2019-2020学年高中物理第一章静电场7静电现象的应用课后检测含解析新人教版选修3-1 0 9页

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 - 9 -‎ 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＝，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.‎ - 9 -‎ ‎(多选)如图所示，接地的金属板右侧有固定的点电荷＋Q，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 - 9 -‎ ‎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 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φ1、φ2、φ3、φ4，下列关系式正确的是(　　)‎ - 9 -‎ A．φ4>φ3>φ2>φ1　　　　　　B．φ4＝φ3>φ2＝φ1‎ C．φ4<φ3<φ2<φ1 D．φ4＝φ3＝φ2＝φ1‎ 解析：达到静电平衡后，导体为等势体，导体上的电势处处相等，所以可以得到φ4＝φ3，φ2＝φ1，由于正电荷在右边，沿着电场线方向电势逐渐降低，所以越往右电势越高，所以φ4＝φ3>φ2＝φ1，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(φa，φb，φc)关系正确的是(　　)‎ A．Ea>Ec B．Eb>Ec C．φa＝φb D．φb>φc 解析：画出空腔导体内外的电场线分布，可以看出Eb＝0，但φb>0，由内向外，电势依次降低，φa>φb>φc；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.‎ - 9 -‎ ‎(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，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 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，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 - 9 -‎ 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项错误；电场线从正电荷出发，终止于负电荷或无穷远，而沿电场线方向电势不断降低，故导体C端电势比金属球A电势低，故C项错误；导体BC达到静电平衡状态后，内部场强处处为零，感应电荷的电场强度与A的电场强度大小相等方向相反，由点电荷的电场强度公式E＝可知，感应电荷的场强沿BC方向逐渐减小，故D项正确．‎ 答案：D ‎8．如图所示，两个相同的空心金属球M和N，上部均有小孔，M带电荷量为－Q，N不带电(M、N相距很远，互不影响)，旁边各放—个不带电的金属球P和R，当将带电荷量为＋Q的小球分别放入M和N的空腔中时(　　)‎ A．P、R上均有感应电荷 B．P、R上均没有感应电荷 C．P上有感应电荷而R上没有感应电荷 D．P上没有感应电荷而R上有感应电荷 解析：当将带正电的小球放入M的空腔中时，由于静电感应，M的内表面带电荷量－Q，外表面不带电．所以金属球M外部不存在电场，不能使P产生静电感应，P上没有感应电荷．当将带正电的小球放入原来不带电的N的空腔中时，由于静电感应，N内表面带负电荷，外表面带正电荷，N外部有电场，使R产生静电感应，故D项正确．‎ 答案：D ‎9．一个不带电金属球壳，在它的球心放入一个正电荷，其电场分布是图中的(　　)‎ 解析：由于处于静电平衡状态的导体内部的场强处处为零，故A项不正确；由于空腔内部有一个正电荷，故在空腔内表面感应出等量的负电荷，外表面感应出等量的正电荷，因此C、D项不正确；因外表面上分布有正电荷，故电场线应呈辐射状，B项正确．‎ 答案：B ‎10．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′的方向在选项图中正确的是(　　)‎ 解析：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项正确．‎ 答案：A ‎11．[2019·湖南长沙一中期中考试]如图所示，金属球壳A带有正电，其上方有一小孔a，静电计B的金属球b用导线与金属小球c相连，以下操作所发生的现象正确的是(　　)‎ - 9 -‎ A．将c移近A，但不与A接触，B会张开一定角度 B．将c与A外表面接触后移开A，B不会张开一定角度 C．将c与A内表面接触时，B不会张开一定角度 D．将c从导线上解下，然后用绝缘细绳吊着从A上小孔放入A内，并与其内壁接触，再提出空腔，与b接触，B会张开一定角度 解析：将c移近A的过程中，由于静电感应，金属小球c感应出负电荷，静电计指针上感应出正电荷，B会张开一定角度，A项正确；将c与A外表面接触后移开A，由于接触使静电计带电，B会张开一定角度，B项错误；将c与A内表面接触，静电平衡后，电荷只分布在导体外表面，静电计可视为导体外表面，静电计B会张开一定角度，C项错误；将c从导线上解下，然后用绝缘细绳吊着从A上小孔放入A内，并与其内壁接触，由于空腔导体内部没有电荷，再提出空腔，与b接触，B不会张开一定角度，D项错误．‎ 答案：A ‎12．一个匀强电场的电场线分布如图甲所示，把一个空心导体引入到该匀强电场后的电场线分布如图乙所示．在电场中有A、B、C、D四个点，下面说法正确的是(　　)‎ A．φA＝φB B．φB＝φA C．EA＝EB D．EB＝EC 解析：由于空心导体为等势体，所以φB＝φC，A项错误、B项正确；由于A、B、C三处的电场线的疏密程度不同，所以电场强度也不相同，C、D两项错误．‎ 答案：B 能力达标 ‎13.‎ 如图所示，一导体AB放在一负电荷的电场中，导体AB与大地是绝缘的，当导体处于静电平衡时．‎ ‎(1)比较A端和B端电势的高低．‎ ‎(2)比较A点和B点场强大小．‎ ‎(3)比较A、B端外表面场强大小．‎ ‎(4)若A端接地，AB导体带什么电？‎ ‎(5)若把A端和B端用导线连接，A、B端电荷中和吗？‎ 解析：(1)AB导体处于静电平衡状态，是等势体，φA＝φB.‎ ‎(2)A点和B点场强均为零，EA＝EB＝0.‎ ‎(3)利用电场线分布可知A端分布密，E′A>E′B.‎ ‎(4)AB导体处于负电荷的电场中，其电势低于大地的零电势，负电荷要从AB流向大地，则导体带正电，与A、B哪端接地无关．‎ ‎(5)A端和B端等势，电荷不沿导体移动，电荷不会中和．‎ 答案：见解析 ‎14．如图所示，长为L的金属杆原来不带电，在距其左端r处放一个电荷量为q的点电荷，问：‎ - 9 -‎ ‎(1)金属杆中点处的场强为多少？‎ ‎(2)金属杆上的感应电荷在杆中点P处产生的场强．‎ 解析：(1)(1)金属杆处于静电平衡时内部场强处处为0，故金属杆中点处场强为0.‎ ‎(2)内部场强是两个场强的叠加，所以E感－E＝0‎ 答案：(1)0　(2)kq/(r＋)2，方向向左 - 9 -‎