静电知识答题题库及答案

静电知识答题题库及答案一、静电基础与电荷守恒1.【单选】丝绸摩擦玻璃棒后，玻璃棒带正电，其根本原因是A.丝绸失去电子 B.玻璃棒获得质子 C.玻璃棒失去电子 D.丝绸获得中子答案：C解析：玻璃棒中的束缚电子被丝绸拉走，玻璃棒因缺少电子而显正电。2.【单选】将带电量为＋q的小球放入空心金属球壳内部，稳定后壳层外表面电荷量为A.0 B.－q C.＋q D.与壳层厚度有关答案：C解析：静电屏蔽使＋q在壳内表面感应出－q，外表面感应出＋q，总量守恒。3.【填空】真空中两个相同金属小球，分别带电＋3µC与－5µC，接触后再次分开，则每球带电________µC。答案：－1解析：先中和2µC，剩余－2µC，均分后各－1µC。4.【计算】半径为R的孤立导体球带电量Q，求其表面外侧紧邻处的电场强度大小。答案：E＝Q/(4πε₀R²)解析：由高斯定理，球对称场强仅与球面电荷有关。5.【判断】“电荷既不能被创造，也不能被消灭”是电荷守恒定律的表述。（ ）答案：√6.【多选】下列现象能用电荷守恒解释的是A.雷雨云底部出现负电 B.光电效应中逸出电子 C.范德格拉夫起电机喷射电荷 D.α衰变后子核电荷减少答案：A、C解析：B为能量守恒范畴；D为核力作用，电荷数仍守恒。7.【简答】说明为何在干燥天气脱毛衣时常听到“噼啪”声。答案：摩擦使纤维间转移电子，电荷积累至空气击穿场强（≈3×10⁶V/m），产生电火花，声波即“噼啪”。8.【实验设计】用验电器、丝绸与玻璃棒验证“电荷种类只有两种”。写出步骤与预期。答案：步骤：①丝绸擦玻璃棒A，使验电器箔片张开；②用毛皮擦橡胶棒B，靠近验电器，若箔片张角减小，则B与A异号；③改用另一带电气球C，若C与A相斥、与B相吸，则C与A同号，与B异号；④结论：所有物体只呈现两种电性，即正、负。9.【综合】若地球可视为半径6.37×10⁶m的导体球，表面电场强度约130V/m向下，估算地球总电荷。答案：Q＝E·4πε₀R²≈－6.5×10⁵C解析：负号表示电场指向地心，故地球带负电。10.【论证】“电荷量子化”对宏观静电实验的意义。答案：尽管单个电子电荷极小，但宏观物体含电子数巨大（~10²³量级），使电荷看似连续；然而电荷量子化保证任何宏观电量均为e的整数倍，确保电荷守恒严格成立，避免分数电荷导致的非整数电量观测。二、库仑定律与电场强度11.【单选】真空中两点电荷相距r，力为F；若距离变为r/2，且其中一电荷量减半，则新力大小为A.F B.2F C.4F D.8F答案：B解析：F′＝k(q/2)(q)/(r/2)²＝2kq²/r²＝2F。12.【填空】在边长为a的正三角形顶点各放＋q，则中心处电场强度大小为________。答案：0解析：三矢量对称，合场强为零。13.【计算】两带电小球分别悬于长L的细线，质量均为m，因斥力张开小角θ，求每球电量q。答案：q＝2Lsinθ√(mgtanθ/k)解析：平衡时库仑力水平分量与重力水平分量平衡，利用小角近似sinθ≈tanθ≈θ。14.【多选】下列因素会改变点电荷间库仑力方向的是A.改变电量符号 B.加入第三个点电荷 C.改变介质为煤油 D.改变距离大小答案：A、B解析：C仅改变大小；D仅改变大小。15.【判断】库仑定律适用于运动电荷。（ ）答案：×解析：运动电荷间还存在磁力，需用洛伦兹力统一描述。16.【作图】在纸上画出＋2q与－q相距d的场线图，要求标出中性点位置。答案：中性点位于－q外侧距－q为(√2＋1)d处，场线自＋2q发出，终止于－q与无穷远。17.【综合】氢原子中电子与质子平均距离5.29×10⁻¹¹m，计算库仑力与万有引力之比。答案：F_e/F_g≈2.3×10³⁹解析：代入k、e、G、m_e、m_p即可。18.【探究】若库仑力与距离三次方成反比，导体球壳内部电场是否仍为零？说明理由。答案：否。高斯定理∮E·dA∝∫ρdV，若F∝1/r³则E∝1/r⁴，球对称高斯面内电荷为零时∮E·dA≠0，除非E处处为零，但数学上无法满足边界条件，故屏蔽失效。19.【应用】喷墨打印机墨滴带电q＝1.5×10⁻¹³C，经U＝5kV偏转板长L＝1cm，场强E＝1.0×10⁶N/C，墨滴质量m＝1.0×10⁻¹⁰kg，初速v₀＝20m/s，求偏转距离y。答案：y＝qEL²/(2mv₀²)≈1.9×10⁻⁴m解析：类平抛运动，时间t＝L/v₀，加速度a＝qE/m。20.【论证】为何库仑定律是长程力却不易察觉宏观吸引？答案：宏观物体通常电中性，正负电荷数量差极小，净电荷产生的库仑力被中性部分的巨大数量级稀释；同时屏蔽与泄漏使电荷难以积累，故日常仅见摩擦起电等瞬态效应。三、电势、电势能与电容器21.【单选】将单位正电荷从无穷远移至距点电荷Q为r处，外力做功W，则该点电势为A.WQ B.W/Q C.W D.－W答案：C解析：电势定义即单位正电荷的电势能增量，W＝qφ，q＝1则φ＝W。22.【填空】平行板电容器插入介电常数为κ的电介质后，电容变为原来的________倍。答案：κ23.【计算】球形电容器内半径a、外半径b，中间填κ＝2的油，求电容。答案：C＝4πε₀κab/(b－a)解析：利用高斯定理求E，积分得电势差。24.【多选】下列操作能使平行板电容器储能增加的是A.保持U不变，减小板距 B.断开电源后拉出介质 C.断开电源后增大板距 D.保持U不变，插入金属板答案：A、C解析：A使C↑，W＝½CU²↑；C使C↓，但Q不变，W＝Q²/2C↑。25.【判断】电势为零处电场强度必为零。（ ）答案：×解析：如偶极子中垂面电势为零，但电场不为零。26.【作图】定性画出平行板电容器边缘电力线，并解释边缘效应。答案：板边缘处场线弯曲向外，形成“边缘场”，导致有效面积略大于几何面积，实际电容比理想公式大。27.【综合】心脏除颤器电容C＝100µF，充电至U＝2kV，通过胸阻抗R＝50Ω放电，求放电时间常数τ与初始功率P。答案：τ＝RC＝5ms；P＝U²/R＝80kW解析：指数衰减i(t)＝(U/R)e^(－t/τ)。28.【探究】若地球与电离层构成球形电容器，间距h＝60km，近似平行板，估算电容及储存能量（已知地球半径R，电位差V＝300kV）。答案：C≈ε₀·4πR²/h≈0.9F；W＝½CV²≈4×10¹⁰J解析：h≪R，可展为平板公式。29.【实验】用万用表、铝箔、书本制作平行板电容器，测不同板距d下电容C，验证C∝1/d。写出数据记录表示例。答案：d(mm) C(pF) 1/d(m⁻¹)1.0  450  10002.0  225  5003.0  150  333线性拟合斜率≈ε₀A，验证比例关系。30.【论证】为何超级电容器容量可达法拉级却耐压仅几伏？答案：超大比表面积（多孔碳~2000m²/g）使电荷层间距纳米级，电容C∝A/d急剧增大；但电解质分解电压仅1–3V，过高电压导致电解，故耐压低。四、静电感应与静电屏蔽31.【单选】带负电的塑料棒靠近中性金属杯外壁，则杯内壁上电荷密度A.为正且均匀 B.为正且集中于近端 C.为零 D.为负答案：B解析：静电感应使近端出现正电荷，远端负电荷，内部电场为零。32.【填空】法拉第笼表面开孔直径d，对波长λ的电磁波屏蔽效果最佳的条件是d________λ。答案：≪33.【计算】半径为a的导体球壳带电量Q，壳内距球心r处放点电荷q，求壳内表面感应电量。答案：－q解析：高斯面在导体内部，E＝0，故内表面电荷必须抵消q。34.【多选】下列现象与静电屏蔽无关的是A.飞机燃油管接地 B.手机在电梯内信号弱 C.高压服内置金属网 D.雷雨天车内安全答案：A解析：A为防静电火花，非屏蔽。35.【判断】将收音机放入密闭金属盒仍能收到中波广播，说明屏蔽失效。（ ）答案：×解析：中波λ~几百米，金属盒缝隙或厚度不足，低频穿透，非静电屏蔽范畴。36.【简答】为何卫星电路需置于铝制机壳内？答案：太空高能粒子与太阳风产生瞬态电荷，铝壳提供等势体，屏蔽外场，防止单粒子效应损坏芯片。37.【综合】设计实验验证“屏蔽网孔越密，屏蔽效果越好”。答案：用铜网制作五只相同半径球壳，孔径分别为5mm、10mm、20mm、40mm、无孔，内置场强探头，外加强场E₀＝1kV/m，记录内部场强E_i；拟合得E_i/E₀随孔径增大而升高，验证孔密→屏蔽好。38.【探究】若把金属网壳接高电压而非接地，屏蔽性能如何变化？答案：壳电位升高，内部仍E＝0，但壳与地之间形成强场，外部设备可能受干扰；屏蔽效果针对内部不变，对外部而言壳成为干扰源。39.【应用】液晶显示器TFT阵列在制造过程中使用“离子化静电消除器”，简述其原理。答案：通过高压针尖电晕放电，产生正负离子风，中和玻璃基板表面静电，避免尘埃吸附与电路击穿。40.【论证】为何静电屏蔽对直流与低频交流均有效，而对射频需特殊设计？答案：直流与低频下金属内部自由电子可瞬时重排，完全抵消外场；射频下趋肤效应、缝隙成波导，需保证孔径<λ/10且良好接地，否则电磁泄漏。五、静电危害、防护与应用41.【单选】油品灌装时，限制流速主要是为了A.减少挥发 B.降低静电产生 C.防止气蚀 D.节能答案：B解析：流速高→湍流→摩擦起电→电荷积累。42.【填空】人体静电电容约150pF，若带电3kV，储能________mJ。答案：0.675解析：W＝½CV²＝0.5×150×10⁻¹²×(3×10³)²。43.【计算】某车间相对湿度从30%升至70%，实测绝缘体表面电阻率下降两个数量级，求静电泄漏时间常数变化比。答案：τ₂/τ₁＝R₂C/(R₁C)＝10⁻²解析：湿度↑→表面电导↑→R↓→τ↓。44.【多选】下列属于静电防护“ESD”等级敏感器件的是A.CMOS门电路 B.双极功率管 C.精密电阻 D.LED芯片答案：A、D解析：栅氧化层薄，易被静电击穿。45.【判断】防静电腕带串联1MΩ电阻是为了限流保护人身。（ ）答案：√解析：若无电阻，万一误触高压，金属腕带将提供低阻通路致触电。46.【简答】说明粉末涂料静电喷涂的工艺流程。答案：粉末粒子通过喷枪时摩擦带电（通常负电），工件接地形成电场，粒子受库仑力吸附并均匀沉积，随后加热固化成膜。47.【综合】某芯片厂采用“离子风机＋导电地板＋湿度控制”三位一体防护，估算湿度下限。答案：经验值RH≥40%，低于此表面电阻陡升，泄漏变慢，需加强离子风。48.【探究】设计“静电分选”实验分离PVC与铜颗粒混合物。答案：步骤：①颗粒干燥；②振动给料机使颗粒摩擦，PVC带负电，铜因接地导走电荷；③自由下落通