9.4静电的防止与利用练习-2024-2025学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册（含解析）

9.4静电的防止与利用练习一、单选题1．在我国的一些古籍中，有对电学现象的描述。如：①张居正记述了“余每于冬月盛寒时，衣上常有火光，振之迸炸有声，如火花之状”的现象，即冬日摩擦衣物产生火花。②《搜神记》中有夜里“戟锋皆有火光，遥望如悬烛”的记录，描述了夜晚尖锐的兵器表面有火光的现象。则（）A．①现象产生的原理与煤气灶点火装置原理相同B．①现象发生时有电荷产生C．②现象产生的原理与避雷针原理不同D．高压设备中的导体表面做得尽量光滑是为了避免②现象2．若将不带电的圆形金属笼置于水平向右的匀强电场中，此时笼内、外电场线分布可能正确的是（）A． B．C． D．3．如图所示，一块无限大，厚度为0.2m的金属板垂直电场线放在水平向右的匀强电场中，电场强度大小为，以板左侧点为坐标原点、水平向右为正方向建立轴，取板右侧面为零势能面，点到板左侧的距离为0.2m，则轴上场强、电势分布图像正确的是（）A． B．C． D．4．一个半径为，不带电的金属球放置在绝缘支架上，球心位置为O。带电量为的点电荷放置在与球心的距离为的位置，如图所示。此时金属球表面产生了感应电荷，下列说法正确的是（

）A．O点的电势为零B．小球中的感应电荷总量等于C．感应电荷在O点产生的电场强度的大小为D．感应电荷在O点产生的电场强度的大小为5．关于静电现象，下列说法中不正确的是（）A．美国物理学家密立根通过油滴实验最早精确地测出了元电荷的数值B．把一电学仪器放在封闭的绝缘金属壳里，壳外电场对壳内的仪器不会产生影响C．由可知，放入电场中某点检验电荷的电荷量越大，该点的电场强度就越大D．为了防止静电积聚带来危害，飞机起落架的轮胎应该采用导电橡胶制成6．如图所示，取一对用绝缘柱支持的导体A和B，使它们彼此接触，用绝缘柄把一个带负电的金属球C移近导体A，贴在导体下部的金属箔张开，保持C不动，将导体A和B分开，B端出现的感应电荷量大小为。已知元电荷为。下列说法中正确的是（

）A．电子由A向B转移B．导体A下边金属箔带负电荷C．导体B失去电子数为D．感应电荷在A内部的点产生的场强方向向左7．关于各图所涉及的静电知识，下列说法正确的是（）A．图甲，导体棒因静电感应A端带正电荷，端带负电荷B．图乙，用铜丝编织的管线包裹话筒线是利用静电吸收信号C．图丙，避雷针防止建筑物被雷击的原理是静电屏蔽原理D．图丁，利用静电喷漆能使油漆比较均匀地喷涂在工件表面二、多选题8．内部带空腔的金属导体静置于匀强电场中，静电平衡时电场线分布如图所示。下列说法正确的是（）A．a点的电势高于b点的电势B．a点的电场强度小于b点的电场强度C．电子在a点的电势能大于在b点的电势能D．电子在a点的电势能小于在b点的电势能9．如图所示，不带电的枕形导体水平放置，中心为O，c，d为导体的中心轴线上的点，e、f为导体表面上的点。现分别将电荷量为+q、-4q的点电荷a、b固定在导体的中心轴线上，它们到O的距离均为L。静电力常量为k，稳定后，下列判断正确的是（）A．导体外表面e点电势等于f点电势B．感应电荷在O点的电场强度方向为由O指向dC．感应电荷在O点的电场强度大小为D．拿走导体后，c点电场强度变弱，电势升高10．自古以来就有“冬月打雷，黄土成堆”的说法，由于强冷空气与暖湿气流相遇，产生强烈的对流运动，云内的冰晶相互摩擦使电荷逐渐增多，达到一定强度后就会形成冬雷。则（）A．摩擦起电的实质是由于电荷的转移B．电荷周围存在电场线，电场线虽然看不见，但它却是客观存在的C．当带电云层附近的导体处于静电平衡状态时，导体表面上各点场强处处相同D．当带电云层附近的导体处于静电平衡状态时，导体内的自由电子不再发生定向移动三、实验题11．小明学习静电现象时，做了以下实验：(1)如图甲所示，取一对用绝缘柱支持的导体和B，使它们彼此接触。起初它们不带电，贴在下部的金属箔片均是闭合的。先把带正电荷的物体C移近导体A，B导体的金属箔片；接着保持C位置不动，用手摸一下导体B，然后移走B，B导体的金属箔片。（均选填“张开”或“闭合”）(2)用金属网把验电器罩起来，再使带电荷量为的金属球（可看成点电荷）靠近验电器，如图乙所示，箔片（选填“张开”或“闭合”），分析可知，当达到静电平衡时（已知静电力常量为，金属网内与点电荷相距处点的电场强度大小为。四、解答题12．如图在静电计B上装一个几乎封闭的空心金属球C（仅在上端开有小孔），D是带有绝缘柄的带正电的小球，仅仅将小球D靠近C。​(1)静电计的指针会张开吗？如果会张开，定性地画出静电计上的电荷分布；(2)将D迅速地与C的内表面接触和C的外表面接触，指针都会张开吗？画出这种情况下静电计上的电荷分布；(3)如果先用金属网把验电器罩起来，再使带电金属球靠近，会看到什么现象？13．长为L的导体棒原来不带电，现将一个带正电的点电荷q放在导体棒的中心轴线上，且距离导体棒的A端为R，如图所示。（1）由于静电感应，导体棒A端感应出哪种电荷？（2）当导体棒达到静电平衡后，导体棒内一点C处的合场强多大？（3）当导体棒达到静电平衡后，导体棒上感应电荷在棒的中点O处产生的场强大小和方向如何？14．一个带电金属球达到静电平衡时，球内部没有净剩电荷，电荷均匀分布在外表面，球内部场强处处为0，球的外部电场与一个位于球心、电荷量相等的点电荷在同一点产生的电场相同，已知静电力常量为。（1）根据电场强度的定义式和库仑定律，推导一个电荷量为的点电荷，在与之相距处的电场强度的表达式；（2）若将金属球内部挖空，使其成为一个均匀球壳，如图1所示。金属球壳的电荷量为，、是到球心的距离分别为和的两点，求点的场强，点的场强；（3）万有引力定律与库仑定律有相似的形式，因此质点的引力场与点电荷的电场也有很多相似的规律。已知引力常量为G。假设沿地轴的方向通一条贯穿地球两极的隧道，隧道极窄，地球仍可看作一个半径为、质量分布均匀的球体。如图2所示，以地心为原点，向北为正方向建立轴，请在图3中作图描述道中地球引力场强度随变化的规律，并说明作图依据。参考答案题号12345678910答案DCCDCADADADAD1．D【详解】AB．①现象产生的原理是摩擦起电，该过程中只有电荷的转移，没有电荷的产生，与煤气灶点火装置原理，即尖端放电不相同，故AB错误；C．②现象、避雷针、煤气灶点火装置的原理均为尖端放电，故C错误；D．高压设备中的导体表面做得尽量光滑是为了避免尖端放电，即是为了避免②现象，故D正确。故选D。2．C【详解】处于电场中的金属导体由于静电感应内部场强处处为零，导体是等势体，导体表面是等势面，所以电场线与导体表面垂直。故选C。3．C【详解】由静电屏蔽知识可知，金属板内的电场强度为0，因金属板是一个等势体，图像的斜率表示电场强度大小，则金属板左右两侧直线的斜率相同，即电场强度相同，且与轴交点的电势相等。故选C。4．D【详解】A．由于没有规定何处电势为0，故无法确定O点电势，故A错误；B．静电感应导致金属球的电荷重新分布，总电量仍为零，故B错误；CD．导体球处于静电平衡时，点场强为0，即-Q的点电荷与感应电荷在O点产生的合场强为0，因此感应电荷在O点产生的电场强大小等于-Q的点电荷在O点产生的电场强度的大小，而-Q的点电荷在O点产生的电场强度的大小为故C错误，D正确。故选D。5．C【详解】A．美国物理学家密立根通过油滴实验最早精确地测出了元电荷的数值，选项A正确，不符合题意；B．把一电学仪器放在封闭的绝缘金属壳里，由于静电屏蔽作用，壳外电场对壳内的仪器不会产生影响，选项B正确，不符合题意；C．电场中某点的电场强度是由电场本身决定的，与放入电场中某点的检验电荷的电荷量无关，选项C错误，符合题意；D．为了防止静电积聚带来危害，飞机起落架的轮胎应该采用导电橡胶制成，选项D正确，不符合题意。故选C。6．A【详解】AB．带负电的绝缘金属球C移近导体A，由于静电感应，故导体A带正电，由于同种电荷相互排斥，自由电子由A向B转移，故A正确，故B错误；C．导体B得到电子数为，故C错误；D．处于静电平衡的导体，共内部各处的电场强度为零，即点电荷C在导体产生的电场强度与导体内感应电荷产生的电场强度大小相等，方向相反，因点电荷C在O点产生的电场强度向左，故感应电荷在点产生的场强向右，故D错误。故选A。7．D【详解】A．图甲，根据静电感应原理可知，导体棒A端因感应带负电，B端带正电，故A错误；B．图乙，用铜丝编织的管线包裹话筒线是利用静电屏蔽，防止外部信号干扰，故B错误；C．图丙，避雷针可以避免建筑物被雷击，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，逐渐中和云层中的电荷，使建筑物免遭雷击，其原理为尖端放电，故C错误；D．图丁，静电喷漆时使被喷的金属件与油漆雾滴带相反的电荷，这样使油漆与金属表面在静电引力作用下喷涂更均匀，故D正确。故选D。8．AD【详解】AB．处于静电平衡状态的金属导体为等势体，且沿电场方向电势逐渐降低可知，a点的电势高于b点的电势，a点的电场强度大于b点的电场强度，A错误，B正确；CD．根据，由于a点的电势高于b点的电势，且电子带负电，故电子在a点的电势能小于b点的电势能，C错误，D正确。故选AD。9．AD【详解】A．导体是等势体，表面为等势面，可知导体外表面e点电势等于f点电势，选项A正确；BC．因处于静电平衡时导体内部场强处处为零，即ab两点的电荷在O点的场强与感应电荷的场强等大反向，而ab两点的电荷在O点的场强为方向向右，可知感应电荷在O点的电场强度方向向左，即为由O指向c，感应电荷在O点的电场强度大小为选项BC错误；D．有导体时，因导体是等势体，则相当把ab间电荷间距缩短了导体长度的距离，所以a与导体间的电场线较密集，即c点的场强也较大，拿走导体后，相当把ab间电荷间距恢复了原来的长度，则c点电场线又变得稀疏，即电场强度变弱，根据可知，c点与a点电势差减小，则c点电势升高，选项D正确。故选AD。10．AD【详解】A．摩擦起电的实质是由于电荷的转移，故A正确；B．电荷周围存在电场而不是电场线，电场线是为了形象描述电场而假想的曲线，实际上并不存在，故B错误；C．当带电云层附近的导体处于静电平衡状态时，导体表面上各点场强大小相等，方向不同，故C错误；D．当带电云层附近的导体处于静电平衡状态时，导体内的自由电子不再发生定向移动，故D正确。故选AD。11．(1)张开张开(2)闭合0【详解】（1）[1]起初导体A和B不带电，先把带正电荷的物体C移近导体A，发生静电感应现象，则A端带负电，B端带正电，金属箔片张开；[2]接着保持C位置不动，用手摸一下导体B，导体、人和大地形成了新的巨大导体，此时A端和B端都是近端，都带负电，此时远端在地球另一端，带正电，然后移走B，B带负电，则B导体的金属箔片张开。（2）[1][2]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，验电器的金属箔片闭合。当达到静电平衡时（已知静电力常量为，金属网内与点电荷相距处点的电场强度大小为0。12．(1)见解析(2)见解析(3)见解析【详解】（1）会张开，将小球D靠近C，由于静电感应，金属球C的外表面将带负电，静电计的指针将带正电；如图1所示（2）不论是将D迅速地与C的内表面接触，还是和C的外表面接触，根据静电平衡状态的特点，净电荷都会分布于导体的外表面，所以D中的电荷将会转移到静电计上，所以静电计的指针都会张开；电荷分布如图2所示（3）由于静电屏蔽，静电计上将不带电，所以指针不会张开。13．（1）负电；（2）0；（3）；方向沿Oq连线且指向+q【详解】（1）根据静电感应可知，靠近电荷的一端A端带负电；（2）当导体棒达到静电平衡后，导体棒内一点C处的合场强为0；（3）水平导体棒当达到静电平衡后，棒上感应电荷中点O处产生的场强大小与点电荷+q在该处产生的电场强度大小相等，方向相反．则棒上感应电荷在棒内中点产生的场强大小为由于O处的合场强为零，所以感应电荷产生的场强方向与点电荷+q在该处产生的电场强度的方向相反，即沿Oq连线且指向+q。14．（1）；（2），；（3）见解析【详解】（1）电荷量为Q的点电荷，在与之相距r处放一试探电荷q，根据库仑定律，该试探电荷受到的电场力为由电