第十五章 实践：探究雷电的奥秘 教案 沪科版（2024）九年级全一册

实践：探究雷电的奥秘
物理观念：
1．了解静电现象的概念和产生原因。
2．能够认识并描述生活中的静电现象。
3．了解雷电的产生及安全防护。
科学思维：
通过观察摩擦起电实验、电荷间相互作用实验以及静电现象等，培养学生的观察能力和动手操作能力。
科学探究：
1．培养对静电现象的科学探究兴趣。
2．通过观察、实验和讨论，学生能够探究静电现象的产生和消失过程，了解雷电的产生。
3．能够体验科学探究的过程，激发学生对静电现象的好奇心和探究欲望，培养学生学习物理的兴趣。
科学态度与责任：
让学生认识到物理知识与生活实际的紧密联系，体会物理在生活和生产中的重要应用价值，增强学生对科学技术的热爱和责任感。
重点：①掌握摩擦起电现象及其实质；理解电荷间的相互作用规律；②了解雷电的产生以及生产生活安全；③了解建筑物的预防雷击措施。
难点：①理解电荷的概念及电荷守恒定律，从微观角度解释摩擦起电现象；②能运用所学知识解释一些复杂的静电现象，如静电除尘、静电喷涂等；③对人和建筑物等避免雷击可采取的必要防范措施提出建议。
一、新课导入
“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。
二、活动方案
本活动涉及静电、臭氧、雷电及生活生产安全等相关内容。
任务一　查阅并整理资料
【思考】雷电产生的原因是什么？
【提示】雷电是一种自然现象，其产生主要与积雨云中的电荷分离和放电过程有关。
(1)积雨云的形成
雷电常发生在对流发展旺盛的积雨云中。这种云层富含水蒸气，并且在强烈的对流运动下，水汽在云中上下运动，导致静电的积累。
(2)电荷的分离与积累
在积雨云内部，水滴、冰晶和过冷水滴在上升和下降气流的带动下频繁碰撞，导致电荷转移。通常，云的上部积累正电荷，下部积累负电荷。
(3)放电过程
随着云层中电荷的不断积累，云与地面之间的电场强度逐渐增强。当电场强度足够大时，空气被击穿，形成放电通道。云中的负电荷沿着通道迅速流向地面，产生巨大的电流，这就是闪电。
【思考】了解一些我国历史上关于雷电的记载。
【提示】我国古代最早的雷电记录见于《周易》，记述了公元前1068年的一次球型雷袭，这是世界上文献资料中发现最早的雷击记录。
在《淮南子·坠形训》中，有“阴阳相搏为雷，激扬为电”的记载，表示阴阳两气彼此相碰产生雷，相互急剧作用产生电。
东汉王充在《论衡》中解释雷电为夏天阳气占支配地位，阴气与它相争，发生碰撞、摩擦、爆炸和激射，从而形成电。
【思考】了解我国历史上关于预防雷击的一些措施。
【提示】古代防雷措施主要包括以下几种方法：
(1)鸱吻防雷：鸱吻是古代宫殿建筑屋脊上的装饰物，通常覆盖一层金属涂层，内部埋有铁丝或铜制品，并与地面相连。当雷电击中鸱吻时，电流会通过金属导线导入地下，从而保护建筑免受雷击。
(2)尖顶防雷：一些古建筑的尖顶设计有助于电流的扩散，虽然这种设计能否真正防雷尚未得到科学证实，但它在一定程度上减少了雷击的风险。
(3)石屋避雷法：在南北朝时期，古人发现石头可以避雷，因此建造了石屋。石头的绝缘性能和隔绝土壤水分的能力使其成为有效的防雷材料。
(4)避雷针的应用：虽然古代没有现代意义上的避雷针，但古人通过在建筑顶端安装金属尖端装置来引导雷电，这种做法与现代避雷针的原理相似。
任务二　调查预防雷击的措施
【思考】建筑和家庭住宅采取的预防雷击的措施有哪些？
【提示】建筑和家庭住宅采取的预防雷击的措施主要包括以下几种：
(1)安装避雷针和避雷带：避雷针和避雷带是主要的防雷装置，能够引导雷电击中避雷装置，并将其引入地下，从而保护建筑物和设备不受雷击损害。
(2)接地系统设计：接地系统设计需要采用低阻抗的接地体和导体，确保雷电流能够迅速、安全地分散到大地。
(3)防雷引下线、防雷网和均压装置：这些部分协同工作，确保整个防雷系统在实际雷击时能形成一条完整、有效的放电路径。
(4)使用浪涌保护器：在电气设备入口处安装浪涌保护器，抑制电网中的过电压，保护电气设备不受雷电过电压的损害。
(5)家庭防雷措施：在雷雨天气时，应拔掉所有电器插座，避免使用电话和手机。
【思考】对人和建筑物等避免雷击所采取的必要防范措施提出建议。
【提示】
1．室内预防雷击措施
(1)关好门窗：雷雨天气时，应关好门窗，并远离阳台和外墙壁等，以防雷电直接侵入室内。
(2)拔掉电源插头：关闭所有电器设备并拔掉电源插头，避免使用家用电器，特别是固定电话、电热水器等，以防雷电通过电线、电话线等引入。
(3)避免触摸金属物品：不要靠近和触摸任何金属管线，包括自来水管、燃气管及卫生间的各种管道，因为金属是良好的导体，会加速雷电的传输。
(4)勿使用电子设备：尽量不要接听和拨打手机，因为手机电磁波有可能引入雷电伤人。
2．户外预防雷击措施：
(1)寻找避雷场所：若身处户外，应立即寻找装有避雷针的建筑物或钢筋混凝土建筑物躲避，避免站在空旷的高地上、大树下、电线杆附近等容易遭受雷击的地方。
(2)远离高耸物体：远离树木、电线杆、烟囱等高耸物体，以及有金属物的地方，以防雷电直接击中。
(3)降低身体高度：若无处可躲，应寻找避雷安全区，在安全区内地势较低的地方抱紧身体蹲下，双脚并拢，尽量降低身体凸出地面的高度，防止因跨步电压造成伤害。
(4)避免使用金属物品：在户外时，避免使用有金属立柱的雨伞、金属工具等，以防金属物品导电而被雷电击中。
3．建筑物预防雷击措施：
(1)高层建筑在其大厦的四周设置避雷带，避雷带与引下线相连接，对于大厦的一些突出部位做特别的保护。
(2)防雷电波的干扰：所有进入高层建筑的管道和线路，不管是上下水管、采暖管还是强弱电线管，全部都要埋入地底下，而且在入户处，将相关的电缆与大厦总接地端相连接。
(3)防雷接地措施：一般高层建筑的接地方式，主要是利用大厦的桩基、结构钢筋和地梁主筋焊接在一起，形成一个接地网格状的接地装置，还预留下了多个辅助的接地，这些能够满足防雷击的设计要求。
完成任务一和任务二后，完成《雷电的产生及防护措施》调查报告，与同学交流，分享一些防雷击的措施，增长一些安全知识与意识。
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。
实践：探究雷电的奥秘
1．摩擦起电现象；电荷间的作用。
2．静电现象。
3．我国历史上关于预防雷击措施的记载。
4．雷电的产生。
5．对人与建筑物等预防雷击的措施建议。
6．小组交流与讨论。
引导学生回顾摩擦起电现象、电荷的种类及电荷间的相互作用规律、静电的利用与防止等，查阅资料了解历史上关于预防雷击措施的记载及现代建筑物预防雷击的措施等。有足够的知识储备，指导完成《雷电的产生及防护措施》调查报告。在实践分享和讨论环节，要引导学生提出问题和发表观点，促进学生之间的互动和交流。在教学过程中，要充分发挥学生的主动性和探究精神，培养其科学思维和解决问题的能力。