2024-2025学年高二物理 同步学与练（ 人教版2019必修第三册）9.4 静电的防止与利用 （解析版）

9.4静电的防止与利用

学习目标

课程标准物理素养

物理观念：知道处于静电平衡的导体内部电场强度处处为0.了解尖端放电、

静电屏蔽现象，了解静电的防止的原理。知道静电吸附原理，了解静电吸附

3.1.4了解生产生活中关在静电除尘等技术中的应用。

于静电的利用与防护。科学思维：理解静电平衡状态的形成过程。

科学探究：探究静电屏蔽现象。

科学态度与责任：关注生活、生产中的静电现象，体会物理学与生产和生活

的紧密联系。

02思维导图

1、静电平衡状态下导体的特点

电场强度特点：导体内E处处为0，导体表面处E必然垂直于该处的表面；

净余电荷分布特点：分布于导体的外表面，尖处密。

地球是一个极大的导体，可以认为处于静电平衡状态

2、静电屏蔽有哪几种情况？有哪些应用？

03知识梳理

（一）课前研读课本，梳理基础知识：

一、静电平衡

1.静电平衡状态

导体上处处无电荷定向移动的状态。

2.处于静电平衡状态的导体内部场强处处为零。

3.处于静电平衡状态的导体表面上任一点场强方向与该点表面垂直。

二、尖端放电

1．处于静电平衡状态的导体，电荷只能分布在导体外表面上。

2．尖端放电

3．惯性

三、静电屏蔽

1.工具

2.实质

3.应用

电学仪器和电子设备外面套有金属罩

通信电缆版面包一层铅皮

高压带电作业人员穿金属网衣

通讯工具在钢筋结构房屋中接收信号弱

四、静电吸附

1.静电除尘

2.静电喷漆

3.静电复印

04题型精讲

【题型一】静电平衡中的电场强度的计算及静电屏蔽问题

【典型例题1】如图所示，一金属球A放在距一带电量为-4.5×10-10C的点电荷0.3m处，求金属球达到静电

平衡后，感应电荷在A球球心处产生的场强的大小是______，方向是______。

答案：45N/C方向向右

解析：点电荷q在A球球心处产生的场强的大小为

q4.51010

Ek9109N/C45N/C

0r20.32

方向向左。根据静电平衡导体的特点可知，感应电荷在A球球心处产生的场强的大小是45N/C，方向是向

右。

【典型例题2】如图所示的高压输电线路，在铁塔的顶端还有两条导线（图中箭头所指），它们与大地相连，

这两条导线的主要功能是（）

A．输送电能B．各变电站之间通讯

C．连接各铁塔，使铁塔更稳固D．预防雷电击中下方的输电线

答案：D

解析：实现静电屏蔽不一定要用密封的金属容器，金属网也能起到屏蔽作用。两条导线与大地相连，形成

一个稀疏的金属“网”，把高压线屏蔽起来，使其免遭雷击。

故选D。

【对点训练1】长为l的导体棒原来不带电并水平放置，现将一带电量为q的正点电荷放在距棒左端R处，

如图所示，当达到静电平衡后棒内中点处的场强为零，则棒上感应电荷在棒内中点处产生的场强大小等于

______，方向为水平向______。

q

k2

答案：L左

R

2

解析：由静电感应现象可知，电量为q的正点电荷放在距棒左端R处，棒的左端感应出负电荷，右端感应

出正电荷。由点电荷产生电场强度公式，可得+q在棒上中点P处产生场强大小

qq

Ek2k2

rL

R

2

方向为水平向右；

由静电平衡原理可知，当达到静电平衡后棒内中点P处的合电场强度是零，棒上感应电荷在棒内中点P处

产生的场强大小与带电量为+q的正点电荷在棒的中点P处产生的场强大小相等，方向相反，棒上感应电荷

在棒内中点P处产生的场强大小

qq

Ek2k2

rL

R

2

方向为水平向左。

【对点训练2】下列说法正确的是（）

A．在自助加油站给汽车加油时，可以接打移动电话

B．家用电器或电线发生火灾时，应先断开电源再灭火

C．如果有人触电倒地，应该抱住他的腰部拖到安全的地方

D．超高压带电作业的工人所穿衣物的织物中掺入了金属丝，目的是导走因摩擦产生的静电

答案：B

解析：A．在自助加油站给汽车加油时，不可以接打移动电话，会有爆炸的风险，故A错误；

B．家用电器或电线发生火灾时，应先断开电源再灭火，故B正确；

C．如果有人触电倒地，抱住他的腰部有触电的风险，应立即切断电源或者用绝缘体挑开电线，故C错误；

D．超高压带电作业的工人穿戴的工作服是用包含金属丝的织物制成的，这种工作服叫屏蔽服，其作用是在

穿用后，使处于高压电场中的人体外表面各部位形成一个等电位屏蔽面，从而防护人体免受高压电场及电

磁波的危害。故D错误。

故选B。

【题型二】静电吸附

【典型例题3】[多选]如图为静电除尘器除尘机原理示意图，尘埃在电场中通过某种机制带电，在电场力的

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．电场方向由集尘极指向放电极

C．带电尘埃所受电场力的方向与电场方向相同

D．同一位置带电荷量越多的尘埃所受电场力越大

解析：选BD由题图所示可知，集尘极电势高，放电极电势低，放电极与集尘极间电场方向向左，即电场

方向由集尘极指向放电极，尘埃在电场力的作用下向集尘极迁移，则知尘埃所受的电场力向右，故到达集

尘极的尘埃带负电荷，故A错误，B正确。电场方向向左，带电尘埃所受电场力方向向右，带电尘埃所受

电场力的方向与电场方向相反，故C错误。由F＝Eq可知，同一位置带电荷量越多的尘埃所受电场力越大，

故D正确。

【典型例题4】（多选）滚筒式静电分选器由料斗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，C与G分别接于直流高压电源的正、负极，并令C接地，如图所示，电源电压很高，足以

使放电针G附近的空气发生电离并产生大量离子。现在导电性能不同的两种物质粉粒a、b混合物从料斗A

下落，沿导板B到达转动的滚筒C上，粉粒a具有良好的导电性，粉粒b具有良好的绝缘性，下列说法正

确的是（）

A．粉粒a落入料槽F，粉粒b落入料槽E

B．粉粒b落入斜槽F，粉粒a落入料槽E

C．若滚筒C不接地而放电针G接地，实际工作中，这是不允许的

D．若滚筒C不接地而放电针G接地，实际工作中，这是允许的

答案：AC

解析：AB．滚筒式静电分选器工作原理，粉粒a具有良好的导电性，带电后到达正极C与正电荷中和，在

重力作用下落入料槽F，粉粒b具有良好的绝缘性，带电后到达正极C，在D的作用下落入料槽E，故A

正确，B错误；

CD．为了安全避免触电事故发生，电源的正极要接地，故C正确，D错误。

故选AC。

【对点训练3】以煤作燃料的工厂、电站，每天排出的烟气带走大量的煤粉，不仅浪费燃料，而且严重地污

染环境，利用静电除尘可以消除烟气中的煤粉。如图为静电除尘的原理示意图，除尘器由金属管A和悬挂

在管中的金属丝B组成，A和B分别接到高压电源的两极，它们之间有很强的电场，空气中的气体分子被

强电场电离成为电子和正离子。正离子被吸引到B上，得到电子，又成为分子。电子在向正极运动的过程

中，遇到烟气中的煤粉，使煤粉带负电，吸附到正极上，最后在重力作用下，落入下面的漏斗中。有关这

一物理情境下列说法正确的是（）

A．空气分子在距离金属丝B越近的地方越容易被电离

B．带上负电的煤粉在向A运动的过程中做匀变速运动

C．带上负电的煤粉在向A运动的过程中其运动轨迹为抛物线

D．带上负电的煤粉在向A运动的过程中其电势能增大

答案：A

解析：A．在距离金属丝B越近的地方，电场越强，空气分子越容易被电离。A正确；

BCD．带上负电的煤粉在向A运动的过程中，主要受到变化的电场力及重力的作用，合力的大小、方向均

在变化，所以煤粉做的是变加速运动，轨迹不是抛物线，电场力做正功，电势能减少。BCD错误。

故选A。

【对点训练4】静电喷漆技术具有效率高、质量好等优点,其装置示意图如图所示,A、B为两块水平放置的

平行金属板,间距d=1.0m,两板间有方向竖直向上、电场强度大小E=1.0×103N/C的匀强电场,在A板的中央放

置一个安全接地的静电油漆喷枪P,油漆喷枪的半圆形喷嘴可向各个方向均匀地喷出初速度大小均为v0=1.0

m/s、质量均为m=5.0×10-14kg、电荷量均为q=2.0×10-15C的带负电的油漆微粒,不计微粒所受空气阻力及微

粒间的相互作用,油漆微粒最后都落在金属板B上,重力加速度g=10m/s2。下列说法中错．误．的是()。

A.沿水平方向喷出的微粒运动到B板所需时间为0.2s

B.沿不同方向喷出的微粒,从喷出至到达B板,电场力做功为2.0×10-12J

C.若其他条件均不变,d增大为原来的2倍,喷涂面积增大为原来的2倍

D.若其他条件均不变,E增大为原来的2倍,喷涂面积减小为原来的

1

【解析】沿水平方向喷出的微粒做类平抛运动,在竖直方向上,加速2度a==50m/s2,根据d=at2得t=0.2s,

𝑞+𝑚1

故A项正确。沿不同方向喷出的微粒,从喷出至到达B板,电场力做功W=qE�d=2.0×10-12J,故B项2正确。若其他

条件均不变,d增大为原来的2倍,根据d=at2得,t变为原来的倍,则喷涂面积的半径变为原来的倍,面积

1

变为原来的2倍,故C项正确。若其他条件2均不变,E增大为原来2的2倍,则加速度a'=90m/s2,加速度变2为原来

的,时间t变为原来的,喷涂面积的半径变为原来的,面积减小为原来的,故D项错误。

9555

【答5案】D339

【题型三】尖端放电

【典型例题5】（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”，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

D错误。

故选ABC。

【典型例题6】如图所示的A、B、C、D四组静电实验中，能使左边的验电器的金箔张开的是______组和

______组（A、B两组实验中小球的手柄均为绝缘手柄，D组实验中虚线框表示金属网罩）。

A．B．C．D．

答案：AC

解析：AB．处于静电平衡状态下的导体所带的电荷都分布在导体的外表面，故A能使验电器带电，B不能

使验电器带电；

C．将验电器与带电物体用导线连接，二者组成新的导体，导致电荷在新的导体表面重新分布，所以可以使

验电器带电，故C能使验电器带电；

D．由于静电屏蔽的作用，验电器不受外电场的影响，故金属箔是闭合的，D不能使验电器带电。

【对点训练5】如图是网络上售卖的一款避雷针原理演示器，上下金属板绝缘固定，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，当电压升高到一定数值时，可看到放电现象．则（）

A．尖端电极容易放电B．球形电极容易放电

C．两种电极一样容易放电D．无法确定

答案：A

解析：试题分析：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．所以选项A正确，BCD错误

【对点训练6】如图所示，A、B是两个架在绝缘支座上的金属球，都不带电，中间用

导线连接，现用一带正电的小球C靠近B，用手摸一下B球，再撤去导线，

然后移走C球，则A、B带电情况是（）

C

AB+

A．A球带正电，B球带负电

B．A球带正电，B球不带电

C．A球不带电，B球带负电

D．以上说法都不正确

答案：C

05强化训练

01

【基础强化】

1．如图所示，在真空中把一绝缘导体AB向带负电的小球P缓慢地靠近(不接触，且未发生放电现象)时，

下列说法中正确的是（）

A．B端的感应电荷越来越多

B．导体内部场强越来越大

C．导体的感应电荷在M点产生的场强小于在N点产生的场强

D．导体的感应电荷在M、N两点产生的场强相等

答案：A

解析：A、离的越近，导体上的电子与负电荷排斥力越大，越会向左排斥，故N端带负电荷越多，M端带

的正电荷也越多，故A正确；

B、导体处于静电平衡状态，内部场强处处为零，故B错误；

C、D、导体处于静电平衡状态，内部场强处处为零，即感应电荷的场强和带电小球的场强等大、反向、共

线，由于带电小球在M点产生的场强大，故感应电荷在M点产生的场强也大，故CD错误；

故选A

2.如图所示，导体棒原来不带电，将电荷量为Q的正点电荷放在棒左侧O处，当棒达到静电平衡后，棒上

的感应电荷在棒内A点处产生的场强为E1。下列说法正确的是（）

A．E1的大小与电荷量Q成正比

B．E1的方向沿OA连线向右

C．在导体棒内部，离O点越远场强越小

D．在O点放置电荷量为2Q的点电荷，A点的场强为2E1

答案：A

解析：AB．导体棒达到静电平衡后，棒上感应电荷在棒内A点处产生的场强大小与一带电量为Q的点电荷

在该处产生的电场强度大小相等，方向相反，则有

kQ

E

1r2

正点电荷在A点产生的场强方向向右，则E1的方向沿OA连线向左，故A正确，B错误；

C．导体棒达到静电平衡后，棒内场强处处为0，故C错误；

D．在O点放置电荷量为2Q的点电荷，导体棒达到静电平衡后，棒内场强处处为0，故D错误。

故选A。

3.避雷针是利用尖端放电保护建筑物的一种设施，其原理是什么？

【解析】当带电的雷雨云接近建筑物时，由于静电感应，金属棒出现与云层相反的电荷．通过尖端放电，

这些电荷不断向大气释放，中和空气中的电荷，使建筑物避免雷击．

4.2008年6月24日强雷电袭击杭州，威力之猛近期少有．雷暴天气和雷击事件，引起了杭州市委、市政府

的高度重视，要求有关部门加大防雷避雷知识的宣传，提高广大人民群众的防范意识，做好防雷工作，保

障人民群众安全．假如在户外我们遭遇雷电，下列防雷措施可行的是()

①在大树下避雷雨

②停留在山顶、山脊的凉亭等地方避雷雨

③不要快速开摩托、快骑自行车和在雨中狂奔

④在空旷地带，最好关掉手机电源

A．①③B．②③C．①④D．③④

答案：D

解析：大树、山顶、山脊的凉亭、楼顶等地方是表面具有突出尖端的导体，可能使其周围的空气发生电离

而引发尖端放电，故不能避雷雨；在空旷地带使用手机通话，手机很有可能成为闪电的放电对象．所以选D

5.以下关于静电现象说法错误的是（）

A．用丝绸摩擦玻璃棒后丝绸将得到电子带上负电

B．制作汽油桶的材料用金属比用塑料好

C．接触带有精密电子元件的电路板时，最好先用手接触一下金属水管或其它接地金属

D．考场外头走廊上安装的考场无线信号屏蔽器是利用了静电屏蔽原理

答案：D

解析：用丝绸摩擦玻璃棒后丝绸将得到电子带上负电，选项A正确；制作汽油桶的材料用金属比用塑料好，

因金属能把静电导入大地，选项B正确；人体通常会带静电，接触带有精密电子元件的电路板时，最好先

用手接触一下金属水管或其它接地金属，否则人体静电会损坏电路元件．故C正确；无线信号屏蔽器是在

工作过程中以一定的速度从前向信道的低端频率向高端扫描．该扫描速度可以在手机接收报文信号中形成

乱码干扰，手机不能检测出从基站发出的正常数据，使手机不能与基站建立连接．手机表现为搜索网络、

无信号、无服务系统等现象，不是静电屏蔽的应用，故D错误；此题选择错误的选项，故选D．

6.（多选）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．金属球带电电荷足够大时才会张开

D．金属网罩内部电场强度为零

答案：BD

解析：静电屏蔽：为了避免外界电场对仪器设备的影响，或者为了避免电器设备的电场对外界的影响，用

一个空腔导体把外电场遮住，使其内部不受影响，也不使电器设备对外界产生影响，故用金属网把验电器

罩起来，再使带电金属球靠近验电器，箔片不张开．金属网罩内部电场强度为零；故BD正确、AC错误．故

选BD．

点睛：静电屏蔽在我们生活中有许多应用．例如，遇到雷雨天，行进中的汽车要关闭所有车窗，就算车体

遭到雷击，车内人员通常也不会受伤．电视闭路线芯外通常包有一层金属网和锡纸等等．

【素养提升】

7.如图四种仪器中，对电现象的利用，其原理不同于其它三种的是（）

A．静电除尘器B．静电复印机

C．电蚊拍D．静电植绒仪

答案：C

解析：静电除尘器、静电复印机和静电植绒仪都是利用静电原理工作的；而电蚊拍一般使用2.4V镍氢电池，

工作时电网瞬间产生1850V直流高压电（电流小于10mA，对人畜无害），能将蚊虫吸入电网电毙，所以

电蚊拍的原理不同于其它三种。

故选C。

8．如图所示，在玻璃管中心轴上安装一根直导线，玻璃管外绕有线圈，直导线的一端和线圈的一端分别跟

感应圈的两放电柱相连．开始，感应圈未接通电源，点燃蚊香，让烟通过玻璃管冒出．当感应圈电源接通

时，玻璃管中的导线和管外线圈间就会加上高电压，立即可以看到，不再有烟从玻璃管中冒出来了．过一

会儿还可以看到管壁吸附了一层烟尘．

请思考一下：这是什么原因？

答案：当感应圈电源接通时，玻璃管中的导线和管外线圈间就会加上高电压，形成强电场．烟尘颗粒都是

带电的，在强电场中受静电力作用偏转后被吸附在管壁上．

解析：静电场使气体电离从而使尘粒带电吸附到电极上的收尘方法．在强电场中空气分子被电离为正离子

和电子，电子奔向正极过程中遇到尘粒，使尘粒带负电吸附到正极。

9.（多选）有关静电的以下说法中正确的是（）

A．电工在带电维修高压电线时，穿金属衣比穿绝缘衣安全

B．避雷针避雷是将云层中积聚的电荷导入大地

C．高压输电导线表面要很光滑，以避免因尖端放电而损失电能

D．油罐车尾装一条拖地铁链，有利于消除静电

答案：ACD

解析：A．电工在带电维修高压电线时，穿金属衣能起到静电屏蔽的作用，故比穿绝缘衣安全，选项A正

确；

B．避雷针避雷是利用尖端放电现象，选项B错误；

C．高压输电导线表面要很光滑，以避免因尖端放电而损失电能，选项C正确；

D．油罐车尾装一条拖地铁链，可以将油罐与油摩擦产生的静电导入大地，有利于消除静电，选项D正确；

故选ACD。

10．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.小鸟停在单条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

答案：B

11．（多选）在下列各种措施中，目的是防止静电作用的是（）

A．电视机后盖上开有许多小孔B．在高大的建筑物顶端装上避雷针

C．静电喷涂D．油罐车后拖一根铁链

【答案】BD

【解析】电视机后盖上开有许多小孔时为把各电器元件产生的热量及时散掉，A错误；高大的建筑物顶端装

上避雷针和油罐车后拖一根铁链是为了把产生的静电导走，属于静电的防止，BD正确；静电喷涂属于静电

应用，不是防止静电，C错误；

故选BD。

12.为了防止静电危害．下列措施不．正．确．的是（）

A．油罐车上拖一条与地面接触的铁链

B．飞机的机轮上装有搭地线或用导电橡胶做轮胎

C．在地毯中夹杂不锈钢纤维

D．尽可能保持印染厂空气干燥

答案：D

解析：空气干燥就容易产生静电,不能导走静电了,静电累积太多就会产生危害，空气潮湿才能及时导走静

电，D错误．

13.（多选）具有一定厚度的空心球壳的球心位置放置一正电荷，图中画出了其空间电场的电场线分布情况，

符合实际情况的是（）

答案：AD

14.生活、科技上处处存在静电现象,有些是静电的应用,有些是要防止静电;下列关于静电防止与应用的说法

正确的是()

A.印刷厂应保持空气干燥,避免静电积累带来的潜在危害

B.静电复印机的工作过程实际上和静电完全无关

C.在地毯中夹杂0.05～0.07mm的不锈钢丝导电纤维,是防止静电危害

D.小汽车的顶部露出一根小金属杆类似避雷针,是防止静电危害

【解析】选C。印刷车间中,纸张间摩擦产生大量静电,所以印刷车间中保持适当的湿度,及时把静电导走,

避免静电造成的危害,故A错误;静电复印机是利用静电工作的,与静电有关,故B错误;地毯中不锈钢丝导电

纤维