2020新教材高中物理第九章静电场及其应用4静电的防止与利用练习含解析 人教版必修第三册

2020新教材高中物理第九章静电场及其应用4静电的防止与利用练习含解析 人教版必修第三册

静电的防止与利用 一　静电平衡的特点和应用 ‎1.当外电场、导体在电场中的位置或导体的形状发生变化时,感应电荷的分布会迅速变化,很快达到新的平衡。‎ ‎2.静电平衡时,感应电荷产生的电场与外电场在导体内部的合场强为零。‎ ‎3.感应电荷场强的求解思路:‎ ‎(1)先求解外电场在该处场强的大小和方向。‎ ‎(2)再利用导体内部合场强处处为零和电场的叠加原理,求解感应电荷在该处的场强,此场强与外电场的场强大小相等,方向相反。‎ ‎【思考·讨论】‎ 发生静电感应现象时,当达到静电平衡后导体内部自由电子为什么不再发生定向移动? (物理观念)‎ 提示:达到静电平衡后导体内部电场强度E=0。‎ ‎【典例示范】‎ 如图所示,把一个架在绝缘支架上的枕形导体放在正电荷形成的电场中,导体处于静电平衡时,下列说法正确的是(　　) ‎ A.当开关S断开时,导体左端带正电,右端带负电 B.当开关S闭合时,导体左端带负电,右端带正电 C.当开关S断开时,A、B两点场强相等,且都为零 D.当开关S闭合时,A、B两点场强相等,且都不为零 ‎【解题探究】‎ ‎(1)当开关S断开时,导体左端带负电,右端带正电;‎ ‎(2)当开关S闭合时,负电荷从大地导入导体,使得左端和右端都带负电;‎ ‎(3)由于静电感应现象,电荷重新分布,内外电场正好抵消,内部电场强度处处为零。‎ - 7 -‎ ‎【解析】选C。由于静电感应,当开关S断开时,导体左端带负电,右端带正电,故A错误;当开关S闭合时,负电荷从大地导入导体,使得左端和右端都带负电,故B错误;导体在点电荷附近,出现静电感应现象,导致电荷重新分布,达到静电平衡后,导体内部出现的感应电荷的附加电场,正好与点电荷产生的电场抵消,内部电场强度处处为零,故C正确,D错误。‎ ‎【规律方法】静电平衡的特点 ‎(1)导体内部的场强处处为零。‎ ‎(2)导体内部没有净电荷,净电荷只分布在导体的外表面上。‎ ‎【素养训练】‎ ‎1.(多选)如图所示,在真空中把一绝缘导体向带负电的小球P缓缓靠近(不相碰),下列说法中正确的是 (　　) ‎ A.M端的感应电荷越来越多 B.导体内场强越来越大 C.导体的感应电荷在M点产生的场强大于在N点产生的场强 D.导体的感应电荷在M、N两点产生的场强相等 ‎【解析】选A、C。离得越近,导体上的电子与负电荷排斥力越大,越会向左排斥,故N端带负电荷越多,M端带的正电荷也越多,故A正确;导体处于静电平衡状态,内部场强处处为零,即感应电荷的场强和带电小球的场强等大、反向、共线,由于带电小球在M点产生的场强大,故感应电荷在M点产生的场强也大,故C正确,B、D错误。故选A、C。‎ ‎2.如图所示,M、N为两个相互接触的用绝缘支架支持的金属导体,起初它们不带电,在它们的下部各贴有两片金属箔片,G是带正电的小球,也固定在绝缘支架上,现把G移近导体M时,下列说法正确的是 (　　)‎ A.M、N上的金属箔片都张开 B.M、N上的金属箔片都不张开 C.只有M上的金属箔片张开 D.只有N上的金属箔片张开 - 7 -‎ ‎【解析】选A。金属导体处在正电荷的电场中,由于静电感应现象,导体N的右端要感应出正电荷,在导体M的左端会出现负电荷,所以M、N上的金属箔片都张开,故A正确,B、C、D错误。‎ ‎【补偿训练】‎ ‎1.在点电荷-Q的电场中,一金属圆盘处于静电平衡状态,若圆平面与点电荷在同一平面内,则盘上感应电荷在盘中A点所激发的附加场强E′的方向在图中正确的是 (　　)‎ ‎【解析】选A。感应电荷在盘中A点激发的附加场强E′应与-Q在A点产生的场强等大反向,故A正确。‎ ‎2.如图所示,在两个带等量异种电荷的绝缘导体球之间,对称地放着两个相同的导体ab、cd,则: ‎ ‎(1)当用导线将a、b连接起来时,导线中有无电流通过?若有,方向如何?‎ ‎(2)当用导线将a、c连接起来时,导线中有无电流通过?若有,方向如何?‎ ‎【解析】导体ab、cd处于静电场中,已达到静电平衡状态,ab、cd均各自为一个等势体,但因ab靠近正电荷,cd靠近负电荷,所以导体ab的电势要高于cd的电势,我们也可以在正、负电荷之间画一条由左向右的电场线,也易判断导体ab的电势比导体cd的电势高。当用导线将a、c连接起来时,将会有电流从a流到c;当用导线将a、b连接起来时,无电流通过。‎ 答案:(1)无　(2)有　由a到c 二　尖端放电和静电屏蔽的应用 静电屏蔽的两种情况 屏蔽外电场 屏蔽内电场 图 示 实 现 过 因场源电荷产生的电场与导体球壳表面上感应电荷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 当空腔外部接地时,外表面的感应电荷因接地将传给地球,外部电场消失,起到屏蔽内电场的作用 - 7 -‎ 程 结 论 导体内空腔不受外界电荷影响 接地导体空腔外部不受内部电荷影响 本 质 静电感应与静电平衡 ‎【思考·讨论】‎ 某同学在学习了电学知识后对电工穿的高压作业服进行了研究,发现高压作业服是用铜丝编织的,你能告诉他其中的原理吗? (物理观念) ‎ 提示:电工被铜丝编织的衣服所包裹,使体内电场强度保持为零,对人体起保护作用。‎ ‎【典例示范】‎ 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,达到静电平衡状态后,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】选D。因为金属壳的外表面接地,所以外表面无感应电荷,只有内表面有感应电荷分布,且由于A带正电,则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,由电场叠加可知,电场线的方向由A指向B,所以空腔内电场强度不为零,故A错误。‎ ‎【易错提醒】‎ 静电屏蔽问题的三点注意 - 7 -‎ ‎(1)空腔可以屏蔽外界电场,接地的空腔可以屏蔽内部的电场作用,其本质都是因为激发电场与感应电场叠加的结果,分析中应特别注意分清是哪一部分电场作用,还是合电场作用的结果。‎ ‎(2)对静电感应,要掌握导体内部的自由电荷是如何移动的,是如何建立起附加电场的,何处会出现感应电荷。‎ ‎(3)对静电平衡,要理解导体达到静电平衡时所具有的特点。‎ ‎【素养训练】‎ ‎1.CCTV“焦点访谈”节目曾报道,重庆市开县某小学的四十多名学生遭受雷击,造成重大伤亡事故。这一事件告诉我们,防雷十分重要。在野外遇到电闪雷鸣时,应当 (　　)‎ A.躲在大树下 B.躲在小山洞 C.撑着钢柄雨伞 D.站在避雷针旁边 ‎【解析】选B。野外遇到电闪雷鸣时,由于有很高的电压,容易使空气电离从而导电。所以越高越容易导电,则不能躲在大树下,也不能撑着钢柄雨伞或站在避雷针旁边。故选B。‎ ‎2.一点电荷Q放在半径为R的空心导体球壳的球心O处,距球心O为l处(很远)有另一点电荷q,则Q对q的作用力大小为 (　　) ‎ A.0　　　　B.k　　　　C.k　　　　D.k ‎【解析】选B。点电荷放在球心处,对球壳外部产生的电场强度等于点电荷产生的电场,即内部对外部有影响;根据库仑定律可得F=k,故B正确、A、C、D错误。‎ ‎【补偿训练】‎ ‎1.(多选)一个不带电的空心金属球,在它的球内放一个正电荷如图所示,其电场分布正确的是 (　　)‎ - 7 -‎ ‎【解析】选C、D。空心金属球内放一正电荷,由于静电感应使金属球外表面带正电,球壳上达到静电平衡,内部场强为零,当金属球外表面接地时,对内电场具有屏蔽作用,故选项C、D正确。‎ ‎2.(多选)如图所示,P是一个带电体,N是一个不带电的金属空腔,在下列情况中,放在绝缘板上的小纸屑(图中S)不会被吸引的是 (　　)‎ ‎【解析】选A、D。小纸屑是绝缘体,当处于电场中时,虽不会像导体一样出现电荷的定向移动,但内部的极性分子也会在电场力的作用下转动,使异种电荷一端更靠近施感电荷,因而也会受到施感电荷的吸引力。A中由于静电屏蔽,P的电场影响不到导体N的内部,即N内部无电场,所以S不会被吸引,A正确;B中N没有接地,P的电场会影响到N外部,即S处有电场,S会被吸引;C中P和S都处于导体N的外部,S处有电场,会被吸引;D中N被接地,内部电场不影响导体外部,即S处无电场,不会被吸引,D正确。‎ ‎【拓展例题】考查内容:静电平衡的综合应用 ‎【典例】(多选)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 (　　) ‎ ‎ A.小球做匀速直线运动 ‎ B.小球先做减速运动,后做加速运动 ‎ C.小球的电势能保持不变 ‎ D.电场力对小球所做的功为零 ‎【解析】选A、C、D。水平放置的金属板处于点电荷Q的电场中而达到静电平衡状态,是一个等势体,其表面处电场线处处与表面垂直,故带电小球(表面绝缘,电量不变)在金属板表面运动时,电场力不做功,小球的电势能不变,小球做匀速直线运动,所以选项A、C、D正确。 ‎ - 7 -‎ - 7 -‎