2018—2019学年高中物理新人教版选修3-1课时作业：第一章静电场7静电现象的应用

7 静电现象的应用
[课时作业]
[A组　基础巩固]
一、单项选择题
1．关于避雷针能够避免建筑物被雷击的原因，下列分析不正确的是(　　)
A．云层中带的电荷被避雷针通过导线导入大地
B．避雷针的尖端向云层放电，中和了云层中的电荷
C．云层与避雷针发生摩擦，避雷针上产生的电荷被导入大地
D．避雷针由尖锐的导体做成，利用的是尖端放电现象
解析：带电荷的云层在避雷针尖端感应出与云层相反的静电，达到一定程度就会发生尖端放电，中和云层中的电荷，同时将云层中的电荷导入大地，避免了雷击现象，A、B、D对，C错．
答案：C
2．某农村小塑料场的高频热合机产生的电磁波频率和电视信号频率接近，由于该村尚未接通有线电视信号，空中的信号常常受到干扰，在电视荧屏上出现网状条纹，影响正常收看．为了使电视机不受干扰，可采取的办法是(　　)
A．将电视机用一金属笼子罩起来
B．将电视机用一金属笼子罩起来，并将金属笼子接地
C．将高频热合机用一金属笼子罩起来
D．将高频热合机用一金属笼子罩起来，并将金属笼子接地
解析：为了使电视机能接收电磁波信号，但又不接收高频热合机产生的电磁波，应将高频热合机产生的电磁波信号屏蔽，而接地金属笼子具有屏蔽内电场的作用，故选项D正确．
答案：D
3．下列说法正确的是(　　)
A．处于静电平衡的导体，由于导体内的电场强度为零，所以导体内的电势也为零
B．处于外电场中的静电平衡的导体，由于附加电场的出现，导体内的原电场变为零
C．处于外电场中的静电平衡的导体，由于附加电场和原电场相互抵消，导体内的电场变为零，但导体表面的电场不为零，且与表面垂直
D．处于静电平衡的导体，导体表面的电势一定与导体内部的电势不相等
解析：处于静电平衡的导体内部电场强度处处为零，整个导体是一个等势体，导体内部与表面电势相等，但电势不一定等于零，A、D错；处于外电场中的静电平衡的导体，其内部某点由于静电感应产生的附加电场的场强与原场强等大、反向，相互抵消，合场强为零，原场强不变，B错；由于净电荷或感应电荷都分布在等势体的表面，故导体表面的电场强度不为零，导体表面是等势面，电场方向垂直导体表面，C对.
答案：C
4.(2018·广东汕头高二检测)如图所示，带正电的导体球A置于原来不带电的空腔导体球B内，a、c分别为导体A、B内的点，b为导体A和B之间的一点，下列说法正确的是(　　)
A．a、b、c三点的电势都相等
B．a点的场强为零，但电势最高
C．b点的场强为零，但电势大于零
D．a、b、c三点的场强都为零
解析：A球带正电，不带电的空腔B可以理解为导体的静电平衡，故Ea＝Ec＝0，空腔内壁感应电荷为负，外壁感应电荷为正．空腔内的电场线分布为由A指向B，所以φa＞φb＞φc，Eb≠0，B项正确．
答案：B
5．人造飞船返回地球经过大气层时，返回舱表面附近形成一个温度高达几千摄氏度的高温区．高温区内的气体和返回舱表面材料的分子被分解和电离，这时返回舱与外界的联系会中断，出现这种现象的原因是(　　)
A．返回舱受到的万有引力消失
B．返回舱为了安全而暂时关闭通信系统
C．返回舱周围高温气体被电离成等离子体，从而对飞船起屏蔽作用
D．返回舱表面温度太高，如同火球，使得航天员看不见外面，外面也看不见返回舱里面
解析：由于高温区内的气体和返回舱表面材料的分子被分解和电离，对返回舱起到静电屏蔽作用，所以返回舱与外界信号中断，故A、B、D错误，C正确．
答案：C
二、多项选择题
6.如图所示，B是带有绝缘支架的空腔带电金属球壳，A是验电器，A、B相距较远，导线C的一端接验电器的金属球，下列现象正确的是(　　)
A．将C的另一端与B的外壳接触，验电器的金属箔张开
B．将C的另一端与B的内表面接触，验电器的金属箔张开
C．将C的另一端与B的外壳接触，验电器的金属箔不张开
D．将C的另一端与B的内表面接触，验电器的金属箔不张开
解析：假设B带正电，则正电荷应分布在B的外表面上，不管C接B的外壳还是内表面，验电器的金属球导电杆和金属箔通过导线C与B就构成一个整体，因平衡状态下带电体电荷只分布在外表面上，由于验电器在B的外部，也就成了这个整体的外表面的一部分．因此，无论C的另一端与B什么地方接触，验电器一定带电，故A、B正确．
答案：AB
7.如图所示，水平放置的金属板正上方放有一固定的正点电荷Q，一表面绝缘的带正电小球(可视为质点且不影响Q的电场)，从左端以初速度v0滑上金属板，沿光滑的上表面向右运动到右端，在该运动过程中(　　)
A．小球做匀速直线运动
B．小球先做减速运动，后做加速运动
C．小球的电势能保持不变
D．静电力对小球所做的功为零
解析：由于金属板处于点电荷Q形成的电场中，达到静电平衡后，金属板的上表面是一个等势面，表面上电场线是竖直向下的，所以小球受到重力、支持力、向下的电场力，合力为零，故小球做匀速直线运动．电场力对小球不做功．
答案：ACD
8.如图所示，A、B为两个带等量异种电荷的金属球，将两根不带电的金属棒C、D放在两球之间，则下列叙述正确的是(　　)
A．C棒的电势一定高于D棒的电势
B．若用导线将C棒的x端与D端的y端连接起来的瞬间，将有从y流向x的电子流
C．若将B球接地，B所带的负电荷全部流入大地
D．若将B球接地，B所带的负电荷还将保留一部分
解析：由如图所示的电场线方向可知A、B、C、D的电势高低为φA＞φC＞φD＞φB.当用导线将C棒的x端与D棒的y端连接的瞬间，将有自由电子从电势低的D棒流向电势高的C棒，这时C与D已通过导线连接为一个导体了，静电平衡后，它们的电势相等，C的x端仍带负电，D的y端仍带正电，而C的右端及D的左端均不带电．当将B球接地时，一部分自由电子从低于大地电势的B球上流向大地，而一部分电子受到D棒y端正电荷的吸引而保留在靠近y端的近端处，如果把带正电的A球移走，接地的B球上的负电荷才全部流入大地．故A、B、D正确．
答案：ABD
三、非选择题
9．如图所示，一厚度不计的金属圆桶带电荷量为Q＝＋4×10－6 C.
(1)此时，金属圆桶内、外表面带电荷量分别为多少？
(2)如果用丝线在金属圆桶内悬挂一带电荷量q＝－2×10－6 C的金属小球．
①求金属圆桶内、外表面带的电荷量；
②若让金属圆桶内金属小球与内表面接触一下，则金属圆桶内、外表面带电荷量分别为多少？
③若金属小球悬挂时，先用手接触一下金属圆桶外表面，然后再将小球从金属圆桶中取出，则金属圆桶内、外表面带电荷量又为多少？
解析：(1)由静电平衡条件，净电荷分布在导体的外表面，可得金属圆桶内表面带电荷量为0，外表面带电荷量为＋4×10－6 C.
(2)①带负电金属小球移入金属圆桶内后，由于静电感应，内壁感应出2×10－6 C的正电荷，相当于负电荷将等量的正电荷吸引到内壁．由电荷守恒定律可知，外表面还有2×10－6 C的正电荷．
②当金属小球与金属圆桶内表面接触时，金属小球所带负电荷迅速与内表面正电荷中和，从而内表面不带电，外表面带2×10－6 C的正电荷．
③若金属小球悬挂时，先用手接触一下金属圆桶外表面，外表面的正电荷被中和，内表面正电荷受金属小球负电荷束缚，保持不动．此时再将金属小球从金属圆桶中取出，则由于导体在静电平衡时，净电荷只能分布在外表面，内表面2×10－6 C的正电荷将在电场力作用下移到外表面．故外表面带2×10－6 C的正电荷，内表面带电荷量为0.
答案：见解析
[B组　能力提升]
一、选择题
1.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，当只有它存在时，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，根据电场强度叠加原理，P点的电场强度大小应为(　　)
A．EB B．EA＋EB
C．|EA－EB| D．以上说法都不对
解析：当把点电荷放在B点后，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，直到达到静电平衡．这时，导体球上的电荷在P点产生的电场强度EA′不等于EA.由于点电荷不涉及电荷如何分布的问题，它在P点产生的电场强度与周围是否存在其他电荷无关，所以仍为EB，当点电荷与导体球A同时存在时，P点的电场强度应由EA′与EB叠加而成，而不是由EA与EB叠加．只要对电场强度叠加原理的理解准确了，就能立即断定A、B、C三个选项都是不对的．答案为D.
答案：D
2．(多选)如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．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
解析：由题图知，集尘极连电源正极，电势高，所以电场方向由集尘极指向放电极，选项B正确．带电尘埃向集尘极迁移，带电尘埃所受静电力方向与电场方向相反，带负电，选项A、C错误．由F＝qE知，同一位置带电荷量越多的尘埃所受静电力越大，选项D正确．
答案：BD
二、非选择题
3.如图所示，带电导体A处于静电平衡状态，电势为φ＝200 V．M、N是A表面上的两点，电场强度EM＝4EN.今把一电荷量为q＝5×10－8C的正电荷分别由M点、N点移到无限远处，求电场力做的功．
解析：由静电平衡导体的特点得
φM＝φN＝φ＝200 V
移到无限远处电场力做功
WM＝WN＝qU＝q(φ－0)＝5×10－8×200 J＝1.0×10－5 J.
答案：均为1.0×10－5 J
4.长为L的导体棒原来不带电，现将一电荷量为＋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，求棒上感应电荷在棒内中点处产生的场强大小和方向．
解析：达到静电平衡后的导体棒，其内部合场强处处为零，此合场强为点电荷q和导体棒上感应电荷分别在O处产生的场强的矢量和，因此两场强应大小相等、方向相反．欲知感应电荷在O处产生的场强大小，只需求q在O处的场强，该场强的大小为
E＝k，方向水平向右．
所以，感应电荷在O处产生的场强大小E＝k，
方向与q在O处的场强方向相反，即水平向左．
答案：k　水平向左