高中物理人教版 (2019)必修 第三册静电的防止与利用优秀复习练习题

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一、核心知识点梳理
知识点1：静电平衡状态：
定义：导体中（包括表面）没有电荷定向移动的状态。
条件：导体处于电场中（包括自身带电产生的电场）。
特点：导体内部场强处处为零(E内=0)。
导体是等势体，导体表面是等势面。
净电荷只分布在导体的外表面上（对于孤立导体，电荷分布与表面曲率有关：曲率越大，电荷密度越大）。
导体表面附近的电场线垂直于导体表面。
知识点2：静电屏蔽：
原理：处于静电平衡状态的导体，其内部场强为零。
现象：外屏蔽：接地的空腔导体可以屏蔽外部电场对空腔内的影响。（如：精密电子仪器放在金属壳内）
内屏蔽：接地的空腔导体可以屏蔽内部电场对空腔外的影响。（如：高压带电作业人员的屏蔽服）
关键：要达到良好的屏蔽效果，金属壳（网）通常需要接地。接地能将导体上感应的电荷或内部电荷产生的电场导入大地。
【题型1：静电平衡与静电屏蔽电用】
例1.下列关于静电现象的说法，正确的是（ ）
A．图甲中，高压输电线最上面两根导线的作用是和大地一起组成稀疏金属“网”把高压线屏蔽起来
B．图乙中，因为有金属网的屏蔽，A球上的电荷在验电器金属球B处产生的电场强度为零
C．图丙中，范德格拉夫起电机的传送带是用导电性能良好的材料做的
D．图丁中，烟尘吸附从负极释放出来的电子，在电场力作用下向A板运动
【答案】A
【详解】A．高压输电线最上面两根导线是避雷线，它们与大地相连，和大地一起组成稀疏金属 “网”，能把高压线屏蔽起来，避免雷击，故A正确；
B．图乙中，由于金属网的屏蔽，验电器箔片不会张开，此时A球上电荷在验电器金属球B处产生的电场强度与金属网产生的感应电场相互平衡，不是A球上电荷在验电器金属球B处产生的电场强度为零，故B错误；
C．范德格拉夫起电机的传送带需要不断将电荷传递到顶端金属球，若用导电性能良好的材料做传送带，电荷会通过传送带导走，无法实现起电，所以传送带是用绝缘材料做的，故C错误；
D．在静电除尘中，A板带正电，B为负极，且B处附近电场强度很强，B处空气被电离，烟尘吸附从空气电离释放出来的电子后带负电，在电场力作用下应向带正电的A板运动，故D错误。
【举一反三】：
1.一个正电荷q周围有3种形状各异的金属导电体A、B、C．在电荷q周围形成如图所示的电场分布，P为导体A表面上的点，Q为导体B内距离q为L的点，图中虚线为一电荷只在电场力作用下的运动轨迹，a、b为运动轨迹上的两点，则（ ）
A．运动电荷带正电
B．运动电荷在a点加速度比b点小
C．P点的电场方向垂直于导体的表面
D．导体B上的感应电荷在Q点形成的场强大小为
【答案】C
【详解】A．曲线运动中，质点受力方向指向曲线的内侧，由图可见受力方向与场强方向相反，故运动电荷带负电，A错误；
B．由于a点的电场线比b点的电场线密集，电场强度较大，运动电荷在a点受到的电场力大于b点的电场力，故a点的加速度大于b点的加速度，B错误；
C．金属导电体A处于静电平衡，金属导电体A是一个等势体，表面的电场方向垂直表面，故P点的电场方向垂直于导体的表面，C正确；
D．静电平衡时，导体内部的合场强为零，故所有的感应电荷在点Q形成的场强大小与点电荷q在该点的电场强度大小相等，方向相反，即所有的感应电荷在点形成的场强大小为，而不仅仅是B上面的感应电荷形成的场强，D错误。
2.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
【答案】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。
3.以下关于静电现象的说法中正确的是（ ）
A．油罐车车尾装有一条拖在地上的导电拖地带，作用是导走运输过程中油和油罐摩擦产生的静电
B．干燥天气里脱毛衣时产生电火花，是因为摩擦创造出电荷
C．电工高空高压作业时，其工作服内编织金属丝的目的是提高衣服的耐穿性
D．印刷车间空气应尽量保持干燥，以便于导走纸页间相互摩擦产生的静电
【答案】A
【详解】A．油罐车车尾装有一条拖在地上的导电拖地带，作用是导走运输过程中油和油罐摩擦产生的静电，A正确；
B．干燥天气里脱毛衣时产生电火花，是因为摩擦使得电荷从一个物体转移到另一个物体，而不是创造出新的电荷，B错误；
C．电工高空高压作业时，其工作服内编织金属丝的目的是起到静电屏蔽的作用，使超高压输电线周围的电场被工作服屏蔽起来，对工人起到保护作用，C错误；
D．印刷车间的空气应保持湿润，以便于导走纸页间因相互摩擦而产生的静电，D错误。
知识点3：尖端放电：
现象：带电导体尖锐部分电荷密度很大，附近电场很强。强电场使空气分子电离成正、负离子，与尖端电荷异号的离子被吸引到尖端，与尖端电荷中和；同号的离子被排斥，形成高速离子流，即“电风”。
应用：
避雷针：利用尖端放电原理，将云层中的电荷通过接地的避雷针缓慢导入大地，避免剧烈放电（雷击）发生在建筑物上。
防止：高压设备、高压输电线等应避免出现尖锐的棱角，尽量做成光滑的球面，以减少尖端放电造成的能量损失和干扰。
【题型2：尖端放电】
例2.我国古人最早发现了尖端放电现象。下列现象是为了避免尖端放电的是（ ）
A．高压设备中导体的表面应尽量光滑
B．武当山金殿顶上安装尖锐金属棒
C．点火器的放电电极做成钉尖形
D．火箭发射架周围顶端较尖锐的铁塔
【答案】A
【详解】尖端放电现象是由于导体尖端处电荷密度大，电场强，易使空气电离而放电。题目要求选择“避免”该现象的应用，故A符合题意。
【举一反三】：
1.下列有关物理概念和现象的描述正确的是（ ）
A．元电荷是电荷的一种，其电荷量的大小为1.6×10-19C
B．电场和电场线都是实际存在的物质，最早由法拉第提出
C．静电除尘的工作原理主要是利用异种电荷相互吸引的原理
D．避雷针可以使建筑物避免被雷击，其工作原理主要是静电屏蔽
【答案】C
【详解】A．元电荷是电荷量的最小单位（），并非具体的电荷种类（如电子或质子），故A错误；
B．电场是实际存在的物质，但电场线是人为假想的工具，用于描述电场分布，故B错误；
C．静电除尘通过电晕放电使尘埃带电，带负电的尘埃被正极吸引，符合异种电荷相互吸引的原理，故C正确；
D．避雷针通过尖端放电中和云层电荷，避免电荷积聚引发雷击，与静电屏蔽无关，故D错误。
2.如图所示为静电推进装置的基本原理图。发射极和吸板分别接在高压直流电源的两极，带电液滴由发射极向吸板运动，不计液滴重力，以下说法正确的是（ ）
A．液滴携带负电荷
B．电场力对液滴做正功
C．液滴做匀变速直线运动
D．液滴的电势能在不断增加
【答案】B
【详解】ABD．由图可知，发射极与电源正极相连，吸板与电源负极相连，而发射出的带电液滴从发射极向吸板运动，即电场力对液滴做正功，可知液滴带正电，并且液滴的电势能减小，故AD错误，B正确；
C．发射极的尖端集聚大量的正电荷，故越靠近尖端，电场线越密，电场强度越大，所以该电场是非匀强电场，从左到右，电场强度不断减小，故加速度不断减小，所以液滴不是做匀变速直线运动，故C错误。
3.下列应用与尖端放电现象无关的是（ ）
A．家用煤气灶和燃气热水器上安装的点火装置
B．高压设备中的导体表面尽量光滑，以减少高压设备上电能的损失
C．超高压输电线上带电作业的电力工人穿着含有金属丝织物的衣服
D．在高大建筑物屋顶安装一根尖锐的金属棒，用粗导线与接地装置连接以防止建筑物被雷击
【答案】C
【详解】避雷针、家用煤气灶和燃气热水器上安装的点火装置及高压设备中导体表面尽量光滑，都与尖端放电有关；超高压输电线上带电作业的电力工人穿着含有金属丝织物的衣服是利用静电屏敲，与尖端放电无关。
知识点4：静电的利用：
静电除尘：
原理：接高压负极的金属丝（电晕极）产生电晕放电，使附近空气电离。烟尘颗粒碰到负离子带上负电，在电场力作用下向接正极的集尘极（金属圆筒）运动并被吸附，净化后的气体排出。
应用：工厂烟囱除尘，空气净化器。
静电喷涂：
原理：喷枪使油漆微粒带负电，被喷工件接正极。带电漆微粒在电场力作用下飞向工件表面并吸附其上，形成均匀涂层。
优点：省漆、均匀、效率高、可喷复杂形状。
静电植绒：
原理：绒毛带上负电，需要植绒的布基（涂有粘合剂）接正极。绒毛在电场力作用下垂直加速飞向布基并被粘住，形成立绒。
静电复印（激光打印）：
原理（简化）：利用光导材料（如硒鼓）的光电导效应（无光照绝缘，有光照导电）和静电吸引。
1.充电：使光导鼓表面均匀带上正电荷。
2.曝光：原稿反射光投射到鼓上，受光部分电荷消失，未受光部分保留电荷，形成静电潜像。
3.显影：带负电的墨粉被潜像（正电荷）吸附，形成可见墨粉像。
4.转印：带正电的转印电极使纸张背面带正电，将墨粉像吸引到纸上。
5.定影：加热加压使墨粉熔化固定在纸上。
6.清洁：清除鼓上残留墨粉和电荷。
知识点5：静电的防止：
危害：
火花放电引起火灾、爆炸（如：油罐车、加油站、粉尘车间）。
干扰精密仪器、电子设备。
对人体造成电击不适。
防止方法：
控制环境湿度：增加空气湿度使静电荷更容易泄漏。
使用抗静电材料：在绝缘材料中加入导电物质或表面涂抗静电剂。
良好接地：将设备、管道、容器等可靠接地，及时导走静电荷（最常用有效方法）。
避免尖端：设备表面尽量光滑，避免尖端放电。
增加空气导电性：在特定空间使用放射性装置或高压电源电离空气。
静电消除器（离子风机）：主动产生正负离子中和物体上的静电荷。
限制流速：在输送易燃液体或粉尘时，控制流速以减少电荷产生。
【题型3：静电的利用与防止】
例3.从生活走向物理，从物理走向社会，物理和生活息息相关，下列有关电学知识的相关说法，正确的是（ ）
A．静电喷漆时使被喷的金属件与油漆雾滴带相同的电荷，这样使油漆与金属表面在静电斥力作用下喷涂更均匀
B．家用煤气灶的点火装置，是根据静电屏蔽的原理而制成的
C．印刷厂应保持空气干燥，避免静电积累带来的危害
D．超高压带电作业的工作人员，为了保证他们的安全，他们必须穿上用导电材料与纺织纤维混纺交织成布后制成的服装
【答案】D
【详解】A．静电喷漆的原理是让被喷金属件与油漆雾滴带异种电荷，利用静电引力使油漆均匀吸附在表面。若带同种电荷，则相互排斥，导致喷涂不均匀。故A错误。
B．煤气灶点火装置利用的是尖端放电或高压击穿空气产生电火花，而非静电屏蔽（用于隔绝内部/外部电场的现象）。故B错误。
C．印刷厂需保持环境湿润，因干燥空气导电性差，静电不易导走，易积累引发危险（如纸张粘连、火花放电）。故C错误。
D．超高压作业人员穿戴导电材料与纺织纤维混纺的服装，形成静电屏蔽，保障人身安全。故D正确。
【举一反三】：
1.2024年8月15日，游客在新疆吐鲁番的沙漠上游玩时，头发突然竖了起来。当时无风，但头顶乌云密布。下列相关说法中正确的是 （ ）
A．这是一种摩擦起电现象
B．这是一种静电感应现象
C．此时人的头与脚带异种电荷
D．此时人应躺下或蹲下，并向高处撤离
【答案】B
【详解】AB．游客在沙漠上游玩时，头顶乌云密布，云层里带有大量电荷，由于静电感应现象头发与云带异种电荷，A错误，B正确；
CD．由于脚与大地接触，脚不带电，此时人应躺下或蹲下，并向低洼处撤离，避免发生尖端放电现象，CD错误。
2.如图所示为雅各布天梯的实验装置，“雅各布天梯”模型是一对上宽下窄的电极，雅各布天梯的电极在2~5万伏特强电压下，相距最近处的空气首先被击穿，形成大量的正负等离子体，产生电弧放电。空气对流加上电磁力的驱使，使电弧慢慢上升，火花也越升越长，最后自行熄灭，形同我们生活中的梯子。下列说法中正确的是（ ）
A．电弧将向下弯曲
B．上升过程中电弧通过的电阻减小
C．最上端两个金属小球之间的场强最大
D．等离子体受到的安培力的方向与其运动方向相同
【答案】D
【详解】AD．空气对流加上电磁力的驱使，使电弧慢慢上升，由此可知等离子体受到的安培力方向与运动方向相同，是向上的，所以电弧将向上弯曲，故A错误，D正确；
B．上升过程中火花越升越长，根据电阻定律可知，上升过程中电弧通过的电阻增大，故B错误；
C．火花最后自行熄灭，说明不能再把空气击穿，说明最上端两个金属小球之间的场强最小，故C错误。
3.以下关于静电现象的说法中正确的是（ ）
A．油罐车车尾装有一条拖在地上的导电拖地带，作用是导走运输过程中油和油罐摩擦产生的静电
B．雷电天气时，云层所带的电荷量大小不一定是元电荷的整数倍
C．电工高空高压作业时，其工作服内编织金属丝的目的是提高衣服的耐穿性
D．静电喷漆时金属件与油漆雾滴带相同电荷，在静电斥力作用下喷涂更均匀
【答案】A
【详解】A．油罐车车尾装有一条拖在地上的导电拖地带，作用是导走运输过程中油和油罐摩擦产生的静电，A正确；
B．物体所带的电荷量一定是元电荷的整数倍，B错误；
C．电工高空高压作业时，其工作服内编织金属丝的目的是起到静电屏蔽的作用，使超高压输电线周围的电场被工作服屏蔽起来，对工人起到保护作用，C错误；
D．静电喷漆时金属件与油漆雾滴带异种电荷，在静电引力作用下喷涂更均匀，D错误。