人教高中物理同步講義練習必修三9.4靜電的防止與利用（原卷版）

第九章靜電場及其應用第4節(jié)靜電的防止與利用課程標準學習目標了解生產(chǎn)生活中關(guān)于靜電的利用與防護。1．知道什么是靜電平衡狀態(tài)，能說出靜電平衡狀態(tài)下的導體特點.2．知道導體上電荷的分布特征，了解尖端放電、靜電屏蔽現(xiàn)象及其成因.3．了解靜電除塵、靜電噴漆、靜電復印的工作原理．（一）課前閱讀：如圖所示，不帶電的金屬導體放到電場中，導體內(nèi)的自由電子將發(fā)生定向移動，使導體兩端出現(xiàn)等量異種電荷．請思考下列問題：(1)自由電子定向移動的原因是什么？定向移動的方向如何？(2)自由電子能否一直定向移動？為什么？2.避雷針是利用尖端放電保護建筑物的一種設(shè)施，其原理是什么？3．靜電屏蔽是怎樣起到屏蔽作用的？（二）基礎(chǔ)梳理一、靜電平衡1．靜電平衡：導體內(nèi)的自由電子不再發(fā)生的狀態(tài)．2．處于靜電平衡狀態(tài)的導體，其內(nèi)部的電場強度處處為.3．導體上電荷的分布：(1)靜電平衡時，導體沒有凈剩電荷，電荷只分布在導體的(2)在導體外表面，越尖銳的位置，電荷的密度(單位面積的電荷量)，凹陷的位置幾乎沒有電荷．【微點撥】孤立的帶電體孤立的帶電體，電荷分布穩(wěn)定后，也處于靜電平衡狀態(tài)?！炯磳W即練】1.判斷下列說法的正誤.(1)處于靜電平衡狀態(tài)下的導體內(nèi)部的外加電場與附加電場的矢量和為零，即導體內(nèi)部的電場強度處處為零．()(2)靜電平衡時，導體內(nèi)部表現(xiàn)為電中性，電荷都分布在外表面，導體內(nèi)部沒有凈剩電荷．()(3)一個孤立的帶電體，在自身所帶電荷的電場中，處于靜電平衡狀態(tài)，不具有靜電平衡的特點．()二、尖端放電靜電屏蔽1．空氣的電離：在一定條件下，導體尖端電荷很大，導體尖端周圍的強電場使空氣中殘留的帶電粒子發(fā)生劇烈運動，并與空氣分子碰撞從而使空氣分子中的正負電荷的現(xiàn)象．2．尖端放電：所帶電荷與導體尖端的電荷符號相反的粒子，由于被吸引，而與尖端上的電荷，相當于導體從尖端的現(xiàn)象．3．尖端放電的應用與防止：(1)應用：是利用尖端放電避免雷擊的一種設(shè)施．(2)防止：高壓設(shè)備中導體的表面盡量光滑會減少電能的損失．4．靜電屏蔽靜電平衡時，空腔導體內(nèi)表面沒有電荷，導體殼內(nèi)空腔里的電場強度處處為.外電場對殼(網(wǎng))內(nèi)的儀器不會產(chǎn)生影響，金屬殼的這種作用叫作．5．靜電屏蔽的應用：電學儀器外面有金屬殼、野外高壓線上方還有兩條導線與大地相連．【拓展補充】在如圖所示的實驗中，驗電器的金屬箔片能張開嗎？為什么？三、靜電吸附1．靜電吸附：在電場中，帶電粒子在作用下，向著電極運動，最后被吸附在電極上的現(xiàn)象．2．靜電除塵：當空氣中的塵埃帶電時，在靜電力作用下，塵埃到達電極而被收集起來的過程．3．靜電噴漆：接負高壓的涂料霧化器噴出的油漆微粒帶負電，在靜電力作用下，這些微粒向著作為的工件運動，并沉積在工件表面．4．靜電復?。簭陀C應用了的原理，復印機的有機光導體鼓表面涂覆有機光導體(OPC)，無光照時，OPC是，受光照時變成導體．【微點撥】靜電除塵小實驗這里介紹一種很簡單的演示裝置。將圓柱形鐵罐的底部去掉，變?yōu)閮啥碎_口的圓筒，再通過一根絕緣柄把圓簡裝在鐵架臺上，圓筒的中軸線處吊一根下系一個重物的金屬線。演示時，將靜電起電機的兩個電極分別接于圓筒和金屬線上端。在圓筒下方點燃蚊香，煙霧從圓筒上冒出。起電時，煙霧即刻消失。一、靜電平衡1．處于靜電平衡狀態(tài)的導體內(nèi)部電場強度為零的本質(zhì)是外電場E0和感應電荷產(chǎn)生的電場E′的合電場強度為0，即E0＝－E′.2．孤立的帶電導體處于靜電平衡狀態(tài)，內(nèi)部電場強度為0的本質(zhì)是分布在導體外表面的電荷在導體內(nèi)部的合電場強度為0.3．處于靜電平衡狀態(tài)的導體，其外表面任一點的電場強度方向跟該點的表面垂直．4．靜電平衡時，導體上的電荷分布在導體的外表面，其內(nèi)部沒有凈電荷，且凈電荷在導體外表面的分布不均勻，越是尖銳的地方電荷的分布越密集．【典例精析】例1．如圖所示，把一個架在絕緣支架上的枕形導體放在正點電荷形成的電場中，導體處于靜電平衡狀態(tài)．下列說法正確的是()A．導體內(nèi)部A點的電場強度大于B點的電場強度B．感應電荷在A、B兩點產(chǎn)生的附加電場強度EA＝EBC．感應電荷在A、B兩點產(chǎn)生的附加電場強度EA＜EBD．當開關(guān)S閉合時，電子從大地沿導線向?qū)w移動【規(guī)律方法】求處于靜電平衡狀態(tài)的導體的感應電荷產(chǎn)生的電場強度的方法是：(1)先求出外電場電場強度E外的大小和方向．(2)由于導體處于靜電平衡狀態(tài)，則滿足靜電平衡條件E合＝0.(3)由E外＋E感＝0，求出感應電場E感的大小和方向．二、尖端放電靜電屏蔽1．尖端放電導體尖端電荷密度大，周圍的電場強度大，把周圍的空氣電離，帶電粒子在強電場的作用下加速撞擊空氣中的分子，使它們進一步電離，所帶電荷與導體尖端的電荷符號相反的粒子被吸引而奔向尖端，與尖端上的電荷中和．2．靜電屏蔽(1)靜電屏蔽的實質(zhì)靜電屏蔽的實質(zhì)是利用了靜電感應現(xiàn)象，使金屬殼內(nèi)感應電荷的電場和外加電場矢量和為零，好像是金屬殼將外電場“擋”在外面，即所謂的屏蔽作用，其實是殼內(nèi)兩種電場并存，矢量和為零．(2)靜電屏蔽的兩種情況導體外部電場不影響導體內(nèi)部接地導體內(nèi)部的電場不影響導體外部圖示實現(xiàn)過程因場源電荷產(chǎn)生的電場與導體球殼表面上感應電荷產(chǎn)生的電場在空腔內(nèi)的合電場強度為零，達到靜電平衡狀態(tài)，起到屏蔽外電場的作用當空腔外部接地時，外表面的感應電荷因接地將傳給地球，外部電場消失，起到屏蔽內(nèi)電場的作用最終結(jié)論導體內(nèi)空腔不受外界電荷影響接地導體空腔外部不受內(nèi)部電荷影響本質(zhì)靜電感應與靜電平衡，所以做靜電屏蔽的材料只能是導體，不能是絕緣體【典例精析】例2．將懸掛在絕緣細線上的帶正電的小球A放在不帶電的金屬空心球C內(nèi)(不與球接觸)，另有一個懸掛在細線上的帶負電的小球B向C靠近，如圖所示，則()A．A向左偏離豎直方向，B向右偏離豎直方向B．A的位置不變，B向右偏離豎直方向C．A向左偏離豎直方向，B的位置不變D．A和B的位置都不變?nèi)?、靜電吸附【典例精析】例3．(多選)如圖所示為靜電除塵示意圖，在M、N兩點間加高壓電源時，金屬管內(nèi)的空氣電離，電離出的電子在靜電力的作用下運動，遇到煙氣中的煤粉，使煤粉帶負電荷，因而煤粉被吸附到管壁上，排出的煙就清潔了．就此示意圖，下列說法正確的是()A．N接電源的正極 B．M接電源的正極C．電場強度EB＞EA D．電場強度EB＜EA1．對靜電平衡的三點理解(1)靜電平衡是自由電荷發(fā)生定向移動的結(jié)果，達到靜電平衡時，自由電荷不再發(fā)生定向移動。(2)金屬導體建立靜電平衡的時間是非常短暫的。(3)導體達到靜電平衡后內(nèi)部電場強度處處為零是指外電場E0與導體兩端的感應電荷產(chǎn)生的附加電場E′的合電場強度為零，即E′＝－E0。2．靜電平衡狀態(tài)下導體上的電荷分布特點(1)凈電荷只分布在導體表面，內(nèi)部沒有凈電荷。(2)感應電荷分布于導體兩端，電性相反，電荷量相等，近異遠同，如圖甲所示。(3)凈電荷在導體表面的分布不均勻，一般越是尖銳的地方電荷的分布越密集，如圖乙所示。3．靜電屏蔽的實質(zhì)靜電屏蔽的實質(zhì)是利用了靜電感應現(xiàn)象并達到靜電平衡，使金屬殼內(nèi)感應電荷的電場和外加電場矢量和為零，好像是金屬殼將外電場“擋”在外面，即所謂的屏蔽作用，其實是殼內(nèi)兩種電場并存，矢量和為零，所以做靜電屏蔽的材料只能是導體，不能是絕緣體。4．靜電屏蔽問題的三點注意(1)空腔可以屏蔽外界電場，接地的空腔可以屏蔽內(nèi)部的電場，其本質(zhì)都是因為激發(fā)電場與感應電場疊加的結(jié)果，分析中應特別注意分清是哪一部分電場作用的結(jié)果，還是合電場作用的結(jié)果。(2)對靜電感應，要掌握導體內(nèi)部的自由電荷是如何移動的，是如何建立起附加電場的，何處會出現(xiàn)感應電荷。(3)對靜電平衡，要理解導體達到靜電平衡時所具有的特點。一、單選題1．如圖所示，在超高壓帶電作業(yè)中，電工所穿的高壓工作服內(nèi)有編織的銅絲，這樣做的目的是（）A．銅絲編織的衣服不易拉破B．銅絲電阻小，對人體起到保護作用C．電工被銅絲衣服所包裹，使衣服內(nèi)場強為零D．電工被銅絲衣服所包裹，使衣服內(nèi)電勢為零2．如圖所示，驗電器A不帶電，驗電器B上裝有帶孔的空心金屬球C，金屬球C帶電。D是帶有絕緣手柄的金屬小球，可以從C上方的小孔進入其內(nèi)部。下列說法正確的是（）A．圖甲中，使D跟C的外部接觸，再讓D跟A靠近時，A的箔片張開B．圖甲中，使D跟C的外部接觸，再讓D跟A接觸時，A的箔片不張開C．圖乙中，使D跟C的內(nèi)部接觸，再讓D跟A靠得更近些，A的箔片張開D．圖乙中，使D跟C的內(nèi)部接觸，再讓D跟A接觸，重復多次后，A的箔片張開3．靜電噴涂利用了電荷之間的相互作用，其噴涂原理如圖所示，則下列說法正確的是（）A．涂料微粒一定帶正電B．涂料微粒一定帶負電C．涂料微?？赡軒д?，也可能帶負電D．噴嘴與工件之間的電場為勻強電場4．關(guān)于靜電的防止與利用，下列說法正確的是（）A．飛機上的著地輪用絕緣橡膠做輪胎，是為了及時地把飛機在飛行過程中由于摩擦而產(chǎn)生的電荷轉(zhuǎn)移給大地，以免發(fā)生放電現(xiàn)象，保證飛機和乘客的安全B．給病人做麻醉的醫(yī)生和護士都要穿絕緣性能良好的化纖制品，可防止麻醉藥燃燒C．避雷針是利用了靜電的尖端放電現(xiàn)象制作的，通常把避雷針頂端設(shè)計成球形是為了美觀D．高壓輸電線表面要很光滑，才能避免因尖端放電而損失電能5．如圖是某款家用空氣凈化器及其原理示意圖，污濁空氣通過過濾網(wǎng)后塵埃帶電。圖中充電極b、d接電源負極，集塵極a、c、e接電源正極（接地）。下列說法正確的是（）A．通過過濾網(wǎng)后空氣中的塵埃帶正電B．塵埃在被吸附到集塵極e的過程中動能增大C．c、d兩個電極之間的電場方向豎直向上D．塵埃被吸附到集塵極a的過程中所受電場力做負功6．如圖所示，空心金屬球殼上所帶電荷量為＋Q，關(guān)于O、M兩點電場強度E、E的說法中正確的是（）A．E≠0E＝0 B．E＝0E≠0C．E＝0E＝0 D．E≠0E≠07．如圖所示，在絕緣板上放有一個不帶電的金箔驗電器A和一個帶正電荷的空腔導體B。下列實驗方法中不能使驗電器箔片張開的是（）A．用取電棒C（帶絕緣柄的導體棒）先跟B的內(nèi)壁接觸一下后再跟A接觸B．用取電棒C先跟B的外壁接觸一下后再跟A接觸C．用帶絕緣外皮的導線把驗電器A跟取電棒C的導體部分相連，再把取電棒C與B的內(nèi)壁接觸D．使驗電器A靠近B8．如圖所示為科技館里一個趣味體驗項目的簡化圖，核心裝置為一個金屬球，在干燥的空氣里，體驗者雙腳站在絕緣凳上，右手按在金屬球上，并遠離周圍其他物體。一條特殊傳送帶（圖中未畫出）給金屬球不斷地輸送電荷，過一段時間后，體驗者的頭發(fā)便會四處散開，甚至倒立，十分有趣，在此狀態(tài)下，下列分析正確的是（）A．若用左手也去摸金屬球，會被電擊B．若用左手與旁邊的觀眾握手，會被電擊C．若右手離開金屬球，則頭發(fā)會立刻恢復常態(tài)D．若右手離開金屬球而且走下絕緣凳，頭發(fā)不會立刻恢復常態(tài)二、多選題9．如圖所示，將一個帶正電的小球Q放在本身不帶電的導體AB靠近A端一側(cè)，由于靜電感應，導體的A、B兩端分別出現(xiàn)負、正感應電荷。則以下說法正確的是（）A．A端接一下地，導體將帶正電荷B．A端接一下地，導體將帶負電荷C．導體內(nèi)部電場強度為0D．導體上的感應電荷在導體內(nèi)部產(chǎn)生的電場強度為010．如圖所示，在原來不帶電的金屬細桿ab附近P處，放置一個正點電荷，達到靜電平衡后（）A．a(chǎn)端帶負電荷B．b端帶負電荷C．c點電場強度為0D．桿內(nèi)c處電場強度的方向由a指向b11．在一次科學晚會上，一位老師表演了一個“魔術(shù)”：如圖所示，一個沒有底的空塑料瓶上固定著一根鐵鋸條和一塊易拉罐（金屬）片，把它們分別跟靜電起電機的兩極相連。在塑料瓶里放一盤點燃的蚊香，很快就看見整個透明塑料瓶里煙霧繚繞。則下列說法正確的是（）A．鋸條和金屬片之間為勻強電場B．鋸條附近的電場強度最大C．若鋸條接電源負極，金屬片接正極，當搖動起電機時，煙霧會向金屬片移動D．當把起電機一搖，頓時塑料瓶清澈透明，當起電機停止搖動一段時間后，又會是煙霧繚繞12．從生活走向物理，從物理走向社會，物理和生活息息相關(guān)，聯(lián)系生活實際對物理基本概念的認識和理解，是學好物理的基礎(chǔ)。下列有關(guān)電學知識的相關(guān)說法，正確的是（）A．圖甲中超高壓帶電作業(yè)的工作人員，為了保證他們的安全，他們必須穿上橡膠制成的絕緣衣服B．圖乙中家用煤氣灶的點火裝置，是根據(jù)尖端放電的原理而制成的C．圖丙中是避雷針的示意圖，避雷針可以在雷雨天防止建筑物被雷擊D．圖丁為靜電噴漆的示意圖，靜電噴漆時使被噴的金屬件與油漆霧滴帶相同的電荷，這樣使油漆與金屬表面在靜電斥力作用下噴涂更均勻13．如圖所示，在左邊的絕緣支架上插上頂針（其頂端是尖的），在頂針上裝上金屬風針，若給風針附近的圓形金屬板接上正高壓極，風針接負高壓極，風針尖端放電會使其旋轉(zhuǎn)起來，下列說法中正確的是（）A．風針尖端附近的電場線分布較密B．風針附近的空氣在強電場下發(fā)生電離C．空氣中的陽離子會向風針的尖端運動D．交換金屬板與風針所帶電荷電性，風針的尖端會有正電荷射出14．如圖所示為靜電除塵示意圖，在M、N兩點間加高壓電源時，金屬管內(nèi)的空氣電離，電