摘?要：地震是一種巨大的自然災害，可能導致山崩地裂、房屋損毀和大量人員傷亡。如何在地震中保存自己免受傷害成了很多人關心的問題。本文旨在指導高中學生利用現階段所學物理知識設計一種簡易防震房，解決農村房屋在發(fā)生地震時保護自身問題，啟發(fā)學生運用物理知識解決實際問題的能力。同時，針對農村高中物理實驗教學實際，低成本、實用性原則是進行防震房設計時的首要因素。

關鍵詞：防震房;防震床;地震傳感式開關

一、 簡易防震房的設計思路

（一） 地震的基本知識

地震（英文名稱：earthquake）又被稱為地動，是地殼快速釋放能量過程中造成振動，產生地震波的一種自然現象。相關統計表明，地球上每年約發(fā)生500多萬次地震，平均每天要發(fā)生上萬次的地震。其中絕大多數震級很低，人們基本上感覺不到;能對人類造成嚴重危害的地震大約有十幾二十次;能造成特別嚴重災害的地震僅一兩次。

目前我們還不能精確的預測地震的到來，并且這種情況可能在未來相當長的一段時間內還將持續(xù)下去。因此，我們更應該做的是做好防御，而不是預測地震。

在地球內部傳播的地震波，分為縱波和橫波?？v波會導致地面上下顛簸振動，而橫波則會引起地面的水平晃動。由于縱波的傳播速度大于橫波，在地震發(fā)生時，一般人們先感到上下顛簸，過數秒到十幾秒后才會感到水平晃動。橫波是造成破壞的主要原因。

（二） 地震時造成人員傷亡的主要原因

據統計，地震直接造成人員傷亡并不大，但因地震而倒塌的建筑物會造成大量的人員傷亡。地震致災的另一個原因在于其瞬時突發(fā)性。地震的發(fā)生具有突然性，整個過程僅持續(xù)數十秒，人們往往來不及采取逃生措施。例如發(fā)生在凌晨三點的唐山大地震造成242769人死亡，而里氏震級更高的汶川大地震，僅造成69227人死亡，比唐山大地震少得多。最主要的原因就在于汶川大地震發(fā)生在下午14時28分即人們上班期間，人們能夠有更充足的反應時間。

（三） 防震房的設計思路

由于農村地區(qū)大部分為平房，如果地震發(fā)生在人們清醒時，那么在縱波發(fā)生人們感知到地震到橫波產生破壞的十幾秒時間內，人們完全能夠從房屋內跑到空曠地區(qū)，從而最大限度地避免了人員傷亡。這樣，我們要解決的問題就轉變?yōu)楫數卣鸢l(fā)生在人們休息時無法采取自救措施時如何保護自身。

根據上述的原因分析，防震首先需要解決建筑物倒塌對人員的傷害問題。這里我們設計采用一種防震床，防震床由主體、蓋板和控制系統組成。主體和蓋板均采用足夠堅硬的鋼材，能夠承受建筑倒塌時的沖擊力。蓋板升起時能夠保證人們正常休息時的舒適性，蓋板落下時能夠與主體構成一個相對封閉的空間，保證人們的人身安全?？刂葡到y能夠在接收到地震信號后控制蓋板落下。此外，在床箱內預先放置好氧氣瓶、食物和水、充電寶、手機和手電、藥品和急救箱等物資，確保人們即使在倒塌的房屋內被困，也能堅持到救援人員的到來。

其次，為了解決由于地震瞬發(fā)突然性導致人員無法采取自救措施的問題，我們設計采用一個電動機，在地震發(fā)生時將防震床從房間內拖到房屋外。

最后，為了解決地震無法預測的問題，我們利用縱波和橫波傳播速度不一致、且縱波破壞力遠小于橫波的特性，設置了地震傳感式開關。能夠在縱波發(fā)生時產生地震信號，接通電路，控制防震床蓋板落下和將防震床拉出。

解決這三個問題后，當地震中破壞力強的橫波到達時人員和防震床均處于安全地帶。即使由于震源深度貼近地表，縱波與橫波之間的間隔較短時防震床沒能拉出房屋，由于防震床的特性，也能保證人員安全并堅持到救援人員到達。

二、 簡易防震房的制作方法

制作簡易防震房重在演示原理，啟發(fā)思路，且農村中學實驗器材短缺現象比較普遍。因此，在選取實驗器材時，應選取日常生活中低成本易獲取的材料，保證人人做的起實驗。

（一） 實驗原材料

KT板2張、鞋盒1個、吸管4根、7號電池4節(jié)、3V微型電機1個、3V微型推拉式電磁鐵4個、直徑1cm鋼珠1顆、塑料皮帶輪1個、導線若干、電池片若干（KT板和鞋盒均可用任意硬紙殼代替，7號電池可用實驗室學生電源代替）。

（二） 所需工具

熱熔膠槍1把，膠棒若干、小刀1把、剪刀1把（熱熔膠槍和膠棒也可用膠水代替）。

（三） 制作方法

1. 制作防震床

從鞋盒中取長方形紙片，用熱熔膠粘成長方體床箱，在箱體的四角設置長方體立柱作為床蓋的支撐。在床的底部設置為四個暗格，分別用于存放氧氣瓶、食物和水、充電寶、手機和手電、藥品和急救箱等物資。并在床板上開一個小門，便于存取物品。

床的蓋板為長方形，角上設置4個吸管作為蓋板的支撐并插入到床箱內的支柱內。在床的兩側護欄上靠近支柱的位置安裝4個3V微型推拉式電磁鐵，使電磁鐵伸出時能夠進入支柱上開的小孔內，電磁鐵縮回時能夠完全從小孔內縮回。

四個微型電磁鐵的電線采取并聯方式連接，并從防震床側面護欄上穿出，一端與開關連接，一端與電池組負極相連。

電路斷開的情況下，4個電磁鐵伸出鐵棒穿過支柱和吸管上的孔將蓋板固定在打起的位置，不影響日常使用;當地震發(fā)生時，電路接通，電磁鐵鐵棒縮回，吸管和蓋板失去支撐力，在重力的作用下自然下落，蓋板與床主體的護欄配合形成一個封閉空間，保護人們免受建筑倒塌的威脅。

圖1?防震床

2. 制作電池組和電機

利用KT板和熱熔膠制作一個長方體盒子，在兩側利用購買的7號電池和電池片構建一個4節(jié)7號電池串聯的電池組。在電池片上有預制的小孔便于連接導線。

用熱熔膠和KT板將3V微型電機固定在電池組上方，電機的輸出軸上套上皮帶輪，皮帶輪上纏繞著細線與防震床相連。電機正極與電池組正極相接，負極與地震傳感式開關相連。這樣，當電路接通的時候，電機工作帶動皮帶輪旋轉將防震床從房屋內拉出。

圖2?電池組

3. 設置地震傳感式開關

在實際應用中，應使用地震儀感受地震信號，且地震儀應配置于床體內部，但考慮到高中學生的知識面和便于觀察，對實際問題進行了簡化。利用地震時產生晃動導致鋼珠從平臺上落下接通電路作為傳遞地震信號的方法，并將其作為一個單獨的模塊設置于床體一側。

地震傳感式開關由鋼珠、軌道及電池片組成。軌道由硬紙殼粘制而成，呈斜坡狀。軌道頂部設置一個平臺，用于放置鋼珠，軌道斜坡便于鋼珠滾動。軌道底部兩側用熱熔膠固定有兩個電池片，前部用紙片設置一個擋板，保證當鋼珠落到底部后正好位于兩個電池片中間并接通電路。電池片一端與微型電機負極相連，一端與電磁鐵正極相連。

實驗時，晃動房屋或者撥動鋼珠使其沿軌道下落到斜坡底部，鋼珠使兩個電池片之間的電路導通。此時，電磁鐵通電狀態(tài)下使鐵棒收縮退出塑料吸管上的孔，蓋板在重力作用下自然下落與防震床主體形成封閉空間。同時，電動機工作帶動皮帶輪旋轉，通過細線將防震床從房屋內拖出。至此，地震中人們的生命安全問題得到了圓滿的解決。

三、 關于防震房的拓展與思考

防震房的制作過程也是學生分析解決問題的過程，作為教師，不僅要引導學生學會簡化問題，將復雜的地震防范過程簡化為三個具體的問題，也要引導學生在得到問題的解決方案后，還能夠認識到實驗設計與實際問題中的差距，以便使學生在解決實際問題時能夠形成正確的思維方式。

比如，在這個實驗中，我們采取鋼珠導通電路的方式傳遞地震信號是不可靠的，如果縱波來臨時鋼珠垂直起落或者往導軌另一側傾斜都有可能導致鋼珠不進入軌道，在實際問題中這可能是致命的。因此，必須使用地震儀作為地震信號的來源。第二，如果防震床使用鋼材，本身的質量將變得相當沉重，使用細線、微型電機是不現實的。因此，在實際應用中會使用交流電源，大功率電機，并且防震床必須加裝輪子以減輕摩擦力甚至需要設置導軌。第三，防震床到達室外時無法停止，相應的可以設置一個繼電器電路使床到達指定位置時能夠自動停止。

物理是一門實驗學科，學生也絕不是為了學習而學習，能夠引導學生通過物理學知識解決實際問題，感受物理的魅力對于培養(yǎng)學生的學習興趣至關重要。10月28日01時56分，甘肅甘南地區(qū)發(fā)生里氏5.7級地震，會寧縣出現明顯震感，學生對此非常關注和憂慮。因此，我引導學生利用高中物理知識來分析和解決這一實際問題，所有學生立即表現出了強烈的學習興趣。由此可見，在農村高中開展物理實驗教學，實用性是實驗設計中相當重要的一環(huán)。

參考文獻：

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作者簡介：

楊志娟，甘肅省白銀市，甘肅省白銀市會寧縣第一中學。