9.4静电的防止与利用(含教材课后题)

第九章第四节静电的防止与利用考点一：静电平衡时导体内外电场及电荷分布规律【技巧与方法】1．静电平衡的实质金属导体放到场强为E0的电场中，导体中的自由电子在静电力作用下定向移动，导致导体一侧聚集负电荷，而另一侧聚集正电荷，感应电荷在导体内部产生与原电场方向相反的电场，导致合场强减小。当感应电荷继续增加，合场强逐渐减小，直到合场强为零时，自由电荷的定向移动停止。2．对静电平衡的三点理解(1)静电平衡是自由电荷发生定向移动的结果，达到静电平衡时，自由电荷不再发生定向移动。(2)金属导体建立静电平衡的时间是非常短暂的。(3)导体达到静电平衡后内部场强处处为零，是指外电场E0与导体两端的感应电荷产生的电场E′的合场强为零，E′＝－E0。【例1】如图所示为空腔球形导体（不带电），现将一个带正电的小金属球放入空腔内，静电平衡时，图中A、B、C三点的电场强度E的大小关系是（）A．EA>EB=ECB．EA>EB>ECC．EA=EB=ECD．EA=EB>EC【答案】B【详解】当静电平衡时，空腔球形导体内壁感应出负电荷，外表面感应出正电荷，画出电场线的分布如图【针对训练1】如图所示，一个不带电的导体P正在向带正电的小球Q缓慢靠近，但不接触，也没有发生放电现象，C、B是导体P左、右两端内的点，则下列说法正确的是（）A．右端感应出负电荷B．导体内场强越来越大C．感应电荷在C点产生的场强始终大于在B点产生的场强D．用手摸一下导体P的左端可使导体P带正电【答案】C【详解】A．导体P处在带正电的小球Q产生的电场中，由于静电感应，导体的右端感应出正电荷，导体的左端感应出负电荷，故A错误；B．处于静电平衡状态的导体内场强为0，故B错误；C．C点和B点的场强等于导体上的感应电荷和带正电的小球Q产生的场强的叠加，并且为0，带正电的小球Q在C点产生的场强大于在B点产生的场强，所以导体上的感应电荷在C点产生的场强始终大于在B点产生的场强，故C正确；D．用手摸导体P的左端时，相当于用导线将导体P与大地相连，因静电感应，电子流入导体P，最终导体P带负电，故D错误。故选C。考点二：静电屏蔽（金属壳内为电场被屏蔽）【技巧与方法】1．静电屏蔽的实质静电屏蔽的实质是静电平衡。金属壳内的感应电荷的电场和外加电场矢量和为零，好像是金属壳将外电场“挡”在外面，即所谓的屏蔽作用，其实是壳内两种电场并存，矢量和为零。2．静电屏蔽的两种情况静电外屏蔽静电内屏蔽图示实现过程因场源电荷产生的电场与导体球壳表面上感应电荷的电场在空腔内的合场强为零，达到静电平衡状态，起到屏蔽外电场的作用当空腔外部接地时，外表面的感应电荷因接地将传给地球，外部电场消失，起到屏蔽内电场的作用最终结论导体空腔内不受外界电场影响接地导体空腔外部不受内部电场影响本质静电感应与静电平衡3．静电屏蔽的应用和防止(1)应用：为了防止外界信号的干扰，静电屏蔽被广泛地应用于科学技术工作中。许多电子仪器外面都套着金属罩；通讯电缆外面包着一层铅皮；高压带电作业人员穿金属网衣；又如线从高压线下经过，为了防止高压线对线的影响，在高压线与线之间装一金属网等，这些都是用来防止外界电场干扰的屏蔽措施。(2)防止：静电屏蔽也可带来不利的影响。如通讯工具在钢筋结构建筑中接收信号较弱；宇宙飞船返回地球大气层时，与大气层高速摩擦，在飞船周围形成一层等离子体，对飞船产生静电屏蔽作用，导致飞船和地面控制中心的通信联络暂时中断。【例2】如图用金属网把验电器罩起来，使带电金属球靠近验电器，下列有关此实验现象的描述或解释正确的是（）A．验电器的金属球因静电感应而带负电荷 B．验电器的金属箔片会因排斥而张开C．整个金属网会因为静电感应而带负电荷 D．箔片不张开因为金属网内场强为0【答案】D【详解】ABD．根据静电屏蔽原理可知，由于金属网的静电屏蔽使得金属网内场强为0，验电器的金属球不带电，验电器的金属箔片不张开，故AB错误，D正确；C．根据静电感应原理可知，金属网上靠近带正电金属球的近端带负电，远离带正电金属球的远端带正电，故C错误；故选D。【针对训练2】将带正电的小球A放在不带电的金属空心球C内，另一带负电的小球B向C靠近，结果将（）A．A向左偏离竖直线，B向右偏离竖直线 B．A位置不变，B向右偏离竖直线C．A向左偏离竖直线，B的位置不变 D．A和B的位置都不变【答案】B【详解】由于金属空腔可以屏蔽外部电场，所以小球B的电场对金属空腔C内无影响，即金属空腔C把小球A屏蔽了，使得小球A不受空腔外电场的影响，故小球B向C靠近，小球A的位置不变。而小球A在金属空腔C内，由于静电感应使得金属空腔C外表面带正电而与小球B互相吸引，所以小球B向C靠近，小球B由于被吸引而向右偏离竖直线。故选B。考点三：尖端放电（导体上电荷的分布）【技巧与方法】1．处于静电平衡的导体上电荷的分布(1)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，周围的电场强度越大。补充：若导体为空腔，则电荷只分布在外表面，内表面无电荷。【例3】如图是在一些较高的建筑物上安装的避雷针，有关建筑物能够避免被雷击的原因是（）A．避雷针尖端产生的感应电荷向云层放电，中和了云层中的电荷B．避雷针与建筑物构成一个很大的电容器可以存储大量电荷C．云层与避雷针发生摩擦，避雷针上产生的电荷被导入大地D．以上说法都不对【答案】A【详解】当带电云层靠近建筑物时，避雷针上产生的感应电荷会通过针尖放电，逐渐中和云中的电荷，使建筑物免遭雷击，其原理为尖端放电。故选A。【针对训练3】如图所示为某带电导体的电场线分布，M、N是电场中两点，则（）A．导体左侧带正电，右侧带负电B．导体电荷分布密度左侧大于右侧C．M点的电场强度大于N点的电场强度D．导体内部的P点不可能有净电荷【答案】D【详解】A．由电场线分布可知，导体左右两侧均带正电，选项A错误；B．右侧电场线分布较密集，可知导体电荷分布密度左侧小于右侧，选项B错误；C．因N点电场线较M点密集，则N点的电场强度大于M点的电场强度，选项C错误；D．净电荷只分布在导体的表面，则导体内部的P点不可能有净电荷，选项D正确。故选D。考点四：静电吸附【技巧与方法】1．静电除尘如图，静电除尘器由板状收集器A和线状电离器B组成。A接到几千伏高压电源的正极，B接到高压电源的负极，它们之间有很强的电场，而且距B越近，电场强度越大。B附近的空气中的气体分子更容易被电离，成为正离子和电子。正离子被吸到B上，得到电子，又成为分子。电子在向着正极A运动的过程中，遇到烟气中的粉尘，使粉尘带负电。粉尘被吸附到正极A上，最后在重力的作用下落入下面的漏斗中。2．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，并沉积在工件的表面，完成喷漆工作。3．静电复印复印机的核心部件是有机光导体鼓，它是一个金属圆柱，表面涂覆有机光导体(OPC)。没有光照时，OPC是绝缘体，受到光照时变成导体。复印机复印的工作过程如图所示。【例4】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【详解】A．由于锯条和金属片形状不同，面积不等，且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BCD。【针对训练4】小明同学学习了静电除尘之后，走进物理实验室制作了一个静电除尘装置。在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。实验时，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。然后当把起电机一摇，顿时塑料瓶清澈透明，停止摇动，又是烟雾缭绕。关于以上实验说法正确的是（）A．室内的空气湿度越大，实验效果越好B．锯条换成同宽度的金属直尺效果更好C．起电机摇动前，需先让烟尘颗粒带上电荷才能做成功D．若锯条接电源负极，金属片接正极，则这些烟尘附着在金属片上面【答案】D【详解】当静电除尘装置接通静电高压时，存在强电场，它使空气电离而产生负离子和正离子，负离子在电场力的作用下，向正极移动时，碰到烟尘微粒使它带负电，带电尘粒在电场力的作用下，向正极移动，烟尘最终被吸附到金属片上。A．加大空气湿度，由于潮湿的空气易于导电，则起电机产生的静电不容易在铁锯条和易拉罐（金属）片上积累，则该实验不易成功，故A错误；B．锯条换成同宽度的金属直尺，尖端变少，使周围空气电离的本领降低，实验效果变差，故B错误；C．起电机摇动，锯条和金属片间产生电场，强电场让空气电离，烟尘颗粒俘获电离出的负离子而带上负电荷，所以，起电机摇动前，不需先让烟尘颗粒带上电荷，故C错误；D．若锯条接电源负极，金属片接正极，则俘获负离子的烟尘在电场力的作用下，向正极移动，最终被吸附到金属片上，故D正确。故选D。考点达标一、单选题1．观察下列四个选项中的四幅图，请选出图中器件材料应用涉及的原理与其他三项不同的是（）A．高压输电线上方有两条导线B．带电作业工人工作服织物中包含金属丝C．话筒线用铝箔合金网包裹D．远距离输电铝绞线中心有钢芯【答案】D【详解】高压输电线上方有两条导线、带电作业工人工作服织物中包含金属丝、话筒线用铝箔合金网包裹均为静电屏蔽原理的应用。远距离输电铝绞线中心有钢丝是为了增加导线强度。故选D。2．如图所示是静电除尘装置示意图，装置的外壁连接高压电源的正极，中间的金属丝连接负极。将混浊气体通入该装置时，气体中的粉尘会不断向筒壁积累，最后在重力作用下坠落在筒底。在该装置除尘的过程中，下列说法不正确的是（）A．粉尘由于吸附作用而带上正电荷B．粉尘由于吸附了电子而带上负电荷C．带电粉尘在静电力作用下飞向筒壁D．筒壁与中间金属丝之间存在强大的静电场【答案】A【详解】AB．装置的外壁连到高压电源的正极，中间的金属丝连到负极，粉尘向正极运动，可知粉尘吸附电子后带负电．故A错误，B正确；C．筒壁与中间金属丝之间存在强大的静电场，粉尘向正极运动，可知粉尘是在静电力作用下飞向筒壁．故C正确；D．装置的外壁连到高压电源的正极，中间的金属丝连到负极，因此筒壁与中间金属丝之间存在强大的静电场．故D正确．此题选择不正确的选项，故选A。3．下列说法正确的是（）A．电工穿金属衣比穿绝缘衣安全B．制作汽油桶的材料用塑料比用金属好C．印刷车间中要保持干燥D．打雷时，待在木屋里比待在汽车里要安全【答案】A【详解】A．电力工人高压带电作业，全身穿戴金属丝网制成的衣、帽、手套、鞋，可以对人体起到静电屏蔽作用，使人安全作业，故A正确。B．因为塑料和油摩擦容易起电，产生的静电荷不易泄漏，形成静电积累，造成爆炸和火灾事故，故B错误。C．印染车间中要尽量避免产生静电荷，所以尽可能保持印染厂空气湿润，故C错误。D．一辆金属车身的汽车也是最好的“避雷所”，一旦汽车被雷击中，它的金属构架会将闪电电流导入地下，打雷时，呆在汽车里更安全，故D错误。故选A。4．如图所示，左边是一个原先不带电的导体，右边C是后来靠近导体的带正电金属球，若用绝缘工具沿图示某条虚线将导体切开，分导体为A、B两部分，这两部分所带电荷量的数值分别为QA、QB，则下列结论正确的是（）A．沿虚线d切开，A带负电，B带正电，且QB>QAB．只有沿虚线b切开，才有A带正电，B带负电，并QB=QAC．沿虚线a切开，A带正电，B带负电，且QB>QAD．沿任意一条虚线切开，都有A带正电，B带负电，而QA、QB的值与所切的位置有关【答案】D【详解】由题意可知，静电感应现象使得A端带正电，B端带负电。导体原来不带电，只是在C的电荷的作用下，导体中的自由电子向B部分移动，使B部分多带了电子而带负电；A部分少了电子而带正电。根据电荷守恒可知，A部分转移的电子数目和B部分多余的电子数目是相同的，但由于电荷之间的作用力与距离有关，距离越小，作用力越大，因此更多的电子容易转移到最接近C的位置，导致电子在导体上分布不均匀，从B端到A端，电子分布越来越稀疏，所以从不同位置切开时，QA、QB的值不同。故选D。5．如图所示在绝缘支架上的导体A和导体B按图中方式接触放置，原先AB都不带电，先让开关K1，K2均断开，现在将一个带正电小球C放置在A左侧，以下判断正确的是（）A．只闭合K1，则A左端不带电，B右端带负电B．只闭合K2，接着移走带电小球，最后将AB分开，A带负电C．K1、K2均闭合时，A、B两端均不带电D．K1、K2均闭合时，A左端带负电，B左端不带电【答案】D【详解】A．只闭合开关时K1，由于静电感应的作用，金属导体右端带的正电荷会被从大地上来的负电荷中和，所以导体右端不再带有电荷，左端带负电，故A错误；B．当闭合开关时K2，由于静电感应的作用，金属导体B右端带的正电荷会被从大地上来的负电荷中和，所以导体B右端不再带有电荷，左端带负电，接着移走带电小球，A端的负电会被中和而都不带电，最后将AB分开，则A端和B端均不带电，故B错误；CD．K1、K2均闭合时，导体AB的近端还是A端会感应异种电荷带负电，远端通过接地线变成了无穷远，故B端不带电；故C错误，D正确。故选D。6．如图所示为滚筒式静电分选器的示意图，由料斗A，导板B，导体滚筒C，刮板D，料槽E、F和放电针G等部件组成。滚筒C、放电针G分别接直流高压电源的正、负极，并令滚筒C接地，放电针G与转轮间施加高压并电离空气，颗粒经过电离空气后都带上电荷。现将金属和塑料碎成粉粒后加入滚筒，由于塑料及金属导电性能不同，最终可完成分离，并通过料槽E、F进行回收，则下列说法正确的是（）A．经过电离空气后，金属带正电，塑料带负电B．金属粉粒会落入料槽FC．塑料粉粒会落入料槽FD．金属粉粒吸附滚筒的能力更强【答案】B【详解】A.放电针G附近的空气受高压电场作用而电离，在电场力作用下，大量的电子或负离子被喷射在粉粒上，两种粉粒均带负电，故A项错误；BCD.带负电的金属粉粒因具有良好的导电性，所以在与带正电的滚筒C接触后，其上的负电被滚筒C上的正电中和，在重力作用下落于料槽F；绝缘性能良好的塑料粉粒，其所带负电不容易传给滚筒C，在滚筒C的静电吸引力作用下，附着于滚筒C的表面并随滚筒C转动，最后粉粒较大者在重力作用下掉入料槽E，粉粒较小者由刮板将其刮入料槽E，故B项正确，C，D项错误。故选B。7．长为l的导体棒原来不带电，现将一带电荷量为的点电荷放在距棒左端R处，如图所示，当棒达到静电平衡后，棒上的感应电荷在棒内中点P处产生的电场强度（）A．大小等于0 B．大小等于C．大小等于 D．方向向右【答案】C【详解】当水平导体棒达到静电平衡后，棒上感应电荷在棒内距离左端处产生的场强大小与带电量为q的点电荷在该处产生的电场强度大小相等，则有由于该处的电场强度为零，所以方向与带电量为的点电荷在该处产生的电场强度的方向相反，即水平向左，故C正确，ABD错误。故选C。二、多选题8．为了防止静电的危害，应减小电荷的聚集，下列措施中正确的有()A．在小汽车上安装露在外面的天线B．在飞机轮胎中使用导电的橡胶材料C．在油罐车后面装一条拖地的铁链D．印染厂在干燥天气时适当增加湿度【答案】BCD【详解】A．在小汽车上安装露在外面的天线，它是无线电波接收电线，不属于静电应用，故A错误；B．飞机在飞行时，与空气摩擦产生大量的静电，所以着落时通过飞机导电橡胶制造的轮胎，将静电导走，故B正确；C．油罐车后面装一条拖地的铁链，由于不停的摩擦，产生大量静电，通过其及时导走静电，属于静电防止，故C正确；D．印染厂车间中，纸张间摩擦产生大量静电，由于有一定的湿度，能及时导走，是防止静电危害，故D正确。故选BCD。【点睛】人体活动时，皮肤与衣服之间以及衣服与衣服之间互相摩擦，便会产生静电。随着家用电器增多以及冬天人们多穿化纤衣服，家用电器所产生的静电荷会被人体吸收并积存起来，加之居室内墙壁和地板多属绝缘体，空气干燥，因此更容易受到静电干扰。9．关于雷电现象的认识正确的是（）A．打雷闪电是天上的雷公电母在控制着B．闪电是由于高压放电使空气在高温的情况下发光的结果C．雷声是由于空气在高温下膨胀的结果D．先发生闪电后发出雷声【答案】BC【详解】雷电是一种自然现象，是由于高压放电，产生几十万安培的瞬间电流，电流生热使空气发光，使空气受热突然膨胀发出巨响，是同时发生的，只是光的传播速度比声音快，所以我们是先看到闪电后听到雷声。故选BC。10．如图所示，两个互相接触的导体A和B不带电，现将带正电的导体C靠近A端放置，三者均有绝缘支架。下列说法正确的是（）A．若先将A、B分开，再移走C，则A带负电，B带正电B．若先将C移走，再把A、B分开，则A带负电，B带正电C．导体A的左端感应出负电荷，导体B的右端感应出等量的正电荷D．导体A的左端感应出负电荷，导体B的右端感应出正电荷，但正、负电荷不一定等量【答案】AC【详解】ACD．根据感应起电原理可知，导体A的左端感应出负电荷，导体B的右端感应出等量的正电荷，若先将A、B分开，A上带上负电荷，B上带正电荷，再移走C，则A、B变成孤立带电体，A带负电，B带正电，故AC正确，D错误；B．若先移走C，此时导体A和B中的电荷又发生中和，不再带电，再把导体A和B分开，同样不再带电，所以此时A不带电，B不带电，故B错误；故选AC。三、填空题11．有一绝缘空心金属球A，带有4×106C的正电荷，一个有绝缘柄的金属小球B，带有2×106C的负电荷，若把B球跟A球的内壁相接触，如图所示，则B球上电荷量为______C，A球上电荷量为______C，电荷分布在______。【答案】

0

2×106

A的外表面【详解】[1][2][3]小球B与A接触形成一个新的大导体，带电导体由于同种电荷相互排斥，所以电荷都分布在导体的外部，所以B球将不带电；电量全部转移到A的外表面，所以A带电量为并且分布在A的外表面。12．（1）在静电感应实验中，取一对用绝缘柱支持的不带电导体A和B，使它们彼此接触，把毛皮摩擦过的橡胶棒C（带了负电）移近导体A，在下列不同操作后判断导体A和B的电性（填“带正电”、“带负电”、“不带电”）。①把A和B分开，然后移去C，此时A______，B______；②先移去C，然后把A和B分开，此时A______，B______；（2）如图所示，一个验电器用金属网罩罩住，当使带电的金属球靠近验电器的金属球时，验电器的箔片______（填“张开”或“不张开”）。【答案】

带正电

带负电

不带电

不带电

不张开【详解】（1）①[1][2]橡胶棒C带负电，则当移近导体后，A端感应出正电，B端感应出负电，把A和B分开，然后移去C，此时A带正电，B带负电；②[3][4]先移去C，AB的感应电荷中和，然后把A和B分开，此时AB均不带电；（2）[5]验电器用金属网罩罩住，则金属网内被静电屏蔽，则带电的金属球靠近验电器的金属球时，验电器的箔片不张开。四、解答题13．如果你有两件内衣，一件是棉质的，另一件是腈纶质料的，你认为哪一件穿在贴身会感到舒服些？用学过的物理知识进行解释。【答案】穿棉质的感到舒服，棉质内衣柔软、透气，减少了静电的积累。【详解】穿棉质的感到舒服，棉质内衣柔软、透气，减少了静电的积累，晴纶材质的透气性差且容易起静电。14．飞机上用导电橡胶做机轮轮胎，其用途是什么？【答案】见解析【详解】飞机在天空中飞行时，与空气摩擦，使飞机机身上带有较多的电荷。当飞机着陆时，飞机机轮用导电橡胶制成，飞机上的电荷通过飞机机轮导入大地，地勤人员接近飞机就安全了。15．电业工人创造了具有世界先进水平的超高压带电作业法利用“绝缘梯”使输电线间的电势差逐渐变小，直到最后使人体的电势与输电线电势相等试问：（1）人与输电线电势相等时，为什么没有危险？（2）超高压输电线周围存在强电场，人靠近输电线时，人体会有什么现象发生？（3）工人带电作业时穿着由金属丝和棉纱织成的均压服，有什么作用？【答案】（1）人与输电线电势相等时，任意两点间的电势差均为0，则电荷不会发生定向移动，因此不会对人产生危险；（2）人体靠近高压输电线周围的强电场时，由于静电感应，人体内的自由电荷重新分布，瞬时间负电荷向E的反方向运动，如图形成了瞬时电流；（3）由金属丝和绵纱织成的均压服可以起到静电屏蔽的作用；从而使人体处于静电平衡状态【详解】(1)人与输电线电势相等时，任意两点间的电势差均为0，则电荷不会发生定向移动，因此不会对人产生危险；(2)人体靠近高压输电线周围的强电场时，由于静电感应，人体内的自由电荷重新分布，瞬时间负电荷向E的反方向运动，如图形成了瞬时电流；(3)由金属丝和绵纱织成的均压服可以起到静电屏蔽的作用；从而使人体处于静电平衡状态．【点睛】本题根据生活中的原理来考查相应的物理规律，要注意能将物理学以致用．教材课后题参考答案与提示

1．静电给人们带来很多方便，但有时也带来很多麻烦，甚至造成危害。例如：印刷厂里，纸张之间摩擦带电，会使纸张吸附在一起，给印刷带来麻烦；印染厂里染织物上带静电，会吸附空气中的尘埃，使印染质量下降；制药生产中，由于静电吸引尘埃，使药品达不到预定纯度。要采取措施防止以上事