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2020-2021学年高二物理：静电现象的应用专题训练题组1对静电平衡特点的理解1.当导体达到静电平衡时，场强方向的特征是（）A.外电场E0消失B.感应电荷产生的附加电场E′为零C.导体内部的合电场E为零D.导体表面和内部的合电场均为零【答案】C【解析】静电平衡的导体感应场强与原场强大小相等、方向相反、合电场为零.2.一个半径为r，带正电的实心金属球球心在x轴上的O点，金属球在周围空间产生静电场，则其电势φ在x轴上的分布情况正确的是（）A.B.C.D.【答案】B【解析】取无穷远处电势为零，则正电荷周围的电势均为正值，选项D可排除；实心金属球本身是一个等势体，选项C排除；电势描述的是电场强度变化的快慢，因为x越大，电场强度减小得越慢，所以随x的增大而减小，选项A错误，B正确.3.如图所示，正电荷Q均匀分布在半径为r的金属球面上，沿x轴上各点的电场强度大小和电势分别用E和φ表示.选取无穷远处电势为零，下列关于x轴上各点电场强度的大小E或电势φ随位置x的变化关系图，正确的是（）A.B.C.D.【答案】C【解析】金属球是一个等势体，等势体内部的场强处处为0，故A错误，B错误；金属球是一个等势体，等势体内部的电势处处相等，故C正确，D错误.4.如图所示，一块光滑铁板水平放置，在铁板上方高为h处依次有带电量为＋Q和带电量为－Q的两个点电荷，一个带电量为＋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，后加速B.先加速，后减速C.先减速，后加速，再减速D.一直匀速【答案】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，因此一直以初速度v0做匀速运动.5.如图所示，一个带正电的粒子先后分别沿1、2、3、4条不同路径到达同一带负电的导体上（导体与地绝缘），电场力对该带电粒子做功分别为W1、W2、W3和W4，则它们间的关系正确的是（）A.W1＞W2＞W3＞W4B.W1＞W2＝W3＞W4C.W1＜W2＝W3＜W4D.W1＝W2＝W3＝W4【答案】D【解析】带负电的导体上表面是个等势体，在四个过程，始末两点的位置电势相同，电场力做功的值只跟始末两点的位置的电势差有关，而和所经过的路径的形状完全无关.所以W1＝W2＝W3＝W4.故选D.6.如图所示，将两不带电的绝缘导体AB、CD放在带负电的导体Q的附近，达到静电平衡状态后，下列说法正确的是（）A.用导线连接A、B两端，连通瞬间有电流通过导线，方向由A到BB.用导线连接A、C两端，连通瞬间没有电流通过导线C.用导线连接A、D两端，连通瞬间有电流通过导线，方向由A到DD.用导线连接B、C两端，连通瞬间有电流通过导线，方向由C到B【答案】D【解析】根据静电感应规律可以判断枕形导体A端带正电荷，B端带负电荷.处于静电平衡的导体是等势体，用导线连接A、B两端，连通瞬间没有电流通过导线，故A错误；根据沿着电场线的方向，电势降低可知，导体AB的电势低于CD的电势，当用导线连接A、C两端，连通瞬间有电子从AB流向CD，有电流通过导线，故B错误；处于静电平衡的整个导体是等势体，AB的电势低于CD的电势，当用导线连接A、D两端时，电子从A流向D，导线中电流方向由D到A；当用导线连接B、C两端时，导线中电子从B流向C，连通瞬间有电流通过导线，方向由C到B，故C错误，D正确.7.一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＝φBB.φB＝φCC.EA＝EBD.EB＝EC【答案】B【解析】由于空心导体为等势体，所以φB＝φC，选项A错、B对；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，选项C、D错.8.（多选）导体处于静电平衡时，下列说法正确的是（）A.导体内部没有电场B.导体内部没有电荷，电荷只分布在导体的外表面C.导体内部没有电荷的运动D.以上说法均不正确【答案】ABC9.（多选）如图所示为一正点电荷M和一金属板N形成的电场线，a、b、c为电场中的三点，则下列说法正确的是（）A.a、c两点的电场强度大小关系为Ea＞EcB.a、b两点的电势关系为φa＜φbC.一负点电荷在a点处的电势能大于它在b点处的电势能D.若将某正点电荷由a点移到c点，电场力做正功【答案】AD【解析】电场线密的地方电场强度大，电场线疏的地方电场强度小，则a、c两点的电场强度大小关系为Ea＞Ec，所以A正确.沿电场方向电势降低，所以a点电势比b点的电势高，所以B错误.由图可知，负点电荷从a到b过程中，电场力做负功，电势能增加，即在a点处的电势能小于它在b点处的电势能，所以C错误.由图可判断，正点电荷由电势高的a点移到电势低的c点，电场力做正功，粒子的电势能逐渐减小，所以D正确.10.（多选）如图所示，在水平放置的光滑金属板中心正上方有一带正电的点电荷Q，另一表面绝缘、带正电的金属小球（可视为质点，且不影响原电场）自左以初速度v0在金属板上向右运动，在运动过程中（）A.小球先做减速后做加速运动B.小球做匀速直线运动C.小球受到的静电力对小球先做负功，后做正功D.小球受到的静电力对小球做功为零【答案】BD【解析】金属板在Q的电场中达到静电平衡时，金属板是一个等势体，表面是一个等势面，表面的电场线与表面垂直，小球所受电场力与金属板表面垂直，在金属板上向右运动的过程中，电场力不做功，根据动能定理得知，小球的动能不变，速度不变，所以小球做匀速直线运动.故A错误，B正确.由于电场力与小球的速度方向垂直，电场力对小球不做功.故C错误，D正确.11.（多选）如图所示，A、B为两个带等量异种电荷的金属球，将两根不带电的金属棒C、D放在两球之间，则下列叙述正确的是（）A.C棒的电势一定高于D棒的电势B.若用导线将C棒的x端与D棒的y端连接起来的瞬间，将有从y流向x的电子流C.若将B球接地，B所带的负电荷全部流入大地D.若将B球接地，B所带的负电荷还将保留一部分【答案】ABD【解析】由图所示的电场线方向可知A、B、C、D的电势高低为φA＞φC＞φD＞φB.当用导线将C棒的x端与D棒的y端连接的瞬间，将有自由电子从电势低的D棒流向电势高的C棒，这时C与D已通过导线连接为一个导体了，静电平衡后，它们的电势相等，C的x端仍带负电，D的y端仍带正电，而C的右端及D的左端均不带电，即C右端的正电荷与D左端的负电荷中和掉了.当将B球接地时，一部分自由电子从低于大地电势的B球上流向大地，而一部分电子受到D棒y端正电荷的吸引而保留在靠近y端的近端处，如果把带正电的A球移走，接地的B球上的负电荷才全部流入大地.故选A、B、D.12.（多选）如图所示，将原来不带电的绝缘导体AB，置于带正电的点电荷C所形成的电场中，规定大地或无穷远处的电势为零，则有（）A.绝缘导体上A、B两点的电势相等，且低于大地的电势B.绝缘导体上的感应电荷在导体内部一点D产生的场强大小等于点电荷C在D点产生场强的大小C.有电场线终止在绝缘导体的表面上，且与导体表面垂直D.如果用手指瞬间接触导体AB后再把C移走，则导体AB带上正电荷【答案】BC【解析】静电平衡时，绝缘导体上A、B两点的电势相等.电场线从C到导体，再到无穷远，所以导体的电势高于大地的电势.故A错误.静电平衡时，导体内部D点的合场强为零，说明感应电荷在导体内部一点D产生的场强大小等于点电荷C在D点产生场强的大小.故B正确.导体左端表面感应出负电荷，右端表面感应出正电荷，电场线从点电荷C出发到导体终止，而且电场线与导体表面垂直.故C正确.用手指瞬间接触导体AB后，大地上的电子转移到导体上，将导体右端正电荷中和，再把C移走，则导体AB带上负电荷.故D错误.13.（多选）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.A、B两点场强相等，且都为零B.A、B两点的场强不相等C.感应电荷产生的附加场强大小是|EA|＜|EB|D.当开关K闭合时，电子从大地沿导线向导体移动【答案】AD【解析】枕形导体在点电荷附近，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出现感应电荷的电场，正好与点电荷的电场叠加，内部电场强度处处为零，故A正确、B错误.点电荷产生的电场在A点的场强大于在B点的场强，在枕形导体内部出现感应电荷的电场，正好与点电荷的电场叠加，叠加后电场为零，所以感应电荷产生的附加电场EA＞EB，故C错误.当开关K闭合时，电子从大地沿导线移向导体中和枕形导体右端的正电荷，相当于右端正电荷流向远端，故D正确.14.（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【答案】BC【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，选项B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，选项C正确.15.图中金属球A的半径为R，电荷量为Q，点电荷B的电荷量为q.B与A球的球心间的距离为r，当B不存在而只有A存在且达到静电平衡时，电荷Q在球心O处的电场强度等于________，这是因为________，当点电荷B也同时存在并达到静电平衡时，球心O处的电场强度等于________，金属球上的电荷在球心O处产生的电场强度大小等于________，这是因为________.【答案】0处于静电平衡状态的导体内部电场强度处处为零0k导体要处于静电平衡状态，其内部电场强度必处处为零【解析】金属球A处于静电平衡状态时，内部电场强度处处为零，由于点电荷B在球心O处的电场强度大小为k，根据电场强度叠加原理，（重新分布后的）金属球上的电荷在球心O处产生的电场强度大小必为k.16.如图所示，在不带电的半径为R的导体球附近一点A处，从无穷远处移来一点电荷，点电荷的电荷量为＋q，若A点到球面的距离为L，当达到静电平衡时，导体球上的感应电荷在球心O处产生的场强大小等于多少？其方向如何？【答案】k由O指向A【解析】点电荷＋q在球心处产生的电场的场强大小E＝k，方向由A指向O，则球面上感应电荷在球心O处产生的电场场强大小E′＝E＝k，方向由O指向A.题组2静电平衡导体的电荷分布17.如图所示，带电体Q靠近一个接地空腔正方体导体，空腔里面无电荷，达到静电平衡后，下列物理量中不等于零的是（）A.导体空腔内任意点的场强B.导体空腔内任意点的电势C.导体外表面的电荷量D.导体空腔内表面的电荷量【答案】C【解析】静电平衡后导体空腔内任意点的场强为0；电荷分布在导体外表面，空腔内表面的电荷量为0；导体为等势体，接地后电势为0.18.（1）如图在静电计上装一个几乎封闭的空心金属球C（仅在上端开有小孔），D是带有绝缘柄的带正电的小球，仅仅将小球D靠近C，静电计的指针会张开吗？如果会张开，金属球C带何种电荷？（2）将D迅速地与C的内表面和外表面接触，指针都会张开吗？如果会张开，金属球C带何种电荷？【答案】（1）会负电荷（2）会正电荷【解析】（1）根据静电感应知识可知，带电体靠近导体，导体近端感应异种电荷，远端感应同种电荷，则静电计的指针会张开，金属球C带负电荷.（2）根据导体处于静电平衡状态，净电荷分布在外表面可知，D与C的内表面接触和与C的外表面接触，指针都会张开，金属球带正电荷.19.如图所示，一厚度不计的金属圆桶带电荷总量为Q＝＋4×10－6C.（1）此时，金属桶内、外表面带电荷量分别为多少？（2）如果用丝线在桶内悬挂一带电荷量q＝－2×10－6C的带电小球，桶内、外表面带电荷量分别为多少？（3）若桶内金属小球与内表面接