第十五章 电与电路 实践 探究雷电的奥秘 课件 2025-2026学年沪科版（2024）物理九年级全一册

富兰克林使用丝绸制作了这个风筝，顶部固定了尖端铁丝。他于是使用了绳子和电线，一头固定在风筝上，一头连接一个金属钥匙，最后一段他使用丝线连接钥匙和他的手。即使外边下着瓢泼大雨，站在门洞里或者走廊上也可以保持丝线干燥，所以不会有电传导到千风筝的人身上。就像前面的实验一样，在过程中并没有闪电击中风筝，它是利用了云层静电对风筝上的导线进行感应来引发放电。实验中富兰克林发现云层下带电的风筝使得终端的钥匙与手指关节之间产生了大量的放电火花，这也充分显示了云层中的闪电与普通静电是一回事。 雷电是一种闪电和雷鸣交加的雄伟壮观而又令人生畏的天气现象，常伴有强烈的阵风和暴雨，有时还伴有冰雹和龙卷。不过，这可不是哪位修道高人在渡劫，而是一种自然放电现象。雷电产生于对流发展旺盛的积雨云中、云中、水滴、冰晶和线里，在重力和强烈上升气流共同作用下，不断发生碰撞、摩擦而产生电荷。云的上部一般以正电荷为主，下部以负电荷为主，相应的，云下方的地面就会携带正电荷，正电荷和负电荷集中的部位之间会产生电位差，当电位差达到一定程度后，就会发生放电，形成我们看到的闪电。放电过程中，闪电通道中温度骤增，使空气体积急剧膨胀，从而产生冲击波，发出我们所听到的雷鸣。大部分的放电现象发生在单一云层内部，称为云内闪。也有发生在两个云层之间的放电，称为云进闪。大约有20%的放电发生在云底和地面之间，称为云地闪。当雷电发生时，由于光速比声速快得多，我们几乎在同一时刻就可以看到闪电，但听到的雷声却有些许之后。据此，如果看见闪电和听见雷声之间的间隔秒数除以3就可以估算出雷电发生处距离自己大概的公里数。例如时间间隔3秒，表示雷电发生在离自己约1公里左右的地方，只要留意每次听到雷声与看见闪电的时间间隔变化，就可以判断雷暴是逐渐靠近还是远离。雷电产生的高温、猛烈的冲击波以及强烈的电磁辐射等物理效应，使其能在瞬间产生巨大的破坏作用，常常会造成人员伤亡，击毁建筑物供配电系统、通信设备，造成计算机信息系统中断，引起森林火。 实践 探究雷电的奥秘 第十五章 电与电路 （沪科版）九年级 全 01 课标解读 02 学习目标 03 激趣导入 04 新知探究 05 分析讨论 06 拓展延伸 07 练习与应用 09 作业布置 08 课堂小结 课标解读 《义务教育物理课程标准（2022年版）》：该标准将科学探究列为课程目标的核心素养之一，强调通过科学探究，突出问题导向，引导学生不断探索，提高分析问题、解决问题的实践本领和科学思维能力。在“实验探究”和“跨学科实践”主题中，要求学生通过实验和实践活动，探究自然现象和物理规律，了解物理知识在日常生活、工程实践和社会发展中的应用。实践探究雷电的秘密可帮助学生理解电荷、电场等物理概念，以及雷电的产生原理和安全防护措施，符合新课标中培养学生物理观念、科学思维和科学探究能力的要求。 学习目标 1.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； 3.知道雷电是静电现象,知道摩擦起电实质；了解尖端放电及其危害;能用相关知识解释生产、生活中的有关现象。独家资源 激趣导入 雷声如同战车疾驰，激起巨龙腾飞。电在半空中疾驰，犹如狂箭般迅猛。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。 “雷车驾雨龙尽起，电行半空如狂矢。” 新知探究 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；我国古代预防雷击的措施： 1.雷电产生的原因 雷电产生的原因主要与积雨云中的电荷分离和放电过程有关。具体来说，包括以下步骤： （1）积雨云形成：积雨云是由空气中的水蒸气在上升过程中遇冷凝结形成的。当空气中含有足够的水蒸气并受到上升气流的推动时，会形成浓厚的积雨云。 新知探究 （2）电荷分离：在积雨云内部，冰晶、霰粒和水滴等微粒在碰撞、摩擦过程中会发生电荷分离。通常，云的上部积累正电荷，而中下部积累负电荷。 （3）电场增强：随着电荷的不断积累，云内和云与地面之间的电场强度逐渐增强。当电场强度超过空气的击穿阈值时，空气被电离，形成导电通道。 新知探究 （4）放电过程：电荷通过导电通道迅速释放，形成闪电。放电过程中，空气温度急剧升高，导致空气迅速膨胀，产生冲击波，进而形成雷鸣声。 此外，雷电活动还受到地形、气象条件等因素的影响，例如热雷电、锋雷电和地形雷电等不同类型的雷电，其形成条件和特点也有所不同。 新知探究 新知探究 2.我国历史上关于雷电的记载 （1）殷商时期 甲骨文记载：3000多年前的殷商时期，甲骨文中已有“雷”、“电”的形声字，表明当时人们已开始关注雷电现象。 （2）西周时期 青铜器铭文：西周初期，青铜器上出现加雨字偏旁的“电”字，反映了对雷电与天气关联的认识。 （3）西汉时期《淮南子》记载： “阴阳相薄为雷，激扬为电”。 新知探究 （5）三国两晋时期：保圣寺塔避雷，三国孙吴时期建造的保圣寺塔，塔顶有铁制古刹，具有避雷效果，虽多次受损却从未遭雷击。 （6）唐宋时期 ： 《梦溪笔谈》记载：沈括详细描述了雷电通过金属导体时造成的现象。 （7）明清时期：雷电现象解释：明代刘基进一步阐释了雷电的形成过程，认为天气郁激而发的阳气团与阴气相撞产生雷电。 新知探究 3.我国古代预防雷击的措施 我国古代预防雷击的措施主要包括以下几种： ①木结构建筑：古代建筑多采用木结构，木材电导率低，不易形成强电场，且具有一定的绝缘性，能减少雷电引发的火灾风险。 ②特殊材料：在建筑中加入草绳、稻草垛等，这些材料能吸收电荷，增强建筑的绝缘性。 ③避雷装饰：在屋顶安装类似避雷针的装饰物，如“鸱吻”，其口中伸出的金属舌头连接铁丝通地，可引导雷电入地。 新知探究 （2）其他防雷方法 ①太公钓鱼法：利用铁钩吸引雷电，将其引向铁质物品，避免建筑物被击中。 ②雷鼓扰动法：通过敲击雷鼓产生的声音扰动雷电形成的大气电荷，使电荷重新分布，减少雷电威胁。 ③铜制品防雷：使用铜板、铜钉等导电性好的材料，快速将雷电电荷导入地面。独家资源 新知探究 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.调查学校建筑预防雷击措施： （1）安装防雷装置 ①在屋顶安装避雷针或避雷带，利用建筑物金属屋面作为接闪器，防止直击雷。 ② 引下线优先使用建筑物钢筋混凝土柱或剪力墙中的主钢筋，确保雷电流安全泄放。 ③采用接地装置，降低接地电阻，通常要求≤10Ω。 新知探究 （2）开展防雷安全教育 ①教育师生了解雷电危害，掌握防雷知识，提高自我保护意识。 ② 制定应急预案，组织演练，确保雷电发生时能迅速采取有效措施。 2.调查家庭住宅采取的预防雷击措施 （1）安装防雷装置 ①根据建筑物防雷等级安装避雷针、避雷带或避雷网。 ② 确保引下线连接可靠，接地电阻符合要求。 新知探究 （2）室内防雷 ①安装电源、信号线浪涌保护器，防止雷电波侵入。 ② 雷雨时关闭门窗，切断电源，拔掉电器插头，远离金属管线和电子设备。 ③ 不使用太阳能热水器洗澡，避免水流导电引发危险。 分析讨论 二、交流评价 雷电是一种壮观且令人生畏的自然放电现象，通常伴随着闪电和雷鸣。 雷电主要发生在积雨云中，当云层内的各种微粒因碰撞摩擦等因素分离积累正、负电荷，形成较集中的电荷区时，就可能产生放电现象。 思考：为了减少雷电带来的危害，需要采取有效的防御措施？ 1. 在室内时紧闭门窗，避免待在离门窗较近的地方，以防球形雷进入室内或侧击雷和球雷的侵入。独家资源 新知探究 2.不要接触室内的金属管线，关闭所有家用电器，并拔掉电源线，特别是电视机、电脑、电话等 。 3. 在户外时避免在空旷地带、高地、大树下、水边等容易遭受雷击的地方停留。应尽量寻找低洼处或具有防雷设施的建筑物躲避。如果身处空旷地带无法躲避，应双脚并拢蹲下，双手抱膝，尽量降低身体的高度和与地面的接触面积，但不要躺在地上。 不要在水面或水边游泳、钓鱼、划船等。 新知探究 知识拓展 三、拓展研究 富兰克林雷电实验 根据流传的说法，1752年6月或7月的一个雷雨天，富兰克林和他的儿子威廉带着装有金属杆的风筝来到空旷地带，将风筝放上高空 。当闪电掠过时，富兰克林用手靠近风筝线上的铜钥匙，感受到了被电击的麻木感，随后他又将风筝线上的电引入莱顿瓶中，证明了天上的雷电与人工摩擦产生的电具有完全相同的性质 。 新知探究 练习与应用 1.《淮南子》中写道“阴阳相薄为雷，激扬为电”，认为雷电是一种中和现象。云层之所以带电的原因是云层与空气摩擦使发生_____转移，如图所示，两片带有异种电荷的云层A、B相接触时，雷电电流的方向为___________（选填“从A到B”或“从B到A”）。 电子 从A到B 练习与应用 2. 避雷针（如图所示）是用来保护建筑物等避免雷击的装置。在高大建筑物顶端安装一个金属棒，将金属棒与埋在地下的一块金属板连接起来，雷电就不会对高层建筑物造成破坏。以下有关说法不正确的是（　　） A. 避雷针利用金属棒的尖端放电 B. 避雷针可以把云层上的电荷导入大地 C. 避雷针使建筑物顶端聚集大部分电荷而不释放 D. 避雷针使云层所带的电荷和地上的电荷逐渐中和 C 练习与应用 3.图甲所示的是中国科技馆“模拟避雷”的实验展台。某次“闪电”发生时，电子从“云层”移动到避雷针，建筑物不会受到任何影响，图乙为上述情景的示意图。下列说法正确的是（　　） A. 制作避雷针的材料可以用塑料 B. 避雷针通过隔离电荷运动起避雷作用 C. “云层”向避雷针放电时，大地失去电子 D. 放电时，电流方向是从大地指向避雷针 D 章末练习 1. 某家用电器正常工作时，测得通过的电流为 5 A，则此用电器可能是（　　） 洗衣机 B 电视机 C. 电热水器 D. 半导体收音机 答案：C独家资源 解析：洗衣机的工作电流约为1A；电视机的工作电流约0.5A；电热水器的工作电流约为5A；半导体收音机的工作电流的量级在mA级。 故选C。 C 2. 如图是一个简化的电冰箱电路图，其中 M 表示压缩机用的电动机，L 是电冰箱内的照明灯泡，则下列说法中正确的是（　　）。 A. 灯泡 L 与电动机 M 是串联的 B. 灯泡 L 与电动机 M 是并联的 C. 开关 S1 控制灯泡 L 与电动机 M D. 开关 S2 控制灯泡 L 与电动机 M S1 S2 L 电源 章末练习 B 答案：B 解析：A.串联电路中，各用电器相互影响，不能独立工作。而电冰箱的照明灯和压缩机在实际使用中是可以独立工作的，因此A选项错误。 B.并联电路中，各用电器互不影响，可以独立工作。因此B选项正确。 C、D选项：根据电路图和题意，开关S₁控制压缩机M，开关S₂控制照明灯L。因此，C、D选项描述错误。 S1 S2 L 电源 章末练习 3. 如图所示，电路中开关闭合后，两盏灯都不亮；用一根导线连接 a、b 两点后，灯 L1 不亮，灯 L2 亮。假如故障只有一处，那么，电路的故障可能是（　　） A.灯 L1 开路 B.灯 L1 短路 C. 灯 L2 开路 D. 灯 L2 短路 章末练习 A 答案：A 若灯L₁短路，则开关闭合后，电流会直接通过短路的L₁，导致L₂亮，与题目现象不符。若灯L₂短路，则开关闭合后，电流会直接通过短路的L₂，导致L₁亮，与题目现象不符。若灯L₁开路，则开关闭合后，电流无法通过L₁，两灯都不亮；用导线连接a、b两点后，电流可以绕过L₁，流经L₂和开关，使L₂亮，与题目现象相符。若灯L₂开路，则开关闭合后，电流无法通过L₂，两灯都不亮；用导线连接a、b两点后，电流仍然无法通过L₂，两灯仍然不亮，与题目现象不符。 综上所述，假如故障只有一处，那么电路的故障只能是灯L₁开路。 章末练习 4. 干燥的秋天，脱下毛衣后，用手臂靠近小泡沫块，泡沫块就会粘到手臂上， 这是因为 _______________________。 若手臂带负电，用手接触不带电的验电器金属球，金属球与手臂之间的瞬间电流方向是__________________（选填“手臂到金属球”或“金属球到手臂”）。独家资源 章末练习 静电吸引轻小物体 金属球到手臂 答案：静电吸引轻小物体；金属球到手臂 解析：干燥的秋天，脱下毛衣时，毛衣与手臂或衣物之间发生摩擦起电，使手臂带上静电。而带电体具有吸引轻小物体的性质，小泡沫块属于轻小物体，所以会被手臂吸引。若手臂带负电，用手接触不带电的验电器金属球时，金属球会从手臂获得电子，从而也带上负电。电荷的移动方向是从手臂到金属球，而电流方向定义为正电荷移动的方向，因此瞬间电流方向是从金属球到手臂。 章末练习 5. 居民楼的楼道里，夜间只是偶尔有人经过，楼道灯总是亮着将造成很大浪费。科研人员利用“光敏”材料制成“光控开关”，它的作用是天黑时自动闭合，天亮时自动断开；利用“声敏”材料制成“声控开关”，它的作用是当有人走动发出声音时自动闭合，无人走动时自动断开。在下图的电路中，请选出属于这种楼道灯的电路并说明理由。 220V 220V 220V 220V 光控 光控 光控 光控 声控 声控 声控 声控 A. B. C. D. 章末练习 答案：D 解：A.当声控开关闭合时，电灯被短路，电灯不亮，故A不符合题意；B.光控开关和声控开关是并联的，光暗到一定程度或有声音时都能使电灯发光，故B不符合题意；C.当光控开关闭合时，电灯被短路，电灯不亮，故C不符合题意；D.光控开关、声控开关和电灯是串联的，光控开关、声控开关同时闭合时电路形成通路，电灯发光，故D符合题意。故选D。 章末练习 6.交管部门依法严管行人闯红灯的违法行为。根据“红灯停、绿灯行” 的交通规则，请选出中可按要求控制红绿灯的电路并说明理由。 红灯 红灯 红灯 红灯 绿灯 绿灯 绿灯 绿灯 S1 S1 S1 S1 S2 S2 S2 S2 A. B. C. D. 章末练习 【解答】解：红绿交通信号灯不能同时工作、且工作时互不影响，因此它们的连接方式为并联； A、两开关都闭合时会造成电源短路且两灯泡不发光，当只闭合S1时红绿交通信号灯同时发光，故A错误； B、两开关均闭合时红绿交通信号灯同时发光，否则均不发光，故B错误； C、只闭合开关S1时红灯亮，只闭合开关S2时绿灯亮，故C正确； D、当只闭合开关S2时，两灯泡都发光，故D错误； 故选C． 章末练习 7. 用电压表测用电器两端的电压时，一位同学选择的量程是0～15 V，另一位同学却按照0～3V 的量程读成了1.90V，实际测得的电压应该是多少？电压表指针所指示的同一位置，对应两个量程的示数有怎样的关系？ 答案：实际电压为9.5V。0~15V量程的示数是0~3V量程示数的5倍。 根据电压表双量程关系，0~15V量程的读数是0~3V量程读数的5倍。已知按0~3V量程读数为1.90V，则实际电压为： 𝑈=1.90𝑉×5=9.5𝑉 因此，实际电压为9.5V。 章末练习 8. 某火车车厢后面有两间厕所，厕所关门时，对应的开关闭合。只有当两间厕所的门都关上时，车厢指示灯才会发光，指示牌才会显示“厕所有人” 字样，提醒旅客两间厕所内都有人。请你把图中的各元件符号连接成符合上述设计要求的电路图。 厕所 厕所 S1 S2 指示 电源 章末练习 解：两开关和指示灯串联，然后和电源组成电路，如图所示： 根据题意可知只有当两插销都关上时，指示灯才会发光说明两开关相互影响，不能独立工作即串联。 厕所 厕所 S1 S2 指示 电源 章末练习 9. 小明和小英一起做“探究并联电路中电流的特点”实验。 （1） 图 （a）是他们设计的电路图，图 （b）是他们测量电流时连接的实验电路，此时电流表测量的是 ________（选填“A”“B”或“C”）处的电流； A B C L1 L2 （a） （b） L1 L2 章末练习 C （2） 请在图（b）中移动一根导线，测量另外一处的电流。在移动的导线上画“×”，并用笔画线表示导线连接正确的电路。移动后电流表测量的是 ________（选填“A”“B”或“C”）处的电流。 （b） L1 L2 A B C L1 L2 章末练习 A（或B） 40 解：(1)电流表与待测电路串联，图(b)中电流接在干路上，测两灯并联的总电流，即C处的电流；（2）如图所示：A（或B） 测A处的电流 L1 L2 测B处的电流 L1 L2 × × 或 章末练习 课堂小结 1.雷电产生的原因：电荷达到足够高的水平时，会在云层之间或云层与地面之间放电。 2.预防雷击的措施：在楼（屋）顶安装避雷针等装置；发生雷电时，不能停留在楼（屋）顶；要注意关闭门窗；不宜接近建筑物的裸露金属物；不宜使用未安装防雷设施的电器设备。 作业布置 1.完成课后巩固练习。 2.进行课外阅读。 Lavf58.45.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $神奇的避雷针。博士，等等我。咱们快点走吧，雨太大了。我一直有个问题不太明白，为什么旷野里孤00的大树会被雷劈，可是城里的高楼就没事。你仔细看这些高楼的楼顶，发现什么了吗？不就是避雷针吗？可是他像个绣花针似的，怎么就能避雷？其实避雷针准确来说应该叫引雷针。夜雷针，听起来挺吓人。这可是尖端放电原理在我们生活中的。应用那是什么？尖端放电是在强电场作用下物体尖端部分发生的一种放电现象。具体来讲，对于一个带电的导体，它携带的电荷并不一定是均匀分布在表面各处的，而是与它表面的形状有关。电荷密度在凹处接近于0，在平缓处较小，在尖端处最大。我知道了，避雷针顶部就是尖尖的，它附近的电厂肯定很强。没错，当尖端产生的电场足够强大时，能击穿空气，也就是电离，电离后的空气中有了可以自由移动的电荷，空气就可以导电了，空气中的电荷会与导体所带的相反的电荷发生中和，这就是尖端放电现象。哦，我有点明白了，避雷针就是这样引雷的。是啊，像今天这样的雷雨天气，较低的带电云层会通过静电感应，使它下方的高楼顶部聚集大量电荷。在没有避雷针的情况下，云层和建筑物之间很可能发生剧烈的放电现象，使建筑物被雷劈。如果安装了避雷针，感应电荷就会集中在避雷针上，这样带电云层与避雷针之间的空气更容易被击穿，放电就会发生在云层和避雷针之间，而避雷针又是接地的，就可以把云层上的电荷导入大地，而不对高层建筑构成危险，保证了它的安全性。看来这些绣花针还真不能没有。而且还需要注意要使避雷针起作用，必须保证尖端的尖锐和接地通路的良好，否则可能会引雷入室。知道了不是？