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第二單元 第二次工業革命和近代科學文化
第5課 第二次工業革命
發明大王——愛迪生
“天才是百分之一的靈感，百分之九十九的血汗。”
——愛迪生
世界聞名的“發明大王”愛迪生一生只上過三個月的小學，不恥下問的習慣被人們認為他是低能兒，而他的學問是靠母親的教導和自修得來的。他的成功，大部分應該歸功于母親自小對他的諒解與耐心的教導。愛迪生從小就對很多事物感到好奇，而且喜歡親自去試驗一下，直到明白了其中的道理為止。長大以后，他就根據自己這方面的興趣，一心一意做研究和發明的工作。他在新澤西州建立了一個實驗室，一生共發明了電燈、電報機、留聲機、電影機、磁力析礦機、壓碎機等等總計兩千余種東西。愛迪生的強烈研究精神，使他對改進人類的生活方式做出了重大的貢獻。21世紀教育網版權所有
現在我為大家講一下愛迪生發明電燈的趣事！早在1821年，英國的科學家戴維和法拉第就發明了一種叫電弧燈的電燈。這種電燈用炭棒作燈絲。它雖然能發出亮光，但是光線刺眼，耗電量大，壽命也不長,很不實用。因此，愛迪生就暗下決心:“電弧燈不實用，我一定要發明一種燈光柔和的電燈，讓千家萬戶都用得上?！彼膶嶒為_始著手于燈絲的材料：用傳統的炭條作燈絲，一通電燈絲就斷了。用釕、鉻等金屬作燈絲，通電后，亮了片刻就被燒斷。用白金絲作燈絲，效果也不理想。就這樣，愛迪生試驗了1600多種材料。一次次的試驗，一次次的失敗，很多專家都認為電燈的前途黯淡。英國一些著名專家甚至譏諷愛迪生的研究是“毫無意義的”。一些記者也報道：“愛迪生的理想已成泡影?！睈鄣仙鎸κ?，面對所有人的冷嘲熱諷，愛迪生沒有退卻。他明白，失敗乃成功之母，每一次的失敗，意味著又向成功走近了一步。在一次偶然的機會下，愛迪生的老朋友麥肯基來看望他。愛迪生望著麥肯基說話時一晃一晃的長胡須，突然眼睛一亮，說：“胡子，先生，我要用您的胡子?！丙溈匣粝乱痪^交給愛迪生。愛迪生滿懷信心地挑選了幾根粗胡子，進行炭化處理，然后裝在燈泡里。可令人遺憾的是，試驗結果也不理想?！澳蔷陀梦业念^發試試看，沒準還行。”麥肯基說。這句話深深的觸動了愛迪生，但他明白，頭發與胡須性質一樣，于是沒有采納老人的意見。愛迪生走身，準備為這位慈祥的老人送行。他下意思地幫老人拉平身上穿的棉線外套。突然，他又喊道：“棉線，為什么不試棉線呢？”21教育網
麥肯基毫不猶豫地解開外套，撕下一片棉線織成的布，遞給愛迪生。愛迪生把棉線放在在U形密閉坩堝里，用高溫處理。愛迪生用鑷子夾住炭化棉線。準備將它裝在燈泡內?？捎捎谔炕蘧€又細又脆，加上愛迪生過于緊張，拿鑷子的手微微顫抖，因此棉線被夾斷了。最后，費了九牛二虎之力，愛迪生才把一根炭化棉線裝進了燈泡。此時，夜幕正在降臨，愛迪生的助手把燈泡里的空氣抽走，并將燈泡安在燈座上，一切工作就緒，大家靜靜地等待著結果。接通電源，燈泡發出金黃色的光輝，把整個實驗室照得通亮。13個月的艱苦奮斗，試用了6000多種材料，試驗了7000多次，終于有了突破性的進展。但是，這燈究竟會亮多久呢？1小時，2小時，3小時……時間一分一秒的過去，這盞電燈足足亮了45小時，燈絲才被燒斷。這是人類第一盞有實用價值的電燈。后來1879年10月21日這一天被人們定為電燈發明日，標志著可使用電燈的誕生。www.21-cn-jy.com
雖然這樣，愛迪生并沒有滿足，他沒有陶醉于成功的喜悅之中，而是給自己提出更高的要求——“45小時，還是太短了，必須把它的壽命延長到幾百小時，甚至幾千小時”。
有一天，天氣悶熱，他順手取來桌面上的竹扇面，一邊扇著，一邊考慮著問題?！耙苍S千篇竹絲炭化后效果更好?！睈鄣仙喼笔且姷绞裁礀|西都想試一試。試驗結果表明，用竹絲作燈絲效果很好，燈絲耐用，燈泡可亮1200小時。經過進一步試驗，愛迪生發現用炭化后的日本竹絲作燈絲效果最好。于是，他開始大批量生產電燈。他把生產的第一批燈泡安裝在“佳內特號”考察船上，以便考察人員有更多的工作時間。此后，電燈開始進行尋常百姓家。21·世紀*教育網
后來，人們便一直使用這種用竹絲作燈絲的燈泡。幾十年后，又對它進行了改進，即用鎢絲作燈絲，并在燈泡內充入隋性氣體氮或氬。這樣，燈泡的壽命又延長了許多。我們現在使用的這是這種燈泡。www-2-1-cnjy-com
愛迪生的一生是偉大的一生，不是因為他的著裝華麗，而是因為他的成就卓越。電燈的發明只是他眾多發明中的一點，他一生有上千項發明，不愧為“發明大王”的美譽。
萊特兄弟發明飛機的由來
1877年冬天，一場大雪降在美國的代頓地區，城郊的山岡上到處是白茫茫一片。一群孩子來到堆著厚厚白雪的山坡上，乘著自制的爬犁飛快地向下滑去。山坡上頓時響起陣陣笑聲。21*cnjy*com
在他們旁邊，有兩個男孩靜靜地站著，眼睜睜地看著歡快的爬犁從上而下劃過。大一點的男孩嘆道：“嗨！要是我們也有一架爬犁該多好啊！”另一個孩子撅著嘴說道：“誰叫我們爸爸總不在家呢！”他靈機一動，又接著說道：“哥哥，我們自己動手做吧！”被稱做哥哥的男孩一聽，頓時笑了起來，愉快地說道：對呀！我們自己也可以做。走，奧維爾，我們回去！”于是，兩個孩子一蹦一跳地跑下山坡，向家里飛快地跑去。
這弟兄兩個就是萊特兄弟，大的叫維爾伯，小的便是奧維爾。他們從小就喜歡擺弄一些玩意，經常在一起做各種各樣的游戲。他們的爺爺是個制作車輪的工匠，屋里有各種各樣的工具，弟兄兩個把那里當作他們的樂園，經常跑去看爺爺干活。時間一長，他們就模仿著制作一些小玩具。因此，弟兄兩個決定，這次要做架爬犁，拉到山坡上與同伴們比賽。當天晚上，弟兄倆就把這種想法告訴了媽媽。媽媽一聽，非常高興地說道：“好，咱們共同來做吧！”
于是，弟兄倆跑到爺爺的工作房里，找到很多木條和工具，不假思索就干了起來?！安恍小眿寢屪柚顾麄冋f，“干什么事情得有個計劃，我們首先得畫一個圖樣，然后才做！”弟兄倆明白了這個道理，就同媽媽一起設計圖樣。媽媽首先量了兄弟倆身體的尺寸，然后畫出一個很矮的爬犁?！皨寢?，別人家的爬犁很高，為啥你畫的爬犁這么矮？這能行嗎？”弟弟奧維爾不解他問?！緛碓矗?1cnj*y.co*m】
“孩子，要想叫爬犁跑得快，就得制成矮矮的，這樣可以減少風的阻力，速度也就會快多了?！眿寢寽睾偷亟忉尩馈５苄謧z這才明白，干任何事情都不應莽撞，應首先弄懂道理。過了一天，萊特兄弟的矮爬犁做成了。弟兄倆把它推到小山岡上，剛放在山坡上，就跑來了一個男孩?！境鎏帲?1教育名師】
“快來看呀，萊特兄弟扛了一個怪物！”這個男孩大驚小怪地叫道。
不一會兒，孩子們都圍了上來，指手畫腳地議論著這個怪模怪樣的東西。萊特兄弟不以為然，勇敢地說道：“誰和我們比賽！”21教育名師原創作品
先前跑過來的男孩連忙叫道：“我來！我來與他們比賽！”說完，就把自己爬犁拉了過來。
比賽結果，當然是萊特兄弟獲勝，孩子們再也不嘲弄這個爬犁，反而圍起來左瞧右看，似乎想從中找到什么。
萊特兄弟非常高興，帶著勝利的喜悅回家去了。
圣誕節到了，爸爸也從外地回來。圣誕節早晨，爸爸把禮物送給了他們，兄弟倆急不可耐地打開一看，是一個不知名的玩具，樣子好怪好怪的。
爸爸告訴他們，這是飛螺旋，能在空中高高地飛去。“鳥才能飛呢！它怎么也會飛！”維爾伯有點懷疑。
爸爸笑了一笑，當場做了表演。只見他先把上面的橡皮筋扭好，一松手，它就發出嗚嗚的聲音，向空中高高地飛去。兄弟這才相信，除了鳥、蝴蝶之外，人工制造的東西，也可以飛上天。于是，弟兄倆便把它拆開了，想從中探索一下，它為何能飛上天去。
從這以后，在他們的幼小心靈里，就萌發了將來一定制造出一種能飛上高高藍天的東西。這個愿望一直影響著他們。1896年，萊特兄弟在報紙看到一條消息：德國的李林塔爾因駕駛滑翔機失事身亡。這個消息對他們震動很大，弟兄倆決定研究空中飛行。
這時候，萊特兄弟開著一家自行車商店。他們一邊干活掙錢，一邊研究飛行的資料。三年后，他們掌握了大量有關航空方面的知識決定仿制一架滑翔機。
他們首先觀察老鷹在空中飛行的動作，然后一張又一張地畫下來，之后才著手設計滑翔機。1900年10月，萊特兄弟終于制成了他們第一架滑翔機，并把它帶到離代頓很遠的吉蒂霍克海邊，這里十分偏僻，周圍既沒有樹木也沒有民房，而且這里風力很大，非常適宜放飛滑翔機。兄弟倆用了一個星期的時間，把滑翔機裝好，先把它系上繩索，像風箏那樣放飛，結果成功了。然后由維爾伯坐上去進行試驗，雖然飛了起來，但只有1米多高。
第二年，兄弟倆在上次制作的基礎上，經過多次改進，又制成了一架滑翔機。這年秋天，他們又來到吉蒂霍克海邊，一試驗，飛行高度一下子達到180米之高。弟兄倆非常高興，但并不滿足。他們想能否制造一種不用風力也能飛行的機器？兄弟倆反復思考，把有關飛行的資料集中起來，反復研究，始終想不到用什么動力，把重大的滑翔機和人運到空中。有一天，車行門前停了一輛汽車，司機向他們借一把工具用用。來修理一下汽車的發動機。弟兄倆靈機一動，能不能用汽車的發動機來推動飛行。21cnjy.com
從這以后，弟兄倆圍繞發動機動開了腦筋。他們首先測出滑翔機的最大運載能力是90公斤，于是，他們向工廠訂制一個不超過90公斤的發動機。但當時最輕的發動機是190公斤，工廠無法制出這么輕的發動機。
后來，一名制造發動機的工程師知道了這件事情，答應幫助萊特兄弟。過了一段時間，這位工程師果然造出一部12馬力、重量只有70公斤的汽油發動機。
弟兄倆非常高興，很快便著手研究怎樣利用發動機來推動滑翔機飛行。經過無數次的試驗，他們終于把發動機安裝在滑翔機上，不過是在滑翔機上安上螺旋槳，由發動機來推動螺旋槳旋轉，帶動滑翔機飛行。
1903年9月，萊特兄弟帶著他們裝有發動機的飛行再次來到吉蒂霍克海邊試飛。雖然這次試飛失敗了，但他們從中吸取了很多經驗。過后不久，他們又連續試飛多次，不是因為螺旋槳的故障，就是發動機出了毛病，或是駕駛技術的問題。
萊特兄弟毫不氣餒，仍然堅持試飛。就在這時，一位名叫蘭萊的發明家，受美國政府的委托，制造了一架帶有汽油發動機的飛機，在試飛中墜入大海。
萊特兄弟得知這個消息，便前去調查，并從蘭萊的失敗中吸取了教訓，獲得了很多經驗，他們對飛機的每一部件作了嚴格的檢查，制定了嚴格的操作規定，于1903年12月14日，又來到吉蒂霍克，進行試飛試驗。
這天下午，兄弟倆先在地面上安置兩根固定在木頭上的鐵軌，并有一定的斜度，好讓飛機方便地滑行。接著，就把他們制造的飛機，放在鐵軌上面。
最后是由誰先飛的問題，兄弟倆爭執不下，只好用拋硬幣的方法，由維爾伯先飛。
維爾伯上機后，伏臥在飛機正中，一會兒便發動飛機，發動機傳出轟鳴的聲音，螺旋槳也慢慢地轉了起來。
飛機在斜坡上剛滑行3米，就掙脫了結在后面的鐵絲，呼嘯著升到空中。
“飛起來啦！”奧維爾興奮地叫道。
話音未落，飛機突然減慢速度，很快掉落在地上。整個飛行時間不到4分鐘。
奧維爾趕忙跑上前去。維爾伯已從墜落的飛機里跳了出來，兄弟倆趕緊觀察飛機，飛機也未受損。
“是什么問題呢？”兄弟倆左思右想，逐一檢查。發動機沒毛病，螺旋槳轉動很好，技術操作也完全正確?！案绺纾抑涝蛄?！”奧維爾滿面笑容地說道：“咱們是利用斜坡滑行的，距離只有3米飛機就起飛了。而這時螺旋槳的轉動還沒有達到高速，所以一會兒就栽了下來?！薄皩ρ?！”維爾伯點頭稱是，接著說道：“咱們不能利用斜坡滑行起飛，而要靠螺旋槳的力量飛上去。這樣吧，把鐵軌裝在平整的地方再試驗一下?！?br/>他們連續工作了三天，把鐵軌又重新安置在一片平坦的地面上。
1903年12月17日上午10點鐘，天空低云密布，寒風刺骨。被兄弟倆邀來觀看飛行的農民凍得直打寒顫，一再催促兄弟倆快點飛行。
這次由奧維爾試飛，只見他爬上飛機，伏臥在駕駛位上。一會兒，發動機開始轟鳴，螺旋槳也開始轉動。
突然，飛機滑動起來，一下子升到3米多高，隨即水平地向前飛去。
“飛起來啦！飛起來啦！”幾個農民高興地呼喚起來，并且隨著維爾伯，在飛機后面追趕著。
飛機飛行了30米后，穩穩地著陸了。維爾伯沖上前去，激動地撲到剛從飛機里爬出來的弟弟身上，熱淚盈眶地喊道：“我們成功了！我們成功了！”
45分鐘后，維爾伯又飛了一次，飛行距離達到52米，又過了一段時間，奧維爾又一次飛行，這次飛行了59秒，距離達到255米。
這是人類歷史上第一次駕駛飛機飛行成功，萊特兄弟把這個消息告訴報社，可報社不相信有這種事，拒不發布消息。萊特兄弟并不在乎。繼續改進他們的飛機。不久，兄弟倆又制造出能乘坐兩人的飛機，并且，在空中飛了一個多小時。
消息傳開后，人們奔走相告，美國政府非常重視，決定讓萊特做一次試飛表演。
1908年9月10日這天，天氣異常晴朗，飛機飛行的場地上圍滿了觀看的人們。大家興致勃勃，等待著萊特兄弟的飛行。
10點左右，弟弟奧維爾駕駛著他們的飛機，在一片歡呼聲中，自由自在地飛向天空，兩支長長的機翼從空中劃過，恰似一只展翅飛翔的雄鷹。
人們再也抑制不住他們的激動心情，昂首天空，呼喚著萊特兄弟的名字，多少人的夢想終于變為現實。
卡爾·本茨發明汽車
也許我們都聽說過或見到過“奔馳”牌小轎車?！氨捡Y”牌小轎車就是以汽車的發明者卡爾·本茨的名字命名的。
卡爾·本茨出生于德國，他從未見過父親，因為在他一歲時當火車司機的父親在一次事故中不幸逝世。本茨于1860年中學畢業后即上了當地一所技術學校，在學校他對機械原理特別感興趣，尤其是偏愛研究熱力發動機和蒸汽發動機。
年輕時，他曾在工業學校學習數學和機械。后來又在工廠的工作中積累了許多實際操作的經驗。1871年，本茨在曼德投資建立了工廠，并開始了對內燃機的研究。他是怎樣開始對內燃機產生興趣的呢？原來，當時自行車已經發明。不過，那時的自行車和我們現在的自行車不同。那時的自行車的腳蹬是裝在非常大的前輪上的，蹬起來非常費力。本茨想，如果能把發動機裝在自行車上，行動起來，就會既快又省力了。
那個時候，歐洲已有一些國家利用蒸汽機來驅動船舶和火車。但由于蒸汽機非常笨重而且是燃料在汽缸外燃燒的外燃機，所以無法裝在自行車和其他的輕型車輛上。
經過詳細調查，本茨發現發動機中除了蒸汽機之外，還有燃氣機。燃氣機是一種將汽缸中的易燃氣體點火引爆，然后利用氣體爆炸膨脹所產生的力量來推動汽缸中的活塞的內燃機。當活塞的運動通過連桿帶動車的傳動軸時，傳動軸就會驅動車輪旋轉起來。當時所用的易燃氣體是煤氣。
1878年，本茨制成了使用煤氣的燃氣機。緊接著，他又開始研究把發動機裝在小型四輪和三輪車上。由于燃氣機需要制造裝氣體的裝置，這個裝置很大，所以無法裝在輕型的車輛上。為了解決這個問題，本茨絞盡了腦汁。
一天，本茨聽到了這樣一件事，有人用汽油清除衣服上的污垢時，使得屋子里充滿了汽油，當火苗接觸到這些彌漫在屋子里的汽油時發生了爆炸。本茨想，汽油既然有這么大的威力，可不可以用汽油來代替煤氣呢？這樣，就不再需要裝氣體的裝置，發動機的體積和重量就會得到很好的改善。
在這之前，一位法國人曾制造過汽油發動機，但發現它的力量不大。本茨通過研究發現，蒸發后的汽油直接用在發動機中，是效率不佳的主要原因。本茨不斷改變混雜在汽油中的空氣比例，分析爆炸的強度。他發現，當壓縮混合氣體使其密度增加時，爆炸力就會隨之增強。由此本茨成功地制造出了體積小、力量大的汽油發動機。但是這種內燃機因為只有一個汽缸，所以把它裝在汽車上，汽車行駛起來很不平穩。
英國科學家克拉克發明了一項改進措施，就是在一臺內燃機中裝上兩個汽缸。當一個汽缸處在回復階段時，讓另一個汽缸爆燃做功，兩個汽缸交替做功，使輸出的動力均勻起來。本茨采用了這種方法，制成了四沖程的內燃機。
1885年，本茨首次成功地將四沖程內燃機與車輪結合在一起。他把他制造的汽油發動機裝在了三輪車上。世界上第一輛裝有四沖程汽油發動機的輕型三輪車試驗成功了，本茨所制造的汽車以每小時12千米的速度穩定地行駛。由于它用汽油內燃機做動力，所以被人們叫做汽車。這要算是世界上最古老的汽車了。這輛汽車的試制成功，奠定了今天汽車工業的基礎。
特斯拉:電氣時代最慷慨的科學家
提到特斯拉，你的第一印象肯定是那輛著名的美國電動汽車。但是，我們這里說的是一個人。因為艾倫·馬斯克向他致敬，以他的名字命名了自己的電動汽車，尼古拉·特斯拉（Nikola Tesla）才仿佛被更多的人念起。21*cnjy*com
他是誰？尼古拉·特斯拉（Nikola Tesla，1856 -?1943），交流電、無線電、雷達、水利發電站、遙控器、霓虹燈和現代電動機……沒錯，這些都是他的創造物。
特斯拉發明了交流電，并讓電真正進入到一種可消費狀態，因而推進了第二次工業革命；他還發明了無線電、雷達、水利發電站、遙控器、霓虹燈和現代電動機……他活著的時候就已經是個傳奇了，以至于西伯利亞神秘的通古利斯大爆炸也會被人懷疑是他的作品。
1856年，特斯拉出生在克羅地亞的一個貧寒家庭，排行老四。由于貧寒，家人希望小尼古拉能當一名神職人員，但他卻對神靈無動于衷，他終日沉浸在發明創造的幻想里，立志當一名電氣工程師。1875年，他在奧地利求學，學習物理、數學和機械學，后來在布拉格學習了兩年，隨后曾試圖在馬里博爾找工作，但沒能成功，只得返回布拉格繼續學業。
1882年秋，特斯拉到愛迪生電話公司的巴黎分公司當工程師，并成功設計出第一臺感應電機模型，1884年，他前往美國，愛迪生安排他在愛迪生機械公司工作。
當時，愛迪生已經發明了直流電，電器得到了廣泛的應用，直流電損耗很高，每隔一公里就要建設一套發電機組，因此電費十分高昂。對愛迪生的公司來說，這卻成為了最賺錢的生意。2·1·c·n·j·y
但兩大發明家沒有成就佳話，反倒成了各種糾纏的開始。愛迪生不但是個發明家，而且是個企業家，他喜歡靠收各種專利保護費來賺錢，而特斯拉則是個極客——想一想沃茲尼亞克和喬布斯之間的關系吧，基本上就是這樣。特斯拉的各種驚世駭俗的理論總是忘了記下來，這造成了他晚年的窮困潦倒，不過這是后話了。【版權所有：21教育】
結果就是與愛迪生掰了。1885年，他遇到了西屋公司負責人喬治·威斯汀豪斯，在喬治的支持下，他開始全力研究交流電。與直流電相比，交流電的導線更細，電壓更高，傳輸耗損更小，這項研究讓愛迪生十分不爽：一旦直流電被取代，自家公司的利潤將大幅下降。
為了擠壓競爭對手，愛迪生大開腦洞，他買通了某些州，將當地死刑由絞刑改為交流電電刑，并發動當地的小學生，以每只25美分的價格雇他們抓貓抓狗，再用交流電把它們電死，以顯示交流電的危害，打擊特斯拉在人們心目中的地位?！緛碓矗?1·世紀·教育·網】
直到1880年代末，特斯拉發明了異步電動機，交流電遠距離高壓傳輸的優點終于完全展現了出來，在1893年5月的哥倫比亞博覽會上，特斯拉展示了交流電照明，在那之后，交流電取代了直流電，成為了供電主流。特斯拉終于成為了“電流之戰”的贏家。
交流電普及后，相關公司每銷售一馬力交流電，就必須向特斯拉繳納2.5美元的專利費，在強大的利益驅動下，一些財團要挾特斯拉放棄這項專利權，意圖獨占這項技術。
經過多番交涉，特斯拉決定放棄交流電的專利權，條件是交流電的專利將被永久公開，自此，交流電成為了一項免費的發明。如果特斯拉當年收取了每馬力2.5美元的專利費，將會變成世界上最富有的人，但他向來不太在意這些事情，又把精力投入到其他的發明上去了。
類似的事情還發生過不少：馬可尼以無線電研究著稱，他的一些理論是在特斯拉實驗的基礎上提出的。當馬可尼第一次將無線電信號發到大西洋彼岸時，特斯拉的回應是，“馬可尼這家伙不錯，讓他繼續使用我那17項專利吧！”21·cn·jy·com
“人們幼年時期的活動是由本能驅使的，充滿了活力而又無拘無束。那些早期的沖動，盡管沒有馬上產生成效，但卻是最偉大的，甚至可能決定我們的命運。”這是特斯拉在書中寫下的一段話。從少年時代起，他就對世界充滿了瘋狂想象，后來則提出了X射線、雷達、地球共振頻率、球形閃電等一系列理論，這些發明不是量的積累，而是質的飛越，落后的科技一直在追趕著特斯拉的瘋狂大腦。2-1-c-n-j-y

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