2025人教高中物理同步講義練習必修三9.4靜電的防止與利用（人教版2019必修第三冊）（含答案）第九章靜電場及其應用第4節靜電的防止與利用課程標準學習目標了解生產生活中關于靜電的利用與防護。1．知道什么是靜電平衡狀態，能說出靜電平衡狀態下的導體特點.2．知道導體上電荷的分布特征，了解尖端放電、靜電屏蔽現象及其成因.3．了解靜電除塵、靜電噴漆、靜電復印的工作原理．（一）課前閱讀：如圖所示，不帶電的金屬導體放到電場中，導體內的自由電子將發生定向移動，使導體兩端出現等量異種電荷．請思考下列問題：(1)自由電子定向移動的原因是什么？定向移動的方向如何？(2)自由電子能否一直定向移動？為什么？2.避雷針是利用尖端放電保護建筑物的一種設施，其原理是什么？3．靜電屏蔽是怎樣起到屏蔽作用的？（二）基礎梳理一、靜電平衡1．靜電平衡：導體內的自由電子不再發生的狀態．2．處于靜電平衡狀態的導體，其內部的電場強度處處為.3．導體上電荷的分布：(1)靜電平衡時，導體沒有凈剩電荷，電荷只分布在導體的(2)在導體外表面，越尖銳的位置，電荷的密度(單位面積的電荷量)，凹陷的位置幾乎沒有電荷．【微點撥】孤立的帶電體孤立的帶電體，電荷分布穩定后，也處于靜電平衡狀態。【即學即練】1.判斷下列說法的正誤.(1)處于靜電平衡狀態下的導體內部的外加電場與附加電場的矢量和為零，即導體內部的電場強度處處為零．()(2)靜電平衡時，導體內部表現為電中性，電荷都分布在外表面，導體內部沒有凈剩電荷．()(3)一個孤立的帶電體，在自身所帶電荷的電場中，處于靜電平衡狀態，不具有靜電平衡的特點．()二、尖端放電靜電屏蔽1．空氣的電離：在一定條件下，導體尖端電荷很大，導體尖端周圍的強電場使空氣中殘留的帶電粒子發生劇烈運動，并與空氣分子碰撞從而使空氣分子中的正負電荷的現象．2．尖端放電：所帶電荷與導體尖端的電荷符號相反的粒子，由于被吸引，而與尖端上的電荷，相當于導體從尖端的現象．3．尖端放電的應用與防止：(1)應用：是利用尖端放電避免雷擊的一種設施．(2)防止：高壓設備中導體的表面盡量光滑會減少電能的損失．4．靜電屏蔽靜電平衡時，空腔導體內表面沒有電荷，導體殼內空腔里的電場強度處處為.外電場對殼(網)內的儀器不會產生影響，金屬殼的這種作用叫作．5．靜電屏蔽的應用：電學儀器外面有金屬殼、野外高壓線上方還有兩條導線與大地相連．【拓展補充】在如圖所示的實驗中，驗電器的金屬箔片能張開嗎？為什么？三、靜電吸附1．靜電吸附：在電場中，帶電粒子在作用下，向著電極運動，最后被吸附在電極上的現象．2．靜電除塵：當空氣中的塵埃帶電時，在靜電力作用下，塵埃到達電極而被收集起來的過程．3．靜電噴漆：接負高壓的涂料霧化器噴出的油漆微粒帶負電，在靜電力作用下，這些微粒向著作為的工件運動，并沉積在工件表面．4．靜電復印：復印機應用了的原理，復印機的有機光導體鼓表面涂覆有機光導體(OPC)，無光照時，OPC是，受光照時變成導體．【微點撥】靜電除塵小實驗這里介紹一種很簡單的演示裝置。將圓柱形鐵罐的底部去掉，變為兩端開口的圓筒，再通過一根絕緣柄把圓簡裝在鐵架臺上，圓筒的中軸線處吊一根下系一個重物的金屬線。演示時，將靜電起電機的兩個電極分別接于圓筒和金屬線上端。在圓筒下方點燃蚊香，煙霧從圓筒上冒出。起電時，煙霧即刻消失。一、靜電平衡1．處于靜電平衡狀態的導體內部電場強度為零的本質是外電場E0和感應電荷產生的電場E′的合電場強度為0，即E0＝－E′.2．孤立的帶電導體處于靜電平衡狀態，內部電場強度為0的本質是分布在導體外表面的電荷在導體內部的合電場強度為0.3．處于靜電平衡狀態的導體，其外表面任一點的電場強度方向跟該點的表面垂直．4．靜電平衡時，導體上的電荷分布在導體的外表面，其內部沒有凈電荷，且凈電荷在導體外表面的分布不均勻，越是尖銳的地方電荷的分布越密集．【典例精析】例1．如圖所示，把一個架在絕緣支架上的枕形導體放在正點電荷形成的電場中，導體處于靜電平衡狀態．下列說法正確的是()A．導體內部A點的電場強度大于B點的電場強度B．感應電荷在A、B兩點產生的附加電場強度EA＝EBC．感應電荷在A、B兩點產生的附加電場強度EA＜EBD．當開關S閉合時，電子從大地沿導線向導體移動【規律方法】求處于靜電平衡狀態的導體的感應電荷產生的電場強度的方法是：(1)先求出外電場電場強度E外的大小和方向．(2)由于導體處于靜電平衡狀態，則滿足靜電平衡條件E合＝0.(3)由E外＋E感＝0，求出感應電場E感的大小和方向．二、尖端放電靜電屏蔽1．尖端放電導體尖端電荷密度大，周圍的電場強度大，把周圍的空氣電離，帶電粒子在強電場的作用下加速撞擊空氣中的分子，使它們進一步電離，所帶電荷與導體尖端的電荷符號相反的粒子被吸引而奔向尖端，與尖端上的電荷中和．2．靜電屏蔽(1)靜電屏蔽的實質靜電屏蔽的實質是利用了靜電感應現象，使金屬殼內感應電荷的電場和外加電場矢量和為零，好像是金屬殼將外電場“擋”在外面，即所謂的屏蔽作用，其實是殼內兩種電場并存，矢量和為零．(2)靜電屏蔽的兩種情況導體外部電場不影響導體內部接地導體內部的電場不影響導體外部圖示實現過程因場源電荷產生的電場與導體球殼表面上感應電荷產生的電場在空腔內的合電場強度為零，達到靜電平衡狀態，起到屏蔽外電場的作用當空腔外部接地時，外表面的感應電荷因接地將傳給地球，外部電場消失，起到屏蔽內電場的作用最終結論導體內空腔不受外界電荷影響接地導體空腔外部不受內部電荷影響本質靜電感應與靜電平衡，所以做靜電屏蔽的材料只能是導體，不能是絕緣體【典例精析】例2．將懸掛在絕緣細線上的帶正電的小球A放在不帶電的金屬空心球C內(不與球接觸)，另有一個懸掛在細線上的帶負電的小球B向C靠近，如圖所示，則()A．A向左偏離豎直方向，B向右偏離豎直方向B．A的位置不變，B向右偏離豎直方向C．A向左偏離豎直方向，B的位置不變D．A和B的位置都不變三、靜電吸附【典例精析】例3．(多選)如圖所示為靜電除塵示意圖，在M、N兩點間加高壓電源時，金屬管內的空氣電離，電離出的電子在靜電力的作用下運動，遇到煙氣中的煤粉，使煤粉帶負電荷，因而煤粉被吸附到管壁上，排出的煙就清潔了．就此示意圖，下列說法正確的是()A．N接電源的正極 B．M接電源的正極C．電場強度EB＞EA D．電場強度EB＜EA1．對靜電平衡的三點理解(1)靜電平衡是自由電荷發生定向移動的結果，達到靜電平衡時，自由電荷不再發生定向移動。(2)金屬導體建立靜電平衡的時間是非常短暫的。(3)導體達到靜電平衡后內部電場強度處處為零是指外電場E0與導體兩端的感應電荷產生的附加電場E′的合電場強度為零，即E′＝－E0。2．靜電平衡狀態下導體上的電荷分布特點(1)凈電荷只分布在導體表面，內部沒有凈電荷。(2)感應電荷分布于導體兩端，電性相反，電荷量相等，近異遠同，如圖甲所示。(3)凈電荷在導體表面的分布不均勻，一般越是尖銳的地方電荷的分布越密集，如圖乙所示。3．靜電屏蔽的實質靜電屏蔽的實質是利用了靜電感應現象并達到靜電平衡，使金屬殼內感應電荷的電場和外加電場矢量和為零，好像是金屬殼將外電場“擋”在外面，即所謂的屏蔽作用，其實是殼內兩種電場并存，矢量和為零，所以做靜電屏蔽的材料只能是導體，不能是絕緣體。4．靜電屏蔽問題的三點注意(1)空腔可以屏蔽外界電場，接地的空腔可以屏蔽內部的電場，其本質都是因為激發電場與感應電場疊加的結果，分析中應特別注意分清是哪一部分電場作用的結果，還是合電場作用的結果。(2)對靜電感應，要掌握導體內部的自由電荷是如何移動的，是如何建立起附加電場的，何處會出現感應電荷。(3)對靜電平衡，要理解導體達到靜電平衡時所具有的特點。一、單選題1．如圖所示，在超高壓帶電作業中，電工所穿的高壓工作服內有編織的銅絲，這樣做的目的是（）A．銅絲編織的衣服不易拉破B．銅絲電阻小，對人體起到保護作用C．電工被銅絲衣服所包裹，使衣服內場強為零D．電工被銅絲衣服所包裹，使衣服內電勢為零2．如圖所示，驗電器A不帶電，驗電器B上裝有帶孔的空心金屬球C，金屬球C帶電。D是帶有絕緣手柄的金屬小球，可以從C上方的小孔進入其內部。下列說法正確的是（）A．圖甲中，使D跟C的外部接觸，再讓D跟A靠近時，A的箔片張開B．圖甲中，使D跟C的外部接觸，再讓D跟A接觸時，A的箔片不張開C．圖乙中，使D跟C的內部接觸，再讓D跟A靠得更近些，A的箔片張開D．圖乙中，使D跟C的內部接觸，再讓D跟A接觸，重復多次后，A的箔片張開3．靜電噴涂利用了電荷之間的相互作用，其噴涂原理如圖所示，則下列說法正確的是（）A．涂料微粒一定帶正電B．涂料微粒一定帶負電C．涂料微粒可能帶正電，也可能帶負電D．噴嘴與工件之間的電場為勻強電場4．關于靜電的防止與利用，下列說法正確的是（）A．飛機上的著地輪用絕緣橡膠做輪胎，是為了及時地把飛機在飛行過程中由于摩擦而產生的電荷轉移給大地，以免發生放電現象，保證飛機和乘客的安全B．給病人做麻醉的醫生和護士都要穿絕緣性能良好的化纖制品，可防止麻醉藥燃燒C．避雷針是利用了靜電的尖端放電現象制作的，通常把避雷針頂端設計成球形是為了美觀D．高壓輸電線表面要很光滑，才能避免因尖端放電而損失電能5．如圖是某款家用空氣凈化器及其原理示意圖，污濁空氣通過過濾網后塵埃帶電。圖中充電極b、d接電源負極，集塵極a、c、e接電源正極（接地）。下列說法正確的是（）A．通過過濾網后空氣中的塵埃帶正電B．塵埃在被吸附到集塵極e的過程中動能增大C．c、d兩個電極之間的電場方向豎直向上D．塵埃被吸附到集塵極a的過程中所受電場力做負功6．如圖所示，空心金屬球殼上所帶電荷量為＋Q，關于O、M兩點電場強度E、E的說法中正確的是（）A．E≠0E＝0 B．E＝0E≠0C．E＝0E＝0 D．E≠0E≠07．如圖所示，在絕緣板上放有一個不帶電的金箔驗電器A和一個帶正電荷的空腔導體B。下列實驗方法中不能使驗電器箔片張開的是（）A．用取電棒C（帶絕緣柄的導體棒）先跟B的內壁接觸一下后再跟A接觸B．用取電棒C先跟B的外壁接觸一下后再跟A接觸C．用帶絕緣外皮的導線把驗電器A跟取電棒C的導體部分相連，再把取電棒C與B的內壁接觸D．使驗電器A靠近B8．如圖所示為科技館里一個趣味體驗項目的簡化圖，核心裝置為一個金屬球，在干燥的空氣里，體驗者雙腳站在絕緣凳上，右手按在金屬球上，并遠離周圍其他物體。一條特殊傳送帶（圖中未畫出）給金屬球不斷地輸送電荷，過一段時間后，體驗者的頭發便會四處散開，甚至倒立，十分有趣，在此狀態下，下列分析正確的是（）A．若用左手也去摸金屬球，會被電擊B．若用左手與旁邊的觀眾握手，會被電擊C．若右手離開金屬球，則頭發會立刻恢復常態D．若右手離開金屬球而且走下絕緣凳，頭發不會立刻恢復常態二、多選題9．如圖所示，將一個帶正電的小球Q放在本身不帶電的導體AB靠近A端一側，由于靜電感應，導體的A、B兩端分別出現負、正感應電荷。則以下說法正確的是（）A．A端接一下地，導體將帶正電荷B．A端接一下地，導體將帶負電荷C．導體內部電場強度為0D．導體上的感應電荷在導體內部產生的電場強度為010．如圖所示，在原來不帶電的金屬細桿ab附近P處，放置一個正點電荷，達到靜電平衡后（）A．a端帶負電荷B．b端帶負電荷C．c點電場強度為0D．桿內c處電場強度的方向由a指向b11．在一次科學晚會上，一位老師表演了一個“魔術”：如圖所示，一個沒有底的空塑料瓶上固定著一根鐵鋸條和一塊易拉罐（金屬）片，把它們分別跟靜電起電機的兩極相連。在塑料瓶里放一盤點燃的蚊香，很快就看見整個透明塑料瓶里煙霧繚繞。則下列說法正確的是（）A．鋸條和金屬片之間為勻強電場B．鋸條附近的電場強度最大C．若鋸條接電源負極，金屬片接正極，當搖動起電機時，煙霧會向金屬片移動D．當把起電機一搖，頓時塑料瓶清澈透明，當起電機停止搖動一段時間后，又會是煙霧繚繞12．從生活走向物理，從物理走向社會，物理和生活息息相關，聯系生活實際對物理基本概念的認識和理解，是學好物理的基礎。下列有關電學知識的相關說法，正確的是（）A．圖甲中超高壓帶電作業的工作人員，為了保證他們的安全，他們必須穿上橡膠制成的絕緣衣服B．圖乙中家用煤氣灶的點火裝置，是根據尖端放電的原理而制成的C．圖丙中是避雷針的示意圖，避雷針可以在雷雨天防止建筑物被雷擊D．圖丁為靜電噴漆的示意圖，靜電噴漆時使被噴的金屬件與油漆霧滴帶相同的電荷，這樣使油漆與金屬表面在靜電斥力作用下噴涂更均勻13．如圖所示，在左邊的絕緣支架上插上頂針（其頂端是尖的），在頂針上裝上金屬風針，若給風針附近的圓形金屬板接上正高壓極，風針接負高壓極，風針尖端放電會使其旋轉起來，下列說法中正確的是（）A．風針尖端附近的電場線分布較密B．風針附近的空氣在強電場下發生電離C．空氣中的陽離子會向風針的尖端運動D．交換金屬板與風針所帶電荷電性，風針的尖端會有正電荷射出14．如圖所示為靜電除塵示意圖，在M、N兩點間加高壓電源時，金屬管內的空氣電離，電離出的電子在靜電力的作用下運動，遇到煙氣中的煤粉，使煤粉帶負電荷，因而煤粉被吸附到管壁上，排出的煙就清潔了。就此示意圖，下列說法正確的是（）A．N接電源的正極B．M接電源的正極C．電場強度E>ED．電場強度E＜E15．如圖所示，M點有電荷量為Q的負點電荷，在距離點電荷為r處放入厚度為d的平行金屬板，N點為金屬板內距表面為的點，MN連線與金屬板表面垂直。當金屬板處于靜電平衡時，下列說法正確的是（）A．金屬板的左側面感應出正電荷B．金屬板的左側面感應出負電荷C．感應電荷在N點產生的電場強度，方向沿MN連線向右D．感應電荷在N點產生的電場強度，方向沿MN連線向右

第九章靜電場及其應用第4節靜電的防止與利用課程標準學習目標了解生產生活中關于靜電的利用與防護。1．知道什么是靜電平衡狀態，能說出靜電平衡狀態下的導體特點.2．知道導體上電荷的分布特征，了解尖端放電、靜電屏蔽現象及其成因.3．了解靜電除塵、靜電噴漆、靜電復印的工作原理．（一）課前閱讀：如圖所示，不帶電的金屬導體放到電場中，導體內的自由電子將發生定向移動，使導體兩端出現等量異種電荷．請思考下列問題：(1)自由電子定向移動的原因是什么？定向移動的方向如何？(2)自由電子能否一直定向移動？為什么？答案(1)自由電子受外加電場的靜電力作用而定向移動，向著與電場相反的方向定向移動．(2)不能．感應電荷產生的電場與外加電場反向，阻礙電子的定向移動，當這兩個電場大小相等時，電子的定向移動終止．2.避雷針是利用尖端放電保護建筑物的一種設施，其原理是什么？答案當帶電的雷雨云接近建筑物時，由于靜電感應，金屬棒出現與云層相反的電荷．通過尖端放電，這些電荷不斷向大氣釋放，中和空氣中的電荷，使建筑物避免雷擊．3．靜電屏蔽是怎樣起到屏蔽作用的？答案處于靜電平衡狀態的導體內部電場強度處處為零，即使導體殼外有電場，由于殼內電場強度保持為0，外電場對殼內的物體不會產生影響．（二）基礎梳理一、靜電平衡1．靜電平衡：導體內的自由電子不再發生定向移動的狀態．2．處于靜電平衡狀態的導體，其內部的電場強度處處為0.3．導體上電荷的分布：(1)靜電平衡時，導體內部沒有凈剩電荷，電荷只分布在導體的外表面．(2)在導體外表面，越尖銳的位置，電荷的密度(單位面積的電荷量)越大，凹陷的位置幾乎沒有電荷．【微點撥】孤立的帶電體孤立的帶電體，電荷分布穩定后，也處于靜電平衡狀態。【即學即練】1.判斷下列說法的正誤.(1)處于靜電平衡狀態下的導體內部的外加電場與附加電場的矢量和為零，即導體內部的電場強度處處為零．(√)(2)靜電平衡時，導體內部表現為電中性，電荷都分布在外表面，導體內部沒有凈剩電荷．(√)(3)一個孤立的帶電體，在自身所帶電荷的電場中，處于靜電平衡狀態，不具有靜電平衡的特點．(×)二、尖端放電靜電屏蔽1．空氣的電離：在一定條件下，導體尖端電荷密度很大，導體尖端周圍的強電場使空氣中殘留的帶電粒子發生劇烈運動，并與空氣分子碰撞從而使空氣分子中的正負電荷分離的現象．2．尖端放電：所帶電荷與導體尖端的電荷符號相反的粒子，由于被吸引，而與尖端上的電荷中和，相當于導體從尖端失去電荷的現象．3．尖端放電的應用與防止：(1)應用：避雷針是利用尖端放電避免雷擊的一種設施．(2)防止：高壓設備中導體的表面盡量光滑會減少電能的損失．4．靜電屏蔽靜電平衡時，空腔導體內表面沒有電荷，導體殼內空腔里的電場強度處處為0.外電場對殼(網)內的儀器不會產生影響，金屬殼的這種作用叫作靜電屏蔽．5．靜電屏蔽的應用：電學儀器外面有金屬殼、野外高壓線上方還有兩條導線與大地相連．【拓展補充】在如圖所示的實驗中，驗電器的金屬箔片能張開嗎？為什么？提示：(1)圖甲中不會張開，金屬網可以屏蔽外電場。(2)圖乙中會張開，因為金屬網未接地，網內的帶電體可以對外界產生影響。(3)圖丙中不會張開，因為金屬網已接地，網內的帶電體對網外無影響，網外的帶電體對網內也無影響。三、靜電吸附1．靜電吸附：在電場中，帶電粒子在靜電力作用下，向著電極運動，最后被吸附在電極上的現象．2．靜電除塵：當空氣中的塵埃帶電時，在靜電力作用下，塵埃到達電極而被收集起來的過程．3．靜電噴漆：接負高壓的涂料霧化器噴出的油漆微粒帶負電，在靜電力作用下，這些微粒向著作為正極的工件運動，并沉積在工件表面．4．靜電復印：復印機應用了靜電吸附的原理，復印機的有機光導體鼓表面涂覆有機光導體(OPC)，無光照時，OPC是絕緣體，受光照時變成導體．【微點撥】靜電除塵小實驗這里介紹一種很簡單的演示裝置。將圓柱形鐵罐的底部去掉，變為兩端開口的圓筒，再通過一根絕緣柄把圓簡裝在鐵架臺上，圓筒的中軸線處吊一根下系一個重物的金屬線。演示時，將靜電起電機的兩個電極分別接于圓筒和金屬線上端。在圓筒下方點燃蚊香，煙霧從圓筒上冒出。起電時，煙霧即刻消失。一、靜電平衡1．處于靜電平衡狀態的導體內部電場強度為零的本質是外電場E0和感應電荷產生的電場E′的合電場強度為0，即E0＝－E′.2．孤立的帶電導體處于靜電平衡狀態，內部電場強度為0的本質是分布在導體外表面的電荷在導體內部的合電場強度為0.3．處于靜電平衡狀態的導體，其外表面任一點的電場強度方向跟該點的表面垂直．4．靜電平衡時，導體上的電荷分布在導體的外表面，其內部沒有凈電荷，且凈電荷在導體外表面的分布不均勻，越是尖銳的地方電荷的分布越密集．【典例精析】例1．如圖所示，把一個架在絕緣支架上的枕形導體放在正點電荷形成的電場中，導體處于靜電平衡狀態．下列說法正確的是()A．導體內部A點的電場強度大于B點的電場強度B．感應電荷在A、B兩點產生的附加電場強度EA＝EBC．感應電荷在A、B兩點產生的附加電場強度EA＜EBD．當開關S閉合時，電子從大地沿導線向導體移動【答案】D【解析】枕形導體在正點電荷附近，出現靜電感應現象，導致電荷重新分布，因此在枕形導體內部出現感應電荷的電場與點電荷的電場疊加，靜電平衡時，導體內部電場強度處處為零，A錯誤；導體內部的電場強度處處為零，所以感應電荷產生的附加電場強度的大小與點電荷產生的電場強度的大小相等，方向相反，故EA＞EB，B、C錯誤；當開關S閉合時，電子從大地沿導線向導體移動，D正確．【規律方法】求處于靜電平衡狀態的導體的感應電荷產生的電場強度的方法是：(1)先求出外電場電場強度E外的大小和方向．(2)由于導體處于靜電平衡狀態，則滿足靜電平衡條件E合＝0.(3)由E外＋E感＝0，求出感應電場E感的大小和方向．二、尖端放電靜電屏蔽1．尖端放電導體尖端電荷密度大，周圍的電場強度大，把周圍的空氣電離，帶電粒子在強電場的作用下加速撞擊空氣中的分子，使它們進一步電離，所帶電荷與導體尖端的電荷符號相反的粒子被吸引而奔向尖端，與尖端上的電荷中和．2．靜電屏蔽(1)靜電屏蔽的實質靜電屏蔽的實質是利用了靜電感應現象，使金屬殼內感應電荷的電場和外加電場矢量和為零，好像是金屬殼將外電場“擋”在外面，即所謂的屏蔽作用，其實是殼內兩種電場并存，矢量和為零．(2)靜電屏蔽的兩種情況導體外部電場不影響導體內部接地導體內部的電場不影響導體外部圖示實現過程因場源電荷產生的電場與導體球殼表面上感應電荷產生的電場在空腔內的合電場強度為零，達到靜電平衡狀態，起到屏蔽外電場的作用當空腔外部接地時，外表面的感應電荷因接地將傳給地球，外部電場消失，起到屏蔽內電場的作用最終結論導體內空腔不受外界電荷影響接地導體空腔外部不受內部電荷影響本質靜電感應與靜電平衡，所以做靜電屏蔽的材料只能是導體，不能是絕緣體【典例精析】例2．將懸掛在絕緣細線上的帶正電的小球A放在不帶電的金屬空心球C內(不與球接觸)，另有一個懸掛在細線上的帶負電的小球B向C靠近，如圖所示，則()A．A向左偏離豎直方向，B向右偏離豎直方向B．A的位置不變，B向右偏離豎直方向C．A向左偏離豎直方向，B的位置不變D．A和B的位置都不變【答案】B【解析】帶正電的小球A放在不帶電的金屬空心球C內，由于靜電感應，空心球外殼帶正電，內壁帶負電，因此B所在處有電場，所以B在靜電力作用下向右偏而靠近C；由于空心球能屏蔽B球的電場，所以，A所在處電場強度為零，故A球不受靜電力作用，位置不變．故B正確．三、靜電吸附【典例精析】例3．(多選)如圖所示為靜電除塵示意圖，在M、N兩點間加高壓電源時，金屬管內的空氣電離，電離出的電子在靜電力的作用下運動，遇到煙氣中的煤粉，使煤粉帶負電荷，因而煤粉被吸附到管壁上，排出的煙就清潔了．就此示意圖，下列說法正確的是()A．N接電源的正極 B．M接電源的正極C．電場強度EB＞EA D．電場強度EB＜EA【答案】AC【解析】電子附著在煤粉上，使煤粉帶上負電荷，煤粉若能吸附在管壁上，說明管壁帶正電荷，因此可知N接電源正極，A正確，B錯誤．金屬棒與金屬管可看成圓柱電極與圓環電極，電場線分布情況如圖所示．由圖可知金屬棒附近的B點處電場線較密，而靠近金屬管壁的A點處電場線較疏，故B處電場強度比A處電場強度大，即EB＞EA，C正確，D錯誤．1．對靜電平衡的三點理解(1)靜電平衡是自由電荷發生定向移動的結果，達到靜電平衡時，自由電荷不再發生定向移動。(2)金屬導體建立靜電平衡的時間是非常短暫的。(3)導體達到靜電平衡后內部電場強度處處為零是指外電場E0與導體兩端的感應電荷產生的附加電場E′的合電場強度為零，即E′＝－E0。2．靜電平衡狀態下導體上的電荷分布特點(1)凈電荷只分布在導體表面，內部沒有凈電荷。(2)感應電荷分布于導體兩端，電性相反，電荷量相等，近異遠同，如圖甲所示。(3)凈電荷在導體表面的分布不均勻，一般越是尖銳的地方電荷的分布越密集，如圖乙所示。3．靜電屏蔽的實質靜電屏蔽的實質是利用了靜電感應現象并達到靜電平衡，使金屬殼內感應電荷的電場和外加電場矢量和為零，好像是金屬殼將外電場“擋”在外面，即所謂的屏蔽作用，其實是殼內兩種電場并存，矢量和為零，所以做靜電屏蔽的材料只能是導體，不能是絕緣體。4．靜電屏蔽問題的三點注意(1)空腔可以屏蔽外界電場，接地的空腔可以屏蔽內部的電場，其本質都是因為激發電場與感應電場疊加的結果，分析中應特別注意分清是哪一部分電場作用的結果，還是合電場作用的結果。(2)對靜電感應，要掌握導體內部的自由電荷是如何移動的，是如何建立起附加電場的，何處會出現感應電荷。(3)對靜電平衡，要理解導體達到靜電平衡時所具有的特點。一、單選題1．如圖所示，在超高壓帶電作業中，電工所穿的高壓工作服內有編織的銅絲，這樣做的目的是（）A．銅絲編織的衣服不易拉破B．銅絲電阻小，對人體起到保護作用C．電工被銅絲衣服所包裹，使衣服內場強為零D．電工被銅絲衣服所包裹，使衣服內電勢為零【答案】C【解析】屏蔽服的作用是在穿用后，使處于高壓電場中的人體外表面各部位形成一個等電位屏蔽面，從而防護人體免受高壓電場及電磁波的危害，等電位說明電勢相等而不是等于0，等電勢時電勢差為0，電場強度為0。故選C。2．如圖所示，驗電器A不帶電，驗電器B上裝有帶孔的空心金屬球C，金屬球C帶電。D是帶有絕緣手柄的金屬小球，可以從C上方的小孔進入其內部。下列說法正確的是（）A．圖甲中，使D跟C的外部接觸，再讓D跟A靠近時，A的箔片張開B．圖甲中，使D跟C的外部接觸，再讓D跟A接觸時，A的箔片不張開C．圖乙中，使D跟C的內部接觸，再讓D跟A靠得更近些，A的箔片張開D．圖乙中，使D跟C的內部接觸，再讓D跟A接觸，重復多次后，A的箔片張開【答案】A【解析】A．空腔導體帶電時凈電荷分布于金屬球外側，內部不帶電，故讓D先接觸金屬球C的外部，則D帶上電荷，再讓D跟A靠近時，由于發生靜電感應，A的箔片張開，故A正確；B．讓D先接觸金屬球C的外部，則D帶上電荷，再讓D跟A接觸時，A的箔片張開，故B錯誤；C．讓不帶電的D先跟C的內部接觸，因為C的內部不帶電，所以D始終不帶電，再讓D跟A靠得更近些，A的箔片始終不張開，故C錯誤；D．讓不帶電的D先跟C的內部接觸，因為C的內部不帶電，所以D始終不帶電，再讓D跟A接觸，A的箔片始終不張開，故D錯誤。故選A。3．靜電噴涂利用了電荷之間的相互作用，其噴涂原理如圖所示，則下列說法正確的是（）A．涂料微粒一定帶正電B．涂料微粒一定帶負電C．涂料微粒可能帶正電，也可能帶負電D．噴嘴與工件之間的電場為勻強電場【答案】A【解析】ABC．由于工件帶負電，因此根據同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引，涂料微粒一定帶正電，可知才能更容易吸附在工件上，A正確，B、C錯誤；D．根據圖中的信息可知，噴嘴與工件之間的電場是非勻強電場，D錯誤。故選A。4．關于靜電的防止與利用，下列說法正確的是（）A．飛機上的著地輪用絕緣橡膠做輪胎，是為了及時地把飛機在飛行過程中由于摩擦而產生的電荷轉移給大地，以免發生放電現象，保證飛機和乘客的安全B．給病人做麻醉的醫生和護士都要穿絕緣性能良好的化纖制品，可防止麻醉藥燃燒C．避雷針是利用了靜電的尖端放電現象制作的，通常把避雷針頂端設計成球形是為了美觀D．高壓輸電線表面要很光滑，才能避免因尖端放電而損失電能【答案】D【解析】A．飛機上的著地輪是用導電橡膠做輪胎，而不是用絕緣橡膠的，故A錯誤；B．絕緣性能良好的化纖制品制成的衣服不能及時把靜電導入大地，容易造成手術事故，故B錯誤；C．避雷針是利用了靜電的尖端效應制作的，故避雷針必須做成針狀，不能做成球形，故C錯誤；D．由于尖端效應，高壓輸電線表面要很光滑，才能避免因尖端放電而損失電能，故D正確。故選D。【點睛】靜電的防止更多的指的是對產生的靜電進行消除，防止它產生危害，而不是防止它產生。5．如圖是某款家用空氣凈化器及其原理示意圖，污濁空氣通過過濾網后塵埃帶電。圖中充電極b、d接電源負極，集塵極a、c、e接電源正極（接地）。下列說法正確的是（）A．通過過濾網后空氣中的塵埃帶正電B．塵埃在被吸附到集塵極e的過程中動能增大C．c、d兩個電極之間的電場方向豎直向上D．塵埃被吸附到集塵極a的過程中所受電場力做負功【答案】B【解析】A．塵埃經過過濾網后被正極吸引，所以塵埃帶負電，故A錯誤；B．塵埃在被吸附到集塵極e的過程中電場力做正功，動能增大，故B正確；C．因為充電極b、d接電源負極，集塵極a、c、e接電源正極，所以c、d兩個電極之間的電場方向豎直向下，故C錯誤；D．塵埃被吸附到集塵極a的過程中所受電場力做正功，故D錯誤。故選B。6．如圖所示，空心金屬球殼上所帶電荷量為＋Q，關于O、M兩點電場強度E、E的說法中正確的是（）A．E≠0E＝0 B．E＝0E≠0C．E＝0E＝0 D．E≠0E≠0【答案】C【解析】由題意，可知空心金屬球殼處于靜電平衡狀態，根據處于靜電平衡狀態中的導體，內部電場強度處處為零，可知EO＝0，EM＝0。故選C。7．如圖所示，在絕緣板上放有一個不帶電的金箔驗電器A和一個帶正電荷的空腔導體B。下列實驗方法中不能使驗電器箔片張開的是（）A．用取電棒C（帶絕緣柄的導體棒）先跟B的內壁接觸一下后再跟A接觸B．用取電棒C先跟B的外壁接觸一下后再跟A接觸C．用帶絕緣外皮的導線把驗電器A跟取電棒C的導體部分相連，再把取電棒C與B的內壁接觸D．使驗電器A靠近B【答案】A【解析】A．取電棒C先和B的內壁接觸后，由于B的內壁本身沒有電荷，接觸后取電棒C不帶電，所以再接觸A時驗電器箔片不張開，故A符合題意；B．用取電棒C先跟B的外壁接觸一下，接觸后取電棒C帶電，再跟A接觸時驗電器箔片張開，故B不符合題意；C．用帶絕緣外皮的導線把驗電器A跟取電棒C的導體部分相連，實際上是將驗電器A和C連成了一個導體，A因接觸而帶電，驗電器箔片張開，故C不符合題意；D．使驗電器A靠近B，由于感應起電使驗電器箔片張開，故D不符合題意。故選A。8．如圖所示為科技館里一個趣味體驗項目的簡化圖，核心裝置為一個金屬球，在干燥的空氣里，體驗者雙腳站在絕緣凳上，右手按在金屬球上，并遠離周圍其他物體。一條特殊傳送帶（圖中未畫出）給金屬球不斷地輸送電荷，過一段時間后，體驗者的頭發便會四處散開，甚至倒立，十分有趣，在此狀態下，下列分析正確的是（）A．若用左手也去摸金屬球，會被電擊B．若用左手與旁邊的觀眾握手，會被電擊C．若右手離開金屬球，則頭發會立刻恢復常態D．若右手離開金屬球而且走下絕緣凳，頭發不會立刻恢復常態【答案】B【解析】A．若用左手也去摸金屬球，不會有電流產生，不會被電擊，A錯誤；B．若用左手與旁邊的觀眾握手，會發生放電現象而被電擊，B正確；C．若右手離開金屬球，電荷不會轉移，頭發仍然四處散開，C錯誤；D．若右手離開金屬球而且走下絕緣凳，則電荷將進入大地，人體將不再帶電，頭發會立刻恢復常態，D錯誤；故選B。二、多選題9．如圖所示，將一個帶正電的小球Q放在本身不帶電的導體AB靠近A端一側，由于靜電感應，導體的A、B兩端分別出現負、正感應電荷。則以下說法正確的是（）A．A端接一下地，導體將帶正電荷B．A端接一下地，導體將帶負電荷C．導體內部電場強度為0D．導體上的感應電荷在導體內部產生的電場強度為0【答案】BC【解析】AB．達到靜電平衡狀態以后，A處帶負電荷，B處帶正電荷，當A端接一下地，會使大地的電子流入導體，導體B處電荷被中和，則導體將帶負電，故A錯誤，B正確；CD．導體在帶正電的小球附近時，導體上的自由電子會向金屬棒的左邊運動，金屬棒的右端因少了多余的電子而帶正電，左端因多余電子而帶負電，到達靜電平衡狀態以后，導體上感應電荷在導體中產生的電場強度跟靠近的帶正電小球在導體中產生的電場強度的合場強為零，故導體內部的電場強度處處為0，導體上的感應電荷在導體內部產生的電場強度不為0，故C正確，D錯誤。故選BC。10．如圖所示，在原來不帶電的金屬細桿ab附近P處，放置一個正點電荷，達到靜電平衡后（）A．a端帶負電荷B．b端帶負電荷C．c點電場強度為0D．桿內c處電場強度的方向由a指向b【答案】BC【解析】AB．由感應起電可知，當P處為正點電荷，b點感應出負電荷，a點感應出正電荷，故A錯誤，B正確；CD．處于靜電平衡的導體內部合電場強度為0，故C正確，D錯誤。故選BC。【點睛】主要考查感應起電和靜電平衡相關概念11．在一次科學晚會上，一位老師表演了一個“魔術”：如圖所示，一個沒有底的空塑料瓶上固定著一根鐵鋸條和一塊易拉罐（金屬）片，把它們分別跟靜電起電機的兩極相連。在塑料瓶里放一盤點燃的蚊香，很快就看見整個透明塑料瓶里煙霧繚繞。則下列說法正確的是（）A．鋸條和金屬片之間為勻強電場B．鋸條附近的電場強度最大C．若鋸條接電源負極，金屬片接正極，當搖動起電機時，煙霧會向金屬片移動D．當把起電機一搖，頓時塑料瓶清澈透明，當起電機停止搖動一段時間后，又會是煙霧繚繞【答案】BCD【解析】A．由于鋸條和金屬片形狀不同，面積不等，且鋸條上電荷分布不均勻，則鋸條和金屬片之間的電場不為勻強電場，故A錯誤；B．由于鋸條上尖端部分比較多，聚集的電荷最多，則電場強度最大，故B正確；C．起電機產生高電壓使鋸條和金屬片之間的電場將空氣中的分子電離，電離出來的電子被煙塵顆粒吸附，俘獲電子的煙塵顆粒帶負電，容易被帶正電的金屬片吸引，故煙霧會向金屬片移動，故C正確；D．當把起電機一搖，鋸條和金屬片之間形成電場，電離空氣分子，使煙塵顆粒吸附電子后被帶正電的金屬片（或鋸條）吸引，從而使塑料瓶清澈透明。當起電機停止搖動一段時間后，鋸條和金屬片上的電荷被中和，電場消失，則瓶中又會煙霧繚繞，故D正確。故選BCD。12．從生活走向物理，從物理走向社會，物理和生活息息相關，聯系生活實際對物理基本概念的認識和理解，是學好物理的基礎。下列有關電學知識的相關說法，正確的是（）A．圖甲中超高壓帶電作業的工作人員，為了保證他們的安全，他們必須穿上橡膠制成的絕緣衣服B．圖乙中家用煤氣灶的點火裝置，是根據尖端放電的原理而制成的C．圖丙中是避雷針的示意圖，避雷針可以在雷雨天防止建筑物被雷擊D．圖丁為靜電噴漆的示意圖，靜電噴漆時使被噴的金屬件與油漆霧滴帶相同的電荷，這樣使油漆與金屬表面在靜電斥力作用下噴涂更均勻【答案】BC【解析】A．圖甲中超高壓帶電作業的工作人員，為了保證他們的安全，他們必須穿上金屬絲制成的衣服，以起到靜電屏蔽的作用，選項A錯誤；B．圖乙中家用煤氣灶的點火裝置，是根據尖端放電的原理而制成的，選項B正確；C．高大的建筑物頂安放避雷針是為了防止靜電，在高大建筑物屋頂插入一根尖銳的導體棒地引線與接地裝置連接能把靜電導走，防止建筑物被雷擊，故C正確；D．靜電噴漆時使被噴的金屬件與油漆霧滴帶相反的電荷，這樣使油漆與金屬表面在靜電引力作用下噴涂更均勻，故D錯誤。故選BC。13．如圖所示，在左邊的絕緣支架上插上頂針（其頂端是尖的），在頂針上裝上金屬風針，若給風針附近的圓形金屬板接上正高壓極，風針接負高壓極，風針尖端放電會使其旋轉起來，下列說法中正確的是（）A．風針尖端附近的電場線分布較密B．風針附近的空氣在強電場下發生電離C．空氣中的陽離子會向風針的尖端運動D．交換金屬板與風針所帶電荷電性，風針的尖端會有正電荷射出【答案】ABC【解析】A．在導體外表面，越尖銳的位置電荷的密度越大，附近的電場越強，所以風針尖端附近的電場線分布較密，故A正確；B．風針附近的空氣中殘留的帶電粒子在強電場的作用下發生劇烈的運動，把空氣中的氣體分子撞“散”，也就是使分子中的正負電荷分離，即發生電離，故B正確；C．因為風針接負高壓極，所以空氣中的陽離子會向風針的尖端運動，故C正確；D．交換金屬板與風針所帶電荷電性，風針的尖端不會有正電荷射出，因為正電荷固定在金屬原子核內，故D錯誤。故選ABC。14．如圖所示為靜電除塵示意圖，在M、N兩點間加高壓電源時，金屬管內的空氣電離，電離出的電子在靜電力的作用下運動，遇到煙氣中的煤粉，使煤粉帶負電荷，因而煤粉被吸附到管壁上，排出的煙就清潔了。就此示意圖，下列說法正確的是（）A．N接電源的正極B．M接電源的正極C．電場強度E>ED．電場強度E＜E【答案】AC【解析】AB．電子附著在煤粉上，使煤粉帶上負電荷，煤粉若能吸附在管壁上，說明管壁帶正電荷，因此可知N接電源正極，A正確，B錯誤；CD．金屬棒與金屬管可看成圓柱電極與圓環電極，電場線分布情況如圖所示由圖可知金屬棒附近的B點處電場線較密，而靠近金屬管壁的A點處電場線較疏，故B處場強比A處場強大，即E>E，C正確，D錯誤。故選AC。15．如圖所示，M點有電荷量為Q的負點電荷，在距離點電荷為r處放入厚度為d的平行金屬板，N點為金屬板內距表面為的點，MN連線與金屬板表面垂直。當金屬板處于靜電平衡時，下列說法正確的是（）A．金屬板的左側面感應出正電荷B．金屬板的左側面感應出負電荷C．感應電荷在N點產生的電場強度，方向沿MN連線向右D．感應電荷在N點產生的電場強度，方向沿MN連線向右【答案】AD【解析】AB．根據同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引規律，M點的點電荷帶負電，在金屬板的左側面感應出正電荷，A正確，B錯誤；CD．金屬板內部合場強為零，故感應電荷在N點產生的電場強度與點電荷在N點產生的電場強度等大反向，根據可得，感應電荷在N點產生的電場強度，方向沿MN連線向右，C錯誤，D正確。故選AD。

第九章靜電場及其應用第5節素養提升（二）靜電力的性質課程標準學習目標學會利用幾種特殊方法求解帶電體電場強度.1．會分析電場線與帶電粒子運動軌跡相結合的問題..2．學會分析電場中的動力學問題．3．通過靜電力知識應用的實例，感受物理中科學技術與社會的緊密聯系，體會科學知識的應用價值，進一步增強學生的學習動力和科學意識。課前閱讀：物理學中的對稱：空間對稱、運動對稱、物理規律的數學對稱1.利用對稱法解題的思路:(1)領會物理情景，選取研究對象。在仔細審題的基礎上，通過題目的條件、背景、設問，深刻剖析物理現象及過程，建清晰的物理情景，選取恰當的研究對象如運動的物體、運動的某一過程或某一狀態。(2)透析研究對象的屬性、運動特點及規律。(3)尋找研究對象的對稱性特點。已有經驗的基礎上通過直覺思維或借助對稱原理的啟發進行聯想類比，來分析挖掘研耐象在某些屬性上的對稱性特點。(4)利用對稱性特點.依物理規律，對題目求解2.曲線運動合力與運動軌跡的關系物體做曲線運動時，合力指向運動軌跡的凹側，軌跡在合力和速度方向之間。一、電場強度的計算重難詮釋】帶電體電場強度的三種計算方法對稱法對稱法實際上就是根據某些物理現象、物理規律、物理過程或幾何圖形的對稱性進行解題的一種方法．在電場中，當電荷的分布具有對稱性時，應用對稱性解題可將復雜問題大大簡化微元法當一個帶電體的體積較大，已不能視為點電荷時，求這個帶電體產生的電場在某處的電場強度時，可用微元法的思想把帶電體分成很多小塊，每塊都可以看成點電荷，用點電荷電場疊加的方法計算補償法有時由題給條件建立的模型不是一個完整的模型，這時需要給原來的問題補充一些條件，組成一個完整的新模型．這樣，求解原模型的問題就變為求解新模型與補充條件的差值問題．如采用補償法將有缺口的帶電圓環補全為圓環，或將半球面補全為球面，從而將問題化難為易【典例精析】例1．均勻帶電的球殼在球外空間產生的電場等效于電荷集中于球心處產生的電場．如圖所示，在半球面AB上均勻分布著正電荷，總電荷量為q，球面半徑為R，CD為通過半球頂點與球心O的軸線，在軸線上有M、N兩點，OM＝ON＝2R.已知N點的電場強度大小為E，靜電力常量為k，則M點的電場強度大小為()A.eq\f(kq,2R2)－E B.eq\f(kq,4R2)C.eq\f(kq,4R2)－E D.eq\f(kq,4R2)＋E二、電場線與帶電粒子的運動軌跡【重難詮釋】1．帶電粒子做曲線運動時，合力指向軌跡曲線的內側，速度方向沿軌跡的切線方向．2．分析思路：(1)由軌跡的彎曲情況結合電場線確定靜電力的方向；(2)由靜電力和電場線的方向可判斷帶電粒子所帶電荷的正負；(3)由電場線的疏密程度可確定靜電力的大小，再根據牛頓第二定律F＝ma可判斷帶電粒子加速度的大小．【典例精析】例2．某電場的電場線分布如圖所示，虛線為某帶電粒子只在靜電力作用下的運動軌跡，a、b、c是軌跡上的三個點，則()A．粒子一定帶負電B．粒子一定是從a點運動到b點C．粒子在c點的加速度一定大于在b點的加速度D．粒子在電場中c點的速度一定大于在a點的速度三、電場中的動力學問題【重難詮釋】1．帶電體在多個力作用下處于平衡狀態，帶電體所受合外力為零，因此可用共點力平衡的知識分析，常用的方法有正交分解法、合成法等．2．帶電體在電場中的加速問題與力學問題分析方法完全相同，帶電體的受力仍然滿足牛頓第二定律，在進行受力分析時不要漏掉靜電力．例3．如圖所示，光滑固定斜面(足夠長)傾角為37°，一帶正電的小物塊質量為m，電荷量為q，置于斜面上，當沿水平方向加如圖所示的勻強電場時，帶電小物塊恰好靜止在斜面上，從某時刻開始，電場強度變化為原來的eq\f(1,2)，(sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，g＝10m/s2)求：(1)原來的電場強度大小(用字母表示)；(2)小物塊運動的加速度；(3)小物塊2s末的速度大小和2s內的位移大小．1．帶電粒子做曲線運動時，合力指向軌跡曲線的凹側，速度方向沿軌跡的切線方向。2．分析方法(1)由軌跡的彎曲情況結合電場線確定電場力的方向。(2)由電場力和電場線的方向可判斷帶電粒子所帶電荷的正負。(3)由電場線的疏密程度可比較電場力的大小，再根據牛頓第二定律F＝ma可判斷帶電粒子加速度的大小。一、單選題1．半徑為R的絕緣細圓環固定在圖示位置，圓心位于O點，環上均勻分布著電量為Q的正電荷。點A、B、C將圓環三等分，取走A、B處兩段弧長均為ΔL的小圓弧上的電荷。將一點電荷q置于OC延長線上距C點為2R的D點，O點的電場強度剛好為零。圓環上剩余電荷分布不變，則q為（）A．正電荷， B．正電荷，C．負電荷， D．負電荷，2．均勻帶電球體在球的外部產生的電場與一個位于球心的、電荷量相等的點電荷產生的電場相同。如圖所示，半徑為的球體上均勻分布著正電荷，在過球心的直線上有、、三個點，，。若以為直徑在球內挖一球形空腔，球的體積公式為，則、兩點的電場強度大小之比為（）A． B．C． D．3．如圖所示，A、B、C是等邊三角形的三個頂點，O為該三角形中心，在A點和B點分別固定一個電荷量均為q的正電荷，在O點固定某未知電荷后，C點的電場強度恰好為零。則O點處的電荷為（

）A．負電荷，電荷量為qB．負電荷，電荷量為C．正電荷，電荷量為qD．正電荷，電荷量為4．關于電荷與靜電場，下列說法正確的是（）A．空間電場由試探電荷和場源電荷共同激發產生，試探電荷在此電場中受到靜電力的作用B．即使是電荷量不同的試探電荷，在電場中的同一位置受到的靜電力也相同C．為不影響場源電荷的電場分布，試探電荷應該是電荷量和體積都很小的點電荷D．物理學中規定，試探電荷受到靜電力的方向為電場強度的方向5．如圖所示，在等量異種點電荷形成的電場中，O為連線中點，A、B為兩點電荷連線的中垂面上兩點，且OA=OB.則（）A．A、B兩點場強大小相等，方向相反B．A、B兩點場強大小相等，方向相同C．A、B兩點場強大小、方向均不同D．A、B兩點場強大小和方向無法判斷6．如圖所示，豎直平面內分布有水平向右的勻強電場，一帶電小球沿直線從位置b斜向下運動到位置a。在這個過程中，帶電小球（）A．只受到電場力作用 B．帶正電C．做勻加速直線運動 D．機械能守恒7．如圖所示，將一質量為m、帶電荷量為+q（q>0）的小球放置于一半徑為R、固定在豎直平面中的光滑絕緣圓環軌道最低點，圓環處于水平向左的勻強電場中，電場強度大小。現給小球一水平向左的初速度，小球恰能在圓環內做完整的圓周運動，則小球的初速度大小為（）A． B． C． D．8．如圖所示，實線為某點電荷電場中的電場線（方向未畫出），曲線MN為一帶電粒子僅在靜電力作用下的運動軌跡。則下列說法正確的是（）A．若粒子帶負電，則場源電荷一定是正電荷B．粒子在M點的加速度一定小于它在N點的加速度C．粒子在M點的動能一定大于它在N點的動能D．粒子在M點的速率一定小于它在N點的速率二、多選題9．電荷量為+Q的點電荷與半徑為R的均勻帶電圓形薄板相距2R，點電荷與圓心O連線垂直薄板，A點位于點電荷與圓心O連線的中點，B與A關于O對稱，若A點的電場強度為0，則（）A．圓形薄板所帶電荷量為+QB．圓形薄板所帶電荷在A點的電場強度大小為，方向水平向左C．B點的電場強度大小為，方向水平向右D．B點的電場強度大小為，方向水平向右10．如圖所示，紙面內a、b、c三點構成直角三角形，ab與ac互相垂直，ab=4L，。帶電量分別為-9q、+25q的點電荷分別固定放置在a、b兩點，d點在a、b兩點的連線上，且兩個點電荷分別在d點產生的電場強度大小相等，靜電力常量為k，sin53°=0.8，cos53°=0.6，下列說法正確的是（）A．d點的電場強度為0B．b點的點電荷在c點產生的電場強度大小為C．a、d兩點的間距為D．c點的電場強度大小為11．如圖所示為某靜電場的一部分電場線的分布圖，下列說法正確的是（）A．這個電場可能是負點電荷形成的B．C點處的場強為零，因為那里沒有電場線C．點電荷q在A點所受到的電場力比在B點所受電場力大D．負電荷在B點時受到的電場力的方向與B點沿著電場線的切線方向相反12．如圖所示是某電場的電場線分布情況，下列說法中正確的是（不計重力）（）A．該電場可能是點電荷的電場B．試探電荷在A點處受到的電場力比在B點處受到的電場力大C．試探電荷在B點處受到的電場力的方向沿電場線的切線方向D．點電荷在A點處的瞬時加速度比在B點處的瞬時加速度大三、解答題13．如圖所示，在E=103V/m的水平向左勻強電場中，有一光滑半圓形絕緣軌道豎直放置，軌道與一水平絕緣軌道MN連接，半圓軌道所在豎直平面與電場線平行，其半徑R=0.4m。一帶正電荷q=10-4C的小滑塊，質量為m=0.04kg，與水平軌道間的動摩擦因數，g取10m/s2，求：（1）要使小滑塊能運動到半圓軌道的最高點Q，滑塊應在水平軌道上離N點多遠處釋放？（2）這樣釋放的滑塊通過P點時對軌道壓力是多大？（P為半圓軌道中點）14．一根長為L的絲線吊著一質量為m、帶電荷量為q的小球靜止在水平向右的勻強電場中，如圖所示，絲線與豎直方向成37°角。現突然將該電場方向變為豎直向下且大小不變，不考慮因電場的改變而帶來的其他影響（重力加速度為g，sin37°=0.6，cos37°=0.8）。求：（1）勻強電場的電場強度的大小E；（2）小球經過最低點時對繩子的拉力大小FT；15．如圖所示，一電荷量為+q、質量為m的小物塊處于一傾角為37°的光滑斜面上，當整個裝置被置于一水平向右的勻強電場中時，小物塊恰好靜止。重力加速度為g，，。（1）求勻強電場的電場強度大小；（2）若將電場強度減小為原來的，則物塊的加速度為多大？（3）若將電場強度減小為原來的，求物塊下滑距離為L時的動能。

第九章靜電場及其應用第5節素養提升（二）靜電力的性質課程標準學習目標學會利用幾種特殊方法求解帶電體電場強度.1．會分析電場線與帶電粒子運動軌跡相結合的問題..2．學會分析電場中的動力學問題．3．通過靜電力知識應用的實例，感受物理中科學技術與社會的緊密聯系，體會科學知識的應用價值，進一步增強學生的學習動力和科學意識。課前閱讀：物理學中的對稱：空間對稱、運動對稱、物理規律的數學對稱1.利用對稱法解題的思路:(1)領會物理情景，選取研究對象。在仔細審題的基礎上，通過題目的條件、背景、設問，深刻剖析物理現象及過程，建清晰的物理情景，選取恰當的研究對象如運動的物體、運動的某一過程或某一狀態。(2)透析研究對象的屬性、運動特點及規律。(3)尋找研究對象的對稱性特點。已有經驗的基礎上通過直覺思維或借助對稱原理的啟發進行聯想類比，來分析挖掘研耐象在某些屬性上的對稱性特點。(4)利用對稱性特點.依物理規律，對題目求解2.曲線運動合力與運動軌跡的關系物體做曲線運動時，合力指向運動軌跡的凹側，軌跡在合力和速度方向之間。一、電場強度的計算重難詮釋】帶電體電場強度的三種計算方法對稱法對稱法實際上就是根據某些物理現象、物理規律、物理過程或幾何圖形的對稱性進行解題的一種方法．在電場中，當電荷的分布具有對稱性時，應用對稱性解題可將復雜問題大大簡化微元法當一個帶電體的體積較大，已不能視為點電荷時，求這個帶電體產生的電場在某處的電場強度時，可用微元法的思想把帶電體分成很多小塊，每塊都可以看成點電荷，用點電荷電場疊加的方法計算補償法有時由題給條件建立的模型不是一個完整的模型，這時需要給原來的問題補充一些條件，組成一個完整的新模型．這樣，求解原模型的問題就變為求解新模型與補充條件的差值問題．如采用補償法將有缺口的帶電圓環補全為圓環，或將半球面補全為球面，從而將問題化難為易【典例精析】例1．均勻帶電的球殼在球外空間產生的電場等效于電荷集中于球心處產生的電場．如圖所示，在半球面AB上均勻分布著正電荷，總電荷量為q，球面半徑為R，CD為通過半球頂點與球心O的軸線，在軸線上有M、N兩點，OM＝ON＝2R.已知N點的電場強度大小為E，靜電力常量為k，則M點的電場強度大小為()A.eq\f(kq,2R2)－E B.eq\f(kq,4R2)C.eq\f(kq,4R2)－E D.eq\f(kq,4R2)＋E【答案】A【解析】若將帶電荷量為2q的球面放在O處，均勻帶電的球殼在球外空間產生的電場等效于電荷集中于球心處產生的電場，則完整球殼在M、N點所產生的電場為E1＝keq\f(2q,2R2)＝eq\f(kq,2R2)，由題知半球面外，N點的電場強度大小為E，則M點的電場強度為E′＝eq\f(kq,2R2)－E，故選A.二、電場線與帶電粒子的運動軌跡【重難詮釋】1．帶電粒子做曲線運動時，合力指向軌跡曲線的內側，速度方向沿軌跡的切線方向．2．分析思路：(1)由軌跡的彎曲情況結合電場線確定靜電力的方向；(2)由靜電力和電場線的方向可判斷帶電粒子所帶電荷的正負；(3)由電場線的疏密程度可確定靜電力的大小，再根據牛頓第二定律F＝ma可判斷帶電粒子加速度的大小．【典例精析】例2．某電場的電場線分布如圖所示，虛線為某帶電粒子只在靜電力作用下的運動軌跡，a、b、c是軌跡上的三個點，則()A．粒子一定帶負電B．粒子一定是從a點運動到b點C．粒子在c點的加速度一定大于在b點的加速度D．粒子在電場中c點的速度一定大于在a點的速度【答案】C【解析】做曲線運動的物體，所受合力指向運動軌跡的內側，由此可知，帶電粒子受到的靜電力的方向為沿著電場線向左，所以粒子帶正電，A錯誤；粒子不一定是從a點沿軌跡運動到b點，也可能是從b點沿軌跡運動到a點，B錯誤；由電場線的分布可知，粒子在c點處所受靜電力較大，加速度一定大于在b點的加速度，C正確；若粒子從c點運動到a點或b點，靜電力與速度方向成銳角，所以粒子做加速運動，若粒子從a點或b點運動到c點，靜電力與速度方向成鈍角，所以粒子做減速運動，故粒子在c點的速度一定小于在a點的速度，D錯誤．三、電場中的動力學問題【重難詮釋】1．帶電體在多個力作用下處于平衡狀態，帶電體所受合外力為零，因此可用共點力平衡的知識分析，常用的方法有正交分解法、合成法等．2．帶電體在電場中的加速問題與力學問題分析方法完全相同，帶電體的受力仍然滿足牛頓第二定律，在進行受力分析時不要漏掉靜電力．例3．如圖所示，光滑固定斜面(足夠長)傾角為37°，一帶正電的小物塊質量為m，電荷量為q，置于斜面上，當沿水平方向加如圖所示的勻強電場時，帶電小物塊恰好靜止在斜面上，從某時刻開始，電場強度變化為原來的eq\f(1,2)，(sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，g＝10m/s2)求：(1)原來的電場強度大小(用字母表示)；(2)小物塊運動的加速度；(3)小物塊2s末的速度大小和2s內的位移大小．【答案】(1)eq\f(3mg,4q)(2)3m/s2，方向沿斜面向下(3)6m/s6m【解析】(1)對小物塊受力分析如圖所示，小物塊靜止于斜面上，則mgsin37°＝qEcos37°，可得E＝eq\f(mgtan37°,q)＝eq\f(3mg,4q).(2)當電場強度變為原來的eq\f(1,2)時，小物塊受到的合外力F合＝mgsin37°－eq\f(1,2)qEcos37°＝0.3mg，由牛頓第二定律有F合＝ma，所以a＝3m/s2，方向沿斜面向下．(3)由運動學公式，知v＝at＝3×2m/s＝6m/sx＝eq\f(1,2)at2＝eq\f(1,2)×3×22m＝6m.1．帶電粒子做曲線運動時，合力指向軌跡曲線的凹側，速度方向沿軌跡的切線方向。2．分析方法(1)由軌跡的彎曲情況結合電場線確定電場力的方向。(2)由電場力和電場線的方向可判斷帶電粒子所帶電荷的正負。(3)由電場線的疏密程度可比較電場力的大小，再根據牛頓第二定律F＝ma可判斷帶電粒子加速度的大小。一、單選題1．半徑為R的絕緣細圓環固定在圖示位置，圓心位于O點，環上均勻分布著電量為Q的正電荷。點A、B、C將圓環三等分，取走A、B處兩段弧長均為ΔL的小圓弧上的電荷。將一點電荷q置于OC延長線上距C點為2R的D點，O點的電場強度剛好為零。圓環上剩余電荷分布不變，則q為（）A．正電荷， B．正電荷，C．負電荷， D．負電荷，【答案】D【解析】取走A、B處兩段弧長均為的小圓弧上的電荷，根據對稱性可知，圓環在O點產生的電場強度為與A在同一直徑上的A1和與B在同一直徑上的B1產生的電場強度的矢量和，如圖所示因為兩段弧長非常小，故可看成點電荷，則有由圖可知，兩場強的夾角為，則兩者的合場強為根據O點的合場強為0，則放在D點的點電荷帶負電，大小為根據聯立解得故選D。2．均勻帶電球體在球的外部產生的電場與一個位于球心的、電荷量相等的點電荷產生的電場相同。如圖所示，半徑為的球體上均勻分布著正電荷，在過球心的直線上有、、三個點，，。若以為直徑在球內挖一球形空腔，球的體積公式為，則、兩點的電場強度大小之比為（）A． B．C． D．【答案】C【解析】設原來半徑為的整個均勻帶電球體的電荷量為，由于均勻帶電，可知被挖的球形空腔部分的電荷量為可知以為直徑在球內挖一球形空腔后，、兩點的電場強度等于整個均勻帶電球體在、兩點的電場強度減去被挖的球形在、兩點的電場強度，則有可得C正確，ABD錯誤；故選C。3．如圖所示，A、B、C是等邊三角形的三個頂點，O為該三角形中心，在A點和B點分別固定一個電荷量均為q的正電荷，在O點固定某未知電荷后，C點的電場強度恰好為零。則O點處的電荷為（

）A．負電荷，電荷量為qB．負電荷，電荷量為C．正電荷，電荷量為qD．正電荷，電荷量為【答案】B【解析】在A點和B點分別固定一個電荷量均為q的正電荷，它們兩個在C點產生的場強大小為方向由O指向C在O點固定某未知電荷后，C點的電場強度恰好為零，則O點點電荷在C處產生的場強為解得“—”表點電荷帶負電。故選B。4．關于電荷與靜電場，下列說法正確的是（）A．空間電場由試探電荷和場源電荷共同激發產生，試探電荷在此電場中受到靜電力的作用B．即使是電荷量不同的試探電荷，在電場中的同一位置受到的靜電力也相同C．為不影響場源電荷的電場分布，試探電荷應該是電荷量和體積都很小的點電荷D．物理學中規定，試探電荷受到靜電力的方向為電場強度的方向【答案】C【解析】A．空間電場由場源電荷激發產生，試探電荷在此電場中受到靜電力的作用，A錯誤；B．電荷量不同的試探電荷，由電場力的表達式得在電場中的同一位置受到的靜電力不同，B錯誤；C．為不影響場源電荷的電場分布，試探電荷應該是電荷量和體積都很小的點電荷，C正確；D．物理學中規定，正電荷受到靜電力的方向規定為電場強度的方向，D錯誤。故選C。5．如圖所示，在等量異種點電荷形成的電場中，O為連線中點，A、B為兩點電荷連線的中垂面上兩點，且OA=OB.則（）A．A、B兩點場強大小相等，方向相反B．A、B兩點場強大小相等，方向相同C．A、B兩點場強大小、方向均不同D．A、B兩點場強大小和方向無法判斷【答案】B【解析】根據等量異種電荷的電場線分布可知，在兩電荷連線的垂直平分線上距離中心O點距離相等的A、B兩點場強大小相等，方向相同，均水平向右。故選B。6．如圖所示，豎直平面內分布有水平向右的勻強電場，一帶電小球沿直線從位置b斜向下運動到位置a。在這個過程中，帶電小球（）A．只受到電場力作用 B．帶正電C．做勻加速直線運動 D．機械能守恒【答案】C【解析】AB．小球沿直線運動，故合力一定沿該直線方向上，電場力只能水平向左或者向右，故小球必定受到重力，重力豎直向下，故電場力方向水平向左，合力沿軌跡直線方向斜向下，所以小球帶負電，AB錯誤；C．根據前面分析可知合力大小不變，方向與運動方向相同，故做勻加速直線運動，C正確；D．小球在運動中除重力做功外，還有電場力做功，所以機械能不守恒，D錯誤。故選C。7．如圖所示，將一質量為m、帶電荷量為+q（q>0）的小球放置于一半徑為R、固定在豎直平面中的光滑絕緣圓環軌道最低點，圓環處于水平向左的勻強電場中，電場強度大小。現給小球一水平向左的初速度，小球恰能在圓環內做完整的圓周運動，則小球的初速度大小為（）A． B． C． D．【答案】C【解析】小球所受電場力為，方向水平向左設小球所受電場力與重力的合力大小為，與豎直方向的夾角為θ，如圖所示，則有設小球在圓環中運動的等效最高點為A點，可知A點和圓環圓心O的連線與豎直方向的夾角為θ。由于小球恰能在圓環內做完整的圓周運動，則小球在A點時的向心力公式為小球從起始點到A點，由動能定理有解得故選C。8．如圖所示，實線為某點電荷電場中的電場線（方向未畫出），曲線MN為一帶電粒子僅在靜電力作用下的運動軌跡。則下列說法正確的是（）A．若粒子帶負電，則場源電荷一定是正電荷B．粒子在M點的加速度一定小于它在N點的加速度C．粒子在M點的動能一定大于它在N點的動能D．粒子在M點的速率一定小于它在N點的速率【答案】D【解析】A．帶電粒子所受的電場力沿電場線向右，若帶電粒子帶負電，則電場線向左，場源電荷一定是負電荷，故A錯誤；B．電場線的疏密表示場強大小，由圖知粒子在M點的場強大于N點的場強，由知在M點的加速度大于N點的加速度，故B錯誤；CD．從M到N，由動能定理，電場力做正功，動能增大，所以粒子在M點的動能和速率小于它在N點的動能和速率，故C錯誤，D正確；故選D。二、多選題9．電荷量為+Q的點電荷與半徑為R的均勻帶電圓形薄板相距2R，點電荷與圓心O連線垂直薄板，A點位于點電荷與圓心O連線的中點，B與A關于O對稱，若A點的電場強度為