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初中物理
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第十五章 电与电路
实践 探究雷电的奥秘
问题缘起
活动方案
交流评价
拓展研究
问题缘起
“雷车驾雨龙尽起,电行半空如狂矢。”雷电是自然界常见的静电现象,雷电是怎样产生的?雷电对生产生活会产生什么影响?下面,我们通过实践活动进行探究。
活动方案
本活动涉及静电、臭氧、生活生产安全等相关内容。
查阅并整理资料.了解雷电产生的原因,调查我国历史上关于雷电的记载和预防雷击的措施。
任务一
活动方案
任务一
查阅并整理资料.了解雷电产生的原因,调查我国历史上关于雷电的记载和预防雷击的措施。
①了解雷电产生的原因.
第一步:云层摩擦起电
云层里的水滴、冰晶、尘埃在强气流的作用下相互摩擦,使得:
较轻的冰晶、水滴带正电,被气流带到云层上部.
较重的雨滴、冰雹带负电,聚集在云层下部.
这样,云层就变成了一个“巨型带电体”,上正下负.
活动方案
任务一
查阅并整理资料.了解雷电产生的原因,调查我国历史上关于雷电的记载和预防雷击的措施。
第二步:云层与地面之间感应起电
云层下部的负电荷会排斥地面上的电子,使地面
(如高楼、树木、人体等)感应出正电荷,这样,云层
(负电)和地面(正电)之间就形成了高达几百万伏的电压!
第三步:放电(形成闪电)
当云层和地面之间的电压足够高(超过空气的绝缘极限),空气会被“击穿”,形成一条导电通道!负电荷沿着这条通道冲向地面,同时正电荷从地面向上迎击,两者相遇时,产生剧烈的电流(闪电).
闪电的温度高达30 000 ℃(是太阳表面温度的5倍!),瞬间加热空气,导致空气剧烈膨胀,形成雷声.
活动方案
任务一
查阅并整理资料.了解雷电产生的原因,调查我国历史上关于雷电的记载和预防雷击的措施。
②调查我国历史上关于雷电的记载.
西周青铜器铭文(约公元前1100-前771年)
青铜器上已有“雷”“电”的象形文字,表明古人很早就关注雷电现象.
汉代《淮南子》(公元前2世纪)
记载“阴阳相搏为雷,激扬为电”,认为雷电是阴阳二气相互作用的结果.
明代张居正记录“球状闪电”(16世纪)
描述一个绿色火球从雨中飘过,最终坠入水缸消失,是最早的球状闪电记录之一.
活动方案
任务一
查阅并整理资料.了解雷电产生的原因,调查我国历史上关于雷电的记载和预防雷击的措施。
③我国历史上预防雷击的措施.
鱼尾铜瓦避雷(汉代)
在屋顶安装鱼尾形状的铜瓦,引导雷电入地,
类似现代避雷针的雏形.
金属龙头装饰(明清时期)
建筑屋脊两端安装金属龙头,龙舌连接铁丝
通入地下,吸引雷电并安全导走.
石室避雷(东汉)
东汉樊重为母亲建造大理石避雷室,利用石材的绝缘性防止雷击.
活动方案
调查学校建筑和家庭住宅采取的预防雷击措施,对人和建筑物等避免雷击采取必要的防范措施提出建议。
任务二
活动方案
任务二
调查学校建筑和家庭住宅采取的预防雷击措施,对人和建筑物等避免雷击采取必要的防范措施提出建议。
①调查学校建筑和家庭住宅采取的预防雷击措施.
【学校建筑】
避雷针:安装在楼顶,可将雷电引入地下.
接地系统:金属导线将电流导入大地,避免
电击损坏设备.
防雷网/带:在屋顶铺设金属网,分散雷电流.
电器保护:安装防雷插座,防止雷电损坏电脑、
投影仪等设备.
安全 警示
到楼房实地调查时,注意安全,不要随意触碰避雷设施.有雷电的天气尽量避免外出.
活动方案
任务二
调查学校建筑和家庭住宅采取的预防雷击措施,对人和建筑物等避免雷击采取必要的防范措施提出建议。
①调查学校建筑和家庭住宅采取的预防雷击措施.
【家庭住宅】
避雷针(高层住宅):开发商已安装,一般无需个人加装.
关闭电器:雷雨时拔掉电源、网线,避免雷击损坏电视、电脑.
不接触金属:避免洗澡(水管导电)、不接打电话(手机可能引雷).
远离窗户:防止雷击产生的冲击波伤人.
学校靠专业防雷装置,家庭靠安全习惯!
活动方案
任务二
调查学校建筑和家庭住宅采取的预防雷击措施,对人和建筑物等避免雷击采取必要的防范措施提出建议。
【个人防护措施】
躲避到室内:雷雨时立即进入建筑物或车内(汽车金属外壳可防雷)
远离高处和金属:不在树下、山顶、高楼顶停留,不拿雨伞等金属物品.
关闭电子设备:拔掉电器插头,不用电子设备(避免雷击通过电线伤人).
【建筑物防护措施】
安装避雷针:楼顶金属针将雷电引入地下(学校、高层住宅必备).
接地系统:用金属导线连接建筑钢筋和地下,导走电流.
密封门窗:关闭门窗,防止球形闪电进入室内.
②对人和建筑物等避免雷击采取必要的防范措施提出建议.
交流评价
完成《雷电的产生及防护措施》调查报告,与同学交流研究成果.
拓展研究
实验背景
18世纪前,雷电被视为“神罚”或神秘现象.富兰克林通过研究静电现象,提出“雷电是自然界的放电现象”的假说,并计划通过实验验证.
实验过程
根据记载,1752年富兰克林在雷雨天放飞带有
金属丝的风筝(风筝线末端系铜钥匙).当闪电击中风
筝时,钥匙产生电火花,他感受到手部的麻木感.
通过实验对比,发现雷电与实验室摩擦产生的电具有相同性质.
查阅资料,调研历史上关于富兰克林通过放风筝的方法收集雷电的记载,梳理相关信息,得出自己的结论.
一、富兰克林风筝实验的历史记载
拓展研究
二、历史意义
打破“雷电是神罚”的迷信,清楚地证实了闪电的本质——一种放电现象,推动电学研究.
三、实验争议
真实性存疑:富兰克林本人未正式承认实验细节,且实验若直接引雷,电流强度足以致命(俄国科学家利赫曼因此实验牺牲).
科学验证:模拟实验显示,雷电电压远超人体承受范围,直接接触必死,推测富兰克林可能仅收集了空气中的静电荷.
拓展研究
四、结论与启示
风筝实验的真相
实验可能部分真实,但细节被戏剧化.富兰克林更可能是通过理论推导和间接实验得出相关结论.
风筝实验的科学贡献
确证雷电与摩擦起电性质相同,统一了自然电与实验室关于电的认知;
发明避雷针,首次实现雷电防护,挽救无数生命;
风筝实验中的科学方法启示
体现科学探索的完整流程:观察→假设→实验验证→应用.
科学进步常伴随争议,需用事实和逻辑突破传统观念.
纸上得来终觉浅
绝知此事要躬行
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