人教版物理选修3-1 同步练习：第1章 第7节 静电现象的应用

第7节　静电现象的应用
导体的静电平衡
1.不带电的空腔导体P置于电场中,其周围电场线分布如图所示,a,c为电场中的两点,b为导体空腔内的一点,则(　B　)
A.a,b,c三点的电场强度依次减小
B.a,b,c三点的电势依次降低
C.负试探电荷在a点的电势能比在b点的大
D.正试探电荷从a点移到c点的过程中,克服静电力做功
解析:达到静电平衡时,Eb=0,由电场线疏密可知,Ea>Ec,所以Ea>Ec>Eb,选项A错误;由电场线方向及静电平衡时整个导体是等势体可知,
a>b>c,选项B正确;负电荷在电势越高的地方电势能越小,选项C错误;由于Uac>0,由Wac=qUac可知,正电荷从a点到c点,静电力做正功,选项D错误.
2.如图所示,在原来不带电的金属细杆ab附近P处,放置一个正点电荷,达到静电平衡后,则(　B　)
A.a端带负电,b端带正电
B.b端的电势比d点的低
C.杆内c处的电场方向由c指向b
D.a端的电势一定比b端的低
解析:由于静电感应,导体上正电荷在a端,负电荷在b端,故选项A错误.达到静电平衡后,整个导体是一个等势体,导体上的电势处处相等,所以可以得到a=b,由于电场线从正电荷出发到b端,由于顺着电场线方向电势降低,可知b端的电势比d点的低,故选项B正确,D错误.由于金属杆处于静电平衡状态,所以内部的场强处处为零,c处的电场强度为0,故选项C错误.
3.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、带正电的金属球(可视为质点,且不影响原电场)以速度v0开始在金属板上向右运动,在运动过程中(　A　)
A.小球做匀速直线运动
B.小球先做减速后做加速运动
C.静电力对小球先做正功后做负功
D.以上说法都不正确
解析:达到静电平衡时,金属板表面为等势面,金属球所受静电力垂直于金属板表面,所以小球在金属板上做匀速直线运动,静电力对金属球不做功,选项A正确.
4.(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(　BCD　)
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.用绝缘导线把验电器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
解析:选项A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;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.
5.在点电荷-Q的电场中,一金属圆盘处于静电平衡状态,若圆平面与点电荷在同一平面内,则盘上感应电荷在盘中A点所激发的附加场强E′的方向在图中正确的是(　A　)
解析:感应电荷在盘中A点激发的附加场强E′应与-Q在A点产生的场强等大反向,故A正确.
6.(多选)如图所示,在真空中把一绝缘导体AB向带负电的小球P缓慢地靠近(不接触)时,下列说法中正确的是(　AC　)
A.B端的感应电荷越来越多
B.导体内部场强越来越大
C.导体的感应电荷在M点产生的场强大于在N点产生的场强
D.导体的感应电荷在M,N两点产生的场强相等
解析:绝缘导体AB移近带负电的小球P时,导体中的自由电子受到带负电小球P产生的电场的作用力变大,使自由电子不断地向B端移动,A,B两端的感应电荷不断增多,故选项A正确;由于导体AB缓慢移动,导体的静电平衡状态是在很短的时间内完成的,带负电小球P产生的电场和导体AB上感应电荷的电场叠加的结果均会使导体内部各处的合场强等于零,故选项B错误;M点距小球P的距离比N点要近,由E=k可知,带负电小球P在M点产生的场强大于在N点产生的场强,而导体内部的合场强处处为零,那么导体的感应电荷在M点产生的场强就大于在N点产生的场强,故选项C正确,D错误.
静电屏蔽
7.电工穿的高压作业服是用铜丝编织的,下列说法正确的是(　C　)
A.铜丝编织的衣服不易拉破
B.电工被铜丝衣服所包裹,使体内电势为零
C.电工被铜丝衣服所包裹,使体内场强为零
D.铜丝电阻小,能对人体起到保护作用
解析:达到静电平衡时,电工被铜丝衣服包裹,体内场强为零,选项C正确.
8.(多选)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(　ABD　)
A.导体空腔内任意点的场强
B.导体空腔内任意点的电势
C.导体空腔外表面的电荷量
D.导体空腔内表面的电荷量
解析:静电平衡状态下的导体内部场强处处为零,且内表面不带电,故选项A,D正确.由于导体接地,故整个导体的电势为零,选项B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不正确.
9.(多选)如图,四组静电实验中,能使左边的验电器的箔片张开的是(　AC　)
解析: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,左边的金箔与导体电势不相等,导体上的电荷移动到金箔上,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.
10.一金属球,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(　C　)
A.Ea最大
B.Eb最大
C.Ec最大
D.Ea=Eb=Ec
解析:处于静电平衡的导体内部场强处处为零,故a,b,c三点的场强都为零.静电平衡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在这一点形成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.正确选项为C.
11.(多选)如图所示,原来不带电的金属球壳内壁接地,将一带正电的小球放入其中,但不与球壳接触,则(　ACD　)
A.球壳内壁带负电
B.球壳外壁带正电
C.球壳外壁不带电
D.若将接地线去掉再移去正电荷,球壳外壁带负电
解析:球壳内正电荷产生电场,使球壳处于静电平衡状态,在球壳的内表面出现等量异种电荷,球壳的外表面出现等量同种电荷,当球壳接地时,不论内表面接地还是球壳外表面接地,等稳定后球壳的电势必定为零.球壳的外表面无感应电荷,球壳外也没有静电场,这就是接地导体壳的静电屏蔽作用.故选项A,C正确;若将接地线去掉再移去球壳内正电荷时,球壳内表面的负电荷就会分布到球壳的外表面上,内壁不再带电.故选项D正确.
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点的场强大小为
E1=k=3×105
N/C,方向由O指向B.
-q2在O点的场强大小为
E2=k=2.4×105
N/C,方向由O指向B.
设感应电荷在O点处产生的场强为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
(教师备用)
【补偿题组】
1.(针对第1题)如图所示为一空腔球形导体(不带电),现在将一个带正电的小金属球A放入空腔中,当静电平衡时,图中a,b,c三点的场强E和电势的关系是(　D　)
A.Ea>Eb>Ec,
a>b>c
B.Ea=Eb>Ec,
a=b>c
C.Ea=Eb=Ec,
a=b=c
D.Ea>Ec>Eb,
a>b>c
解析:画出空腔导体内外的电场线分布,可以看出Eb=0,但b>0,由内向外,电势依次降低,
a>b>c;由电场线疏密可看出Ea>Ec>Eb.处于静电平衡的导体内部场强处处为零,导体是一个等势体,但其电势并不一定为零.选项D正确.
2.(针对第4题)如图所示,把一个带正电的小球放入原来不带电的金属空腔球壳内并与内壁接触,其结果是(　A　)
A.只有球壳外表面带正电
B.只有球壳内表面带正电
C.球壳的内、外表面都带正电
D.球壳的内表面带正电,外表面带负电
解析:小球与金属球壳接触,就成了一个导体,由于静电平衡导体的电荷只分布在外表面上,故小球和内壁都不带电,正电荷全部分布在球壳外表面.故选项A正确.
3.(针对第11题)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(　C　)
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
解析:空心导体处在带正电的带电体附近,根据电场中导体的特点,空心导体起到了静电屏蔽的作用,使得内部电场强度为零,电荷不受静电力的作用,所以做匀速直线运动,选项C正确.