9.4 静电的防止与利用-2021-2022学年高二物理人教版（2019）必修第三册培优同步课时训练（word含答案）

2021-2022年高二物理必修第三册培优同步专题训练（人教版2019）
9.4 静电的防止与利用
一、单选题。本大题共12小题，每小题只有一个选项符合题意。
1．处于静电平衡的导体，内部场强处处为零的原因是（ ）
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
2．如图所示，在真空中把一不带电的绝缘导体AB放在带负电的小球P附近，M、N为导体AB上的两点，下列说法正确的是（　　）
A．导体A端将感应出负电荷
B．N点的电势φN大于M点的电势φM
C．导体两端带上异种电荷，说明静电感应在导体上创造了电荷
D．导体的感应电荷在M点产生的电场强度大于在N点产生的电场强度
3．如图所示，将悬挂在绝缘细线上的带正电的小球A放在不带电的空心金属球C内（始终不与球接触），现将另一个悬挂在绝缘细线上的带负电的小球B放在C附近，待稳定后，以下说法正确的是（ ）
A．A所受静电力为0，B向右偏离竖直方向
B．A向左偏离竖直方向，B向右偏离竖直方向
C．A所受静电力向左，B所受静电力向右
D．A的位置不变，B的位置也不变
4．下列做法中属于防止静电产生危害的是（ ）
A．在高大的建筑物顶端装避雷针
B．在校文印室内静电复印一课一练
C．在高大的烟囱中安装静电除尘器
D．在汽车制造厂车间里进行静电喷漆
5．某研究性学习小组学习电学知识后进行对电工穿的高压作业服进行研究，发现高压作业服是用铜丝编织的，下列各同学的理由正确的是（ ）
A．甲认为铜丝编织的衣服不易拉破，所以用铜丝编织
B．乙认为电工被铜丝编织的衣服所包裹，使体内电势保持为零，对人体起保护作用
C．丙认为电工被铜丝编织的衣服所包裹，使体内电场强度保持为零，对人体起保护作用
D．丁认为铜丝必须达到一定的厚度，才能对人体起到保护作用
6．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子内部产生的电场分布情况正确的是(　　)
A．B．C．D．
7．静电除尘是气体除尘方法的一种．在冶金、化学等工业中用以净化气体或回收有用尘粒．如图所示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，在电场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．到达集尘极的尘埃是由低电势点运动到高电势点
C．带电尘埃所受电场力的方向与电场方向相同
D．带电尘埃在运动过程中的电势能逐渐增大
8．如图所示，一个原来不带电的半径为r的空心金属球放在绝缘支架上，右侧放一个电荷量为+Q的点电荷，点电荷到金属球的球心距离为3r。达到静电平衡后，下列说法正确的是
A．金属球的左侧感应出负电荷，右侧感应出正电荷
B．点电荷Q在金属球内产生的电场的场强处为零
C．感应电荷在金属球球心处产生的电场强度大小为E=kfalse
D．用导线的一端接触球的左侧，另一端接触球的右侧，球两侧电荷将中和
9．图中接地金属球A的半径为R，球外点电荷的电荷量为Q，到球心的距离为r。该点电荷感应的感应电荷在球心的场强大小等于(　　)
A．false B．false C．0 D．false
10．经过探究发现：点电荷和无限大的接地金属平板间的电场（如图甲所示）与等量异种点电荷之间的电场分布（如图乙所示）完全相同。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）自左以速度v0开始在金属板上向右运动，在运动过程中（　　）
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．小球做匀变速运动 D．以上说法都不正确
11．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，蚊香产生的烟雾会被电极吸附，停止转动手摇起电机，蚊香的烟雾又会袅袅上升。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
12．均匀带电的球壳在球外空间产生的电场等效于电荷集中于球心处产生的电场。如图所示，半球面AB上均匀分布着正电荷，总电荷量为q，球面半径为false为通过半球顶点与球心O的直线，在直线上有false两点，false。已知N点的场强大小为E，静电力常量为k，则M点的场强大小为（　　）
A．false B．false C．false D．false
二、多选题。本大题共3小题，每小题有两项或以上符合题意。
13．为了防止静电的危害，应尽快把静电导走．下列措施中是可行的是（ ）
A．电子工厂内的技术人员带上接地脚环或防静电手腕带
B．电工钳柄上套有一绝缘胶套
C．飞机的轮胎装有搭地线或导电的橡胶制造
D．印染车间里保持适当的湿度
14．如图所示，将悬在绝缘细线上带正电的小球false放在不带电的金属空心球壳false内（与内壁不接触），外加一个水平向右的场强为E的匀强电场，对于最后的结果，下列判断正确的是（　　）
A．false的右端带正电，false向左偏
B．false的右端带正电，false不偏左也不偏右
C．false的左端带正电，false向右偏
D．false的左端带负电，false不偏左也不偏右
15．滚筒式静电分选器由料斗A、导板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分别接于直流高压电源的正负极，并将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。现有导电性能不同的两种物质粉粒a、b的混合物从料斗A下落，沿导板B到达转动的滚筒C上，粉粒a具有良好的导电性，粉粒b具有良好的绝缘性，下列说法中正确的是（　　）
A．粉粒a落入料槽F，粉粒b落入料槽E
B．粉粒b落入料槽F，粉粒a落入料槽E
C．若滚筒C不接地而放电针G接地，从工作原理上看，这也是允许的
D．若滚筒C不接地而放电针G接地，从工业实用角度看，这也是允许的
三、解答题。本大题共6小题，解答过程必修有必要的文字说明，公式和解题过程。
16．当我们使用有线话筒扩音时，有些由于周围环境中的静电现象或其他原因产生的电信号会通过话筒线混入功率放大器中进行放大，影响扩音的效果。因此，很多优质的话筒线在构造上都采取了防备措施。请观察图的话筒线，你知道它采用了什么方法防止干扰信号从话筒线上侵入吗？
17．在燃气灶和燃气热水器中，常常安装电子点火器，接通电子线路时产生高电压，通过高压放电的电火花来点燃气体。点火器的放电电极是钉尖形（图）。这是为什么？与此相反，验电器的金属杆上端却固定一个金属球而不做成针尖状，这又是为什么？
18．在一次科学晚会上，一位老师表演了一个“魔术”：如图，一个没有底的空塑料瓶上固定着一根铁锯条和一块易拉罐（金属）片，把它们分别跟静电起电机的两极相连。在塑料瓶里放一盘点燃的蚊香，很快就看见整个透明塑料瓶里烟雾缭绕。当把起电机一摇，顿时塑料瓶清澈透明，停止摇动，又是烟雾缭绕。
起电机摇动时，塑料瓶内哪里电场强度最大？是锯条附近还是金属片附近？若锯条接电源负极，金属片接正极，这些烟尘最终到哪里去了？
19．在真空中有两个点电荷A和B，电荷量分别为－Q和＋2Q，相距为2l，如果在两个点电荷连线的中点O有一个半径为r(r?l)的空心金属球，且球心位于O点，如图所示，则球壳上的感应电荷在O处的场强的大小为多少？方向如何？
20．如图，一个没有底的空塑料瓶上固定着一根铁锯条和一块易拉罐（金属）片，把它们分别跟静电起电机的两极相连。在塑料瓶里放一盘点燃的蚊香，很快就看见整个透明塑料瓶里烟雾缭绕。当把起电机一摇，顿时塑料瓶清澈许多，停止摇动，又是烟雾缭绕。试解释该现象产生的原因。
21．以煤作燃料的工厂、电站，每天排出的烟气带走大量的煤粉，不仅浪费燃料，而且严重地污染环境，利用静电除尘可以消除烟气中的煤粉．图为静电除尘的原理示意图，除尘器由金属管A和悬挂在管中的金属丝B组成，A和B分别接到高压电源的两极，它们之间有很强的电场，而且距离B越近电场强度越大，B附近的空气中的气体分子被强电场电离成为电子和正离子．正离子被吸引到B上，得到电子，又成为分子，电子在向正极运动的过程中，遇到烟气中的煤粉，使煤粉带负电，吸附到正极上，最后在重力作用下，落入下面的漏斗中，从而除去了煤粉等有害粒子．
若某一大型火力发电厂的烟囱高20 m、直径4 m，问：
（1）为了除去烟气中的煤粉，A、B分别应该接在高压电源的哪一极？
（2）设这一静电除尘器的吸附能力为false，则在一天中能回收多少煤粉？
参考答案
1．D
【解析】处于静电平衡的导体内部存在两个电场，一个是外加电场、一个是导体内部自己产生的感应电场，两电场叠加的合场强为零。
故选D。
2．D
【解析】A．根据静电感应，可知导体A端将感应出正电荷。故A错误；
B．导体是一个等势体，N点的电势φN等于M点的电势φM，故B错误；
C．导体两端带上异种电荷，说明静电感应使导体上的正负电荷进行了再分配。故C错误；
D．导体内部合场强为零，即导体感应电荷产生的场强与带电小球产生的场强，等大方向。根据场强的概念可知，带电小球在M点产生的电场强度大于在N点产生的电场强度。所以感应电荷在M点产生的电场强度大于在N点产生的电场强度。故D正确。
故选D。
3．A
【解析】A在空心金属球内，由于静电感应，C的外表面带正电，B、C相互吸引，所以B向右偏，由于空心金属球可以屏蔽外部电场，因此B产生的电场对空心金属球C的内部无影响，即A、B之间无相互作用的静电力，所以A位置不变，故A正确，BCD错误。
故选A。
4．A
【解析】A．当打雷的时候，由于静电的感应，在高大的建筑物顶端积累了很多的静电，容易导致雷击事故，所以在高大的建筑物顶端安装避雷针可以把雷电引入地下，保护建筑物的安全，属于静电防止，符合题意；
B．静电复印是利用异种电荷相互吸引而使碳粉吸附在纸上，属于静电应用，不符合题意；
C．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，属于静电应用，不符合题意；
D．喷枪喷出的油漆微粒带正电，因相互排斥而散开，形成雾状，被喷涂的物体带负电，对雾状油漆产生引力，把油漆吸到表面，属于静电应用，不符合题意．
本题选择静电的防止，故选：A
5．C
【解析】
高压作业服是用铜丝编织的，这利用到了静电屏蔽内容，高压服在外电场作用下静电感应继而处于静电平衡状态，因为处于静电平衡状态下的导体内部场强为零，所以这样可以保护人体，选C
6．C
【解析】由点电荷的电场强度公式E=kfalse得带电量为q的点电荷在周围空间中产生的电场强度为：E=false，长方体金属盒达到静电平衡后，长方体金属盒上感应电荷在某点处产生的场强大小与点电荷q在该处产生的电场强度大小相等，则为：E′=E=kfalse．感应电荷的电场与点电荷的电场的方向相反．所以只有C正确．故选C．
7．B
【解析】A.尘埃在电场力作用下向集尘极迁移并沉积，说明尘埃带负电，A错误；
B.由于集尘极与电池的正极连接，电场方向由集尘极指向放电极，沿电场线方向电势降低，B正确；
C.电荷在电场中受电场力的方向与电场方向相反，C错误；
D.电场力对尘埃做正功，电势能减小，D错误．
8．C
【解析】A．静电感应导致金属球的电荷重新分布，左侧带正电荷，右侧带负电荷，故A错误。
BC．感应电荷在金属球内激发的电场场强与点电荷在该处产生的电场强度大小，方向相反，金属球内部合电场强度为零，则点电荷Q在金属球内产生的电场的场强不为零；球心处的合场强为零，则感应电荷在球心处的场强等于点电荷在球心处的场强，大小为
false
故B错误，C正确。
D．因金属球是等势体，则用导线的一端接触球的左侧，另一端接触球的右侧，在导线中无电荷移动，即球两侧电荷不会中和，故D错误。
故选C。
9．D
【解析】处于静电平衡中的导体内部场强处处为零，Q在O点产生的场强与感应电荷在O点产生的场强等大反向，由此可知静电平衡后感应电荷在球心处产生的电场强度大小为false 。
故选D。
10．A
【解析】根据甲乙图可知，光滑金属板面上的场强方向处处与金属板垂直，小球在金属板面上移动时，电场力对小球不做功，所以小球做匀速直线运动，故A正确，BCD错误。
故选A。
11．B
【解析】ABC．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，故AC错误；B正确；
D．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，故D错误。
故选B。
12．A
【解析】假设在O点的右侧存在一个与半球面AB完全相同的半球面false两球面组合成一个完整的球面，则完整球面在N点产生的电场强度大小为
false
根据电场的矢量叠加原理可得，半球面false在N点产生的场强大小为false，则根据对称性可知，半球面AB在M点的场强大小也为false。
故选A。
13．ACD
【解析】A．静电危害是由于相互间不断摩擦，从而产生大量的静电，不及时导走，会出现放电危害．电子工厂内的技术人员带上接地脚环或防静电手腕带，通过腕带及接地线将人体的静电导到大地，A正确；
BC．电工钳柄上套有绝缘胶套，在带电操作时，防止触电飞机在飞行时，与空气摩擦产生大量的静电，所以着落时通过飞机轮上装搭地线，将静电导走，故C正确，B错误；
D．印刷车间中，纸张间摩擦产生大量静电，由于有一定的温度，能及时导走，故D正确.
故选ACD。
14．BD
【解析】在金属球壳外部加一个水平向右的场强为false的匀强电场时，由于静电感应的作用，金属球壳的左端将感应出负电荷，右端将感应出正电荷，由于屏蔽作用，而金属球壳空腔内部完全不受外加电场的影响，故false不会偏转，故AC错误，BD正确。
故选BD。
15．AC
【解析】AB．因为false和false分别接在高压电源的正、负极上，放电针false附近形成很强的电场，使放电针false附近的空气电离而产生大量离子，其中的负离子在奔向正极false的过程中被吸附到粉粒false、false上，false、false因吸附负离子而带负电，被吸引到带正电的滚筒false上，因false具有良好的导电性，false所带电荷被false上的正电荷中和并最终带上和false相同的电荷而被false排斥，落入料槽false，粉粒false因具有良好的绝缘性，所带负电荷而不会被中和，和false相互吸引，被吸引到滚筒false上，直到false处被刮板刮落而落入料槽false中，A正确，B错误；
CD．若滚筒false不接地而放电针false接地，同样能使放电针附近空气电离，从工作原理上看是允许的，但滚筒false不接地具有高压，不安全，从工业实用角度看，不允许，C正确，D错误。
故选AC。
16．见解析
【解析】由图可看到，在导线外面有一金属网将导线包围，采用了静电屏蔽的方法，以此防止干扰信号从电话线上侵入。
17．见解析
【解析】在尖端处，电荷容易聚集，点火器需要瞬间高压放电，自然需要电荷密集，所以点火器的放电电极做成了针尖形，容易使空气电离形成电火花而放电。验电器的金属杆上端固定的电极要尽可能减少放电，所以固定一个金属球，是为了防止空气电离放电。
18．见解析
【解析】瓶内俯视图如图
尖端附近的电场线密集，所以在锯条附近的电场强度大于金属片附近的电场；且根据俯视图可以看出料瓶内存在的是辐条形的电场，不是匀强电场，当静电除尘装置接通静电高压时，存在强电场，它使空气电离而产生阴离子和阳离子，负离子在电场力的作用下，向正极移动时，碰到烟尘微粒使它带负电，带电烟尘在电场力的作用下，向正极移动，烟尘最终被吸附到金属片上，这样消除了烟尘中的尘粒。
19．false，方向向右
【解析】根据电场的叠加和静电平衡，球心O处的合场强为0，即感应电荷的电场强度与A、B两点电荷在O处所产生的合场强等大、反向，即
E感＝EA＋EBfalse
A、B在O处产生的场强方向向左，所以E感向右。
20．见详解
【解析】当接通静电高压时，存在强电场，它使空气电离而产生阴离子和阳离子。负离子在电场力的作用下，向正极移动时，碰到烟尘微粒使它带负电。因此，带电尘粒在电场力的作用下，向管壁移动，并附在管壁上，这样，消除了烟尘中的尘粒。
21．（1）A接高压电源的正极，B接高压电源的负极 （2）86815 kg
【解析】（1）电极AB间接高电压后，之间产生了很强的电场，气体分子被电离成为电子和正离子，电子较轻，容易被粉尘吸附，故粉尘带负电，只有A极带正电，才能被正极A吸引,从而达到除尘的目的，所以A接高压电源的正极，B接高压电源的负极。
（2）设一天回收煤粉的质量为m，管内表面积
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