2.深入认知阶段:东汉王充在《论衡》里写道，“盛夏之时,雷电迅疾,击折树木,坏败室屋,时犯杀人”,精准描述雷电危害。北宋沈括在《梦溪笔谈》记载内侍李舜举家遭雷击,金属器熔而漆器无损,体现对雷电特性的细致观察。
三、我国历史上预防雷电的措施
1.建筑层面:古代建筑多采用木质结构,部分高大建筑会在屋顶安装金属饰物,如铜制的“避雷针”状装饰,虽无现代科学依据,但客观上起到一定避雷作用。如故宫太和殿屋脊上的金属装饰,能将雷电引向自身,通过金属部件和建筑接地装置导入地下。
2.行为层面:古人虽未完全了解雷电原理,但通过观察积累了经验。如《农政全书》提醒人们雷雨时不靠近大树、不在田野久留,减少雷击风险。
任务二:调查学校建筑和家庭住宅采取的预防雷击措施
一、学校建筑防雷措施
1.外部防雷:安装接闪器,如避雷针、避雷带或避雷网,将雷电引向自身并导入大地。接闪器要高于建筑物,且材料导电性能良好。引下线需沿建筑物外墙均匀布置,数量足够且截面积达标,确保雷电电流顺利传导。接地装置要深埋地下,电阻符合要求,一般不大于 $10\ \Omega$,使电流快速散入大地。
2.内部防雷:做好等电位连接,把建筑物内金属物体、电气设备外壳等通过导体连接,使电位均衡,避免因电位差引发雷电反击。安装电涌保护器,在电源、信号线路进线处安装,限制雷电过电压幅值,保护电器设备。远离金属物体,教育学生在教室时远离窗户、暖气片等金属物体,减少雷电伤害。
二、家庭住宅防雷措施
1.外部防雷:高层住宅由物业统一安装防雷设施,自建住宅可安装简单避雷针,用镀锌圆钢或钢管制作,顶端焊接成尖状,安装在屋顶最高处,通过引下线连接接地装置。接地装置可用角钢、扁钢等材料,埋入地下一定深度。
2.内部防雷:家电安装电流保护器,保护电视、电脑、冰箱等电器。雷雨时拔掉电器插头,避免雷电波入侵。关闭门窗,防止雷电侵入室内。远离金属管道,如水管、煤气管,减少触电风险。
三、个人防雷措施
1.室外防雷:远离大树、高塔、广告牌等孤立高耸物体,不在山顶、山脊或开阔地带停留。避免使用金属物品,如雨伞、高尔夫球杆。来不及躲避时,双脚并拢下蹲,头部尽量降低。
2.室内防雷:不接触电器线路,不打电话、看电视,避免使用水龙头。如遇雷电,不要靠近窗户,以防侧击雷和球形雷侵入。
[实践应用]
1.雷雨天气,积雨云中的水滴会因摩擦带上电荷,当电荷积聚到一定程度时,避雷针与云层之间的空气会被击穿,此时带电云层与空气、避雷针、导线和大地可形成一条通路,从而将雷电电流引入地下,避免保护对象遭雷击。被击穿后的空气是(选填“导体”或“绝缘体”),由于云层与大地之间的很大,在该通路中会形成很大的电流。
2.人类从未停止过对自然现象的探索和思考。《淮南子》中写道“阴阳相搏为雷,激扬为电”,认为雷电是一种中和现象。现在我们知道,当带有异种电荷的云层相互接触时,原本带负电荷的云层B会失去电子,原本带正电荷的云层A会得到电子。如图所示,该过程中雷电电流的方向为(选填“从A到B”或“从B到A”)。
3.阅读短文,并回答问题。
“红色精灵”:“晴天霹雳”催生的奇观
闪电是怎么形成的?我们可以想象,把大气分割成无数个空气团。因为地表的组成复杂多样,有植被、土壤、建筑、水体等,所以地表反射光波的能力不等,这使得空气团的温度不尽相同。空气团好比一个热泡,由于不同温度的热泡所受浮力不同,上升速度便有大有小。快速上升的热泡会挤压其上方和周边上升速度小的热泡,使它们在剪切力的作用下产生向其后方运动的下沉拖曳流,对流(热泡之间的相对运动)就产生了。
对流导致相邻热泡中的粒子之间产生了碰撞与摩擦,摩擦起电使粒子带上电荷。对流越强,持续时间越长,粒子所带的电荷就越多。电荷有正有负,当携带同一电荷的热泡群中总电荷累积到一定量,又与地面或附近带相反电荷的另一个热泡群之间产生高压,此时电流在导电气道中因碰撞会产生火花,就形成了闪电,并且导电气道的特征使闪电呈枝状。
如果热泡群中水汽含量较多,上升降温过程中就会生成云,所以人们经常看到乌云滚滚、电闪雷鸣的场景。但是,如果热泡群比较干燥,水汽含量较少,上升过程中就无法形成云,难得一见的“晴天霹雳”就出现了。
“红色精灵”是“晴天霹雳”的一种衍生产品。闪电的温度可高达 $17000°\mathrm{C}$,使周围的物质离子化,继而形成了高速上升的气流,有时气流呈现喷射状。通过图片,我们可以看到“红色精灵”像一朵美丽的郁金香绽放在天空:下部放射状的闪电是它的叶,中部闪电产生的高温高速离子流(同时撞击氮、氧分子)是它的茎,上部是离子流在磁场的作用下形成的花朵。

(1)“红色精灵”像一朵美丽的郁金香绽放在天空。中部的茎实际是。
(2)上升的空气团由于而带上电荷。
(3)开放设问 写出一条生活中防雷避雷的措施:。

1. 导体 电压
2. 从A到B
3. (1) 高温高速离子流
(2) 摩擦
(3) 在建筑物顶端加装避雷针(答案不唯一)

【分析】
本题围绕雷电相关的物理知识与防雷措施展开，需结合材料信息和物理概念逐一分析各小问：
1. 第一小问：根据导体、绝缘体的定义，能导电的物体是导体，被击穿后的空气可传导雷电电流；雷电电流大源于云层与大地间的电压极高。
2. 第二小问：依据电流方向的规定（正电荷定向移动的方向，负电荷移动的反方向），结合云层带电情况判断电流方向。
3. 第三小问：从材料提取对应信息，结合摩擦起电原理和生活防雷常识作答。
【解析】
1. 被击穿后的空气能够传导雷电电流，属于导体；云层与大地之间的电压很大，形成通路后会产生很大的电流。
2. 电流方向规定为正电荷定向移动的方向，负电荷定向移动的反方向为电流方向。云层B带负电，电子（负电荷）从B向A移动，因此雷电电流方向为从A到B。
3. (1) 材料明确说明“红色精灵”中部的茎是闪电产生的高温高速离子流；
(2) 对流使相邻热泡粒子碰撞摩擦，摩擦起电让粒子带电，故上升的空气团因摩擦带上电荷；
(3) 生活中防雷措施如在建筑物顶端加装避雷针、雷雨时拔掉电器插头等，任选一条即可。
【答案】
1. 导体；电压
2. 从A到B
3. (1) 高温高速离子流；(2) 摩擦；(3) 在建筑物顶端加装避雷针（答案不唯一）
【知识点】
导体与绝缘体、电流的方向、摩擦起电
【点评】
本题结合古代雷电记载与现代防雷知识，将基础物理概念和实际应用结合，既考查物理知识，又引导学生关注生活防雷安全，体现物理与生活的联系。
【难度系数】
0.7