物理必修 第三册第九章 静电场及其应用4 静电的防止与利用练习

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题组一 静电平衡
1.当导体达到静电平衡时,下列说法正确的是( )
A.外部电场消失
B.感应电荷产生的附加电场的场强为零
C.导体内部的合场强为零
D.导体表面和内部的合场强均为零
2.(2022江苏南通启东期中)如图,在真空中把一不带电的绝缘导体AB向带负电的小球P缓慢地靠近(不接触)过程中,下列说法正确的是( )
A.导体A端将感应出负电荷
B.导体内部电场强度越来越大
C.导体两端带上异种电荷,说明静电感应在导体上创造了电荷
D.导体的感应电荷在M点产生的电场强度大于在N点产生的电场强度
3.(2022安徽卓越县中联盟期中联考)半径为R的金属球原来不带电,现将一个带电荷量为-Q(Q>0)的点电荷放在球的左侧,点电荷的位置和球心等高且距离球左侧l=3R,如图所示。当球达到静电平衡后,球上感应电荷在球心O处产生的电场强度的大小和方向是(静电力常量为k)( )
A.kQ16R2,向右 B.kQ16R2,向左
C.kQ9R2,向右 D.kQ9R2,向左
4.(2021山东枣庄三中月考)如图所示,在A、D两点放置电荷量分别为Q和2Q的正电荷,将一原来不带电的金属球放在A、D之间,使其球心位于AD的中点O处,球内B、C两点与O点距离相等,A、B、O、C、D五点共线。设金属球上感应电荷在球内B、O、C三点产生电场的场强大小分别为EB、EO、EC,则下列结论正确的是( )
A.EB最大 B.EC最大
C.EO最大 D.EB=EO=EC
题组二 尖端放电
5.(2020广东新丰一中期中)在高大的建筑物上安装避雷针的目的是( )
A.通过尖端放电中和云层中的电荷
B.避免放电现象的发生
C.直接导走云层中的电荷
D.增加电荷在建筑物上的积累
6.如图所示是模拟避雷针作用的实验装置,金属板M、N间有两个等高的金属体A、B,A为尖头、B为圆头。将金属板M、N接在高压电源上,逐渐升高电源电压,将首先观察到( )
A.A放电 B.B放电
C.A、B一起放电 D.A、B之间放电
7.(2022浙江宁波北仑中学期中)小黄在暑假旅游坐飞机时发现飞机尾翼尖端处有些很细的针,如图所示。这些细针的功能最有可能的是( )
A.扰乱空气流
B.发射与地面飞机场联系的电磁波
C.预防雷电击中高空飞行的飞机
D.释放高速飞行与空气摩擦时产生的静电
题组三 静电屏蔽
8.(2022江苏常州期中)如图所示,铜丝编织的管线包裹着两根铜导线,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
9.如图所示,用金属网把验电器罩起来,再使带电金属球靠近验电器,则下面关于验电器箔片的说法正确的是( )
A.箔片张开
B.箔片不张开
C.带电金属球的电荷量足够大时箔片才会张开
D.箔片张开的原因是金属网感应带电产生电场
10.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发生接触,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
题组四 静电吸附
11.(2022安徽宣城六校联考)静电喷漆利用了静电吸附现象,其喷涂原理如图所示,则以下说法正确的是( )
A.涂料微粒向工件运动时不受静电力
B.涂料微粒一定带正电
C.涂料微粒一定带负电
D.涂料微粒可能带正电,也可能带负电
12.(2022广东深圳宝安中学期中)很多电厂、电站都以煤做燃料,每天排出的烟气带走大量的煤粉,这不仅浪费燃料,而且严重地污染环境。为了消除烟气中的煤粉,如图所示为静电除尘示意图,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。电离出来的电子在静电力的作用下,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=En
B.Q接电源的正极,且电场强度Em>En
C.P接电源的正极,且电场强度Em=En
D.P接电源的正极,且电场强度Em>En
答案全解全析
4 静电的防止与利用
基础过关练
1.C 导体处于静电平衡状态时,在导体内部任意一点,感应电荷在该点产生的电场的场强与外部电场在该点的场强大小相等,方向相反,此时导体内部的场强处处为0,电荷只分布在导体的外表面,选项A、B、D错误,C正确。
方法技巧 对静电平衡的两点理解
(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)导体达到静电平衡后内部电场强度处处为零,是指外电场与导体两侧的感应电荷在导体内部产生的电场的合电场强度为零。
2.D 因为P带负电,导体A端将感应出正电荷,A错误;导体处于静电平衡时,内部电场强度均为零,B错误;导体两端带上异种电荷,只是电荷的转移,不是静电感应在导体上创造了电荷,C错误;因M、N两点的合场强为零,感应电荷在导体内部某处产生的电场强度与P在该处产生的电场强度等大反向,因P在M点产生的场强大于在N点产生的场强,则导体的感应电荷在M点产生的电场强度大于在N点产生的电场强度,D正确。
3.A 金属球达到静电平衡后,内部合场强为零,球外点电荷在球心O点产生的场强与球上感应电荷在O点产生的场强等大反向,则球上感应电荷在球心O处产生的电场强度大小E=kQ(4R)2=kQ16R2,方向向右,选A。
4.B A、D两点放置的电荷量分别为Q和2Q的正电荷形成的电场可以看作是在A、D两点的等量+Q的电场和放在D处的另一电荷+Q的电场的叠加。等量+Q在O点产生的场强为0,在B、C两点产生的场强大小相等,B点场强方向向右,C点场强方向向左,另一电荷+Q在B、O、C三点产生的电场均向左,根据矢量合成可知,B、O、C三点中,A、D两点放置的正电荷在C点产生的场强最大。因为金属球处于静电平衡状态,内部场强处处为0,那么金属球上感应电荷在三点产生的场强与A、D两点的正电荷在三点产生的场强等大反向,即EC最大,B正确。
5.A 避雷针利用了尖端放电的原理,在发生雷电时,避雷针上产生的感应电荷通过尖端放电,中和了云层中的电荷,可以使建筑物免遭雷击,选项A正确,B、C、D错误。
6.A 在导体外表面,越尖锐的位置,电荷的密度越大,其附近的电场强度越大,越容易使空气电离,从而产生放电现象。A为尖头,当逐渐增大电压时,A先放电,选项A正确,B、C、D错误。
7.D 飞机高速飞行时与空气摩擦产生静电,电荷在越尖锐的地方分布越多,可以通过尖端放电将静电释放出去,选D。
8.C 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。故选C。
9.B 根据静电屏蔽原理可知,用金属网把验电器罩起来后,金属网内电场强度为0,外电场对网内的验电器不会产生影响,故使带电金属球靠近验电器,箔片不会张开,B正确,A、C、D错误。
易错警示
封闭导体壳内部电场不受壳外电荷或电场影响。封闭导体壳不论接地与否,内部电场都不受壳外电荷影响。接地封闭导体壳外部电场不受壳内电荷的影响。
10.D 因为金属壳接地,金属壳内表面是近端,感应出异种电荷,地球是远端,感应出同种电荷,所以外表面没有感应电荷,只有内表面有感应电荷分布,由于A带正电,因此B的内表面带负电,D正确,B、C错误;B的空腔内有带正电的小球A产生的电场和金属壳内表面感应电荷产生的电场,所以空腔内电场强度不为零,A错误。
方法技巧 判断导体上电荷分布的三个技巧
(1)处于静电平衡状态的导体,电荷只分布在其表面;
(2)不规则的孤立导体表面电荷分布不均匀;
(3)导体弯曲程度大(尖端)的位置电荷密集,弯曲程度小(平滑端)的位置电荷稀少。
11.C 工作时涂料微粒会向带正电的被喷涂工件高速运动,是由于在喷枪喷嘴与被喷涂工件之间形成了强电场,涂料微粒受静电力,A错误;工件带正电,则涂料微粒一定带负电,C正确,B、D错误。
12.B P、Q两点加高电压时,管内存在强电场,它使空气电离,电离出的电子在静电力的作用下向正极移动,碰到煤粉后使煤粉带负电,因为煤粉被吸附到管壁上,所以Q应接高压电源的正极,P接负极,构成类似于点电荷的辐向电场,越靠近P电场强度越强,故B正确。