本杰明·富兰克林通过一系列开创性实验，最终发明了避雷针。其发明过程可分为以下几个关键步骤：

一、风筝实验与雷电本质的探索

实验设计

1752年7月，富兰克林在费城雷雨天进行风筝实验。他制作了一个风筝，顶端绑有金属丝作为雷电接收器，金属丝通过湿绳与地面相连，绳端系有绝缘绸带，中间挂有钥匙作为电极。

实验现象

当雷电击中风筝时，引绳上的纤维丝竖立，表明雷电通过风筝传导至地面。富兰克林冒险用手触碰钥匙，观察到微弱电火花，首次证明雷电与人工静电本质相同。

理论推导

富兰克林通过风筝实验得出结论：雷电是自然放电现象，与人工摩擦产生的静电具有相同性质，且雷电倾向于通过尖端导体放电。

二、避雷针的构思与设计

尖端放电原理

基于雷电与静电的类比，富兰克林推测：通过在高处安装尖端导体（如金属针），可引导雷电安全导入地下。他设计避雷针时，采用绝缘材料将金属杆固定于屋顶，金属杆顶部安装金属针，通过导线与埋设的接地极相连。

避雷针结构

避雷针通常由金属棒、绝缘材料和接地装置组成。金属棒顶部为尖端设计，以聚集更多电荷；底部通过导线与埋地电极连接，形成电流通路。

三、避雷针的改进与推广

安全性提升

富兰克林改进避雷针设计，采用更安全的接地方式和绝缘保护措施，确保实验者和建筑物的安全。

广泛应用

1752年后，避雷针在法国马利大学等机构得到应用，随后逐渐推广至欧洲和美国。富兰克林建议在所有高楼、教堂等建筑安装避雷针，显著降低雷击灾害风险。

四、历史意义

富兰克林的避雷针发明不仅解决了建筑物防雷问题，还推动了电学研究的发展。他通过实验和理论结合，奠定了近代电学的基础，被誉为“近代电学奠基人”。

补充说明

虽然富兰克林是避雷针的主要发明者，但早期关于电的研究可追溯至1746年英国学者使用莱顿瓶的实验。富兰克林在此基础上进一步验证了雷电性质，并完善了避雷针设计。