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1、人教版高中物理选修3 1 基础过关 对点训练 1 7 静电现象的应用 记一记 静电现象的应用知识体系 1 个概念 静电平衡 2 个应用 尖端放电和静电屏蔽 辨一辨 1 处于静电平衡状态的导体内部任意两点间的电势差为零 2 处于静电平衡状态的导体内部电场强度处处为0 3 静电平衡时 导体内的自由电子处于静止状态 4 避雷针能避免建筑物被雷击是因为云层中带的电荷被避雷针通 过导线导入大地 5 用金属网把验电器罩起来 再使带电金属球靠近验电器 则验 电器箔片能张开 6 电工穿的高压作业服是用铜丝编织的 原因是铜丝衣服有屏蔽 作用 使体内场强为零 想一想 1 为什么只有导体才能达到静电平衡状态而绝缘体
2、不能 提示 因导体中有大量的自由电荷 很容易发生静电感应现象 而使感应电荷产生的附加电场与施加感应的电场等大反向 从而使导 体内部场强为零 而绝缘体内自由电荷很少 不可能产生和施加感应 的电场等大反向的附加电场 2 处于静电平衡的导体内部 感应电荷产生的电场的场强为零 吗 提示 不为零 因为处于静电平衡状态的导体内部场强之所以为 零 是由感应电荷产生的附加电场和施加感应的电场叠加合成的结果 而对每个电场来说 其场强均不为零 3 金属外壳或金属网罩能产生静电屏蔽的原因是什么 提示 金属外壳或金属网罩产生静电屏蔽的原因是处于静电平衡 状态的导体内部场强为零 由于导体内部有大量的自由电荷 当外部 电
3、场发生变化时 导体内部感应电荷产生的附加电场和外电场达到等 大 反向的状态几乎是瞬时的 所以无论外电场如何变化 都能保证 金属壳内或金属网罩内部场强时时为零 思考感悟 练一练 1 多选 2019 广西桂林市第八中学期中考试 如图所示 一个不 带电的表面绝缘的导体P正在向带正电的小球Q缓慢靠近 但不接触 也没有发生放电现象 C B是导体P左 右两端内的点 则下列说法 正确的是 A 右端的感应电荷为负电荷 B 导体内场强越来越大 C 感应电荷在C点产生的场强始终大于在B点产生的场强 D C B两点的电势始终相同 答案 CD 2 2019 黑龙江鹤岗市第一中学月考 将悬挂在细线上的带正电的 小球A放
4、在不带电的固定金属空心球C内 不接触 另有一个悬挂在 细线上的带负电的小球B向C靠近 如图所示 则 A A向左偏离竖直方向 B向右偏离竖直方向 B A的位置不变 B向右偏离竖直方向 C A向左偏离竖直方向 B的位置不变 D A和B的位置都不变 答案 B 3 2019 豫北四校联合体期中 如图所示 水平放置的金属板正 上方有一固定的正点电荷Q 一表面绝缘的带电的小球 可视为质点且 不影响Q的电场 从左端以初速度v0滑上金属板 沿光滑的上表面 向右运动到右端 在该运动过程中 下列说法错误的是 A 小球做匀速直线运动 B 小球做先减速 后加速运动 C 小球的电势能保持不变 D 电场力对小球所做的功为
5、零 答案 B 4 多选 2019 河南周口市期末考试 如图所示 一个原来不带电 的半径为r的空心金属球放在绝缘支架上 右侧放置一个电荷量为 Q 的点电荷 点电荷到金属球表面的最近距离为2r 则下列说法正确的 是 A 金属球在达到静电平衡状态后 左侧感应出正电荷 B 感应电荷在球心处所激发的电场强度大小为E kQ 9r2 方向水 平向右 C 如果用一小段导线的一端接触金属球的左侧 另一端接触金属 球的右侧 金属球两侧的电荷将被中和 D 如果用导线的一端接触金属球的右侧 另一端与大地相连 则有电子流入大地 答案 AB 要点一 对静电平衡的理解 1 多选 如图所示 接地的金属板右侧有固定的点电荷 Q
6、 a b 是金属板右侧表面的两点 其中a到 Q的距离较小 下列说法正确 的是 A 由于静电感应 金属板右侧表面带负电 左侧表面带正电 B 由于静电感应 金属板右侧表面带负电 左侧表面不带电 C 整个导体 包括表面上的a b点 是一个等势体 且电势等 于零 D a b两点的电场强度不为零 且a b两点场强方向相同 但a点的场强比b点的场强要强 大 一些 解析 若金属板不接地 右侧表面将感应出负电荷 左侧表面将 感应出正电荷 若金属板接地 自由电子通过接地导线导入金属板 再次达到静电平衡时左侧表面不带电 整个金属板的电势都为零 所 以 A 项错误 B C 两项正确 金属板接地时 右侧表面上有感应负
7、电 荷 而且a点附近的电场线密度 单位表面积的电荷量 比b点附近的电 场线密度要大些 场强要强 大 些 又因为整个金属板是等势体 右侧 表面是等势面 电场线与等势面垂直 可见a b两点的场强方向都垂 直指向右侧面 方向相同 所以D 项正确 答案 BCD 2 一金属球 原来不带电 现沿球的直径的延长线放置一均匀带 电的细杆MN 如图所示 金属球上感应电荷产生的电场在球内直径 上a b c三点的场强大小分别为Ea Eb Ec 三者相比 A Ea最大B Eb最大 C Ec最大D Ea Eb Ec 解析 静电平衡后 感应电荷在球内产生的场强和带电棒MN在 球内产生的场强等大 反向 共线 用c点离MN最
8、近 故感应电荷 在c处产生的场强最大 即C 项正确 答案 C 3 多选 如图所示 带负电的点电荷旁有一接地大金属板 A为金属 板内的一点 B为金属板左侧外表面上的一点 下列关于金属板上感 应电荷在A点和B点的场强方向判断正确的是 A 感应电荷在A点的场强沿E1方向 B 感应电荷在A点的场强沿E2方向 C 感应电荷在B点的场强可能沿E3方向 D 感应电荷在B点的场强可能沿E4方向 解析 金属板内的电场强度处处为0 则感应电荷的电场与点电 荷的电场等大反向 即感应电荷在A点的场强沿E2方向 B 项正确 金属板表面的电场强度垂直表面向外 即为感应电荷的电场与点电荷 的电场的合场强 则感应电荷在B点的
9、场强可能沿E3方向 C 项正确 答案 BC 要点二 静电屏蔽的理解及应用 4 多选 如图所示 一个不带电的导体球N 置于空心导体球M附 近 现将另一个带电荷量为Q的金属球放于空腔导体M内 则 A 若M接地 N上无感应电荷 B 若M不接地 且M原来不带电 N上无感应电荷 C 若M不接地 且M原来不带电 N上有感应电荷 D 若M不接地 且M原来带电 N上一定有感应电荷 解析 若M接地 空心导体球M外没有电场 N上无感应电荷 A 项正确 若M不接地 且M原来不带电 则空心球M外有电场 N上有感应电荷 B 项错误 C 项正确 若M不接地 且M原来带电 由于Q的放入 可能使空腔电荷集聚于内表面 则N上可
10、能有感应电 荷 也可能没有感应电荷 D 项错误 答案 AC 5 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 解析 因为金属壳的外表面接地 所以外表面没有感应电荷 只 有内表面有感应电荷分布 且由于A带正电 B的内表面带负电 D 项正确 B C 两项错误 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 项错误 答案 D 6 在如图所示的实验中 验电器的金属箔片会张开的是 答案 B
11、 基础达标 1 在两个固定电荷 q和 q之间放入两个原来不带电的导体 1 2 3 4 为导体上的四个点 达到静电平衡后 各点的电势分别是 1 2 3 4 下列关系式正确的是 A 4 3 2 1B 4 3 2 1 C 4 3 2 2 1 故 B 项 正确 A C D 三项错误 答案 B 2 多选 如图所示为一空腔球形异体 不带电 现在将一个带正电荷 的小金属球A放入空腔中 当静电平衡时 图中a b c三点的场强 Ea Eb Ec 和电势 a b c 关系正确的是 A Ea EcB Eb Ec C a bD b c 解析 画出空腔导体内外的电场线分布 可以看出Eb 0 但 b 0 由内向外 电势依
12、次降低 a b c 由电场线疏密可看出Ea Ec Eb 故 A D 两项正确 答案 AD 3 如图所示 取一对用绝缘柱支撑的导体A和B 使它们彼此接 触 起初它们不带电 分别贴在导体A B下部的金属箔均是闭合的 下 列关于实验现象的描述及带电情况的判断正确的是 A 把带正电荷的物体C移近导体A A B下部的金属箔都张开 且分别带正电和负电 B 把带正电荷的物体C移近导体A 只有A下部的金属箔张开 且带负电 C 把带正电荷的物体C移近导体A 再使A B分开少许 稳定 后A B下部的金属箔都张开且分别带负电和正电 D 把带正电荷的物体C移近导体A 再使A B分开少许 稳定 后A B下部的金属箔都闭
13、合且均不带电 解析 感应带电是使物体带电的一种方法 根据异种电荷互相吸 引的原理可知 靠近的一端会带异种电荷 金属导体处在正电荷的电 场中 由于静电感应现象 导体B的右端要感应出正电荷 在导体A 的左端会出现负电荷 所以导体两端的验电箔都张开 且左端带负电 右端带正电 故A B 两项错误 由上可知 把带正电荷的物体C移 近导体A 再使A B分开少许 稳定后A B下部的金属箔都张开且 分别带负电和正电 故C 项正确 D 项错误 答案 C 4 多选 如图所示 电力工作人员在几百万伏的高压线上进行带电作 业 电工全身穿戴带电作业用的屏蔽服 屏蔽服是用导电金属材料与 纺织纤维混纺交织成布后再做成的服装
14、 下列说法正确的是 A 采用金属材料编织衣服的目的是使衣服不易拉破 B 采用金属材料编织衣服的目的是利用静电屏蔽 C 电工穿上屏蔽服后 体内场强为零 D 电工穿上屏蔽服后 体内电势为零 解析 屏蔽服的作用是在穿用后 使处于高压电场中的人体外表 面各部位形成一个等势屏蔽面 从而使人体免受高压电场及电磁波的 危害 等势面说明电势相等而不是等于0 而电场中的导体内的电场强 度为 0 所以 B C 两项正确 A D 两项错误 答案 BC 5 2019 江西赣州市联考 如图 一个枕形导体AB原来不带电 将 它放在一个负点电荷的电场中 点电荷的电荷量为 Q 与AB中心O 点的距离为R 由于静电感应 在导体
15、A B两端分别出现感应电荷 达到静电平衡时 则 A 导体A端电势高于B端电势 B 导体A端电势低于B端电势 C 感应电荷在D点产生的场强为 0 D 感应电荷在O点产生的场强大小为k Q R2 解析 当达到静电平衡时导体是一个等势体 A端电势等于B端 电势 A B 两项错误 点电荷和感应电荷在导体中心O点产生的电 场的合场强为 0 感应电荷在O点产生的场强与点电荷产生的场强等 大反向 所以感应电荷在O点产生的场强大小为k Q R2 C 项错误 D 项正确 答案 D 6 人造飞船返回地球经过大气层时 返回舱表面附近形成一个温 度高达几千摄氏度的高温区 高温区内的气体和返回舱表面材料的分 子被分解和
16、电离 这时返回舱与外界的联系会中断 出现这种现象的 原因是 A 返回舱受到的万有引力消失 B 返回舱为了安全而暂时关闭通信系统 C 返回舱周围高温气体被电离成等离子体 从而对飞船起屏蔽作 用 D 返回舱表面温度太高 如同火球 使得航天员看不见外面 外面也看不见返回舱里面 解析 由于高温区内的气体和返回舱表面材料的分子被分解和电 离 对返回舱起到静电屏蔽作用 所以返回舱与外界信号中断 故A B D 三项错误 C 项正确 答案 C 7 如图所示 将带正电的金属球A移至固定在绝缘支架上的导 体BC附近 导体BC达到静电平衡状态后 下列说法正确的是 A 导体B端带负电 C端带正电 且B端电势比C端电势低 B 用手摸一下导体B端可使导体带上正电 C 导体C端电势比金属球A电势高 D 导体内感应电荷的电场强度大小沿BC方向逐渐减小 解析 导体BC达到静电平衡状态后 导体是等势体 两端的电 势相等 导体B端带负电 C端带正电 故 A 项错误 用手摸一下导 体B端可使导体带负电荷 因为BC的电势高于大地 当用手触摸时 大地上的负电荷会在电场力的作用下向BC运动 中和正电荷 使导体 带负电 故 B 项错
