九年级物理全册14.5测量电压拓展素材新版沪科版通用.doc

测量电压拓展富兰克林的捕捉雷电试验事情起因于1749年，他的夫人丽达在试验中无意碰到了莱顿瓶上的金属杆，被电火花击倒这虽然是一起意外事件，但富兰克林却由此联想到天空中的雷电和在实验室里产生的电在本质上是一样的但许多人嗤笑他是“想把上帝和雷电分家的狂人”富兰克林决心用实验来证明它1752年6月的一天，费城的天空阴云密布，电闪雷鸣一场暴风雨就要来临了富兰克林和他的儿子威廉一道，带着上面装有一个金属杆的风筝来到一个空旷地带富兰克林高举起风筝，他的儿子则拉着风筝线飞跑由于风大，风筝很快就被放上高空刹那，雷电交加，大雨倾盆富兰克林和他的儿子一道拉着风筝线，父子俩焦急的期待着，此时，刚好一道闪电从风筝上掠过，富兰克林用手靠近风筝上的铁丝，立即掠过一种恐怖的麻木感他抑制不住内心的激动，大声呼喊：“威廉，我被电击了！”随后，他又将风筝线上的电引入莱顾瓶中回到家里以后，富兰克林用雷电进行了各种电学实验，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富兰克林关于天上和人间的电是同一种东西的假说，在他自己的这次实验中得到了光辉的证实风筝实验的成功使富兰克林在全世界科学界的名声大振英国皇家学会给他送来了金质奖章，聘请他担任皇家学会的会员。

他的科学著作也被译成了多种语言他的电学研究取得了初步的胜利然而，在荣誉和胜利面前，富兰林没有停止对电学的进一步研究1753年，俄国著名电学家利赫曼为了验证富兰克林的实验，不幸被雷电击死，这是做电实验的第一个牺牲者血的代价，使许多人对雷电试验产生了戒心和恐惧但富兰克林在死亡的威胁面前没有退缩，经过多次试验，他制成了一根实用的避雷针他把几米长的铁杆，用绝缘材料固定在屋顶，杆上紧拴着一根粗导线，一直通到地里当雷电袭击房子的时候，它就沿着金属杆通过导线直达大地，房屋建筑完好无损1754年，避雷针开始应用，但有些人认为这是个不祥的东西，违反天意会带来旱灾就在夜里偷偷地把避雷针拆了然而，科学终于将战胜愚昧一场挟有雷电的狂风过后，大教堂着火了；而装有避雷针的高层房屋却平安无事事实教育了人们，使人们相信了科学避雷针相继传到英国、德国、法国，最后普及世界各地雷电是怎样产生的电是发生在雷雨云中的电学现象，并且，也只有雷雨云才可能造成雷电因此，雷雨云的存在就成了雷电发生的先决条件在大多数情况下，雷雨云在产生雷电的同时，还伴随着降水，雷雨云在气象学里叫积雨云只有发展成熟并伸展得很高的积雨云才有雷电现象出现 在发展成熟的积雨云里，正电荷集中在云的上部，负电荷集中在云的中下部，但在云的底部，还有一个范围不大的带正电荷的区域，这里上升气流有局部的极大值。

云中电荷的产生和分布，与雷雨云形成的客观过程以及云中所发生的微物理过程有关在雷雨云的不同部位，聚集了两种不同极性的电荷，当聚集的电荷达到一定的数量时，在云内不同部位之间或云与地面之间就形成了很强的电场这电场的强度平均可以达到几千伏特／厘米，局部区域可以高达1万伏特／厘米这么强的电场，足以把云内外的大气层击穿，于是，在云与地面之间，或者云的不同部位之间，以及不同云块之间激发出耀眼的闪光，这就是闪电人们经常看见的闪电形状是线状闪电或枝状闪电，它有耀眼的光线整个闪电象横向或向下悬挂的枝叉纵横的树枝，又象地图上支流很多的河流线状闪电多数是云对地的放电，它是对人类危害最大的一种闪电雷电是怎样产生的，避雷针又是怎样避雷的呢？大气由于宇宙射线或其它电离现象的作用，会产生正负离子正负离子能自由运动，这就使空气能导电当大气各处电位不同时，负离子向正电区运动，正离子向负电区运动，进行正负电荷中和，达到电的平衡但是，在云层里，情况就不太一样云是由许多微小的水滴组成的，离子吸附在水滴上，成为球电荷由于水滴的质量大，行动笨拙；即使是直径只有几个微米的水滴，也是气体离子的一个沉重包袱所以云里的电荷移动缓慢，不易达到电平衡。

在大气电场影响下，正负电荷在云的上下层分别积累常常是正电荷聚集在云的上层，负电荷聚集在云的下层当带电的云离地面较近时，云和地形成一个巨大的电容器云和地各是电容器的一个极，云和地之间的大气就是电介质雷雨时，两极之间的电压差别很大，能达每米几万伏当电场强度超过空气的介电强度时，就会把空气击穿，进行放电放电时，带电粒子撞击空气分子，使空气分子电离在云和地之间形成一条由电子、离子组成的电的通路云中的电荷就沿着这条通路入地，这就是我们看到的发自云中而窜入地下的闪电由于瞬时电流可达几万甚至几十万安培，闪电周围空气的温度达几万度，由于气体的受热，附近气压突然升高到几十以至几百个大气压，巨大的气压向四周爆发时，发出吓人的响声，像爆炸一样，这就是雷鸣被闪电击中的地方，瞬时能量极大，会使所触及的树木房舍炸裂起火，就像命中一枚炸弹一般捷径人人爱走，电也是这样，要走电阻最小的通路避雷针就是竖立在建筑物最高处的一根与地相通的金属杆杆的上端是尖的，尖端容易放电，形成电阻小的通路云中的电荷可经避雷针入地，建筑物即可免受雷击这种避雷方法是富兰克林发明的，所以叫富兰克林避雷针这种避雷针的保护范围有似一把没有撑足的伞，它的保护半径只有避雷针安装高度的1-1.5倍。

因此，当建筑物很大时，就要在上面装许多支避雷针特别是平顶的大建筑群，避雷针排列成行，宛如针林一般如何提高避雷针的效能，早在1914年，匈牙利物理学家爱尔·齐拉特已发现利用放射性物质能使空气电离的原理可以增强避雷效能近年来随着同位素技术应用日益普及，许多先进国家，研制出了放射性同位素避雷针在欧州雷电最频繁的意大利和西班牙半岛上，许多易受雷电影响的建筑，如无线电发射台、变电站、燃料油或天然气贮存库、军工厂、核工厂都装置了这种新型的避雷针对一些有保存价值的古代遗迹，如雅典的卫城、西班牙的参坦达纪念碑，也采用了这种新型的避雷针我国广州的石油化工厂、南京的栖霞山化工厂、四川的维尼伦厂等也采用了放射性同位素避雷针北京的长城饭店也已采用。