静电的防止与利用（学生版）

9.4静电的防止与利用题型1静电平衡【基础回顾】1．静电平衡：导体内的自由电子不再发生定向移动的状态．2．处于静电平衡状态的导体，其内部的电场强度处处为0.3．导体上电荷的分布：(1)静电平衡时，导体内部没有净剩电荷，电荷只分布在导体的外表面．(2)在导体外表面，越尖锐的位置，电荷的密度(单位面积的电荷量)越大，凹陷的位置几乎没有电荷．【必备知识】:1.空腔不带电(1)施加电场位于空腔外部,如图甲,此时金属壳右端感应出负电荷,左端感应出正电荷,电场线如图乙。则整个金属球壳内部场强均为0。(2)施加电场位于空腔内部,如图丙,正电荷位于金属壳内部,此时金属壳内壁感应出负电荷,外壁感应出正电荷,此时金属壳薄壁内部场强为0,空腔内场强不为0。2.空腔带电(1)施加电场位于空腔外部,如图丁。①若点电荷为正,如图戊,理论上右侧应感应出负电荷,实际若点电荷电荷量q远小于金属壳电量Q,则右侧不会带负电;反之,右侧会带负电;②若点电荷为负,如图已,理论上左侧应感应出负电荷,实际若点电荷电荷量q远小于金属壳电量Q,则左侧不会带负电；反之,左侧会带负电。无论哪种情形,整个金属壳内(金属壳薄壁和内部空腔)场强都为0。(2)施加电场位于空腔内部,如图庚。①若点电荷为正,如图辛,金属壳内壁感应出负电荷,外壁正电荷增加；②若点电荷为负,如图壬,金属壳内壁感应出正电荷,外壁正电荷减小。无论哪种情形,整个金属薄壁内场强都为0,内部空腔场强不为0。【例题精讲】1．如图所示，一个空腔金属导体静置在匀强电场中处于静电平衡，A、B是空腔内的两点，关于感应电荷在A、B两点的场强，下列说法正确的是（）A．大小相等、方向不同 B．大小不等、方向相同 C．大小相等、方向相同 D．大小不等、方向不同2．电介质放入电场中后会发生极化现象，导致内部电荷重新分布并产生与外电场方向相反的退极电场，从而抵消部分外加电场的电场强度。原外加电场（真空中）与最终介质中电场的比值即为该介质的介电常数。把一介电常数为ɛ的电介质放置在真空中场强大小为E0的匀强电场中，最终介质中的电场强度方向与E0相同。则在该介质内部产生的退极电场的电场强度大小为（）A．E0ɛ B．ɛɛ−1E0 C．ɛ−1ɛE3．如图所示，把一个架在绝缘支架上的枕形导体放在正电荷形成的电场中，导体处于静电平衡时，下列说法正确的是（）A．A、B两点电场强度相等，且都不为零 B．A、B两点的电场强度不相等 C．感应电荷产生的附加电场的电场强度大小EA＞EB D．当开关S闭合时，电子沿导线向大地移动（多选）4．如图所示，将一锥形导体放入电荷量为Q的负点电荷电场中，导体内有A、B两点，A点到电荷的距离为d，下列说法正确的是（）A．锥形导体右端带负电 B．A点电场强度比B点大 C．图中所示两条实线1和2来表示锥形导体周围的电场线是错误的 D．导体表面的感应电荷在A点产生的电场强度大小为kQ（多选）5．如图所示，在真空中把一外表面绝缘的导体向带负电的小球P缓慢靠近（不相碰），下列说法正确的是（）A．B端的感应电荷越来越多 B．导体内电场强度越来越大 C．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 D．导体的感应电荷在M、N两点产生的电场强度相等（多选）6．如图所示，在半长轴为a的金属椭球壳左端距离为a处放置一个电荷量为+q的点电荷，O为椭球壳中心，P、N、M为椭球上的三点。金属椭球壳达到静电平衡后，下列说法正确的是（）A．椭球壳上左侧P点的电势比右侧M点高 B．椭球壳上感应电荷在椭球壳中心O点产生的场强大小为kq4C．椭球壳上N处的电场线一定垂直球壳 D．椭球壳外靠近P处的场强大小等于靠近N处的场强大小题型2尖端放电静电屏蔽1．空气的电离：在一定条件下，导体尖端电荷密度很大，导体尖端周围的强电场使空气中残留的带电粒子发生剧烈运动，并与空气分子碰撞从而使空气分子中的正负电荷分离的现象．2．尖端放电：所带电荷与导体尖端的电荷符号相反的粒子，由于被吸引，而与尖端上的电荷中和，相当于导体从尖端失去电荷的现象．3．尖端放电的应用与防止：(1)应用：避雷针是利用尖端放电避免雷击的一种设施．(2)防止：高压设备中导体的表面尽量光滑会减少电能的损失．4．静电屏蔽静电平衡时，空腔导体内表面没有电荷，导体壳内空腔里的电场强度处处为0.外电场对壳(网)内的仪器不会产生影响，金属壳的这种作用叫作静电屏蔽．静电屏蔽的应用：电学仪器外面有金属壳、野外高压线上方还有两条导线与大地相连．【例题精讲】1．如图所示是空气净化器内部结构的简化图，其中的负极针组件产生电晕，释放出大量电子，电子被空气中的氧分子捕捉，从而生成空气负离子。负离子能使空气中烟尘、病菌等微粒带电，进而使其吸附到带电的集尘栅板上，达到净化空气的作用。下列说法中不正确的是（）A．负极针组件产生电晕，利用了尖端放电的原理 B．为了更有效地吸附尘埃，集尘栅板应带正电 C．负极针组件附近的电场强度小于集尘栅板附近的电场强度 D．带电烟尘向集尘栅板靠近的过程中，动能增大2．如图所示，某中国古代建筑安装了既有装饰作用，又有避雷作用的塔刹构件，其避雷作用的物理原理是（）A．尖端放电 B．电磁感应 C．静电吸附 D．静电除尘3．雷雨天，高层建筑顶部的引雷针起到主动吸引闪电的作用，叫“接闪”，以此保护周边建筑和行人的安全。某次电视塔“接闪”前积雨云层与避雷针附近产生的电场的等差等势面如图所示，积雨云的底部积聚负电荷，电子的电量为e，取大地为零势面，以下说法正确的是（）A．A、B、C三个位置中A点处的电场强度最大 B．避雷针的针尖由于静电感应而带负电 C．B、A两点间的电势差大于B、C两点间的电势差 D．空气中一电子由B运动到C点，其电势能增加4．如图所示，使带正电小球靠近不带电的验电器，验电器箔片张开；如果用金属网把不带电的验电器罩起来，再使带正电小球靠近，验电器箔片闭合不动。关于这个实验下列说法中错误的是（）A．图a中验电器的箔片张开是因为箔片感应出正电荷 B．图a中验电器的金属小球的电势与箔片电势一样高 C．图b中验电器箔片不张开是因为金属网起到了屏蔽作用 D．图b中金属网外表面感应出负电荷，内表面感应出正电荷5．如图所示，内置金属网的高压静电防护服接地（电势为零），O为防护服内的一点，把一带电量为+Q的金属小球移动到距离O点的r处。金属小球可视为点电荷，静电力常量为k，下列说法正确的是（）A．感应电荷在O点处产生的场强大小等于0 B．金属小球在防护服内O点产生的场强方向水平向左 C．金属小球与O点连线的中点（不在人体上）电势大于0 D．防护服内金属网左侧外表面带负电，右侧外表面带正电（多选）6．如图所示，用金属网把不带电的验电器罩起来，再使带电金属球靠近金属网，则下列说法正确的是（）A．箔片张开 B．箔片不张开 C．金属球所带电荷量足够大时才会张开 D．金属网罩内部电场强度为零（多选）7．关于静电的防止与利用，下列说法正确的是（）A．避雷针是利用了尖端放电原理 B．静电复印利用了静电吸附原理 C．电工穿用包含金属丝的织物制成的工作服是为了更安全 D．高压设备表面应尽量光滑是为了防止尖端放电（多选）8．中国古代屋脊两头，有一仰起的龙头，龙口吐出伸向天空且曲折的金属“舌头”，“舌根”连接一根直通地下的细铁丝、起到避雷的作用。当一团雷云位于房屋正上方时，屋顶的避雷针顶端聚集大量电子，图中虚线为等势面，下列说法正确的是（）A．雷云带正电 B．避雷针的电势比雷云的电势高 C．电子的运动方向始终与图中等势面垂直 D．避雷针顶端不断向空气释放电子中和雷云题型3静电吸附1．静电吸附：在电场中，带电粒子在静电力作用下，向着电极运动，最后被吸附在电极上的现象．2．静电除尘：当空气中的尘埃带电时，在静电力作用下，尘埃到达电极而被收集起来的过程．3．静电喷漆：接负高压的涂料雾化器喷出的油漆微粒带负电，在静电力作用下，这些微粒向着作为正极的工件运动，并沉积在工件表面．4．静电复印：复印机应用了静电吸附的原理，复印机的有机光导体鼓表面涂覆有机光导体(OPC)，无光照时，OPC是绝缘体，受光照时变成导体．【例题精讲】1．下列说法正确的是（）A．避雷针的原理是静电屏蔽 B．提高打印室的干燥程度可以防止产生静电现象 C．静电除尘装置中，带正电尘埃被吸附在中间的负极金属丝上 D．煤矿里，工作人员要防止静电的产生和积累，因为静电火花会导致瓦斯爆炸2．静电现象在自然界普遍存在，在生产生活中也时常会发生静电现象。人们可让静电服务于生产生活，但也需对其进行防护，做到趋利避害。下列关于静电现象的说法正确的是（）A．静电除尘的原理是静电屏蔽 B．避雷针利用了带电导体凸起尖锐的地方电荷稀疏、附近空间电场较弱的特点 C．静电喷漆时金属工件与油漆雾滴带同种电荷，在静电斥力作用下喷涂更均匀 D．印刷车间的空气应保证适当潮湿，以便导走纸张间相互摩擦产生的静电3．2025年4月22日，“中国静电防护产业展”在上海世博展览馆盛大开部。关于静电的应用与静电危害的防止，下列说法正确的是（）A．静电复印属于静电的防止 B．为了防止静电导入大地，赛车轮胎用导电橡胶制成 C．印染车间要保持空气潮湿，是为了防止静电产生危害 D．静电植绒是利用同种电荷相互排斥而使绒毛吸附在底料上（多选）4．静电知识与人们的生产、生活息息相关，下列几幅图都是静电现象的应用，结合已学知识推断关于这几幅图的说法正确的是（）A．滚筒式静电分选器的导体滚筒应顺时针转动，才能将带电性能不同的粒子分离出来 B．静电除尘器使煤粉带负电而被吸附到管壁上，排出清洁的烟，N接地是为了保护工作人员 C．当静电喷涂机与被喷涂工件之间的距离增大时，在运动中的涂料微粒所受电场力增大 D．静电复印机硒鼓表面的静电潜像带负电，才能将带负电的墨粉排斥到白纸上（多选）5．静电喷涂是利用高压静电电场使带负电的涂料微粒沿着电场相反的方向定向运动，并将涂料微粒吸附在工件表面的一种喷涂方法，其工作原理如图所示。忽略运动中涂料微粒间的相互作用和微粒的重力。下列说法中正确的是（）A．当静电喷涂机与被喷涂工件之间的距离增大时，在运动中的涂料微粒所受电场力减小 B．涂料微粒的运动轨迹仅由被喷涂工件与静电喷涂机之间所接的高压电源决定 C．在静电喷涂机水平向左移动的过程中，有两个带有相同电荷量的微粒先后经过被固定的工件右侧P点（相对工件的距离不变）处，先经过微粒的电势能较小 D．涂料微粒在向被涂工件运动的轨迹中，在直线轨迹上电势升高最快课时精练一．选择题（共8小题）1．2025年4月22日，“中国静电防护产业展”在上海世博展览馆盛大开幕。生活中有很多静电现象，有利的我们要加以利用，有害的我们要想办法防止。关于静电的应用与静电危害的防止，下列说法正确的是（）A．复印机是利用同种电荷间的吸引力来工作的 B．加油站工作人员穿橡胶鞋可以防止静电危害 C．小汽车顶上装有一根露在外面的小天线是避雷针 D．防静电椅子通过椅面嵌件、金属支撑件与导电脚轮形成静电泄放通道2．我国学者王充在他的《论衡》一书中写下“顿牟掇芥”一语。此语意为摩擦过的琥珀能吸引草芥一类的轻小物体。下列说法正确的是（）A．摩擦过的琥珀带的电荷量不一定是元电荷的整数倍 B．琥珀带电的原因是摩擦过程中电荷发生了转移 C．琥珀靠近轻小物体的过程中，轻小物体上凭空产生了电荷 D．琥珀吸引轻小物体时，轻小物体对琥珀没有作用力3．如图所示是空气净化器内部结构的简化图，其中的负极针组件产生电晕，释放出大量电子，电子被空气中的氧分子捕捉，从而生成空气负离子。负离子能使空气中烟尘、病菌等微粒带电，进而使其吸附到带电的集尘栅板上，达到净化空气的作用。下列说法中不正确的是（）A．负极针组件产生电晕，利用了尖端放电的原理 B．为了更有效地吸附尘埃，集尘栅板应带正电 C．负极针组件附近的电场强度小于集尘栅板附近的电场强度 D．带电烟尘向集尘栅板靠近的过程中，动能增大4．如图所示，导体棒原来不带电，现将一个带正电的点电荷放在棒左侧的水平中心轴线上。当棒达到静电平衡后，棒上感应电荷在棒中点O处产生的电场强度（）A．方向水平向左 B．方向水平向右 C．大小为零 D．大小与点电荷无关5．如图所示，原来不带电，长为l的导体棒水平放置，现将一个电荷量为+q（q＞0）的点电荷放在棒的中心轴线上距离棒的左端R处，A、B分别为导体棒左右两端的一点，静电力常量为k。当棒达到静电平衡后，下列说法正确的是（）A．由于A点距离点电荷更近些，所以A点的电势比B的电势高 B．棒上感应电荷在棒的中心轴线上距棒的右端l4处产生的电场强度大小为E=kC．增加点电荷q的带电量，导体再次达到静电平衡时，O处的场强与之前相比增大了 D．若将B端接地，导体再次达到静电平衡时，则感应电荷在O点的场强与接地前相等6．2025年4月22日，“中国静电防护产业展”在上海世博展览馆盛大开部。关于静电的应用与静电危害的防止，下列说法正确的是（）A．静电复印属于静电的防止 B．为了防止静电导入大地，赛车轮胎用导电橡胶制成 C．印染车间要保持空气潮湿，是为了防止静电产生危害 D．静电植绒是利用同种电荷相互排斥而使绒毛吸附在底料上7．导体棒原来不带电，现将一个电荷量为+q的点电荷放在棒的中心轴线上，它距离导体棒的中心O为L，如图所示。静电力常量为k，当导体棒达到静电平衡后，下列说法正确的是（）A．棒上左侧感应出正电荷，右侧感应出负电荷 B．棒右端的电势比左端的电势高 C．点电荷在O点产生的电场强度为0 D．棒上感应电荷在O点产生的电场强度大小为kq8．如图所示，有一不带电的金属球壳，在其中心O点处放置一正点电荷，M、N、P、Q点在一条过O点的直线上，P点与N点关于O点