时散掉，A错误；高大的建筑物顶端装上避雷针和油罐车后拖一根铁链是为了把产生的静电导走，属于静电的防止，B、D正确；静电喷涂属于静电应用，不是防止静电，C错误．
练6 (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，电离出的电子在电场力的作用下运动，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
答案：AC
解析：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．夏季，在雷云形成的过程中，由于摩擦起电一些云层带正电，另一些云层带负电，它们对大地的静电感应使地面产生异种电荷．当云层与云层间或云层与地面间的电压达到几万伏以上时，空气被击穿，暴发电闪雷鸣．假如在户外我们遭遇雷电，下列防雷措施可行的是( )
A．在大树下避雷雨
B．停留在山顶、山脊的凉亭等地方避雷雨
C．在空旷地带，最好关掉手机电源
D．在雷雨中快跑
答案：C
解析：表面具有突出尖端的导体，在尖端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．因此不要在大树下避雨，别停留在山顶、山脊的凉亭等地方，故A、B不符合题意；在空旷地带使用手机通话，手机很有可能成为闪电的放电对象，故C符合题意；在雷雨中快跑，身体的跨步越大，电压就越大，雷电也越容易伤人，故D不符合题意．
2．从生活走向物理，从物理走向社会，物理和生活息息相关，联系生活实际对物理基本概念的认识和理解，是学好物理的基础．
下列有关电磁学知识的相关说法，正确的是( )
A．图甲中家用煤气灶点火装置的针形放电电极，利用了尖端放电的工作原理
B．图乙中是避雷针的示意图，避雷针防止建筑物被雷击的原理是电磁感应原理
C．图丙中超高压带电作业的工作人员，为了保证他们的安全，他们必须穿上橡胶制成的绝缘衣服
D．图丁为静电喷漆的示意图，静电喷漆时使被喷的金属件与油漆雾滴带相同的电荷，这样使油漆与金属表面在静电斥力作用下喷涂更均匀
答案：A
解析：家用煤气灶点火装置的针形放电电极，利用了尖端放电的工作原理，故A正确；避雷针可以避免建筑物被雷击，当带电云层靠近建筑物时，避雷针上产生的感应电荷会通过针尖放电，逐渐中和云层中的电荷，使建筑物免遭雷击，其原理为尖端放电，故B错误；超高压带电作业的工作人员，为了保证他们的安全，他们必须穿上金属丝制成的衣服，以起到静电屏蔽的作用，故C错误；静电喷漆时使被喷的金属件与油漆雾滴带相反的电荷，这样使油漆与金属表面在静电引力作用下喷涂更均匀，故D错误．
3．静电复印是一种利用静电光敏半导体材料的感光特性形成影像的复印方法，复印过程大致可分为充电、曝光、显影、转印、分离、定影、清洁、消电8个基本步骤，部分步骤示意图如图所示．静电复印机的中心部件是一个可以旋转的接地的铝辊，表面镀着一层半导体硒，叫作感光鼓．半导体硒有特殊的光电性质．
现通过电晕装置对感光鼓充电使其带正电，以下说法正确的是( )
A．曝光时，半导体硒有光照区域的电阻增大，无光照区域的电阻减小
B．显影时，色粉被感光鼓上带电区域吸附，因此色粉需带负电
C．色粉的带电通常是通过色粉与载体的摩擦获得，摩擦后色粉的带电极性与载体的带电极性相同
D．转印时，若使色粉转移到复印纸上，则需使复印纸带负电
答案：B
解析：曝光时字迹阴影部分应该带电才能吸附色粉，光照部分不带电，因此半导体光照部分电阻应该减小，阴影部分电阻增大，A错误；感光鼓带正电，色粉若被吸附应该带负电，B正确；色粉的带电通常是通过色粉与载体的摩擦获得，摩擦起电的两个物体所带电性相反，C错误；色粉带负电，若被吸附到复印纸上，纸张应带正电，D错误．
4．如图所示，验电器A不带电，验电器B上装有带孔的空心金属球C，金属球C带电．D是带有绝缘手柄的金属小球，可以从C上方的小孔进入其内部．
下列说法正确的是( )
A．图甲中，使D跟C的外部接触，再让D跟A靠近时，A的箔片张开
B．图甲中，使D跟C的外部接触，再让D跟A接触时，A的箔片不张开
C．图乙中，使D跟C的内部接触，再让D跟A靠得更近些，A的箔片张开
D．图乙中，使D跟C的内部接触，再让D跟A接触，重复多次后，A的箔片张开
答案：A
解析：空腔导体带电时净电荷分布于金属球外侧，内部不带电，故让D先接触金属球C的外部，则D带上电荷，再让D跟A靠近时，由于发生静电感应，A的箔片张开，故A正确；让D先接触金属球C的外部，则D带上电荷，再让D跟A接触时，A的箔片张开，故B错误；让不带电的D先跟C的内部接触，因为C的内部不带电，所以D始终不带电，再让D跟A靠得更近些，或再让D跟A接触，A的箔片始终不张开，故C、D错误．
5．(多选)如图所示，一金属球A放在距一带电量为－4.5×10－10 C的点电荷0.3 m处，求金属球达到静电平衡后，感应电荷在A球球心处产生的场强的大小和方向分别为 ( )
A．45 N/C B．90 N/C
C．方向向右 D．方向向左
答案：AC
1．处于静电平衡状态的导体，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
答案：D
解析：导体内部电场强度处处为零是感应电荷的电场与外电场叠加的结果，故D正确．
2．矩形金属导体处于正点电荷Q产生的电场中，静电平衡时感应电荷产生的电场在导体内的电场线分布情况正确的是( )
答案：A
解析：导体处于静电平衡状态时，导体内部电场强度处处为0，感应电荷在导体内部某处产生的电场与场源电荷Q在此处产生的电场场强大小相等，方向相反，故A正确，B、C、D错误．
3．下列措施中不是属于静电的利用的是( )
A．静电复印 B．静电除尘
C．静电喷涂 D．高楼顶端安装避雷针
答案：D
解析：复印机复印文件资料，就是利用静电使墨粉成像在纸上，故A属于静电的利用，A不符合题意；静电除尘时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，故B属于静电的利用，B不符合题意；喷枪喷出的油漆微粒带负电，因相互排斥而散开，形成雾状，被喷涂的物体带正电，对雾状油漆产生引力，把油漆吸到表面，故C属于静电应用，C不符合题意；在高楼顶端安装避雷针属于防止静电造成危害，D属于静电的防止，不属于静电应用，故D符合题意．
4．对于书本中几幅插图所涉及的物理现象或原理，
下列说法不正确的是( )
A．甲图中，该女生和带电的金属球带有同种性质的电荷
B．乙图为静电除尘装置的示意图，带负电的尘埃被收集在线状电离器B上
C．丙图中，燃气灶中电子点火器点火应用了尖端放电的原理
D．丁图中，两条优质的话筒线外面包裹着金属外衣应用了静电屏蔽的原理
答案：B
解析：甲图中，该女生接触带电的金属球，与金属球带同种性质的电荷，故A正确；乙图中线状电离器B带负电，管壁A带正电，带负电的尘埃被收集在管壁A上，故B错误；丙图中，燃气灶中电子点火器点火应用了尖端放电的原理，故C正确；金属壳体能产生静电屏蔽作用，两条优质的话筒线外面包裹着金属外衣应用了静电屏蔽的原理，故D正确．
5．如图所示，小明同学在坐飞机的时候发现机翼末端边缘有一条条针一样的装置，此装置作用是( )
A．防止闪电击中飞机，起到避雷针的作用
B．加强电磁通讯信号，起到天线的作用
C．通过尖端放电使云层中的电荷消失
D．释放飞机表面的静电
答案：D
解析：飞机在飞行时与大气摩擦在表面产生静电，采用尖端放电的原理释放静电．D正确．
6．(多选)如图所示是闪电击中广州塔的画面，广州塔的尖顶是一避雷针，雷雨天气时，底端带负电的云层经过避雷针上方时，避雷针尖端放电形成瞬间强电流，乌云所带的负电荷经避雷针导入大地，在此过程中，下列说法正确的是( )
A．云层靠近避雷针时，针尖感应出正电荷
B．云层靠近避雷针时，针尖感应出负电荷
C．避雷针尖端附近的电场强度比避雷针底端附近的电场强度小
D．避雷针是利用尖端放电避免雷击的一种设施
答案：AD
解析：避雷针是利用尖端放电避免雷击的一种设施，D正确；根据同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引，可知底端带负电的云层靠近避雷针时，针尖感应出正电荷，A正确，B错误；由于电荷更容易集中到尖端，从而避雷针尖端附近的电场强度比避雷针底端附近的电场强度大，C错误．
7．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
答案：A
解析：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．
8．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
答案：D
解析：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；由于尖端效应，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．
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
答案：B
解析：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；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；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．
10．如图所示，将一个不带电的金属球A放在带正电的点电荷Q的左侧，当金属球达到静电平衡时，下列判断正确的是( )
A．金属球将产生出正电荷
B．点电荷Q在A的球心处产生的电场强度为零
C．金属球左侧将出现负的净电荷
D．A的内部合电场强度处处为零
答案：D
解析：感应起电的实质是电子的转移，没有产生新的电荷，故A错误；由于球处于静电平衡状态，所以内部的场强为零，即正电荷和感应电荷在内部产生的合场强为零，正点电荷Q在球心处产生的场强方向向左，所以感应电荷在球内球心处产生的场强方向向右，故B错误，D正确；达到静电平衡后，金属球右侧将出现负的净电荷，金属球左侧将出现正的净电荷，故C错误．
11．如图是一款避雷针原理演示器，上下金属板之间用绝缘材料固定，尖端电极和球形电极与下金属板连接，给上下金属板接感应圈并逐渐升高电压，当电压逐渐升高时( )
A．尖端电极先放电 B．球形电极先放电
C．两电极同时放电 D．两电极都不放电
答案：A
解析：由图示可知，一个为尖头、一个为圆头．当上下金属板接在高压电源上，因末端越尖越容易放电，故可以观察到尖的金属柱容易放电，这种放电现象叫做尖端放电，故A正确，B、C、D错误．
12．金属壳放在光滑的绝缘水平垫上，下列四幅图中金属壳不能起到屏蔽图中电荷产生电场作用的是( )
答案：C
解析：A图中，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，故A不符合题意要求；B图中，金属壳同大地连为一体，外壳起到屏蔽外电场的作用，故B不符合题意要求；C图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，故C符合题意要求；D图中，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，故D不符合题意要求．
答案：AD
