专题60静电场知识的应用（解析版）-2013高考一轮复习知识点精讲和最新高考题模拟题同步训练

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2023 高考一轮知识点精讲和最新高考题模拟题同步训练

第十一章静电场

专题 60 静电场知识的应用

第一部分知识点精讲

1．静电感应和静电平衡

把金属导体放在电场 E中，由于内部自由电子受电场力作用而定向移动，使导

体的两个端面出现等量的异种电荷，这种现象叫静电感应，当自由电子的定向

移动停止时，导体处于静电平衡状态。

2．静电平衡状态下导体的电场强度和电势

导体内部的场强处处为零，整个导体是等势体，导体的表面是等势面，导体表

面电场线和带电体表面垂直。

3．静电平衡状态下静电荷只分布在外表面。

4．尖端放电现象和避雷针

电性与尖端相反的粒子被吸引而奔向尖端，与尖端的电荷中和，相当于尖端失

去电荷，这就是尖端放电。避雷针就是利用尖端放电的设备。

5．处于静电平衡的导体腔内场强处处为零。

6．处于静电平衡状态的导体，内部区域就不再受外部电场的影响，这种现象叫

静电屏蔽。

静电屏蔽两种现象

现象 1：由于静电感应，导体外表面感应电荷的电场与外电场在导体内部任一

点的场强的叠加结果为零，从而外部电场影响不到导体内部，如图所示。

现象 2：由于静电感应，接地导体壳内表面感应电荷与壳内电场在导体壳外表

面以外空间叠加结果为零，从而使接地的封闭导体壳内部电场对壳外空间没有

影响，如图所示。

应用：有的电学仪器和电子设备外面套有金属罩，有的通信电缆的外面包有一

层铅皮等都是用来防止外电场的干扰，起屏蔽作用的。

第二部分最新高考题精选

1. （2019 高考理综天津卷）（20 分）2018 年，人类历史上第一架由离子引擎推动的飞机

诞生，这种引擎不需要燃料，也无污染物排放。引擎获得推力的原理如图所示，进入电离

室的气体被电离成正离子，而后飘入电极、之间的匀强电场（初速度忽略不计），、

间电压为，使正离子加速形成离子束，在加速过程中引擎获得恒定的推力。单位时间

内飘入的正离子数目为定值，离子质量为，电荷量为，期中是正整数，是元电

荷。

（1）若引擎获得的推力为，求单位时间内飘入、间的正离子数目为多少；

（2）加速正离子束所消耗的功率不同时，引擎获得的推力也不同，试推导的表达

式；

（3）为提高能量的转换效率，要使尽量大，请提出增天的三条建议。

【名师解析】.（20 分）

（1）设正离子经过电极时的速度为，根据动能定理，有

①

设正离子束所受的电场力为，根据牛顿第三定律，有

②

设引擎在时间内飘入电极间的正离子个数为，由牛顿第二定律，有

③

联立①②③式，且得

④

（2）设正离子束所受的电场力为，由正离子束在电场中做匀加速直线运动，有

⑤

考虑到牛顿第三定律得到，联立①⑤式得

⑥

（3）为使尽量大，分析⑥式得到

三条建议：用质量大的离子；用带电量少的离子；减小加速电压。

2.（2016 高考四川理综物理）中国科学家2015 年10 月宣布中国将在2020 年开始建造

世界上最大的粒子加速器。加速器是人类揭示物质本源的关键设备，在放射治疗、食品安

全、材料科学等方面有广泛应用。

如图所示，某直线加速器由沿轴线分布的一系列金属圆管（漂移管）组成，相邻漂移

管分别接在高频脉冲电源的两极。质子从 K点沿轴线进入加速器并依此向右穿过各漂移管，

在漂移管内做匀速直线运动，在漂移管间被电场加速，加速电压视为不变。设质子进入漂

移管B时速度为 8×106m/s，进入漂移管E时速度为 1×107m/s，电源频率为 1×107Hz，漂移

管间缝隙很小，质子在每个管内运动时间视为电源周期的 1/2.质子的荷质比取 1×108C/kg。

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