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第九章　静电场及其应用
第4节　静电的防止与利用
核心要点 点点过
1
目录
即时演练 堂堂清
2
课时作业
3
课程要求 学科素养
了解生产生活中关于静电的利用与防护 物理观念 知道静电平衡、静电屏蔽、尖端放电的概念
科学思维 理解静电平衡的形成过程。会根据静电平衡条件求解感应电荷产生的电场强度
科学态度 与责任 了解静电在生活中的应用与防止现象。如静电除尘、静电喷漆和静电复印的原理,静电屏蔽的应用等
核心要点 点点过
一、静电平衡
1.静电平衡状态:导体在电场中发生静电感应现象时,感应电荷的电场与原电场____,使导体内部电场____,直至为0,导体内部自由电子不再发生________的状态。
2.处于静电平衡状态的导体的特征:内部的电场强度________。
要点一　静电平衡　尖端放电
叠加
减弱
定向移动
处处为0
二、尖端放电
1.电离:在导体外表面,越尖锐的位置,电荷的密度____,周围的电场强度____,在一定条件下,导体尖端周围的强电场足以使空气中残留的带电粒子发生剧烈运动,并与空气分子碰撞从而使空气分子中的正负电荷____的现象。
2.尖端放电:导体尖端的强电场使附近的空气电离,电离后的异种离子与尖端的电荷____,相当于导体从尖端失去电荷的现象。
3.尖端放电的应用与防止
(1)应用:______是利用尖端放电避免雷击的一种设施。
(2)防止:高压设备中导体的表面尽量____,减少电能的损失。
越大
越大
分离
中和
避雷针
光滑
如图所示,不带电的金属导体放到电场中,导体内的自由电子将发生定向移动,使导体两端出现等量异种电荷。
请思考下列问题:
(1)自由电子定向移动的原因是什么 定向移动的方向如何
提示:自由电子受外加电场的静电力作用而定向移动;向着与电场相反的方向定向移动。
(2)自由电子能否一直定向移动 为什么
提示:不能。感应电荷产生的电场与外加电场反向,阻碍自由电子的定向移动,当这两个电场电场强度大小相等时,自由电子的定向移动终止。
1.静电平衡的形成
(1)自由电荷的移动:导体刚放入电场中的瞬间,导体中的自由电荷受静电力F的作用,产生定向运动(如图甲),同时在导体中产生一个附加电场E'(如图乙),使自由电荷又受静静电力F'的作用,F和F'方向相反。
(2)电场叠加:当E=E'时,导体内合电场强度为0(如图丙),自由电荷受合力也为0,这时导体中无电荷定向移动,即达到了静电平衡状态。
(3)结论:处于静电平衡的导体内部电场强度处处为0。
2.静电平衡时导体的特点
(1)处于静电平衡状态的导体内部电场强度处处为0。导体内部电场强度为0指的是外部电场和附加电场的合电场强度为0,其效果相互抵消。
(2)导体表面任一点的电场强度方向与该处的表面垂直。
(3)净电荷只分布在导体的外表面上。
(4)对于一孤立的带电体,可视为导体处于自己所带电荷的电场之中,达到静电平衡时,也有两个基本特点:
①导体内部的电场强度处处为0;
②导体所带电荷只能分布在导体的外表面上。
【例1】　如图所示,不带电的金属棒AB长为L,O为AB的中点,在距离A点为R的C点处放一带电荷量为Q的正点电荷,C与AB在一条直线上。则(　 　)
A.金属棒上A端感应出正电荷
B.金属棒上感应电荷在O点处产生的电场强度为0
C.金属棒上感应电荷在O点产生的电场强度大小为k
D.若将A端接地,金属棒将带上正电荷
C
【解析】　C点处放一带电荷量为Q的正点电荷,则金属棒上A端感应出负电荷,A错误;金属棒内各点的电场强度为0,棒上感应电荷在棒内中点O产生的电场强度与C点的正点电荷在该处产生的电场强度大小相等,方向相反,则感应电荷在O点产生的电场强度大小为E=k,B错误,C正确;若将A端接地,大地上的电子转移到金属棒上,金属棒将带上负电荷,D错误。
求处于静电平衡状态的导体的感应电荷产生的电场强度的方法
(1)先求出外电场电场强度E外的大小和方向。
(2)由于导体处于静电平衡状态,则满足静电平衡条件E合=0。
(3)由E外+E感=0,求出感应电场E感的大小和方向。
【例2】　如图所示,较厚的空腔导体中有一个正电荷,图中a、b、c、d各点的电场强度大小关系为(　 　)
A.Ea>Eb>Ec>Ed
B.Ea>Ec>Ed>Eb
C.Ea>Ec=Ed>Eb
D.Ea【解析】　当静电平衡时,空腔导体内壁感应出负电荷,外表面感应出正电荷,画出电场线的分布如图,由于a处电场线较密,c处电场线较疏,d处电场线更疏,b处电场强度为0,则Ea>Ec>Ed>Eb,B正确,A、C、D错误。
B
1.静电屏蔽
(1)定义:静电平衡时,导体壳内空腔里的电场强度处处为0,外电场对壳内的仪器不会产生影响。
(2)应用
①把电学仪器放在封闭的金属壳或金属网里。
②野外三条输电线上方架设两条导线,与大地相连,形成一个稀疏的金属“网”,把高压输电线屏蔽起来。
要点二　静电屏蔽　静电吸附
2.静电吸附
(1)定义:在电场中,带电粒子受到______的作用,向着电极运动,最后被____在电极上的现象。
(2)应用:静电除尘、________、静电复印。
静电力
吸附
静电喷漆
电梯是什么材质的,能否被看成金属容器 小王刚搬了新家,可每次进入电梯里手机总打不通,这是为什么
提示:电梯是用不锈钢板做成的,可以看成金属容器。电梯可以看成金属容器,起到了屏蔽作用。
1.静电屏蔽的实质
静电屏蔽的实质是利用了静电感应现象,使金属壳内感应电荷的电场和外加电场矢量和为0,好像是金属壳将外电场“挡”在外面,即所谓的屏蔽作用,其实是壳内两种电场并存,矢量和为0。
2.静电屏蔽的两种情况
项目 导体外部电场不影响导体内部 接地导体内部的电场不影响导体外部
图示
项目 导体外部电场不影响导体内部 接地导体内部的电场不影响导体外部
实现 过程 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电场强度为0,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
最终 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 静电屏蔽是激发电场与感应电场叠加的结果,所以做静电屏蔽的材料只能是导体,不能是绝缘体
【例3】　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用绝缘棒从小孔中放入球壳内,但不与B接触,达到静电平衡后,则 (　 　)
A.B的空腔内电场强度为0
B.B不带电
C.B的外表面带正电
D.B的内表面带负电
D
【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,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,所以空腔内电场强度不为0,A错误。
处理静电屏蔽问题的注意点
(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,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。
【例4】　如图所示,将悬挂在绝缘细线上的带正电的小球A放在不带电的金属空心球C内(不与C的内壁接触),在C附近另外有一个悬挂在绝缘细线上的带负电的小球B,则(　 　)
A.A、B两球均不偏离竖直方向
B.A球不偏离竖直方向,B球向右偏离竖直方向
C.A球向左偏离竖直方向,B球不偏离竖直方向
D.A球向左偏离竖直方向,B球向右偏离竖直方向
B
【解析】　由于静电屏蔽,小球B的电场对A无影响,小球A不会偏离竖直方向;由于静电感应,空心球C的内表面带负电,外表面带正电,小球B和空心球C之间异种电荷相互吸引,小球B会偏离竖直方向向右靠近空心球C,A、C、D错误,B正确。
1.静电是如何产生的
两种不同的物体相互____可以起电,甚至干燥的空气与衣物____也会起电。摩擦起的电在能导电的物体上可迅速流失,而在不导电的绝缘体(如化纤、毛织物等物体)上就不会流失而形成____,并聚集起来,当达到一定的电压时就产生____现象,产生火花并发出声响。
要点三　静电的产生、应用和防止
摩擦
摩擦
静电
放电
2.静电的应用和防止
(1)静电的应用
利用静电的性质 应用举例
利用静电能____较小物体 静电复印、静电喷漆、静电喷雾、激光打印、静电除尘
利用高压产生的____ 静电保鲜、静电灭菌、农作物种子处理
利用放电产生物 氮合成氨
吸引
电场
(2)静电的防止
防止静电危害的基本办法是____________________,避免越积越多。
防止静电的途径主要有:
①避免________,例如,在可能情况下选用不易产生静电的材料。
②避免__________,产生的静电要设法导走,例如,增加空气湿度、接地等。
尽快把产生的静电导走
产生静电
静电的积累
为避免雷击,现代高层建筑的顶端都安装上避雷针,避雷针用粗导线与埋在地下的金属板连接,如图甲所示。图乙是古建筑的一角,上面有各种造型的动物。
你知道古建筑是如何安全引电避雷的吗
提示:在古建筑的屋顶、屋角设置各种造型,避雷针以动物头上的角须形式或巨兽的舌头向上探出的形式巧妙安装,另一端引入大地,从而起到避雷作用。
【例5】　(多选)对于下面几幅图所涉及的物理现象或原理,下列说法正确的是(　 　)
A.图甲中,该女生和带电的金属球带有同种性质的电荷
B.图乙为静电除尘装置的示意图,带负电的尘埃被收集在线状电离器B上
C.图丙中,燃气灶中电子点火器点火应用了尖端放电的原理
D.图丁中,两条优质的话筒线外面包裹着金属外衣,应用了静电屏蔽的原理
ACD
【解析】　题图甲中,该女生接触带电的金属球,与金属球带同种性质的电荷,A正确;题图乙中线状电离器B带负电,管壁A带正电,带负电的尘埃被收集在管壁A上,B错误;题图丙中,燃气灶中电子点火器点火应用了尖端放电的原理,C正确;金属外壳能产生静电屏蔽作用,两条优质的话筒线外面包裹着金属外衣应用了静电屏蔽的原理,D正确。
【例6】　(多选)静电的应用有多种,如静电除尘、静电喷漆、静电植绒、静电复印等,它们依据的原理都是让带电的物质粒子在静电力作用下奔向并吸附到电极上,静电喷漆的原理如图所示,则以下说法正确的是 (　 　)
A.在喷枪喷嘴与被喷涂工件之间有一强电场
B.涂料微粒一定带正电
C.涂料微粒一定带负电
D.涂料微粒可以带正电,也可以带负电
AC
【解析】　静电喷漆的原理就是让带电的涂料微粒在强电场的作用下被吸附到工件上,而达到喷漆的目的,A正确。由题图知,待喷漆工件带正电,所以涂料微粒应带负电,C正确。
即时演练 堂堂清
1.(多选)电力工作人员在几百万伏的高压线上进行带电作业时穿戴屏蔽服。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被拉破
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,体内的电场强度为0
D.电工穿上屏蔽服后,高压线在体内产生的电场强度为0
BC
解析:采用金属材料编织衣服,身穿这种衣服的人处于高压电场中时,人体外表面的衣服中会感应出电荷,使人体内合电场强度为0,从而保护人体免受高压电的伤害,A错误,B正确;电工穿上屏蔽服后,体内合电场强度为0,但高压线、感应电荷各自在体内产生的电场强度不为0,C正确,D错误。
2.(人教版教材P22练习与应用T2改编)在一次科学晚会上,一位老师表演了一个“魔术”:如图甲所示,两端开口的空塑料瓶中固定着一根铁锯条和一块金属片,把它们分别跟静电起电机的两极相连。图乙为塑料瓶俯视图。在塑料瓶里放一盘点燃的蚊香,很快就看见塑料瓶内烟雾缭绕。摇动起电机,顿时塑料瓶清澈透明,停止摇动,又是烟雾缭绕。当摇动起电机时,下列说法正确的是 (　 　)
A.室内的空气湿度越大,实验效果越好
B.若锯条接电源负极,金属片接正极,则这些烟尘附着在金属片上面
C.摇动起电机前,需先让烟尘颗粒带上电荷才能做成功
D.锯条附近的电场强度小于金属片附近的电场强度
B
解析:加大空气湿度,由于潮湿的空气易于导电,则起电机产生的静电不容易在铁锯条和金属片上积累,该实验不易成功,A错误;若锯条接电源负极,金属片接正极,而俘获电子的烟尘带负电,这些烟尘将附着在金属片上面,B正确;锯条和金属片周围的电场将空气电离,电离产生的电子让烟尘颗粒带电,不需先让烟尘颗粒带上电荷,C错误;根据电场的分布特点,尖端物体附近的电场线密集,所以瓶内存在的是辐射形的电场,不是匀强电场,锯条附近的电场强度大于金属片附近的电场强度,D错误。
3.如图所示,有一接地的导体球壳,球心处放一点电荷q,达到静电平衡时,则(　 　)
A.点电荷q的电荷量变化时,球壳外电场随之改变
B.点电荷q在球壳外产生的电场强度为0
C.球壳内空腔中各点的电场强度都为0
D.点电荷q与球壳内表面的电荷在壳外的合电场强度为0
D
解析:由于球壳接地,在静电平衡后,球壳外的电场强度为0,不随q的变化而发生变化,A错误;达到静电平衡状态后,q与球壳内表面的电荷在壳外的合电场强度为0,q单独在球壳外产生的电场强度不为0,B错误;导体球壳外表面接地,所以球壳外表面不带电,内表面带与q相反电性的电荷,当达到静电平衡状态后,q与球壳内表面的电荷在壳外的合电场强度为0,C错误,D正确。
4.如图为静电除尘示意图,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
B
解析:管内接通静电高压时,管内存在强电场,它使空气电离而产生电子和正离子。电子在静电力的作用下,向正极移动时,碰到烟尘微粒使它带负电。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,所以越靠近P,电场强度越强,A、C、D错误,B正确。
课时作业5
1.(5分)(人教版教材P20科学漫步拓展)如图所示,湖北武当山的主峰天柱峰屹立着一座光耀百里的金殿,全部为铜铸鎏金。雷雨交加时,金殿的屋顶常会出现盆大的火球,来回滚动。雨过天晴时,大殿金光灿灿,像被重新炼洗过一般,这就是人们所说的“雷火炼殿”奇观。已知电场强度超过3×106 N/C时,空气将被击穿发生放电。关于“雷火炼殿”,下列说法错误的是 (　 　)
A.带电乌云移到金殿上空时,金殿上表面会感应出与乌云电性相反的电荷
B.雷雨天气时,游客躲在殿内可以降低被雷电击中的可能性
C.雷雨天气时,金殿屋顶上曲率半径越大的地方,空气越容易被击穿
D.近年来金殿安装了避雷针,“雷火炼殿”的奇观消失了
C
解析:带电乌云移到金殿上空时,由于静电感应,金殿上表面会感应出与乌云电性相反的电荷,A正确;雷雨天气时,金殿处于电场中会达到静电平衡状态,金殿内部电场强度为0,所以游客躲在殿内可以降低被雷电击中的可能性,B正确;处于静电平衡的导体外表面越尖锐的地方电荷的密度(单位面积的电荷量)越大,雷雨天气时,金殿屋顶上曲率半径越大的地方表面越平整,电荷的密度越小,因此空气不容易被击穿,C错误;近年来金殿安装了避雷针,带电的积雨云接近金殿时,由于静电感应,避雷针带上与云层电性相反的电荷,通过尖端放电,中和空气中的电荷,达到避免雷击的目的,因此“雷火炼殿”的奇观消失了,D正确。
2.(5分)(多选)如图是某款家用空气净化器及其原理示意图,污浊空气通过过滤网后尘埃带电。图中充电极b、d接电源负极,集尘极a、c、e接电源正极(接地)。下列说法正确的是(　 　)
A.通过过滤网后空气中的尘埃带负电
B.尘埃在被吸附到集尘极e的过程中动能增大
C.c、d两个电极之间的电场方向竖直向上
D.尘埃被吸附到集尘极a的过程中所受静电力做负功
AB
解析:尘埃通过过滤网后被正极吸引,所以尘埃带负电,故A正确;尘埃在被吸附到集尘极e的过程中静电力做正功,动能增大,故B正确;因为充电极b、d接电源负极,集尘极a、c、e接电源正极,所以c、d两个电极之间的电场方向竖直向下,故C错误;尘埃被吸附到集尘极a的过程中所受静电力做正功,故D错误。
B
3. (5分)一个带绝缘底座的空心金属球A带有4×10-8 C的正电荷,上端开有适当小孔,有绝缘柄的金属小球B带有2×10-8 C的负电荷,使B球和A球内壁接触,如图所示,则A、B带电荷量分别为(　 　)
A.QA=10-8 C,QB=10-8 C
B.QA=2×10-8 C,QB=0
C.QA=0,QB=2×10-8 C
D.QA=4×10-8 C,QB=-2×10-8 C
解析:A、B接触达到静电平衡后,净电荷只分布在A的外表面上,故B正确。
4.(5分)下列金属壳放在光滑的绝缘水平垫上,不能起到屏蔽外电场或内电场作用的是(　 　)
解析:A图中,由于金属壳发生静电感应,内部电场强度为0,金属壳起到屏蔽外电场的作用;B图中金属壳同大地连为一体,同A一样,外壳起到屏蔽外电场的作用;C中电荷会使金属壳内外表面带电,外表面电荷会在壳外空间中产生电场,即金属壳不起屏蔽作用;D中将金属壳接地后,外表面不带电,壳外不产生电场,金属壳起屏蔽内电场的作用。故选C。
C
5. (5分)如图所示,在一电场强度为E的匀强电场中放有一个金属空心导体,图中a、b分别为金属导体内部与空腔中的两点,则 (　 　)
A.a、b两点的电场强度都为0
B.a点的电场强度为0,b点的电场强度不为0
C.a点的电场强度不为0,b点的电场强度为0
D.a、b两点的电场强度都不为0
解析:处于静电平衡状态的导体,其内部电场强度为0,即Ea=0;由于静电屏蔽,球内空腔的电场强度也为0,则Eb=0,故A正确。
A
6.(5分)(多选)如图所示,在绝缘板上放有一个不带电的验电器A和一个带正电荷的空腔导体B,下列实验方法中能使验电器金属箔片张开的是 (　 　)
A.用取电棒C(带绝缘柄的导体棒)先跟B的内壁接触一下后再跟A接触
B.用绝缘导线把验电器跟取电棒C的导体部分相连,再把取电棒与B的内壁接触
C.使验电器A靠近B,再用金属网罩罩住B
D.使验电器A靠近B,再用金属网罩罩住A
BC
解析:空腔导体B的电荷分布在外表面上,用取电棒C跟B的内壁接触,由于空腔导体B内壁不带电,所以C不带电,不会使验电器A的金属箔片张开,故A错误。用绝缘导线把验电器A跟取电棒C的导体部分相连,再把取电棒与B的内壁接触,验电器A、取电棒C、空腔导体B相当于一个新的导体,电荷分布在外表面,故验电器A会带上正电荷,因此验电器A的金属箔片会张开,故B正确。使验电器A靠近B,再用金属网罩罩住B,在金属网罩内表面感应出负电荷,外表面感应出正电荷,在金属网罩外仍有电场,由于静电感应,验电器A金属球带负电荷,金属箔片带正电荷,金属箔片会张开;如果用金属网罩罩住A,由于静电屏蔽,A不会有感应电荷,金属箔片不会张开,故C正确,D错误。
7. (10分)如图所示,接地金属球A的半径为R,球外点电荷的电荷量为Q,到球心的距离为r。金属球上的感应电荷在球心处产生的感应电场的大小为多少
解析:球外点电荷在球心处产生的电场强度大小E=k,球心处合电场强度为0,故感应电场的电场强度大小E'=E=k。
答案:k
8.(5分)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P点所激发的附加电场强度E'的方向在图中正确的是(　 　)
A
解析:由于金属圆盘处于静电平衡状态,金属圆盘内各点合电场强度为0,所以感应电荷的电场强度与点电荷的电场强度等大反向。又因为点电荷的电场沿P点与点电荷的连线指向点电荷,所以感应电荷产生的电场方向沿P点与点电荷的连线向外,A正确。
9.(5分)(多选)如图所示,在真空中把一原来不带电的绝缘导体向带负电的小球P缓缓靠近(不相碰),下列说法正确的是 (　 　)
A.B端的感应电荷越来越多
B.导体内电场强度越来越大
C.导体的感应电荷在M点产生的电场强度恒大于在N点产生的电场强度
D.导体的感应电荷在M、N两点产生的电场强度相等
AC
解析:在绝缘导体向带电小球移动的过程中,绝缘导体中自由电荷受到的外电场的作用力变大,使自由电荷不断定向移动,A正确;由于绝缘导体缓慢移动,所以移动过程中绝缘导体可视为总是处于静电平衡状态,其内部电场强度应等于0,B错误;要使绝缘导体内合电场强度等于0,感应电荷在M、N两点的电场强度应与带电小球P在M、N两点产生的电场强度大小相等、方向相反,由E=k可知,C正确,D错误。
10. (5分)如图所示,把一个架在绝缘支架上的枕形导体放在正点电荷形成的电场中,导体处于静电平衡状态。下列说法正确的是 (　 　)
A.导体内部A点的电场强度大于B点的电场强度
B.感应电荷在A、B两点产生的附加电场强度EA=EB
C.感应电荷在A、B两点产生的附加电场强度EAD.当开关S闭合时,电子从大地沿导线向导体移动
D
解析:枕形导体在正点电荷附近,出现静电感应现象,导致电荷重新分布,因此在枕形导体内部感应电荷的电场与正点电荷的电场叠加,静电平衡时,导体内部电场强度处处为0,A错误;导体内部的电场强度处处为0,所以感应电荷产生的附加电场强度的大小与正点电荷产生的电场强度的大小相等,方向相反,故EA>EB,B、C错误;当开关S闭合时,电子从大地沿导线向导体移动,D正确。
11.(5分)(多选)滚筒式静电分选器由料斗A,导板B,导体滚筒C,刮板D,料槽E、F和放电针G等部件组成,C与G分别接于直流高压电源的正负极,并令C接地,如图所示,电源电压很高,足以使放电针G附近的空气发生电离并产生大量离子。现在导电性能不同的两种物质粉粒a、b混合物从料斗A下落,沿导板B到达转动的滚筒C上,粉粒a具有良好的导电性,粉粒b具有良好的绝缘性,下列说法正确的是 (　 　)
A.粉粒a落入料槽F,粉粒b落入料槽E
B.粉粒b落入料槽F,粉粒a落入料槽E
C.若滚筒C不接地而放电针G接地,实际工作中,这是不允许的
D.若滚筒C不接地而放电针G接地,实际工作中,这是允许的
AC
解析:粉粒a具有良好的导电性,带电后到达C与正电荷中和,在重力作用下落入料槽F,粉粒b具有良好的绝缘性,带电后到达C,在D的作用下落入料槽E,故A正确,B错误;为了安全避免触电事故发生,电源的正极要接地,故C正确,D错误。
12. (5分)如图所示,一块光滑铁板水平放置,在铁板上方高为h处依次有电荷量为+Q和电荷量为-Q的两个点电荷,一个带电荷量为+q的绝缘小球从铁板的左端以初速度v0向右运动,并一直沿着铁板表面到达铁板的右端,则在小球通过铁板的过程中 (　 　)
A.先减速运动,后加速运动
B.先加速运动,后减速运动
C.先减速运动,后加速运动,再减速运动
D.一直匀速运动
D
解析:因为铁板处于静电平衡状态,因此铁板表面附近的电场强度与铁板处处垂直,小球在水平方向上不受力,因此一直以速度v0做匀速运动,D正确。
本课结束第4节　静电的防止与利用
课程要求 学科素养
了解生产生活中关于静电的利用与防护 物理观念 知道静电平衡、静电屏蔽、尖端放电的概念
科学思维 理解静电平衡的形成过程。会根据静电平衡条件求解感应电荷产生的电场强度
科学态度 与责任 了解静电在生活中的应用与防止现象。如静电除尘、静电喷漆和静电复印的原理,静电屏蔽的应用等
要点一　静电平衡　尖端放电
一、静电平衡
1.静电平衡状态:导体在电场中发生静电感应现象时,感应电荷的电场与原电场叠加,使导体内部电场减弱,直至为0,导体内部自由电子不再发生定向移动的状态。
2.处于静电平衡状态的导体的特征:内部的电场强度处处为0。
二、尖端放电
1.电离:在导体外表面,越尖锐的位置,电荷的密度越大,周围的电场强度越大,在一定条件下,导体尖端周围的强电场足以使空气中残留的带电粒子发生剧烈运动,并与空气分子碰撞从而使空气分子中的正负电荷分离的现象。
2.尖端放电:导体尖端的强电场使附近的空气电离,电离后的异种离子与尖端的电荷中和,相当于导体从尖端失去电荷的现象。
3.尖端放电的应用与防止
(1)应用:避雷针是利用尖端放电避免雷击的一种设施。
(2)防止:高压设备中导体的表面尽量光滑,减少电能的损失。
如图所示,不带电的金属导体放到电场中,导体内的自由电子将发生定向移动,使导体两端出现等量异种电荷。
请思考下列问题:
(1)自由电子定向移动的原因是什么 定向移动的方向如何
(2)自由电子能否一直定向移动 为什么
提示:(1)自由电子受外加电场的静电力作用而定向移动;向着与电场相反的方向定向移动。
(2)不能。感应电荷产生的电场与外加电场反向,阻碍自由电子的定向移动,当这两个电场电场强度大小相等时,自由电子的定向移动终止。
1.静电平衡的形成
(1)自由电荷的移动:导体刚放入电场中的瞬间,导体中的自由电荷受静电力F的作用,产生定向运动(如图甲),同时在导体中产生一个附加电场E'(如图乙),使自由电荷又受静静电力F'的作用,F和F'方向相反。
(2)电场叠加:当E=E'时,导体内合电场强度为0(如图丙),自由电荷受合力也为0,这时导体中无电荷定向移动,即达到了静电平衡状态。
(3)结论:处于静电平衡的导体内部电场强度处处为0。
2.静电平衡时导体的特点
(1)处于静电平衡状态的导体内部电场强度处处为0。导体内部电场强度为0指的是外部电场和附加电场的合电场强度为0,其效果相互抵消。
(2)导体表面任一点的电场强度方向与该处的表面垂直。
(3)净电荷只分布在导体的外表面上。
(4)对于一孤立的带电体,可视为导体处于自己所带电荷的电场之中,达到静电平衡时,也有两个基本特点:
①导体内部的电场强度处处为0;
②导体所带电荷只能分布在导体的外表面上。
【例1】　如图所示,不带电的金属棒AB长为L,O为AB的中点,在距离A点为R的C点处放一带电荷量为Q的正点电荷,C与AB在一条直线上。则(　C　)
A.金属棒上A端感应出正电荷
B.金属棒上感应电荷在O点处产生的电场强度为0
C.金属棒上感应电荷在O点产生的电场强度大小为k
D.若将A端接地,金属棒将带上正电荷
【解析】　C点处放一带电荷量为Q的正点电荷,则金属棒上A端感应出负电荷,A错误;金属棒内各点的电场强度为0,棒上感应电荷在棒内中点O产生的电场强度与C点的正点电荷在该处产生的电场强度大小相等,方向相反,则感应电荷在O点产生的电场强度大小为E=k,B错误,C正确;若将A端接地,大地上的电子转移到金属棒上,金属棒将带上负电荷,D错误。
求处于静电平衡状态的导体的感应电荷产生的电场强度的方法
(1)先求出外电场电场强度E外的大小和方向。
(2)由于导体处于静电平衡状态,则满足静电平衡条件E合=0。
(3)由E外+E感=0,求出感应电场E感的大小和方向。
【例2】　如图所示,较厚的空腔导体中有一个正电荷,图中a、b、c、d各点的电场强度大小关系为(　B　)
A.Ea>Eb>Ec>Ed
B.Ea>Ec>Ed>Eb
C.Ea>Ec=Ed>Eb
D.Ea【解析】　当静电平衡时,空腔导体内壁感应出负电荷,外表面感应出正电荷,画出电场线的分布如图,由于a处电场线较密,c处电场线较疏,d处电场线更疏,b处电场强度为0,则Ea>Ec>Ed>Eb,B正确,A、C、D错误。
要点二　静电屏蔽　静电吸附
1.静电屏蔽
(1)定义:静电平衡时,导体壳内空腔里的电场强度处处为0,外电场对壳内的仪器不会产生影响。
(2)应用
①把电学仪器放在封闭的金属壳或金属网里。
②野外三条输电线上方架设两条导线,与大地相连,形成一个稀疏的金属“网”,把高压输电线屏蔽起来。
2.静电吸附
(1)定义:在电场中,带电粒子受到静电力的作用,向着电极运动,最后被吸附在电极上的现象。
(2)应用:静电除尘、静电喷漆、静电复印。
电梯是什么材质的,能否被看成金属容器 小王刚搬了新家,可每次进入电梯里手机总打不通,这是为什么
提示:电梯是用不锈钢板做成的,可以看成金属容器。电梯可以看成金属容器,起到了屏蔽作用。
1.静电屏蔽的实质
静电屏蔽的实质是利用了静电感应现象,使金属壳内感应电荷的电场和外加电场矢量和为0,好像是金属壳将外电场“挡”在外面,即所谓的屏蔽作用,其实是壳内两种电场并存,矢量和为0。
2.静电屏蔽的两种情况
项目 导体外部电场不影响导体内部 接地导体内部的电场不影响导体外部
图示
实现 过程 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电场强度为0,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
最终 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 静电屏蔽是激发电场与感应电场叠加的结果,所以做静电屏蔽的材料只能是导体,不能是绝缘体
【例3】　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用绝缘棒从小孔中放入球壳内,但不与B接触,达到静电平衡后,则 (　D　)
A.B的空腔内电场强度为0
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,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,所以空腔内电场强度不为0,A错误。
处理静电屏蔽问题的注意点
(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,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。
【例4】　如图所示,将悬挂在绝缘细线上的带正电的小球A放在不带电的金属空心球C内(不与C的内壁接触),在C附近另外有一个悬挂在绝缘细线上的带负电的小球B,则(　B　)
A.A、B两球均不偏离竖直方向
B.A球不偏离竖直方向,B球向右偏离竖直方向
C.A球向左偏离竖直方向,B球不偏离竖直方向
D.A球向左偏离竖直方向,B球向右偏离竖直方向
【解析】　由于静电屏蔽,小球B的电场对A无影响,小球A不会偏离竖直方向;由于静电感应,空心球C的内表面带负电,外表面带正电,小球B和空心球C之间异种电荷相互吸引,小球B会偏离竖直方向向右靠近空心球C,A、C、D错误,B正确。
要点三　静电的产生、应用和防止
1.静电是如何产生的
两种不同的物体相互摩擦可以起电,甚至干燥的空气与衣物摩擦也会起电。摩擦起的电在能导电的物体上可迅速流失,而在不导电的绝缘体(如化纤、毛织物等物体)上就不会流失而形成静电,并聚集起来,当达到一定的电压时就产生放电现象,产生火花并发出声响。
2.静电的应用和防止
(1)静电的应用
利用静电的性质 应用举例
利用静电能吸引较小物体 静电复印、静电喷漆、静电喷雾、激光打印、静电除尘
利用高压产生的电场 静电保鲜、静电灭菌、农作物种子处理
利用放电产生物 氮合成氨
(2)静电的防止
防止静电危害的基本办法是尽快把产生的静电导走,避免越积越多。
防止静电的途径主要有:
①避免产生静电,例如,在可能情况下选用不易产生静电的材料。
②避免静电的积累,产生的静电要设法导走,例如,增加空气湿度、接地等。
为避免雷击,现代高层建筑的顶端都安装上避雷针,避雷针用粗导线与埋在地下的金属板连接,如图甲所示。图乙是古建筑的一角,上面有各种造型的动物。
你知道古建筑是如何安全引电避雷的吗
提示:在古建筑的屋顶、屋角设置各种造型,避雷针以动物头上的角须形式或巨兽的舌头向上探出的形式巧妙安装,另一端引入大地,从而起到避雷作用。
【例5】　(多选)对于下面几幅图所涉及的物理现象或原理,下列说法正确的是(　ACD　)
A.图甲中,该女生和带电的金属球带有同种性质的电荷
B.图乙为静电除尘装置的示意图,带负电的尘埃被收集在线状电离器B上
C.图丙中,燃气灶中电子点火器点火应用了尖端放电的原理
D.图丁中,两条优质的话筒线外面包裹着金属外衣,应用了静电屏蔽的原理
【解析】　题图甲中,该女生接触带电的金属球,与金属球带同种性质的电荷,A正确;题图乙中线状电离器B带负电,管壁A带正电,带负电的尘埃被收集在管壁A上,B错误;题图丙中,燃气灶中电子点火器点火应用了尖端放电的原理,C正确;金属外壳能产生静电屏蔽作用,两条优质的话筒线外面包裹着金属外衣应用了静电屏蔽的原理,D正确。
【例6】　(多选)静电的应用有多种,如静电除尘、静电喷漆、静电植绒、静电复印等,它们依据的原理都是让带电的物质粒子在静电力作用下奔向并吸附到电极上,静电喷漆的原理如图所示,则以下说法正确的是 (　AC　)
A.在喷枪喷嘴与被喷涂工件之间有一强电场
B.涂料微粒一定带正电
C.涂料微粒一定带负电
D.涂料微粒可以带正电,也可以带负电
【解析】　静电喷漆的原理就是让带电的涂料微粒在强电场的作用下被吸附到工件上,而达到喷漆的目的,A正确。由题图知,待喷漆工件带正电,所以涂料微粒应带负电,C正确。
1.(多选)电力工作人员在几百万伏的高压线上进行带电作业时穿戴屏蔽服。屏蔽服是用导电金属材料与纺织纤维混纺交织成布后做成的服装。下列说法正确的是 (　BC　)
A.采用金属材料编织衣服的目的是使衣服不易被拉破
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,体内的电场强度为0
D.电工穿上屏蔽服后,高压线在体内产生的电场强度为0
解析:采用金属材料编织衣服,身穿这种衣服的人处于高压电场中时,人体外表面的衣服中会感应出电荷,使人体内合电场强度为0,从而保护人体免受高压电的伤害,A错误,B正确;电工穿上屏蔽服后,体内合电场强度为0,但高压线、感应电荷各自在体内产生的电场强度不为0,C正确,D错误。
2.(人教版教材P22练习与应用T2改编)在一次科学晚会上,一位老师表演了一个“魔术”:如图甲所示,两端开口的空塑料瓶中固定着一根铁锯条和一块金属片,把它们分别跟静电起电机的两极相连。图乙为塑料瓶俯视图。在塑料瓶里放一盘点燃的蚊香,很快就看见塑料瓶内烟雾缭绕。摇动起电机,顿时塑料瓶清澈透明,停止摇动,又是烟雾缭绕。当摇动起电机时,下列说法正确的是 (　B　)
A.室内的空气湿度越大,实验效果越好
B.若锯条接电源负极,金属片接正极,则这些烟尘附着在金属片上面
C.摇动起电机前,需先让烟尘颗粒带上电荷才能做成功
D.锯条附近的电场强度小于金属片附近的电场强度
解析:加大空气湿度,由于潮湿的空气易于导电,则起电机产生的静电不容易在铁锯条和金属片上积累,该实验不易成功,A错误;若锯条接电源负极,金属片接正极,而俘获电子的烟尘带负电,这些烟尘将附着在金属片上面,B正确;锯条和金属片周围的电场将空气电离,电离产生的电子让烟尘颗粒带电,不需先让烟尘颗粒带上电荷,C错误;根据电场的分布特点,尖端物体附近的电场线密集,所以瓶内存在的是辐射形的电场,不是匀强电场,锯条附近的电场强度大于金属片附近的电场强度,D错误。
3.如图所示,有一接地的导体球壳,球心处放一点电荷q,达到静电平衡时,则(　D　)
A.点电荷q的电荷量变化时,球壳外电场随之改变
B.点电荷q在球壳外产生的电场强度为0
C.球壳内空腔中各点的电场强度都为0
D.点电荷q与球壳内表面的电荷在壳外的合电场强度为0
解析:由于球壳接地,在静电平衡后,球壳外的电场强度为0,不随q的变化而发生变化,A错误;达到静电平衡状态后,q与球壳内表面的电荷在壳外的合电场强度为0,q单独在球壳外产生的电场强度不为0,B错误;导体球壳外表面接地,所以球壳外表面不带电,内表面带与q相反电性的电荷,当达到静电平衡状态后,q与球壳内表面的电荷在壳外的合电场强度为0,C错误,D正确。
4.如图为静电除尘示意图,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(　B　)
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
解析:管内接通静电高压时,管内存在强电场,它使空气电离而产生电子和正离子。电子在静电力的作用下,向正极移动时,碰到烟尘微粒使它带负电。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,所以越靠近P,电场强度越强,A、C、D错误,B正确。
课时作业5
(总分:65分)
1.(5分)(人教版教材P20科学漫步拓展)如图所示,湖北武当山的主峰天柱峰屹立着一座光耀百里的金殿,全部为铜铸鎏金。雷雨交加时,金殿的屋顶常会出现盆大的火球,来回滚动。雨过天晴时,大殿金光灿灿,像被重新炼洗过一般,这就是人们所说的“雷火炼殿”奇观。已知电场强度超过3×106 N/C时,空气将被击穿发生放电。关于“雷火炼殿”,下列说法错误的是 (　C　)
A.带电乌云移到金殿上空时,金殿上表面会感应出与乌云电性相反的电荷
B.雷雨天气时,游客躲在殿内可以降低被雷电击中的可能性
C.雷雨天气时,金殿屋顶上曲率半径越大的地方,空气越容易被击穿
D.近年来金殿安装了避雷针,“雷火炼殿”的奇观消失了
解析:带电乌云移到金殿上空时,由于静电感应,金殿上表面会感应出与乌云电性相反的电荷,A正确;雷雨天气时,金殿处于电场中会达到静电平衡状态,金殿内部电场强度为0,所以游客躲在殿内可以降低被雷电击中的可能性,B正确;处于静电平衡的导体外表面越尖锐的地方电荷的密度(单位面积的电荷量)越大,雷雨天气时,金殿屋顶上曲率半径越大的地方表面越平整,电荷的密度越小,因此空气不容易被击穿,C错误;近年来金殿安装了避雷针,带电的积雨云接近金殿时,由于静电感应,避雷针带上与云层电性相反的电荷,通过尖端放电,中和空气中的电荷,达到避免雷击的目的,因此“雷火炼殿”的奇观消失了,D正确。
2.(5分)(多选)如图是某款家用空气净化器及其原理示意图,污浊空气通过过滤网后尘埃带电。图中充电极b、d接电源负极,集尘极a、c、e接电源正极(接地)。下列说法正确的是(　AB　)
A.通过过滤网后空气中的尘埃带负电
B.尘埃在被吸附到集尘极e的过程中动能增大
C.c、d两个电极之间的电场方向竖直向上
D.尘埃被吸附到集尘极a的过程中所受静电力做负功
解析:尘埃通过过滤网后被正极吸引,所以尘埃带负电,故A正确;尘埃在被吸附到集尘极e的过程中静电力做正功,动能增大,故B正确;因为充电极b、d接电源负极,集尘极a、c、e接电源正极,所以c、d两个电极之间的电场方向竖直向下,故C错误;尘埃被吸附到集尘极a的过程中所受静电力做正功,故D错误。
3. (5分)一个带绝缘底座的空心金属球A带有4×10-8 C的正电荷,上端开有适当小孔,有绝缘柄的金属小球B带有2×10-8 C的负电荷,使B球和A球内壁接触,如图所示,则A、B带电荷量分别为(　B　)
A.QA=10-8 C,QB=10-8 C
B.QA=2×10-8 C,QB=0
C.QA=0,QB=2×10-8 C
D.QA=4×10-8 C,QB=-2×10-8 C
解析:A、B接触达到静电平衡后,净电荷只分布在A的外表面上,故B正确。
4.(5分)下列金属壳放在光滑的绝缘水平垫上,不能起到屏蔽外电场或内电场作用的是(　C　)
解析:A图中,由于金属壳发生静电感应,内部电场强度为0,金属壳起到屏蔽外电场的作用;B图中金属壳同大地连为一体,同A一样,外壳起到屏蔽外电场的作用;C中电荷会使金属壳内外表面带电,外表面电荷会在壳外空间中产生电场,即金属壳不起屏蔽作用;D中将金属壳接地后,外表面不带电,壳外不产生电场,金属壳起屏蔽内电场的作用。故选C。
5. (5分)如图所示,在一电场强度为E的匀强电场中放有一个金属空心导体,图中a、b分别为金属导体内部与空腔中的两点,则 (　A　)
A.a、b两点的电场强度都为0
B.a点的电场强度为0,b点的电场强度不为0
C.a点的电场强度不为0,b点的电场强度为0
D.a、b两点的电场强度都不为0
解析:处于静电平衡状态的导体,其内部电场强度为0,即Ea=0;由于静电屏蔽,球内空腔的电场强度也为0,则Eb=0,故A正确。
6.(5分)(多选)如图所示,在绝缘板上放有一个不带电的验电器A和一个带正电荷的空腔导体B,下列实验方法中能使验电器金属箔片张开的是 (　BC　)
A.用取电棒C(带绝缘柄的导体棒)先跟B的内壁接触一下后再跟A接触
B.用绝缘导线把验电器跟取电棒C的导体部分相连,再把取电棒与B的内壁接触
C.使验电器A靠近B,再用金属网罩罩住B
D.使验电器A靠近B,再用金属网罩罩住A
解析:空腔导体B的电荷分布在外表面上,用取电棒C跟B的内壁接触,由于空腔导体B内壁不带电,所以C不带电,不会使验电器A的金属箔片张开,故A错误。用绝缘导线把验电器A跟取电棒C的导体部分相连,再把取电棒与B的内壁接触,验电器A、取电棒C、空腔导体B相当于一个新的导体,电荷分布在外表面,故验电器A会带上正电荷,因此验电器A的金属箔片会张开,故B正确。使验电器A靠近B,再用金属网罩罩住B,在金属网罩内表面感应出负电荷,外表面感应出正电荷,在金属网罩外仍有电场,由于静电感应,验电器A金属球带负电荷,金属箔片带正电荷,金属箔片会张开;如果用金属网罩罩住A,由于静电屏蔽,A不会有感应电荷,金属箔片不会张开,故C正确,D错误。
7. (10分)如图所示,接地金属球A的半径为R,球外点电荷的电荷量为Q,到球心的距离为r。金属球上的感应电荷在球心处产生的感应电场的大小为多少
答案:k
解析:球外点电荷在球心处产生的电场强度大小E=k,球心处合电场强度为0,故感应电场的电场强度大小E'=E=k。
8.(5分)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P点所激发的附加电场强度E'的方向在图中正确的是 (　A　)
解析:由于金属圆盘处于静电平衡状态,金属圆盘内各点合电场强度为0,所以感应电荷的电场强度与点电荷的电场强度等大反向。又因为点电荷的电场沿P点与点电荷的连线指向点电荷,所以感应电荷产生的电场方向沿P点与点电荷的连线向外,A正确。
9.(5分)(多选)如图所示,在真空中把一原来不带电的绝缘导体向带负电的小球P缓缓靠近(不相碰),下列说法正确的是 (　AC　)
A.B端的感应电荷越来越多
B.导体内电场强度越来越大
C.导体的感应电荷在M点产生的电场强度恒大于在N点产生的电场强度
D.导体的感应电荷在M、N两点产生的电场强度相等
解析:在绝缘导体向带电小球移动的过程中,绝缘导体中自由电荷受到的外电场的作用力变大,使自由电荷不断定向移动,A正确;由于绝缘导体缓慢移动,所以移动过程中绝缘导体可视为总是处于静电平衡状态,其内部电场强度应等于0,B错误;要使绝缘导体内合电场强度等于0,感应电荷在M、N两点的电场强度应与带电小球P在M、N两点产生的电场强度大小相等、方向相反,由E=k可知,C正确,D错误。
10. (5分)如图所示,把一个架在绝缘支架上的枕形导体放在正点电荷形成的电场中,导体处于静电平衡状态。下列说法正确的是 (　D　)
A.导体内部A点的电场强度大于B点的电场强度
B.感应电荷在A、B两点产生的附加电场强度EA=EB
C.感应电荷在A、B两点产生的附加电场强度EAD.当开关S闭合时,电子从大地沿导线向导体移动
解析:枕形导体在正点电荷附近,出现静电感应现象,导致电荷重新分布,因此在枕形导体内部感应电荷的电场与正点电荷的电场叠加,静电平衡时,导体内部电场强度处处为0,A错误;导体内部的电场强度处处为0,所以感应电荷产生的附加电场强度的大小与正点电荷产生的电场强度的大小相等,方向相反,故EA>EB,B、C错误;当开关S闭合时,电子从大地沿导线向导体移动,D正确。
11.(5分)(多选)滚筒式静电分选器由料斗A,导板B,导体滚筒C,刮板D,料槽E、F和放电针G等部件组成,C与G分别接于直流高压电源的正负极,并令C接地,如图所示,电源电压很高,足以使放电针G附近的空气发生电离并产生大量离子。现在导电性能不同的两种物质粉粒a、b混合物从料斗A下落,沿导板B到达转动的滚筒C上,粉粒a具有良好的导电性,粉粒b具有良好的绝缘性,下列说法正确的是 (　AC　)
A.粉粒a落入料槽F,粉粒b落入料槽E
B.粉粒b落入料槽F,粉粒a落入料槽E
C.若滚筒C不接地而放电针G接地,实际工作中,这是不允许的
D.若滚筒C不接地而放电针G接地,实际工作中,这是允许的
解析:粉粒a具有良好的导电性,带电后到达C与正电荷中和,在重力作用下落入料槽F,粉粒b具有良好的绝缘性,带电后到达C,在D的作用下落入料槽E,故A正确,B错误;为了安全避免触电事故发生,电源的正极要接地,故C正确,D错误。
12. (5分)如图所示,一块光滑铁板水平放置,在铁板上方高为h处依次有电荷量为+Q和电荷量为-Q的两个点电荷,一个带电荷量为+q的绝缘小球从铁板的左端以初速度v0向右运动,并一直沿着铁板表面到达铁板的右端,则在小球通过铁板的过程中 (　D　)
A.先减速运动,后加速运动
B.先加速运动,后减速运动
C.先减速运动,后加速运动,再减速运动
D.一直匀速运动
解析:因为铁板处于静电平衡状态,因此铁板表面附近的电场强度与铁板处处垂直,小球在水平方向上不受力,因此一直以速度v0做匀速运动,D正确。

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