静电的防止与利用（解析版）

第九章静电场及其应用

第4节静电的防止与利用

重点+难点核心素养思维导图

1.了解静电平衡的概念，知道处于静电平衡的导体的特性。---3分析尖坳放电

外由物理一可■科学探究H理府带电屏越

涉电现象在H管生

2.了解静电平衡时带电导体上中荷的分布特点。处于Q电平［•科学］£

(丁乎本产、生活中的应用，

衡状态的济2-：1如避世针、峥电除

3.了解尖端放电、静电屏蔽和静电吸附现象。J［尘、野电复印等

知识点一静电平衡

1.静电平衡：导体内的自由电子不再发生塞电整动的状态.

2.处于静电平衡状态的导体，其内部的电场强度处处为。.

3.导体上电荷的分布：

(I)静电平衡时，导体内都没有净剩电荷，电荷只分布在导体的处表画

(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.

知识点二尖端放电

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邕的现象.

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,而与尖端上的电荷申।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比溃会减少电能的损失.

知识点三静电屏蔽

1.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。.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.

2.静电屏蔽的应用：甩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.

知识点四静电吸附

1.静电吸附：在电场中，带电粒子在靛电力作用下，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：式印机应用了静电吸附的原理,里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.

易错易混点一静电平衡

易错易混点1.1处于静电平衡状态的导体的感应电荷产生的场强与合场强

例1.如图所示，把一个架在绝缘支架上的枕形导体放在正点电荷形成的电场中，导体处于静电平衡

状态.下列说法正确的是()

A.导体内部力点的电场强度大于8点的电场强度

B.感应电荷在/、B两点产生的附加电场强度EA=EB

C.感应电荷在力、B两点产生的附加电场强度EA<EB

D.当开关S闭合时，电子从大地沿导线向导体移动

【答案】D

【解析】

枕形导体在正点电荷附近，出现静电感应现象，导致电荷重新分布，因此在枕形导体内部出现感应

电荷的电场与点电荷的电场叠加，静电平衡时，导体内部电场强度处处为零，A错误；导体内部的

电场强度处处为零，所以感应电荷产生的附加电场强度的大小与点电(荷产生的电场强度的大小相等，

方向相反，故E»>EB,B、C错误；当开关S闭合时，电子从大地沿导线向导体移动，D正确.

易错易混点1.1剖析

求处于静电平衡状■态的导体的感应电荷产生的场强的方法是：

⑴先求出外电场场强E外的大小和方向.

(2)由于导体处于静电平衡状态，则满足静电平衡条件£合=0.

(3)由E外+E忌=0,求出感应电场£感的大小和方向.

易错易混点1.2处于静电平衡状态的导体电荷分布

例2.一个带绝缘底座的空心金属球4带有4X10-8©的正电荷，上端开有适当小孔，有绝缘柄的金

属小球〃带有2X10一8c的负电荷，使4球和力球内壁接触，如图所示，则力、4带电荷量分别为

()

A.Q.4=1XIO8c^=1X|Q-8C

-8

B.2,f=2X10C勿=0

CQi=008=2X10-8c

-8

D.Q（=4XIOCQB=-2X10-8c

【答案】B

【解析】8球与力球内壁接触后成为一个新的导体，处于静电平衡状态，内部净电荷量为零，带电

导体的电荷只能分布于导体的外表面，故0产0,QA=4X10-8C-2X10-8C=2X10-8C,B正确.

易错易混点L2剖析

处于静电平衡状态，内部净电荷量为零，带电导体的电荷只能分布于导体的外表面。

易错易混点二静电屏蔽

易错易混点2.1导体外部电场不影响导体内部

例3.如图所示，放在绝缘台上的金属网罩B内放有一个不带电的验电器a若把一带有正电荷的

绝缘体力移近金属罩8,则（）

A.金属覃B的内表面带正电荷

B.金属罩B的右侧外表面带正电荷

C.验电器C的金属箔片将张开

D.金属罩8左、右两侧电荷电性相同

【答案】B

【解析】金属罩8处于静也平衡状态，业荷分布在其外表面上，所以A错误；由于静也感应，使金

属罩8在左侧外表面感应出负电荷，所以金属罩8的右侧外表面感应出正电荷，B正确，D错误；

由于若电屏蔽，金属罩内电场强度为零，故验电器C上无感应电荷，验电器。的金属箔片不会张开，

C错误.

易错易混点2.1剖析

导体外部的电场影响不到导体内部

（1）静电屏蔽的本质是好电感应，导体外面的电场不影响导体内部，是因为外电场与导体表面的

感应电荷在导体内部任一点的电场强度叠加后合电场强度为零。

（2）把验电器靠近带电体，箔片会张开（如图甲），但如果把验电器置于金属网罩内，再靠近带电

体，箔片不再张开（如图乙），说明网罩内不受外电场的影响c

易错易混点2.2接地导体内部的电场不影响导体外部

例4.如图所示，A是带正电的物体，B是金属网，C是原来不带电的金箔验电器，下图中能使验电

器的金箔张开的是（）

A

【答案】C

【解析】图A、B中，由于金属网的屏蔽作用，带电体A对脸电器无作用，故A、B错误；旧C中，

受带电体A作用，金属网内外分别带等量异种感应电荷，在脸电器处有电场，即能使脸电器的金箔

张开，故C正确；图D中由于金属网接地，网罩外无电场，无法使脸包器的金箔张开，故D错误。

易错易混点2.2剖析

接地导体的内部电场影响不到导体外部

（1）接地导体的内部电场不影响导体外部，是因为导体外部的感应电荷都被排斥入地，在只有施

感电荷和内壁感应出的异种电荷的情况下，两部分电荷在导体外部任何一点的电场强度叠加后合电

场强度为零。

（2）如果一封闭的导体球壳内部空间有一点电荷+夕，由于静电感应，导体球壳内外表面感应出

等量的异种电荷，其电场线分布如图甲所示；当把导体球壳接地后，+夕在壳内的电场对外部空间

就没有膨响了，此时的电场线分布如图乙所示。

易错易混点三静电吸附

易错易混点3.1对静电吸附的原理认识不清

例5.（多选）如图所示为静电除尘示意图，在M、N两点间加高压电源时•，金属管内的空气电离，电

离出的电子在静电力的作用下运动，遇到烟气中的煤粉，使煤粉带负电荷，因而煤粉被吸附到管壁

上，排出的烟就清洁了.就此示意图，下列说法正确的是（）

------°M

A.N接电源的正极B.〃接电源的正极

C.电场强度场>心D.电场强度E8V蜃

【答案】AC

【解析】电子附着在煤粉上，使屎粉带上负电荷，煤粉若能吸附在管壁上，说明管壁带正电荷，因

此可知N接电源正极，A正确，B错误.金属棒与金属管可看成圆柱电极与圆环电极，电场线分布情

况如图所示.由图可知金属棒附近的4点处电场线较密，而靠近金属管壁的力点处也场线较疏，故B

处场强比力处场强大，即EB>EA,C正确，D错误.

易错易混点3.1剖析

带正电的带电粒子在静电力的作用，向带负电的极板方向运动;带负电的带电粒子在静电力的作用,

向带正电的极板方向运动。

针对训练

1.不带电的导体户置于电场强度方向向右的电场中，其周围电场线分布如图所示，导体户表面处

的电场线与导体表面垂直，。、〃为电场中的两点，则（）

A.。点的电势等于b点的电势

B.。点的电场强度小于6点的电场强度

C.导体夕内部的电场强度大于。点的电场强度

D.正试探电荷在。点的电势能比在力点的电势能大

【答案】D

【解析】A.根据沿电场线方向电势降低结合图中心》的位置可知，。点的电势高于b点的电势，

故A错误；

B.根据电场线的疏密可知，。点电场线比8点更密，则。点的电场强度大于〃点的电场强度，故B

错误:

C.导体P处于静电平衡状态，则其内部场强处处为0,所以导体户内部的电场强度小于。点的电

场强度，故C错误；

D.由于。点的电势高于力点的电势，则正试探电荷在。点的电势能比在点的电势能大，故D正

确。

故选Do

2.对于书本中儿幅插图所涉及的物理现象或原理，下列说法不正确的是（）

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，带负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尖端放电的原理

D.丁图中，两条优质的话筒线外面包裹着金属外衣应用了静电屏蔽的原理

【答案】B

【解析】A.甲图中，该女生接触带电的金属球，与金属球带同种性质的电荷，故A正确；

B.乙图中线状电离器B带负电，管壁A带正电，带负电的尘埃被收集在管壁A上，故B错误：

C.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正确；

D.金属体壳能产生静电屏蔽作用，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正确。

故选Bo

3.有一-接地的导体球壳，如图所示，球心处放一点电荷生达到静电平衡时，则（)

A.点电荷q的电荷量变化时，球壳外电场随之改变

B.点电荷q在球壳外产生的旦场强度为零

C.球壳内空腔中各点的电场强度都为零

D.点电荷g与球壳内表面的电荷在壳外的合场强为零

【答案】D

【解析】A.由于球壳接地，在静电平衡后，球壳与大地是等势体，所以球壳外的电场为0,不随g

的变化发生变化，A错误；

B.平衡状态后，夕与球壳内表面的电荷在壳外的合场强为零，q单独在球壳外产生的电场强度不为

零，B错误；

CD.金属球壳外表面接地，所以球壳外表面不带电，内表面带与q相反电性的电荷，当到达静电平

衡状态后，q与球壳内表面的电荷在壳外的合场强为零，故C错误，D正确。

故选Do

4.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.8两点电场强度相等，且都不为零

B.A、8两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£4>E8

D.当开关S闭合后，A,8两点的电场强度不为零

【答案】C

【解析】AB.导体处于静电平衡状态，导体是一个等势体，导体内部场强处处为零，力、6两点电

场强度都为零，AB错误;

C.在导体内部，感应电荷产生的附加电场与正电荷在同一点产生的场强等值反向，正电荷在4点

产生的场强较大，故

EA>EB

C正确;

D.当电键S闭合时，电子从大地沿导线向导体移动，导体依然是一个等势体，导体内部场强处处

为零,D错误。

故选Co

5.如图所示，P是一个带电体，S代表放在绝缘板上的一些小纸屑，而N是一个不带电的空金属

球。那么，各图中的纸屑S不会被其带电体P吸引的是（）

PQ

PG)

【解析】A.由于空腔金属球（或者网罩）无论是否接地，都能把外部的电场屏蔽起来不让它影响

内部，A正确:

B.若把空腔金属球（或者网罩）接地，就能够把内部带电体的电场屏蔽起来不让它影响外部电

器，B项中金属球未接地，金属球内表面和外表面都有感应电荷，纸屑S会被其带电体P吸引。B

错误;

CD.C、D中带电体与纸屑在同一空间中，不够成静电屏蔽，会被吸引，CD错误。

故选A。

6.物理课时，老师将一不带电的金属球壳用绝缘支架固定。球壳横截面如图所示，球心为。，A

是球心左侧一点。当老师把丝绸摩擦过的玻璃棒缓慢靠近4点，可判定（）

A.球壳将带上负电

B.沿过力的虚线将球壳分为左、右两部分，则左侧球壳的芍电量小于右侧球壳的带电量

C.4点的电场强度逐渐增大

D.球壳上的感应电荷在力点产生的电场强度逐渐增大

【答案】D

【解析】A.丝绸摩擦过的玻腐棒带正电，靠近4点，则球壳左边带负电右边带正电，整体仍显示

电中性，不带电，故A错误；

B.因为整体显示电中性，正电荷与负电荷数量相等，无论怎样将球壳分开，两部分的带电量始终

相同，故B错误；

C.球壳内部形成静电屏蔽，内部场强处处为零，玻璃棒缓慢靠近力点，力点的电场强度一直为

零，故C错误；

D.玻璃棒缓慢靠近4点，玻璃棒在/点形成的场强增大，而力点的电场强度一直为零，则球壳上

的感应电荷在4点产生的电场强度逐渐增大，故D正确。

故选Do

7.如图所示，小明同学在坐飞机的时候发现机翼末端边缘有一条条针一样的装置，此装置作用是

()

A.防止闪电击中飞机，起到避雷针的作用B.加强电磁通讯信号，起到天线的作用

C.通过尖端放电使云层中的电荷消失D.释放飞机表面的静电

【答案】D

【解析】飞机在飞行时与大气摩擦在表面产生静电，采用尖踹放电的原理释放静电。

故选Do

8.如图所示，将一个不带电的金属球力放在带正电的点电荷。的左侧，当金属球达到静电平衡

时，下列判断正确的是()

Qi

A.金属球将产生出正电荷

B.点电荷。在力的球心处产生的电场强度为零

C.金属球左侧将出现负的停电荷

D.力的内部合电场强度处处为零

【答案】D

【解析】A.感应起电的实质电子的转移，没有产生新的电荷，故A错误；

BD.由于球处于静电平衡状态，所以内部的场强为零，即正电荷和感应电荷在内部产生的合场强为

零，正点电荷。在球心处产生的场强方向向左，所以感应电荷在球内球心处产生的场强方向向右，

故B错误，U正确；

C.达到静电平衡后，金属球右侧将出现负的净电荷，属球左侧将出现正的净电荷，故C错误。

故选D,,

9.在点电荷-。的电场中，一金属球处于静电平衡状态，4为球内一点，8为球外表面附近一点，

则球上感应电荷在A点和B点所激发的附加场强£4和后长的方向在下列几个选项对应的图中最有

【解析】金属球处「静电平衡状态，则金属球内部电场强度处处为零，点电荷-。在力点产生的电

场强度和感应电荷在4点激发的电场强度等大反向，点电荷-。在/点产生的电场强度从力点指向

-。，因此，感应电荷在力点激发的电场强度沿两点连线指向背离-Q的方向；金属球处于静电

平衡状态，整个导体是一个等势体，导体表面是一个等势面，根据电场线与等势面之间的关系可

知，球外表面附4点的点场线垂直于金属球表面，如图所示

根据矢量叠加原理，4点所激发的附加场强£夕的方向在a角度范围内都是有可能的。结合以上分

析可知C正确。

故选C。

10.如图是一款避雷针原理演示器，上下金属板之间用绝缘材料固定，尖端电极和球形电极与下金

属板连接，给上下金属板接感应圈并逐渐升高电压，当电压逐渐升高时（）

A.尖端电极先放电B.球形电极先放电C.两电极同时放电D.两电极都不放电

【答案】A

【解析】由图示可知，一个为尖头、一个为圆头。当上下金属板接在高压电源上，因末端越尖越容

易放电，故可以观察到尖的金属柱容易放电，这种放电现象叫做尖端放电，故A正确，BCD错误。

故选Ao

11.（多选）在一次科学晚会上，一位老师表演了一个"魔术"：如图所示，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。则下列说法正确的是（）

A.锯条和金属片之间为匀强电场

B.锯条附近的电场强度最大

C.若锯条接电源负极，金属片接正极，当摇动起电机时，烟雾会向金属片移动

D.当把起电机一摇，顿时塑料瓶清澈透明，当起电机停止摇动一段时间后，又会是烟雾缭绕

【答案】BCD

【解析】A.由于锯条和金属片形状不同，面积不等，旦锯条上电荷分布不均匀，则锯条和金属片

之间的电场不为匀强电场，故A错误；

B.由于锯条上尖端部分比较多，聚集的电荷最多，则电场强度最大，故B正确；

C.起电机产生高电压使锯条和金属片之间的电场将空气中的分子电离，电离出来的电子被烟尘颗

粒吸附，俘获电子的烟尘颗粒带负电，容易被带正电的金属片吸引，故烟雾会向金属片移动，故C

正确；

D.当把起电机一摇，锯条和金属片之间形成电场，电离空气分子，使烟尘颗粒吸附电子后被带正

电的金属片（或锯条）吸引，从而使塑料瓶清澈透明。当起电机停止摇动一段时间后，锯条和金属

片上的电荷被中和，电场消失，则瓶中又会烟雾缭绕，故D正确。

故选BCDo

12.（多选）某同学做静电感应实验，步骤及结论如下：①把不带电的绝缘导体球甲移近带负电的

绝缘导体球乙，但甲、乙两球不接触：②用手触摸甲球；③手指移开；④移开乙球；⑤甲球带

正电：⑥甲球不带电。下列操作过程和所得结论对应正确的有（）

A.①玲②玲③少④3⑥

B.①1②3④与③1⑥

C.①1②玲③今④1⑤

D.①少②今④^③T⑤

【答案】BC

【解析】AC.①把不带电的绝缘导体球甲移近带负电的绝缘导体球乙，但甲、乙两球不接触，甲

球感应近乙端带正电，远端带负电；②用手指摸甲球将负电荷导入大地；③手指移开；④移开乙

球；⑤甲球带正电。故A错误，C正确。

BD.①把不带电的绝缘导体球甲移近带负电的绝缘导体球乙，但甲、乙两球不接触，甲球感应近

乙端带正电，远端带负电；②用手指摸甲球将负电荷导入大地；④移开乙球，电子回位；③手指

移开；⑥甲球不带电。故B正确，D错误。

故选：BCo

13.（多选）如图所示，在左边的绝缘支架上插上顶针（其顶端是尖的），在顶针上装上金属风针，

若给风针附近的圆形金属板接上正高压极，风针接负高压极，风针尖端放电会使其旋转起来，下列

说法中正确的是（）

A.风针尖端附近的电场线分布较密

B.风针附近的空气在强电场下发生电离

C.空气中的阳离子会向风针的尖端运动

D.交换金属板与风针所带电荷电性，风针的尖端会有正电荷射出

【答案】ABC

【解析】A.在导体外表面，越尖锐的位置电荷的密度越大，附近的电场越强，所以风针尖端附近

的电场线分布较密，故A正确；

B.风针附近的空气中残留的带电粒子在强电场的作用下发生剧烈的运动，把空气中的气体分子撞

“散工也就是使分子中的正负电荷分离，即发生电离，故B正确；

C.因为风针接负高压极，所以空气中的阳离子会向风针的尖端运动，故C正确；

D.交换金属板与风针所带电荷电性，风针的尖端不会有正电荷射出，因为正电荷固定在金属原子

核内，故