静电的防止与利用(解析版).docx

9.4 静电的防止与利用

知识点1：静电平衡
（1）静电感应
一个带电的物体与不带电的导体相互靠近时由于电荷间的相互作用，会使导体内部的电荷重新分布，异种电荷被吸引到带电体附近，而同种电荷被排斥到远离带电体的导体另一端。
（2）静电平衡状态
导体中（包括表面上）没有电荷定向移动的状态叫做静电平衡状态。
（3）静电平衡产生原理
如下图所示，将金属导体放到外电场E0中，导体中自由电子受到外电场的电场力作用后向左移动，在右侧出现多余正电荷，导体两侧出现的正、负电荷在导体内部产生电场强度E’，该电场强度与外电场方向相反，这两个电场叠加后使原电场强度逐渐减弱，直至导体内部各点的合电场强度E=0为止，此时F＝Eq＝0，导体内的自由电子不再发生定向移动。

（4）静电平衡的条件
导体内部的合场强为零。

（5）静电平衡的特征

静电感应现象
1．如图，是一个带正电的电子和一个未知电性的导体，在a，b处由静止释放两个质量和体积很小的球（小球重力不计）。下列说法不正确的是（　　）

A．导体可能带负电
B．若b球带负电，b球一定向左运动
C．若a球向右运动，则a一定带正电
D．若放入c球，质量稍比a球大，那么a可能绕c球运动
【答案】D
【详解】A．放在静电场中的导体在距带正电的电子较近的一端会感应出负电荷，较远的一端会感应出正点电荷，所以会产生题图所示的电场线分布。导体可能带正电、带负电、不带电，A正确，不符合题意；B．若b球带负电，则受力方向与场强方向相反，b球受到向左的电场力，一定向左运动，B正确，不符合题意；C．若a球向右运动，则a球受到向右的电场力，受力方向与场强方向一致，a球一定带正电，C正确，不符合题意；D．放入c球后不可能使a球受到时刻指向圆心的c的向心力，则a不可能绕c球运动，D错误，符合题意。
2．如图，将原来不带电与大地绝缘的导体静置于带正电的点电荷Q所形成的电场中，A、B两点在其表面，C点在其内部，达到静电平衡时，以下正确的是（　　）

A．A点一侧表面带正电
B．感应电荷在C点产生的电场为零
C．感应电荷在C点产生的场强大小等于点电荷在C点产生场强的大小
D．若用手触摸一下导体，放手后导体将不带电
【答案】C
【详解】A．静电感应时，导体离场源的近端感应异种电荷，远端感应同种电荷，A点一侧属于近端则表面带负电，故A错误；BC．静电平衡后，感应电荷在C点产生的场强和点电荷在C点产生场强等大反向，而C点的总场强为零，故B错误，C正确；D．若用手触摸一下导体，只有导体近端带负电荷，远端在地球带正电，放手后导体将只带负电，故D错误；
导体处于静电平衡状态时内外电场及电荷的分布规律
3．如图，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，导体分为A、B两部分，这两部分所带电荷量的数值分别为QA、QB，则下列结论正确的有（　　）

A．沿虚线c切开，A带负电，B带正电，且QB>QA
B．只有沿虚线b切开，才有A带正电，B带负电，且QB=QA
C．沿虚线a切开，A带正电，B带负电，且QB>QA
D．沿任意一条虚线切开，都有A带正电，B带负电
【答案】D
【详解】导体原来不带电，只是在C的电场的作用下，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，但一定是A带正电，B带负电，故D正确，ABC错误。
4．如图所示，A、B、C为等边三角形的三个顶点，相距为L的A、B两点分别固定有电荷量为和的点电荷，C点固定一个铜球。静电力常量为k。铜球上的感应电荷产生的电场在C点的电场强度大小为（　　）

A． B． C． D．
【答案】A
【详解】处于静电场中的导体达到静电平衡时，导体内部电场强度是零，即感应电荷的电场强度与外加电场的电场强度叠加后是零，由点电荷的场强决定式，可得A点点电荷在C点产生场强大小为，方向由A指向C，B点−2Q点电荷在C点产生场强大小为，方向由C指向B，由电场强度的叠加原理，如图所示，可得铜球上的感应电荷产生的电场在C点的电场强度大小为，A正确，BCD错误。

知识点2：尖端放电
（1）导体的电荷分布特点
静电平衡时导体内部没有净电荷，电荷只分布在外表面上。外表面电荷分布不均匀，表面越尖
锐的位置电荷分布越密集，表面越平滑的位置电荷分布越稀疏，凹陷的位置几乎没有电荷。
（2）空气的电离
在一定条件下，导体尖端周围的强电场足以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离。
（3）尖端放电
中性的分子电离后变成带负电的自由电子和失去电子而带正电的离子。这些带电粒子在强电
场的作用下加速，撞击空气中的分子，使它们进一步电离，产生更多的带电粒子。那些所带电荷与导体尖端的电荷符号相反的粒子，由于被吸引而奔向尖端，与尖端上的电荷中和，这相当于导体从尖端失去电荷。
（4）应用
制作避雷针。原理：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，使得空气中的带电粒子与空气中的异号电荷中和，避免建筑物遭受雷击。

静电利用的防止
5．夏季，在雷云形成的过程中，由于摩擦起电一些云层带正电，另一些云层带负电，它们对大地的静电感应使地面产生异种电荷。当云层与云层间或云层与地面间的“电势差”达到几万伏以上时，空气被击穿，暴发电闪雷鸣。假如在户外我们遭遇雷电，下列防雷措施可行的是（　　）

A．在大树下避雷雨 B．停留在山顶、山脊的凉亭等地方避雷雨
C．在空旷地带，最好关掉手机电源 D．在雷雨中快跑
【答案】C
【详解】AB．表面具有突出尖端的导体，在尖端的电荷分布密度很大，使得其周围电场很强，就可能使其周围的空气发生电离而引发尖端放电。因此不要在大树下避雨；别停留在山顶、山脊的凉亭等地方，故AB不符合题意；C．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，故C符合题意；D．在雷雨中快跑，身体的跨步越大，电压就越大，雷电也越容易伤人，故D不符合题意。
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F
C．塑料粉粒会落入料槽F
D．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。
导体上电荷的分布和尖端放电
7．口罩中使用的熔喷布经驻极处理后，对空气的过滤增加静电吸附功能。驻极处理装置如图所示，针状电极与平板电极分别接高压直流电源正负极，针尖附近的空气被电离后，带电粒子在电场力作用下运动，熔喷布捕获带电粒子带上静电。平板电极表面为等势面，熔喷布带电后对电场的影响可忽略不计，下列说法正确的是（　　）

A．熔喷布上表面因捕获带电粒子将带正电
B．针状电极上，针尖附近的电场较弱
C．沿图中虚线向熔喷布运动的带电粒子，其速度和加速度均不断增大
D．两电极相距越远，熔喷布捕获的带电粒子速度越大
【答案】A
【详解】A．空气受电场影响被电离产生带电粒子，电场线方向从正极指向负极，正电荷沿电场线方向运动被熔喷布捕获带正电，故A正确；BC．导体尖端的电荷特别密集，所以电场强度比较大，远离尖端的地方电场强度逐渐减小，电场力减小，加速度也减小，故BC错误；D．带电粒子的运动速度由动能定理可知与合外力做功有关，即电场力做功，根据W=Uq可知，电场力做功只与电势差有关，和运动距离无关，故D错误。
8．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。

知识点3：静电屏蔽
（1） 定义：放入电场中的导体壳，由于静电感应，壳内电场强度为零，外电场对壳内的仪器不会产生影响，导体壳的这种作用叫做静电屏蔽。

（2）屏蔽的两种现象
现象
外屏蔽
内屏蔽
定义
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。
示意图

屏蔽原理
外部电荷产生的电场与导体球壳表面上感应电荷产生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。
当导体空腔外部接地时，球壳的外表面的感应电荷因接地将传给地球，则球壳外部合场强为零，起到屏蔽内电场的作用。
特点
球壳外电场对球壳内不产生影响，球壳内电场对球壳外产生影响。
球壳内外电场互不产生影响。
本质
静电感应与静电平衡

金属外壳屏蔽外电场
9．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。
10．如图所示，铜丝编织的管线包裹着两个铜导线，能够实现高保真信号传输，铜丝编织的管线作用是（　　）

A．参与信号传输 B．减少信号衰减
C．屏蔽外部干扰 D．提高绝缘效果
【答案】C
【详解】铜丝编织的管线起到静电屏蔽的作用，能够屏蔽外部干扰，从而实现高保真信号传输。
金属壳内部电荷的电场被屏蔽
11．如图所示，带电金属球靠近验电器。下列关于验电器的箔片的说法正确的是（　　）

A．若不放金属网罩，则箔片张开
B．若放金属网罩，则箔片张开
C．无论放不放金属网罩，箔片都不张开
D．只要带电金属球电荷量足够大，无论放不放金属网罩，箔片都会张开
【答案】A
【详解】加金属网罩可避免电器设备受到外界电场的影响，所以验电器的箔片不张开；若没有金属网罩，则验电器小球和连杆及金属箔片产生静电感应现象，箔片端感应出电荷而张开，故A正确，BCD错误。
12．外电场中的导体会建立静电平衡，进而人们可以设计出很多有趣的实验，如图所示。一名男子站在特斯拉线圈之上，特斯拉线圈中通有快速变化的电流，会在周围空间中产生高达百万伏特的电压，因此空气被击穿，木棒被点燃，然而穿着金属防护衣的男子却安然无恙，这一切都和金属在外电场中的特性密不可分。下列关于静电平衡的导体的表述正确的是（　　）

A．金属防护服内部空间的电势可近似认为是处处相等的
B．若用金属外衣套将特斯拉线圈包裹住，则人不穿金属防护服亦可安然无恙
C．只要人的身体同防护服紧密接触，哪怕部分身体暴露在防护服外也是安全的
D．导体的静电平衡只在外电场是静电场时才是严格成立的，当外电场是快速变化的交变电场时，导体内自由电荷有可能来不及响应从而导致静电平衡被破坏
【答案】A
【详解】A．金属防护服可以屏蔽外部电场，使得内部场强处处为零，内部是等势体，即内部空间的电势可近似认为是处处相等的，选项A正确；B．若用金属外衣套将特斯拉线圈包裹住，则外部仍然会有电场，即人不穿金属防护服会有危险，选项B错误；C．只要人的身体同防护服紧密接触，人体总是等势体，但是若部分身体暴露在防护服外面会使得暴露的部分由于带电产生火花放电而发生危险，选项C错误；D．导体的静电平衡不只在外电场是静电场时才成立，当外电场是快速变化的交变电场时，导体内自由电荷也会迅速移动从而导致导体迅速达到静电平衡，选项D错误。
静电屏蔽原理的应用
13．一个内部含有空腔的矩形金属导体W放在静电场中，电场线如图所示，下列说法不正确的是（  ）

A．金属发生感应起电，左端A处的感应电荷为负电荷
B．金属表面是等势面，金属导体是等势体
C．金属内部被静电屏蔽，空腔C处的电场强度为0
D．金属处于静电平衡，金属内部的电子不受电场力作用，处于静止状态
【答案】D
【详解】A．金属W放在静电场中会发生感应起电，根据电场线的方向，可知左端A处的感应电荷为负电荷，故A正确，不符合题意；BCD．感应起电后金属处于静电平衡，表面是等势面，金属导体是等势体，内部被静电屏蔽，电场强度为0，金属内部的电子不受电场力作用，处于热运动状态，故BC正确，不符合题意，D错误，符合题意。
14．以下关于静电屏蔽实验说法中正确的是（　　）

A．甲图中验电器的金属箔张开
B．乙图中验电器的金属箔不会张开
C．丙图中验电器的金属箔不会张开
D．甲、乙、丙三图中验电器的金属箔都张开
【答案】C
【详解】AD．甲中不会张开，金属网可以屏蔽外电场，故AD错误；B．乙中会张开，因为金属网未接地，网内的带电体可以对外界产生影响，故B错误；C．丙中不会张开，因为金属网已接地，网内的带电体对网外无影响，网外的带电体对网内也无影响，故C正确。

知识点4：静电吸附
（1）静电除尘：使空气中的尘埃带电，在静电力作用 下，尘埃到达电极而被收集起来，这就是静电除尘。
（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：复印机也应用了静电吸附。

静电吸附
15．口罩可预防经空气、飞沫传播的疾病，其中间层的熔喷布是一种用绝缘材料做成的带有静电的超细纤维布，能阻隔几微米的病毒，这种静电的阻隔作用属于（　　）

A．静电屏蔽 B．静电吸附 C．静电平衡 D．尖端放电
【答案】B
【详解】由题意可知，熔喷布是一种用绝缘材料做成的带有静电的超细纤维布，故当几微米的病毒靠近时，由于静电感应而带电，从而被熔喷布吸附，则可知其原理为静电吸附，故选B。
16．静电复印是一种利用静电光敏半导体材料的感光特性形成影像的复印方法，复印过程大致可分为充电、曝光、显影、转印、分离、定影、清洁、消电8个基本步骤，部分步骤示意图如图所示。静电复印机的中心部件是一个可以旋转的接地的铝辊，表面镀着一层半导体硒，叫作感光鼓。半导体硒有特殊的光电性质。现通过电晕装置对感光鼓充电使其带正电，以下说法正确的是（　　）

A．曝光时，半导体硒有光照区域的电阻增大，无光照区域的电阻减小
B．显影时，色粉被感光鼓上带电区域吸附，因此色粉需带负电
C．色粉的带电通常是通过色粉与载体的摩擦获得，摩擦后色粉的带电极性与载体的带电极性相同
D．转印时，若使色粉转移到复印纸上，则需使复印纸带负电
【答案】B
【详解】A．曝光时字迹阴影部分应该带电才能吸附色粉，光照部分不带电，因此半导体光照部分电阻应该减小，阴影部分电阻增大，A错误；B．感光鼓带正电，色粉若被吸附应该带负电，B正确；
C．色粉的带电通常是通过色粉与载体的摩擦获得，摩擦起电的两个物体所带电性相反， C错误；
D．色粉带负电，若被吸附到复印纸上，纸张应带正电，D错误。

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=EC
B．EA>EB>EC
C．EA=EB=EC
D．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，根据电场线越密，场强越大。由于A处电场线较密，B处电场线较疏，C处场强为零，则
。

2．金属壳放在光滑的绝缘水平垫上，下列四幅图中金属壳不能起到屏蔽图中电荷产生电场作用的是（　　）
A． B．
C． D．
【答案】C
【详解】A．图中，由于金属壳发生静电感应，内部电场强度为零，金属壳起到屏蔽外电场的作用，故A不符合题意要求；B．图中，金属壳同大地连为一体，外壳起到屏蔽外电场的作用，故B不符合题意要求；C．图中电荷会引起金属壳内、外表面带电，外表面电荷会在壳外空间中产生电场，即金属壳起不到屏蔽作用，故C符合题意要求；D．图中，将金属壳接地后，外表面不带电，壳外不产生电场，金属壳起到屏蔽内电场的作用，故D不符合题意要求。
3．如图，导体棒原来不带电，现将一电荷量为的正点电荷放在棒的中心轴线上距离棒的左端处，A、B为棒上中心轴线上的两点，A距离棒左端为，A、B间的距离也为，静电力常数为。当棒达到静电平衡后（　　）

A．棒左端感应出正电荷，右端感应出负电荷
B．A点场强大于B点的场强
C．A点场强小于B点的场强
D．棒上感应电荷在A点产生的场强大小为
【答案】D
【详解】A．由于q为正电荷，根据静电感应规律可知棒左端感应负电荷，右端感应正电荷，故A错误；BC．处于静电平衡的导体是等势体，内部场强处处为零，A、B两点的场强都是零，故BC错误；D．静电平衡时A点的合场强为零，因此感应电荷在A点的场强与点电荷q在A点的场强等值反向，得棒上感应电荷在A点产生的场强大小为，故D正确。
4．如图所示为某带电导体四周的电场线分布，M、N是电场中两点，则（　　）

A．导体左侧带正电，右侧带负电 B．导体左侧的电荷分布密度大于右侧
C．M点的电场强度大于N点的电场强度 D．导体内部的P点场强为零
【答案】D
【详解】A．由电场线分布可知，导体左右两侧均带正电，故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，故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，故C错误；D．导体处于静电平衡状态，所以内部场强为零，故D正确。
5．燃气灶中电子点火器的放电电极往往被做成钉尖形，这种做法利用了静电的（　　）

A．摩擦起电现象 B．接触起电现象
C．尖端放电现象 D．静电屏蔽现象
【答案】C
【详解】燃气灶中电子点火器的放电电极往往被做成钉尖形，这种做法利用了静电的尖端放电现象。
6．如图所示，不带电的金属球下面垫着干燥的泡沫板，两者一起放在电子秤上，现用带正电的玻璃棒从上方缓慢靠近金属球（未接触），停留一会后再缓慢远离。则（　　）

A．玻璃棒停在金属球上方时，金属球下端区域带负电
B．玻璃棒停在金属球上方时，电子秤示数等于泡沫板与球的总质量
C．玻璃棒靠近过程中，电子秤示数逐渐减小，且示数小于泡沫与球的总质量
D．玻璃棒远离过程中，电子秤示数逐渐增大，且示数大于泡沫与球的总质量
【答案】C
【详解】A．带正电的玻璃棒停在金属球上方时，由于静电感应现象，金属球的上表面感应出负电荷，下表面感应出等量正电荷，A错误；B．玻璃棒停在金属球上方时，因为异种电荷互相吸引，故金属球受到向上的库仑力，由平衡条件和牛顿第三定律可知：金属球对秤的压力小于泡沫板与球的总重力，故电子秤示数小于泡沫板与球的总质量，B错误；CD．玻璃棒靠近过程中，金属球上感应电荷的电量逐渐增大，故金属球受到向上的静电力逐渐增大，则电子秤示数逐渐减小，且示数小于泡沫与球的总质量，远离过程中吸引力逐渐减小则示数变大，但是小于泡沫和小球的总重力，C正确，D错误。
7．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（　　）
A． B．
C． D．
【答案】A
【详解】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。
8．经过探究，某同学发现：点电荷和无限大的接地金属平板间的电场（如图甲所示），与等量异种点电荷之间的电场分布（如图乙所示）有部分相同，图丙中固定于B点的正点电荷q到金属板MN的距离为L，O是AB的中点，静电力常量为k，则O点电场强度的大小是（　　）

A． B． C． D．
【答案】B
【详解】该电场等效为两个异号点电荷的电场，点电荷电荷量的大小均为q，它们之间的距离为2L，丙图上+q左侧O处的场强大小为。