实践 探究雷电的奥秘 学案
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文档简介
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【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。
重点：了解雷电的产生、危害及防护措施。
难点：实地调研的安全性与有效性：确保学生实地观察时的安全（如不触碰避雷设施），同时获取有效信息。
【自主学习】
了解雷电产生的原因是：在对流旺盛的积雨云中，云内的水滴、冰晶和大气中的尘埃颗粒在上升、下沉和碰撞过程中发生电荷_________，导致云中电荷分布不均。一般而言，云的上部以_________电荷为主，下部以_________电荷为主。当云内不同部位或云与地面之间的电势差达到一定程度，超过空气的绝缘强度时，就会引发强烈的_________现象，即闪电。这种放电过程中，电流通过空气产生高温和高压，使周围空气迅速膨胀，形成冲击波，从而产生雷声。
【合作探究】
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_______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。
（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_______，而中下部积累_______。
（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______，形成导电通道。
（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。
2.我国历史上关于雷电的记载，我国历史上对雷电的记载丰富而深刻。
（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：刘安等著的《淮南子》提出“阴阳相薄为雷，激扬为电”，认为雷电是阴阳二气相互作用的结果。
（4）东汉时期。《论衡》记载：王充在《论衡》中指出“雷者，太阳之激气也”，并总结了雷电活动的季节性，同时认同阴阳相互作用产生闪电的看法。
（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，如金属熔化而周围物体未受损，体现了对导体和绝缘体的初步认识。
柳宗元在《柳州山水近治可游者记》中描述了“地形雷”的成因，与近代科学解释基本一致。
（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。
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）建筑设计与材料选择
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。
（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。 这些措施体现了古人对雷电现象的深入观察和智慧应对，为现代防雷技术提供了宝贵的经验和启示。
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。
（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。
（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。
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。
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_____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。
2.不要接触室内的金属管线，_____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_____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_____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_____蹲下，双手抱膝，尽量_____身体的高度和与地面的接触面积，但不要躺在地上。_____在水面或水边游泳、钓鱼、划船等.
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___________。
【归纳整理】
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。
【课堂练习】
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”）。
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
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
【课后评价】
这节课我给自己☆☆☆☆☆颗星。
【参考答案】
【课前预习】
答案：转移 正 负 放电
【合作探究】
探究点一：
答案：1. 雷电产生的原因：（1）上升（2）正电荷 负电荷（3）电离
探究点二：
答案:1. 紧闭2. 关闭3. 空旷 低洼处 并拢 降低 不要
探究点三：
答案: 完全相同的性质
【课堂练习】
1.【答案】电子 从A到B
【解析】两种束缚电子能力不同的物体相互摩擦时，束缚电能能力弱的失去电子，从而带上正电，束缚电子能力强的物体得到电子从而带上负电，这叫做摩擦起电，在摩擦起电过程中，带负电荷的电子发生的转移，并没有产生电荷。两片带有异种电荷的云层A、B相接触时，雷电电流的方向为从A到B。
2.【答案】C
【解析】避雷针通过尖端放电吸引雷电，并利用引雷入地系统将电流安全导入大地，实现防雷保护。其核心在于“引雷上身、泄放大地”的设计逻辑。所以C是错误的说法。
3.【答案】D
【解析】A. 制作避雷针的材料应该能导电，塑料是绝缘体，不容易导电，所以A错误； B. 避雷针通过疏导电荷运动起避雷作用，所以B错误；
C. 在云层向避雷针放电过程中，实际上是 云层失去电子 ，形成正电荷；而大地获得电子，形成负电荷。电子从云层流向避雷针，再通过避雷针导入大地。所以C错误； D. 放电时，电流方向是从大地指向避雷针。所以D正确。
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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。
重点：了解雷电的产生、危害及防护措施。
难点：实地调研的安全性与有效性：确保学生实地观察时的安全（如不触碰避雷设施），同时获取有效信息。
【自主学习】
了解雷电产生的原因是：在对流旺盛的积雨云中，云内的水滴、冰晶和大气中的尘埃颗粒在上升、下沉和碰撞过程中发生电荷_________，导致云中电荷分布不均。一般而言，云的上部以_________电荷为主，下部以_________电荷为主。当云内不同部位或云与地面之间的电势差达到一定程度，超过空气的绝缘强度时，就会引发强烈的_________现象，即闪电。这种放电过程中，电流通过空气产生高温和高压，使周围空气迅速膨胀，形成冲击波，从而产生雷声。
【合作探究】
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_______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。
（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_______，而中下部积累_______。
（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______，形成导电通道。
（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。
2.我国历史上关于雷电的记载，我国历史上对雷电的记载丰富而深刻。
（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：刘安等著的《淮南子》提出“阴阳相薄为雷，激扬为电”，认为雷电是阴阳二气相互作用的结果。
（4）东汉时期。《论衡》记载：王充在《论衡》中指出“雷者，太阳之激气也”，并总结了雷电活动的季节性，同时认同阴阳相互作用产生闪电的看法。
（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，如金属熔化而周围物体未受损，体现了对导体和绝缘体的初步认识。
柳宗元在《柳州山水近治可游者记》中描述了“地形雷”的成因，与近代科学解释基本一致。
（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。
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）建筑设计与材料选择
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。
（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。 这些措施体现了古人对雷电现象的深入观察和智慧应对，为现代防雷技术提供了宝贵的经验和启示。
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。
（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。
（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。
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。
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_____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。
2.不要接触室内的金属管线，_____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_____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_____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_____蹲下，双手抱膝，尽量_____身体的高度和与地面的接触面积，但不要躺在地上。_____在水面或水边游泳、钓鱼、划船等.
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___________。
【归纳整理】
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。
【课堂练习】
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”）。
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
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
【课后评价】
这节课我给自己☆☆☆☆☆颗星。
【参考答案】
【课前预习】
答案：转移 正 负 放电
【合作探究】
探究点一：
答案：1. 雷电产生的原因：（1）上升（2）正电荷 负电荷（3）电离
探究点二：
答案:1. 紧闭2. 关闭3. 空旷 低洼处 并拢 降低 不要
探究点三：
答案: 完全相同的性质
【课堂练习】
1.【答案】电子 从A到B
【解析】两种束缚电子能力不同的物体相互摩擦时，束缚电能能力弱的失去电子，从而带上正电，束缚电子能力强的物体得到电子从而带上负电，这叫做摩擦起电，在摩擦起电过程中，带负电荷的电子发生的转移，并没有产生电荷。两片带有异种电荷的云层A、B相接触时，雷电电流的方向为从A到B。
2.【答案】C
【解析】避雷针通过尖端放电吸引雷电，并利用引雷入地系统将电流安全导入大地，实现防雷保护。其核心在于“引雷上身、泄放大地”的设计逻辑。所以C是错误的说法。
3.【答案】D
【解析】A. 制作避雷针的材料应该能导电，塑料是绝缘体，不容易导电，所以A错误； B. 避雷针通过疏导电荷运动起避雷作用，所以B错误；
C. 在云层向避雷针放电过程中，实际上是 云层失去电子 ，形成正电荷；而大地获得电子，形成负电荷。电子从云层流向避雷针，再通过避雷针导入大地。所以C错误； D. 放电时，电流方向是从大地指向避雷针。所以D正确。
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