9-4-静电的防止与利用-(2019人教版必修第三册)(原卷版)

9.4静电的防止与利用考点精讲考点1：对静电平衡的理解1．静电平衡的过程（1）电荷分布的变化情况：金属导体放到电场强度为E0的电场中，金属中的自由电荷在电场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。（2）合电场强度的变化情况：感应电荷在导体内部产生与原电场方向相反的电场，导致合电场强度减小。当感应电荷继续增加，合电场强度逐渐减小，合电场强度为零时，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电场强度处处为零是指外电场E与导体两端的感应电荷产生的附加电场E′的合电场强度为零，E′＝－E。3．处于静电平衡时的导体上的电荷分布特点（1）净电荷只分布在导体表面，内部没有净电荷。（2）感应电荷分布于导体两端，电性相反，电量相等，近异远同，如图甲所示。（3）净电荷在导体表面的分布不均匀，一般越是尖锐的地方电荷的分布越密集，如图乙所示。甲乙处于静电平衡的导体周围的电场分布情况静电平衡的导体尖端电荷集中，电荷电场线密集。【例1】在真空中有两个点电荷A和B，电荷量分别为－Q和＋2Q，相距为2l，如果在两个点电荷连线的中点O有一个半径为r(r≪l)的空心金属球，且球心位于O点，如图所示，则球壳上的感应电荷在O处的电场强度的大小为多少？方向如何？【变式训练】上例中，若将点电荷B移走，其他条件不变，则球壳上的感应电荷在O处的电场强度大小为多少？方向如何？【技巧与方法】处于静电平衡状态的导体的感应电荷产生的场强的求解方法1运用E＝keq\f(Q,r2)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E合＝0。3由E外＋E感＝0，求出感应电场E感的大小和方向。【针对训练】【变式1】(2020-2021学年平遥县第二中学校高二阶段练习)(多选)如图所示，一水平放置的金属板正上方有一固定的正点电荷Q，一表面绝缘的带正电小球(可视为质点且不影响Q的电场)从左端以v滑上金属板的上表面，向右运动到右端，在此过程中()A．小球受到的电场力方向始终竖直向下B．小球先减速运动，后加速运动C．小球受到的电场力做正功D．小球做匀速直线运动【变式2】(多选)如图所示的静电实验(虚线框为金属网)能使左边验电器的金属箔张开的是()ABCD【变式3】(多选)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两点场强相等，且都为零B．A、B两点场强不相等C．感应电荷产生的附加电场EA<EBD．当电键S闭合时，电子从大地沿导线向导体移动考点2：对静电屏蔽的理解1．静电屏蔽的实质静电屏蔽的实质是利用了静电感应现象，使金属壳内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导体外部电场不影响导体内部接地导体内部的电场不影响导体外部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内空腔不受外界电荷影响接地导体空腔外部不受内部电荷影响本质静电屏蔽是激发电场与感应电场叠加的结果，所以做静电屏蔽的材料只能是导体，不能是绝缘体【例2】如图所示，将悬在绝缘细线上带正电的小球A放在不带电的金属空心球C内(不跟球壁接触)，再将一个悬挂在绝缘细线上的带负电的小球B向C靠近，但不接触时()A．小球A往左偏离竖直方向，小球B往右偏离竖直方向B．小球A的位置不变，小球B往右偏离竖直方向C．小球A往左偏离竖直方向，小球B的位置不变D．小球A和B的位置都不变【技巧与方法】处理静电屏蔽问题的三点注意1空腔可以屏蔽外界电场，接地的空腔可以屏蔽内部的电场作用，其本质都是因为激发电场与感应电场叠加的结果，分析中应特别注意分清是哪一部分电场作用，还是合电场作用的结果。2对静电感应，要掌握导体内部的自由电荷是如何移动的，是如何建立起附加电场的，何处会出现感应电荷。3对静电平衡，要理解导体达到静电平衡时所具有的特点。【针对训练】【变式1】(2020-2021学年长春外国语学校高二(上)期中)将悬挂在细线上的带正电的小球A放在不带电的金属空心球C内(不与球接触)，另有一个悬挂在细线上的带负电的小球B向C靠近，如图所示，于是有()A．A向左偏离竖直方向，B向右偏离竖直方向B．A的位置不变，B向右偏离竖直方向C．A向左偏离竖直方向，B的位置不变D．A和B的位置都不变【变式2】(2020-2021学年江苏省南通中学高一(下)期末)如图所示，一个验电器用金属网罩罩住，当加上水平向右的、场强大小为E的匀强电场时，下列说法正确的是()A．验电器的箔片张开B．金属网罩内部空间存在向右的匀强电场C．金属网罩上的感应电荷在金属网罩内部空间产生的电场方向水平向左D．金属网罩内外表面都存在感应电荷【变式3】(2020-2021学年河南师大附中实验学校高二阶段练习)(多选)如图所示，阴影部分表示导体，在各图中，P点的电场强度为零的是()A． B． C． D．考点3：静电的产生、应用和防止1．静电是如何产生的两种不同的物体相互摩擦可以起电，甚至干燥的空气与衣物摩擦也会起电。摩擦起的电在能导电的物体上可迅速流失，而在不导电的绝缘体(如化纤、毛织物等物体)上就不会流失而形成静电，并聚集起来，当达到一定的电压时就产生放电现象，产生火花并发出声响。2．静电的应用和防止（1）静电的应用利用静电的性质应用举例利用静电能吸引较小物体静电复印、静电喷漆、静电喷雾、激光打印、静电除尘利用高压产生的电场静电保鲜、静电灭菌、农作物种子处理利用放电产生物臭氧防止紫外线、氮合成氨（2）静电的防止防止静电危害的基本办法是尽快把产生的静电导走，避免越积越多。防止静电的途径主要有：①避免产生静电，例如，在可能情况下选用不易产生静电的材料。②避免静电的积累，产生的静电要设法导走，例如，增加空气湿度、接地等。【例3】(2020-2021学年宜君县高级中学高二阶段练习)(多选)如图所示为静电除尘器除尘原理的示意图．尘埃在电场中通过某种机制带电，在静电力的作用下向集尘极迁移并沉积，以达到除尘目的，下列表述正确的是()A．到达集尘极的尘埃带正电荷 B．到达集尘极的尘埃带负电荷C．尘埃可以带负电，也可以带正电 D．放电极带负电荷【针对训练】【变式1】(多选)静电的应用有多种，如静电除尘、静电喷涂、静电植绒、静电复印等，它们依据的原理都是让带电的物质粒子在电场力作用下奔向并吸附到电极上，静电喷漆的原理如图所示，则以下说法正确的是()A．在喷枪喷嘴与被喷涂工件之间有一强电场B．涂料微粒一定带正电C．涂料微粒一定带负电D．涂料微粒可以带正电，也可以带负电【变式2】如图为静电除尘示意图，m、n为金属管内两点。在P、Q两点加高电压时，金属管内空气电离。电离出来的电子在电场力的作用下，遇到烟气中的煤粉，使煤粉带负电，导致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()A．Q接电源的正极，且电场强度Em＝EnB．Q接电源的正极，且电场强度Em＞EnC．P接电源的正极，且电场强度Em＝EnD．P接电源的正极，且电场强度Em＞En【变式3】(2020-2021学年泰州市泰州中学高一(下)期中)下列哪些做法不利于静电危害的防止()A．油罐车的尾部有一铁链拖在地上B．印染厂房中保持干燥C．在地毯中夹杂一些不锈钢丝纤维D．飞机机轮上装有搭地线◎考点一对静电平衡的理解如图所示，A为空心金属球，B为金属球，A、B原来不带电，将另一带正电荷的小球C从A球开口处放入A球中央，不接触A球，然后用手接触一下A球，再用手接触一下B球，再移走C球，则()A．A球带负电荷，B球带正电荷B．A球带负电荷，B球不带电C．A、B两球都带负电荷D．A、B两球都带正电荷2．一个带绝缘底座的空心金属球A带有4×10－8C的正电荷，上端开有适当小孔，有绝缘柄的金属小球B带有2×10－8C的负电荷，使B球和A球内壁接触，如图所示，则A、B带电荷量分别为()A．QA＝10－8C，QB＝10－8CB．QA＝2×10－8C，QB＝0C．QA＝0，QB＝2×10－8CD．QA＝4×10－8C，QB＝－2×10－8C3．(多选)如图所示,接地的金属板右侧有固定的点电荷+Q,a、b点是金属板右侧表面的两点,其中a到+Q的距离较小。下列说法正确的是()A.由于静电感应,金属板右侧表面带负电,左侧表面带正电B.由于静电感应,金属板右侧表面带负电,左侧表面不带电C.a、b两点的电场强度等于零D.a点的电场强度比b点的电场强度要大一些4．如图所示，长为l的金属杆原来不带电，在距其右端d处放一个电荷量为＋q的点电荷。（1）金属杆中点处的电场强度为多少？（2）金属杆上的感应电荷在杆中点处产生的电场强度为多大？◎考点二对静电屏蔽的理解5．如图所示，在一电场强度为E的匀强电场中放有一个金属空心导体，图中a、b分别为金属导体内部与空腔中的两点，则()A．a、b两点的电场强度都为零B．a点的电场强度为零，b点的电场强度不为零C．a点的电场强度不为零，b点的电场强度为零D．a、b两点的电场强度都不为零6．在绕地球做匀速圆周运动的航天器中，物体处于完全失重状态，可以形成一种“重力屏蔽状态”，在航天器中建立电学实验室，可以有效消除常态下重力的影响。空腔导体内部可以实现静电屏蔽，在空腔导体内部建立物理实验室，可以有效消除外电场的干扰。下列说法正确的是()A．电场是一种人为假设的物质，实际是不存在的B．航天器中的“重力屏蔽状态”指的是航天器中不存在重力C．外电场在空腔导体的内部产生的场强为0，所以外电场被屏蔽D．在外电场作用下处于静电平衡的空腔导体，其内部的总电场强度为07．如图所示，把原来不带电的金属壳B的外表面接地，将一带正电的小球A从小孔中放入球壳内，但不与B接触，达到静电平衡后，则()A．B的空腔内电场强度为零B．B不带电C．B的外表面带正电D．B的内表面带负电8．(多选)如图所示，绝缘金属球壳的空腔内有一带电小球，现在球壳左侧放一带电小球A，下列说法正确的是()A．A球不影响球壳内的电场B．由于静电屏蔽，球壳内没有电场C．球壳内外表面均没有电荷D．由于球壳接地，空腔内的电场对外部也没有影响◎考点三静电的产生、应用和防止9．在手术时，为防止麻醉剂乙醚爆炸，地砖要用导电材料制成，医生和护士要穿由导电材料制成的鞋子和外套、一切设备要良好接地，甚至病人身体也要良好接地。这是为了()A．杀菌消毒 B．消除静电C．利用静电 D．防止漏电10．静电除尘器是目前普遍采用的一种高效除尘器，如图实线为除尘器内电场的电场线，虚线为带负电粉尘的运动轨迹，P、Q为运动轨迹上的两点，下列关于带电粉尘在P、Q两点所受电场力的大小关系正确的是()A．FP＝FQ B．FP＞FQC．FP＜FQ D．无法比较11．如图是模拟避雷针作用的实验装置，金属板M接高压电源的正极，金属板N接负极。金属板N上有两个等高的金属柱A、B，A为尖头，B为圆头。逐渐升高电源电压，当电压达到一定数值时，可看到放电现象。先产生放电现象的是()避雷针模拟实验A．A金属柱B．B金属柱C．A、B金属柱同时D．可能是A金属柱，也可能是B金属柱12．复印机的核心部件是有机光导体鼓，它是在一个金属圆柱表面涂盖一层有机光导体OPC(没有光照时OPC是绝缘体，受到光照时变成导体)而制成的。复印机的基本工作过程是：(1)在暗处的有机光导体鼓和一个金属丝电极之间加上高电压，金属丝附近空气发生电离，使转动鼓体均匀带上正电荷；(2)文件反射的强光通过光学系统在鼓上成像，鼓上形成“静电潜像”；(3)鼓体转动经过墨粉盒，潜像将带相反电荷的墨粉吸引到鼓体带电部位；(4)鼓体继续转动经过复印纸，带电复印纸又将墨粉吸引到复印纸上。以下说法正确的是()(1)(2)(3)(4)A．步骤(1)中发生了静电感应现象B．步骤(2)中发生了局部导电现象C．步骤(3)中发生了静电平衡现象D．步骤(4)中发生了静电屏蔽现象13．(2020-2021学年铜川市第一中学高二期中)下列措施中是为了防止静电产生的危害的是()A．在地毯中夹杂的不锈钢丝导电纤维B．在高大的烟囱中安装静电除尘器C．雷雨天中在孤立的高大树木下避雨D．在高大的建筑物顶端安装电视公用天线14．(多选)下列措施中，属于防止静电危害的是()A．运送汽油的油罐车后有一条拖在地面上的铁链B．轿车顶部有一根露在外面的天线C．印染车间总保持适当的湿度D．铺在房间的地毯中夹杂着0.05mm的不锈钢丝导电纤维15．(2020-2021学年昆明市官渡区第一中学高二期中)在一次科学晚会上。一位老师表演了一个“魔术”：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。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．若锯条接电