10.4静电感应和静电场的应用（解析版）高考一轮复习100考点100讲

2024年高考一轮复习100考点100讲第10章静电场第10.4讲静电感应和静电场的应用【知识点精讲】1．静电感应和静电平衡把金属导体放在电场E中，由于内部自由电子受电场力作用而定向移动，使导体的两个端面出现等量的异种电荷，这种现象叫静电感应，当自由电子的定向移动停止时，导体处于静电平衡状态。2．尖端放电现象和避雷针电性与尖端相反的粒子被吸引而奔向尖端，与尖端的电荷中和，相当于尖端失去电荷，这就是尖端放电。避雷针就是利用尖端放电的设备。3．静电屏蔽处于静电平衡状态的导体，内部区域就不再受外部电场的影响，这种现象叫静电屏蔽。（1）两种现象现象1：由于静电感应，导体外表面感应电荷的电场与外电场在导体内部任一点的场强的叠加结果为零，从而外部电场影响不到导体内部，如图所示。现象2：由于静电感应，接地导体壳内表面感应电荷与壳内电场在导体壳外表面以外空间叠加结果为零，从而使接地的封闭导体壳内部电场对壳外空间没有影响，如图所示。（2）静电屏蔽的应用：有的电学仪器和电子设备外面套有金属罩，有的通信电缆的外面包有一层铅皮等都是用来防止外电场的干扰，起屏蔽作用的。【方法归纳】静电平衡状态下导体的电场强度和电势导体内部的场强处处为零，整个导体是等势体，导体的表面是等势面，导体表面电场线和带电体表面垂直。静电平衡状态下静电荷只分布在外表面。处于静电平衡的导体腔内场强处处为零。【最新高考题精练】1.（2021年1月浙江选考）如图所示是某一带电导体周围的电场线与等势面，A、C是同一等势面上的两点，B是另一等势面上的一点。下列说法正确的是A.导体内部的场强左端大于右端B.A、C两点的电势均低于B点的电势C.B点的电场强度大于A点的电场强度D.正电荷从A点沿虚线移到B点的过程中电场力做正功，电势能减小【参考答案】D【解题思路】根据导体静电平衡状态的条件可知，导体是等势体，导体表面是等势面，导体内部电场强度为零，选项A错误；根据沿电场线方向电势逐渐降低可知，AC两点的电势均高于B点的电势，选项B错误；根据电场线的疏密表示电场强度的大小，B点的电场强度小于A点的电场强度，选项C错误；正电荷从A点沿虚线移动到B点的过程中，所受电场力的方向与位移方向夹角小于90°，电场力做正功，电势能减小，选项D正确。2..(2016江苏高考物理)一金属容器置于绝缘板上，带电小球用绝缘细线悬挂于容器中，容器内的电场线分布如图所示。容器内表面为等势面，A、B为容器内表面上的两点，下列说法正确的是2-1-c-n-j-y（A）A点的电场强度比B点的大（B）小球表面的电势比容器内表面的低（C）B点的电场强度方向与该处内表面垂直（D）将检验电荷从A点沿不同路径到B点，电场力所做的功不同【参考答案】C【名师解析】根据电场线的疏密表示电场强度的大小，A点的电场强度比B点的小，选项A错误。根据沿着电场线方向，电势较低，可知小球表面的电势比容器内表面的电势高，选项B错误。容器内表面是等势面，电场线与等势面垂直，所以B点的电场强度方向与该处内表面垂直，选项C正确。将检验电荷从A点沿不同路径到B点，电场力所做的功相同，选项D错误。3.(2016高考浙江理综物理).如图所示，两个不带电的导体A和B，用一对绝缘柱支持使它们彼此接触。把一带正电荷的物体C置于A附近，贴在A、B下部的金属箔都张开，A.此时A带正电，B带负电B.此时A电势低，B电势高C.移去C，贴在A、B下部的金属箔都闭合D.先把A和B分开，然后移去C，贴在A、B下部的金属箔都闭合【参考答案】C【名师解析】把一带正电荷的物体C置于A附近，由于静电感应，此时A带负电，B带正电，选项A错误。在电场中处于静电平衡状态的导体是等势体，AB等电势，选项B错误。移去C，导体上不在感应出电荷，不带电，贴在A、B下部的金属箔都闭合。选项C正确。若.先把A和B分开，此时A带负电，B带正电，然后移去C，贴在A、B下部的金属箔都不闭合，选项D错误。4．(2015·浙江理综，16)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【参考答案】D【名师解析】两极板间电场由正极板指向负极板，镀铝乒乓球内电子向正极板一侧聚集，故乒乓球的右侧感应出负电荷，A错误；乒乓球不可能吸在左极板上，B错误；库仑力就是电场力，C错误；乒乓球与右极板接触后带正电，在电场力作用下向负极运动，碰到负极板正电荷与负极板上的负电荷中和后带负电，在电场力作用下又向正极板运动，这样会在两极板间来回碰撞，D正确。5.请用学过的电学知识判断下列说法正确的是()A．电工穿绝缘衣比穿金属衣安全B．制作汽油桶的材料用金属比用塑料好C．小鸟停在单根高压输电线上会被电死D．打雷时，呆在汽车里比呆在木屋里要危险【参考答案】B【名师解析】由静电屏蔽的知识可知，A、D选项均错；金属可以消除多余的静电，B项正确；单根高压输电线上相距较近的两点之间电阻很小，因而电压较小，小鸟不会被电死，C选项错误。6.（2019高考理综天津卷）（20分）2018年，人类历史上第一架由离子引擎推动的飞机诞生，这种引擎不需要燃料，也无污染物排放。引擎获得推力的原理如图所示，进入电离室的气体被电离成正离子，而后飘入电极、之间的匀强电场（初速度忽略不计），、间电压为，使正离子加速形成离子束，在加速过程中引擎获得恒定的推力。单位时间内飘入的正离子数目为定值，离子质量为，电荷量为，期中是正整数，是元电荷。（1）若引擎获得的推力为，求单位时间内飘入、间的正离子数目为多少；（2）加速正离子束所消耗的功率不同时，引擎获得的推力也不同，试推导的表达式；（3）为提高能量的转换效率，要使尽量大，请提出增天的三条建议。【名师解析】.（20分）（1）设正离子经过电极时的速度为，根据动能定理，有 ①设正离子束所受的电场力为，根据牛顿第三定律，有 ②设引擎在时间内飘入电极间的正离子个数为，由牛顿第二定律，有 ③联立①②③式，且得 ④（2）设正离子束所受的电场力为，由正离子束在电场中做匀加速直线运动，有 ⑤考虑到牛顿第三定律得到，联立①⑤式得 ⑥（3）为使尽量大，分析⑥式得到三条建议：用质量大的离子；用带电量少的离子；减小加速电压。7.(2016高考浙江理综物理).如图所示，两个不带电的导体A和B，用一对绝缘柱支持使它们彼此接触。把一带正电荷的物体C置于A附近，贴在A、B下部的金属箔都张开，A.此时A带正电，B带负电B.此时A电势低，B电势高C.移去C，贴在A、B下部的金属箔都闭合D.先把A和B分开，然后移去C，贴在A、B下部的金属箔都闭合【参考答案】C【名师解析】把一带正电荷的物体C置于A附近，由于静电感应，此时A带负电，B带正电，选项A错误。在电场中处于静电平衡状态的导体是等势体，AB等电势，选项B错误。移去C，导体上不在感应出电荷，不带电，贴在A、B下部的金属箔都闭合。选项C正确。若.先把A和B分开，此时A带负电，B带正电，然后移去C，贴在A、B下部的金属箔都不闭合，选项D错误。8．（2015·江苏）静电现象在自然界中普遍存在，我国早在西汉末年已有对静电现象的记载《春秋纬考异邮》中有“玳瑁吸”之说，但下列不属于静电现象的是（）（A）．梳过头发的塑料梳子吸起纸屑（B）．带电小球移至不带电金属球附近，两者相互吸引（C）．小线圈接近通电线圈过程中，小线圈中产生电流（D）．从干燥的地毯走过，手碰到金属把手时有被电击的感觉【参考答案】C【名师解析】小线圈接近通电线圈过程中，小线圈中磁通量发生变化，小线圈中产生感应电流，属于电磁感应现象，即C不属于静电现象.【最新模拟题精练】1.（2023广东实验中学三模）工业生产中有一种叫电子束焊接机的装置，其核心部件由如图所示的高压辐向电场组成。该电场的电场线如图中带箭头的直线所示。一电子在图中H点从静止开始只在电场力的作用下沿着电场线做直线运动。设电子在该电场中的运动时间为t，位移为x，速度为v，受到的电场力为F，电势能为Ep，运动经过的各点电势为φ，则下列四个图像可能合理的是（）A. B.C. D.【参考答案】D【名师解析】电子所受的电场力的方向与电场强度方向相反，指向圆心，所以电子向圆心运动，电场强度逐渐增大，根据，电场力逐渐增大，图线向上，B错误；．电子的加速度，电子向圆心运动，电场强度增大，电子的加速度增大，速度图线的斜率增大，图线向上弯曲，A错误；C．根据，电子向圆心运动，电场强度增大，电势能图线的斜率增大，图线向上弯曲，C错误；D．根据解得电子向圆心运动，逆电场线运动电势升高；电子向圆心运动，电场强度增大，电势图线斜率增大，图线向上弯曲，D正确。2.关于静电的防止和应用的事例中，不正确的是（）A.静电除尘器是利用静电把灰尘吸附在电极上的装置B.地毯编织时，在地毯中夹进一些导电纤维，防止静电积累C.飞机飞行时与空气摩擦，机身会带静电，着陆时导电橡胶轮胎会把静电导走D.油罐车在运输过程中会带静电，为避免电荷越积越多，油罐车应与地面绝缘【参考答案】D【名师解析】静电除尘器是利用静电把灰尘吸附在电极上的装置，A正确，不符合题意；地毯编织时，在地毯中夹进一些导电纤维，防止静电积累，B正确，不符合题意；飞机飞行时与空气摩擦，机身会带静电，着陆时导电橡胶轮胎会把静电导走，C正确，不符合题意；油罐车在运输过程中会带静电，为避免电荷越积越多，油罐车应及时将静电导走才能防止静电带来的危害，D错误，符合题意。3．(2023广东重点高中期末)如图甲是某同学设计的一实验装置，两端开口的空塑料瓶中固定着一根钢锯条和一块金属片，图乙为塑料瓶俯视图。将钢锯条和金属片分别跟静电起电机的两极相连。将点燃的蚊香放入塑料瓶内，很快就看见塑料瓶内烟雾缭绕。摇动起电机，顿时塑料瓶清澈透明，停止摇动，又是烟雾缭绕。当起电机摇动时，下列说法正确的是（）A．该实验装置演示的是静电除尘现象，烟尘带了正电荷B．锯条附近的电场强度小于在金属片附近的电场强度C．锯条附近的电势高于金属片附近的电势D．电场力对烟尘做正功【参考答案】．D【名师解析】将钢锯条和金属片分别跟静电起电机的两极相连，摇动起电机，使锯条带负电，金属片带正电，它们之间的空气被电离，电子在往金属片运动的过程中，遇到烟尘，使烟尘带负电，最终烟尘被吸附到金属片上，最后在重力的作用下，聚集在金属片底端的瓶子底部，所以该实验装置演示的是静电除尘现象，A错误；根据尖端放电知识可知，锯齿状的铁锯条附件的电场更强一些，所以锯条附近的电场不是匀强电场，B错误；由甲图知，金属片带正电，锯条带负电，所以锯条附近的电势低于金属片附近的电势，C错误；烟尘带负电，电场力对带负电的烟尘做正功，使得烟尘聚集到金属片上，D正确。4.（2023天津河西区高二期中）对于书本中几幅插图所涉及的物理现象或原理，下列说法正确的是（）A.甲图中，该女生和带电的金属球带有同种性质的电荷B.乙图为静电除尘装置的示意图，带正电的尘埃被收集在线状电离器B上C.丙图中，燃气灶中电子点火器点火应用了静电屏蔽的原理D.丁图中，两条优质的话筒线外面包裹着金属外衣应用了尖端放电的原理【参考答案】A【名师解析】甲图中，带电金属球的多余电荷转移到该女生，该女生和带电金属球带有同种性质的电荷，故A正确；乙图为静电除尘装置的示意图，带正电的尘埃被收集在带负电的金属板上，故B错误；丙图中，燃气灶中电子点火器点火应用了尖端放电的原理，故C错误；丁图中，两条优质的话筒线外面包裹着金属外衣应用了静电屏蔽的原理，故D错误。5.（2023天津河西区高二期中）某些肿瘤可以用“质子疗法”进行治疗，在这种疗法中，质子先被加速到具有较高的能量，然后被引向轰击肿瘤，杀死细胞，如图所示，若质子的加速长度d，要使质子由静止被匀加速到v，已知质子的质量为m，电量为e，则下列说法不正确的是（）A.由以上信息可以推算该加速电场的电压B.由以上信息可以推算该加速电场的电场强度C.由以上信息可以判断出运动过程中质子所受电场力做正功，电势能增加D.由以上信息不可以推算质子加速后的电势能【参考答案】C【名师解析】由动能定理可得可以推算该加速电场的电压为A正确，不符合题意；可以推算该加速电场的电场强度为B正确，不符合题意；由以上信息可以判断出运动过程中质子所受电场力做正功，电势能减少，C错误，符合题意；由功能关系可得，质子电势能的减少量为但由于零势能点未指明，故不可以推算质子加速后的电势能，D正确，不符合题意。6．（2023重庆涪陵重点高中质检）人体的细胞膜模型图如图所示，由磷脂双分子层组成，双分子层之间存在电压（医学上称为膜电位）。现研究某小块均匀的细胞膜，厚度为，膜内的电场可看作匀强电场，简化模型如图所示。初速度可视为零的正一价钠离子仅在电场力的作用下，从图中的A点运动到B点，下列说法正确的是（）A点电势低于B点电势 B．钠离子的电势能减小C．钠离子的加速度变大 D．若膜电位不变，当越大时，钠离子进入细胞内的速度越大【参考答案】．B【名师解析】．因为钠离子带正电，其仅在电场力作用下从图中的点运动到点，说明电场力的方向沿指向，电场线由指向，所以点电势高于点电势，故A错误；因为电场力对钠离子做正功，所以其电势能减少，故B正确；因为膜内的电场可看作匀强电场，根据可知钠离子的加速度不变，故C错误；根据动能定理 可知钠离子进入细胞内的速度与距离大小无关，又因为膜电位不变，则钠离子进入细胞内的速度大小不变，故D错误。7.（2022福建厦门四模）高压电线落地可能导致行人跨步电压触电。如图所示，若高压输电线掉落在水平地面上的O点，且O点附近地质结构分布均匀，将在地面形成以O为圆心的一系列同心圆等势线。则（）

A.图中A点的电场强度小于B点的电场强度B.图中A点的电场强度大于B点的电场强度C.行人无论向哪个方向跨步，两脚间距离越大跨步电压越大D.行人无论向哪个方向跨步，两脚间距离越大跨步电压越小【参考答案】A【名师解析】距离O点越远的位置场强越小，则图中A点的电场强度小于B点的电场强度，选项A正确，B错误；根据U=Ed可知，行人在OA连线上跨步时，两脚间距离越大跨步电压越大；沿着某同心圆上跨步时，无论两脚间距离多大，则电势相等，选项CD错误；8.(2022广东深圳模拟)如图所示,静电除尘器由板状收集器A和线状电离器B组成,A、B间接有高压电源,使通过除尘器的尘埃带电。下列选项正确的是()A.收集器A吸附大量尘埃的原因是尘埃带上了正电B.收集器A吸附大量尘埃的原因是尘埃带上了负电C.收集器A和电离器B之间形成的是匀强电场D.静电除尘过程是机械能向电场能转化的过程【参考答案】.B【名师解析】接高压电源后,A、B间产生很强的电场,气体分子被电离为电子和正离子,电子被粉尘吸附,粉尘带负电,被接正极的收集器A吸附,故A错误,B正确;越靠近线状电离器B电场强度越大,收集器A和电离器B之间形成的是非匀强电场,故C错误;带负电的粉尘在静电力的作用下加速运动,静电力做正功,电势能减小,机械能增加,所以静电除尘过程是电场能向机械能转化的过程,故D错误。9.（2022福建厦门四模）墙体探测仪是一种新型的建筑装潢辅助工具，用于探测墙体内水管、电线和钢筋的位置。如图所示为其探测水管的原理示意图，主要感应元件为电容器，当探测仪靠近水管时，指示灯亮起，便可确定水管的位置。则探测仪靠近水管前后（）

A.电容器的电介质发生变化B.电容器的两板间距离发生变化C.电容器极板的正对面积发生变化D.电容器的电容发生变化【参考答案】AD【名师解析】探测仪靠近水管后，电容器的两板间距离和极板正对面积均未变，而指示灯亮起说明电容器发生了充电或放电，即电容发生改变，根据可知电容器的电介质发生变化，故AD正确，BC错误。10.（2022山东临沂二模）2022年4月15日哈佛-史密森天体物理学中心的科学家乔纳森·麦克道维尔推文表明：莫尼亚轨道上第一次出现中国卫星，该卫星曾在2021年工况异常。尽管乔纳森的描述中没有提及该卫星使用了何种引擎，但从轨道提升的描述来判断，几乎可以肯定是属于离子电推引擎，这是利用电场将处在等离子状态的“工质”加速后向后喷出而获得前进动力的一种发动机。这种引擎不需要燃料，也无污染物排放。引擎获得推力的原理如图所示，进入电离室的气体被电离成正离子，而后飘入电极A、B之间的匀强电场（离子初速度忽略不计），A、B间电压为U，使正离子加速形成离子束，在加速过程中引擎获得恒定的推力。单位时间内飘入的正离子数目N为定值，离子质量为m，电荷量为ne（其中n是正整数，e是元电荷），加速正离子束所消耗的功率为P，引擎获得的推力为F，下列说法正确的是（）

A.引擎获得的推力B.引擎获得推力C.为提高能量的转换效率，要使尽量大，可以用质量大的离子D.为提高能量的转换效率，要使尽量大，可以用带电量大的离子【参考答案】AC【名师解析】电场对粒子加速根据动量定理其中，整理得故A正确B错误；CD．根据以上分析可知要使尽量大，可以用质量大、带电量小即n小的离子，故C正确D错误。11．(2022安徽马鞍山二模)一次科学晚会上，老师表演了一个“魔术”：如图甲，一个空塑料瓶中固定着一根细金属条和一块易拉罐（金属）片，将金属片和金属条分别与静电起电机的正、负极相连。在塑料瓶里放一盘点燃的蚊香，很快就看到整个瓶内烟雾缭绕。摇动起电机，瓶内顿时清澈透明，停止摇动，瓶内又是烟雾缭绕，图乙为其俯视图。已知金属片是半径为R的圆弧，金属条恰好位于其圆心，两者的高度均为h。若匀速摇动起电机时