Question

我国今年大部分地区雷电频发，已造成多人死亡，财产损失巨大．雷电发生时常常先看到闪电，后听到雷声．根据卫星统计，全球每分钟约发生300次左右的闪击，其中云闪和地闪之比在中纬度约为2.5：1，一次雷电产生的巨大声波，可以杀死空气中的细菌和微生物，使空气变得洁净起来，有利于我们的健康．雷电还能产生臭氧，我们都知道臭氧是地球生物的保护伞，它可以吸收大量的紫外线，使得生物免遭紫外线的伤害．另外雷电还能振松土壤，有利于农作物的生长．然而一次闪电产生的能量非常大，就是一个中等程度的闪击，耗散的功率也有10万千瓦，相当于一个小型核电站的输出功率，如果这些雷电活动一旦对大地产生放电，便会引起巨大的热效应、电效应和机械力，而造成破坏和灾难．若每次闪电的平均持续时间为1×10^-3s，电流约为2×10⁴A，电压约为1×10⁸V．试问：
（1）雷电发生时，为什么先看到闪电后听到雷声？
（2）为了防止雷电引起的灾害，请你提出两条防雷措施．
（3）虽然雷电会给人类带来灾害，但是也会给人类带来有利的一面，请举出两例．
（4）每次闪电释放的能量约为多少焦？

Answer

（1）光在空气的速度大约3×108m/s，而声音在空气的速度为340m/s，故在发生闪电时，是先看到闪电，后听到雷声的．
（2）天空中的云有的带正电荷，有的带负电荷，当带有正负电荷的云朵相遇时，就会释放出大量能量，从而产生雷电，释放的大量能量会使空气振动，也会有电流经过，从而对人类带来危害．为了防止这些能量对人类的伤害，因此把这些能量转移走或避开的角度分析．
（3）虽然雷电会给人类带来灾害，但是也会给人类带来有利的一面，从雷电对空气、大地及雷电产生的臭氧的方面来分析．
（4）已知闪电的电流、电压和持续时间，根据公式W=UIt可求每次闪电释放的能量．
【解析】
（1）闪电和雷声是同时发生的，根据传播速度表可知，声音的传播速度是340米/秒，光的传播速度是3×108米/秒，那么我们先看到闪电，后听到雷声的原因是空气中光的传播速度大于声音的传播速度．
答：光在空气中的传播速度远远大于声音在空气中的传播速度．
（2）发生雷暴天气时，为了预防雷电引起的灾害，从避开雷电为入手点，预防措施有：
①高大建筑物要安装避雷针；
②雷雨天不能接打手机；
③雷雨天不能在空旷的地上行走；
④雷雨天不能在树下避雨．
（3）发生雷暴天气时，雷电对空气、大地及雷电产生的臭氧来分析，有利的有：
①可以杀死空气中的细菌和微生物，使空气变得洁净起来，有利于我们的健康．
②雷电还能产生臭氧，可以吸收大量的紫外线，使得生物免遭紫外线的伤害．
③雷电还能振松土壤，有利于农作物的生长．
④一次雷电释放的能量很大，如果能加以利用，会成为新的能源．
（4）W=UIt=1×108V×2×104A×1×10-3s=2×109 J，
答：每次闪电释放的能量约为2×109 J．