人教版高二物理选修3-1课堂同步精选练习
1.7静电现象的应用（原卷版）
链接高考
如图所示为静电力演示仪,两金属极板分别固定于绝缘支架上,且正对平行放置。工作时两板分别接高压直流电源的正负极,表面镀铝的乒乓球用绝缘细线悬挂在两金属极板中间,则( )
A.乒乓球的左侧感应出负电荷
B.乒乓球受到扰动后,会被吸在左极板上
C.乒乓球共受到电场力、重力和库仑力三个力的作用
D.用绝缘棒将乒乓球拨到与右极板接触,放开后乒乓球会在两极板间来回碰撞
如图所示,xOy平面是无穷大导体的表面,该导体充满z<0的空间,z>0的空间为真空。将电荷量为q的点电荷置于z轴上z=h处,则在xOy平面上会产生感应电荷。空间任意一点处的电场皆是由点电荷q和导体表面上的感应电荷共同激发的。已知静电平衡时导体内部场强处处为零,则在z轴上z=处的场强大小为(k为静电力常量)( )
A.k B.k
C.k
D.k
基础过关
处于静电平衡中的导体,内部电场强度处处为零的原因( )
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场强为零
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
一金属球,原来不带电,现沿球的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
5.
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,图中A、B、C三点的电场强度E和电势φ的关系是( )
A.EA>EB>EC,φA>φB>φC
B.EA=EB>EC,φA=φB>φC
C.EA=EB=EC,φA=φB>φC
D.EA>EB>EC,φA>φC>φB
6.
(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( )
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出正电荷,壳外壁带负电
将悬挂在细线上的带正电的小球A放在不带电的金属空心球C内(不和球壁接触),另有一悬挂在细线上的带负电的小球B向C靠近,如图所示,于是有( )
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
高考模拟
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.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
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 ( )
A.a端的电势比b端的高
B.b端的电势比d点的低
C.a端的电势不一定比d点的低
D.杆内c处电场强度的方向由a指向b
(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
(多选)如图所示,四组静电实验中,能使左边的验电器的金箔张开的是( )
二、非选择题
电业工人创造了具有世界先进水平的超高压带电作业法。利用“绝缘梯”使人体与输电线间的电势差逐渐变小,直到最后使人体的电势与输电线电势相等。试问:
(1)人与输电线电势相等时,为什么没有危险?
(2)超高压输电线周围存在强电场,人靠近输电线时,人体会有什么现象发生?
(3)工人带电作业时穿着由金属丝和棉纱织成的均压服,有什么作用?人教版高二物理选修3-1课堂同步精选练习
1.7静电现象的应用（解析版）
链接高考
如图所示为静电力演示仪,两金属极板分别固定于绝缘支架上,且正对平行放置。工作时两板分别接高压直流电源的正负极,表面镀铝的乒乓球用绝缘细线悬挂在两金属极板中间,则( )
A.乒乓球的左侧感应出负电荷
B.乒乓球受到扰动后,会被吸在左极板上
C.乒乓球共受到电场力、重力和库仑力三个力的作用
D.用绝缘棒将乒乓球拨到与右极板接触,放开后乒乓球会在两极板间来回碰撞
【答案】D
【解析】乒乓球在两极板中间时,其左侧会感应出正电荷,A错误;电场力和库仑力是同一个力的不同称谓,C错误;乒乓球与右极板接触则带正电,在电场力作用下向左运动与左极板相碰,碰后带上负电,又向右运动与右极板相碰,如此往复运动,所以D正确,B错误。
如图所示,xOy平面是无穷大导体的表面,该导体充满z<0的空间,z>0的空间为真空。将电荷量为q的点电荷置于z轴上z=h处,则在xOy平面上会产生感应电荷。空间任意一点处的电场皆是由点电荷q和导体表面上的感应电荷共同激发的。已知静电平衡时导体内部场强处处为零,则在z轴上z=处的场强大小为(k为静电力常量)( )
A.k B.k
C.k
D.k
【答案】D
【解析】点电荷q和感应电荷所形成的电场在z>0的区域可等效成关于O点对称的电偶极子形成的电场。所以z轴上z=处的场强E=k+k=k,选项D正确。
基础过关
处于静电平衡中的导体,内部电场强度处处为零的原因( )
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场强为零
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。
一金属球,原来不带电,现沿球的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】不带电的金属球放在带电细杆MN的旁边发生静电感应现象,静电平衡后,金属球内各处的场强为零,它是MN的场强跟球上感应电荷产生的场强的矢量和。
感应电荷在a、b、c三点产生的场强大小等于带电体MN在a、b、c三点产生的场强,二者方向相反。
a、b、c三点中,c点离MN最近,a点离MN最远,在MN产生的电场中c点场强最大,a点场强最小,这样感应电荷在c点的场强也最大,选项C正确。
5.
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,图中A、B、C三点的电场强度E和电势φ的关系是( )
A.EA>EB>EC,φA>φB>φC
B.EA=EB>EC,φA=φB>φC
C.EA=EB=EC,φA=φB>φC
D.EA>EB>EC,φA>φC>φB
【答案】D
【解析】画出系统静电平衡后,空腔导体上感应电荷与导体内外的电场线的分布图如图所示,从图中可以看出:EA>EB>EC(C点在导体内部合场强为零),又因从无限远处移一正的试探电荷到B点
电场力做负功,电势能增加,所以φB高于无限远处的电势;从B点到金属表面电场力继续做负功,空腔导体表面电势高于φB,即φC>φB,因空腔导体是等势体,且等于空腔导体内表面的电势,从空腔导体内表面再移动正电荷到A点,电场力又做负功,电势能增加,即A点电势高于导体空腔内表面,所以有φA>φC>φB。
6.
(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( )
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出正电荷,壳外壁带负电
【答案】ACD
【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,待稳定后球壳的电势必定为零,球壳的内表面仍带异种电荷,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A、C选项正确,B选项错误。若将接地线断开再移去壳内正电荷时,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D选项正确。
将悬挂在细线上的带正电的小球A放在不带电的金属空心球C内(不和球壁接触),另有一悬挂在细线上的带负电的小球B向C靠近,如图所示,于是有( )
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】因为金属球壳C没有接地,所以C的内部电场可以影响外部,即A球通过C外壁上的感应电荷在B球处激发电场,所以B球受到向右的作用力,要维持B球的平衡,悬挂B球的细线必须向右偏离竖直方向。又因为球壳外部的电场影响不到球壳内部,因此A球不受B球电场的作用力,只受到C的内壁感应负电荷的作用力且对称平衡,所以悬挂的A球的位置不变,故选B。
高考模拟
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.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
【答案】A
【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A项正确。
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 ( )
A.a端的电势比b端的高
B.b端的电势比d点的低
C.a端的电势不一定比d点的低
D.杆内c处电场强度的方向由a指向b
【答案】B
【解析】首先画出电场线,沿电场方向电势降低,b端电势比d点低,B选项正确;金属杆ab在静电平衡后是一个等势体,a端电势等于b端电势,都比d点低,A、C选项均错误;静电平衡后的导体内部电场强度处处为零,D选项错误。
(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
【答案】BCD
【解析】A项中取电棒和B的内壁接触,由于B的内壁本身没有电荷,取电棒不带电,所以接触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;D项中是感应起电。所以B、C、D项正确。
(多选)如图所示,四组静电实验中,能使左边的验电器的金箔张开的是( )
【答案】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,左边的金箔也是外表面,故A、C正确,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。
二、非选择题
电业工人创造了具有世界先进水平的超高压带电作业法。利用“绝缘梯”使人体与输电线间的电势差逐渐变小,直到最后使人体的电势与输电线电势相等。试问:
(1)人与输电线电势相等时,为什么没有危险?
(2)超高压输电线周围存在强电场,人靠近输电线时,人体会有什么现象发生?
(3)工人带电作业时穿着由金属丝和棉纱织成的均压服,有什么作用?
【答案】见解析
【解析】(1)人与输电线电势相等时,即任意两点间的电势差U=0,电荷不会发生定向移动,不会产生电流,因此无危险。
(2)人体靠近超高压输电线时,输电线周围存在强电场,由于静电感应,人体中的自由电荷重新分布,负电荷向E的反方向移动,会形成瞬时电流。
(3)由金属丝和棉纱织成的均压服有静电屏蔽的作用。
