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第二单元 第二次工业革命和近代科学文化
第5课 第二次工业革命
发明大王——爱迪生
“天才是百分之一的灵感，百分之九十九的血汗。”
——爱迪生
世界闻名的“发明大王”爱迪生一生只上过三个月的小学，不耻下问的习惯被人们认为他是低能儿，而他的学问是靠母亲的教导和自修得来的。他的成功，大部分应该归功于母亲自小对他的谅解与耐心的教导。爱迪生从小就对很多事物感到好奇，而且喜欢亲自去试验一下，直到明白了其中的道理为止。长大以后，他就根据自己这方面的兴趣，一心一意做研究和发明的工作。他在新泽西州建立了一个实验室，一生共发明了电灯、电报机、留声机、电影机、磁力析矿机、压碎机等等总计两千余种东西。爱迪生的强烈研究精神，使他对改进人类的生活方式做出了重大的贡献。21世纪教育网版权所有
现在我为大家讲一下爱迪生发明电灯的趣事！早在1821年，英国的科学家戴维和法拉第就发明了一种叫电弧灯的电灯。这种电灯用炭棒作灯丝。它虽然能发出亮光，但是光线刺眼，耗电量大，寿命也不长,很不实用。因此，爱迪生就暗下决心:“电弧灯不实用，我一定要发明一种灯光柔和的电灯，让千家万户都用得上。”他的实验开始着手于灯丝的材料：用传统的炭条作灯丝，一通电灯丝就断了。用钌、铬等金属作灯丝，通电后，亮了片刻就被烧断。用白金丝作灯丝，效果也不理想。就这样，爱迪生试验了1600多种材料。一次次的试验，一次次的失败，很多专家都认为电灯的前途黯淡。英国一些著名专家甚至讥讽爱迪生的研究是“毫无意义的”。一些记者也报道：“爱迪生的理想已成泡影。”爱迪生面对失败，面对所有人的冷嘲热讽，爱迪生没有退却。他明白，失败乃成功之母，每一次的失败，意味着又向成功走近了一步。在一次偶然的机会下，爱迪生的老朋友麦肯基来看望他。爱迪生望着麦肯基说话时一晃一晃的长胡须，突然眼睛一亮，说：“胡子，先生，我要用您的胡子。”麦肯基剪下一绺交给爱迪生。爱迪生满怀信心地挑选了几根粗胡子，进行炭化处理，然后装在灯泡里。可令人遗憾的是，试验结果也不理想。“那就用我的头发试试看，没准还行。”麦肯基说。这句话深深的触动了爱迪生，但他明白，头发与胡须性质一样，于是没有采纳老人的意见。爱迪生走身，准备为这位慈祥的老人送行。他下意思地帮老人拉平身上穿的棉线外套。突然，他又喊道：“棉线，为什么不试棉线呢？”21教育网
麦肯基毫不犹豫地解开外套，撕下一片棉线织成的布，递给爱迪生。爱迪生把棉线放在在U形密闭坩埚里，用高温处理。爱迪生用镊子夹住炭化棉线。准备将它装在灯泡内。可由于炭化棉线又细又脆，加上爱迪生过于紧张，拿镊子的手微微颤抖，因此棉线被夹断了。最后，费了九牛二虎之力，爱迪生才把一根炭化棉线装进了灯泡。此时，夜幕正在降临，爱迪生的助手把灯泡里的空气抽走，并将灯泡安在灯座上，一切工作就绪，大家静静地等待着结果。接通电源，灯泡发出金黄色的光辉，把整个实验室照得通亮。13个月的艰苦奋斗，试用了6000多种材料，试验了7000多次，终于有了突破性的进展。但是，这灯究竟会亮多久呢？1小时，2小时，3小时……时间一分一秒的过去，这盏电灯足足亮了45小时，灯丝才被烧断。这是人类第一盏有实用价值的电灯。后来1879年10月21日这一天被人们定为电灯发明日，标志着可使用电灯的诞生。www.21-cn-jy.com
虽然这样，爱迪生并没有满足，他没有陶醉于成功的喜悦之中，而是给自己提出更高的要求——“45小时，还是太短了，必须把它的寿命延长到几百小时，甚至几千小时”。
有一天，天气闷热，他顺手取来桌面上的竹扇面，一边扇着，一边考虑着问题。“也许千篇竹丝炭化后效果更好。”爱迪生简直是见到什么东西都想试一试。试验结果表明，用竹丝作灯丝效果很好，灯丝耐用，灯泡可亮1200小时。经过进一步试验，爱迪生发现用炭化后的日本竹丝作灯丝效果最好。于是，他开始大批量生产电灯。他把生产的第一批灯泡安装在“佳内特号”考察船上，以便考察人员有更多的工作时间。此后，电灯开始进行寻常百姓家。21·世纪*教育网
后来，人们便一直使用这种用竹丝作灯丝的灯泡。几十年后，又对它进行了改进，即用钨丝作灯丝，并在灯泡内充入隋性气体氮或氩。这样，灯泡的寿命又延长了许多。我们现在使用的这是这种灯泡。www-2-1-cnjy-com
爱迪生的一生是伟大的一生，不是因为他的着装华丽，而是因为他的成就卓越。电灯的发明只是他众多发明中的一点，他一生有上千项发明，不愧为“发明大王”的美誉。
莱特兄弟发明飞机的由来
1877年冬天，一场大雪降在美国的代顿地区，城郊的山冈上到处是白茫茫一片。一群孩子来到堆着厚厚白雪的山坡上，乘着自制的爬犁飞快地向下滑去。山坡上顿时响起阵阵笑声。21*cnjy*com
在他们旁边，有两个男孩静静地站着，眼睁睁地看着欢快的爬犁从上而下划过。大一点的男孩叹道：“嗨！要是我们也有一架爬犁该多好啊！”另一个孩子撅着嘴说道：“谁叫我们爸爸总不在家呢！”他灵机一动，又接着说道：“哥哥，我们自己动手做吧！”被称做哥哥的男孩一听，顿时笑了起来，愉快地说道：对呀！我们自己也可以做。走，奥维尔，我们回去！”于是，两个孩子一蹦一跳地跑下山坡，向家里飞快地跑去。
这弟兄两个就是莱特兄弟，大的叫维尔伯，小的便是奥维尔。他们从小就喜欢摆弄一些玩意，经常在一起做各种各样的游戏。他们的爷爷是个制作车轮的工匠，屋里有各种各样的工具，弟兄两个把那里当作他们的乐园，经常跑去看爷爷干活。时间一长，他们就模仿着制作一些小玩具。因此，弟兄两个决定，这次要做架爬犁，拉到山坡上与同伴们比赛。当天晚上，弟兄俩就把这种想法告诉了妈妈。妈妈一听，非常高兴地说道：“好，咱们共同来做吧！”
于是，弟兄俩跑到爷爷的工作房里，找到很多木条和工具，不假思索就干了起来。“不行”妈妈阻止他们说，“干什么事情得有个计划，我们首先得画一个图样，然后才做！”弟兄俩明白了这个道理，就同妈妈一起设计图样。妈妈首先量了兄弟俩身体的尺寸，然后画出一个很矮的爬犁。“妈妈，别人家的爬犁很高，为啥你画的爬犁这么矮？这能行吗？”弟弟奥维尔不解他问。【来源：21cnj*y.co*m】
“孩子，要想叫爬犁跑得快，就得制成矮矮的，这样可以减少风的阻力，速度也就会快多了。”妈妈温和地解释道。弟兄俩这才明白，干任何事情都不应莽撞，应首先弄懂道理。过了一天，莱特兄弟的矮爬犁做成了。弟兄俩把它推到小山冈上，刚放在山坡上，就跑来了一个男孩。【出处：21教育名师】
“快来看呀，莱特兄弟扛了一个怪物！”这个男孩大惊小怪地叫道。
不一会儿，孩子们都围了上来，指手画脚地议论着这个怪模怪样的东西。莱特兄弟不以为然，勇敢地说道：“谁和我们比赛！”21教育名师原创作品
先前跑过来的男孩连忙叫道：“我来！我来与他们比赛！”说完，就把自己爬犁拉了过来。
比赛结果，当然是莱特兄弟获胜，孩子们再也不嘲弄这个爬犁，反而围起来左瞧右看，似乎想从中找到什么。
莱特兄弟非常高兴，带着胜利的喜悦回家去了。
圣诞节到了，爸爸也从外地回来。圣诞节早晨，爸爸把礼物送给了他们，兄弟俩急不可耐地打开一看，是一个不知名的玩具，样子好怪好怪的。
爸爸告诉他们，这是飞螺旋，能在空中高高地飞去。“鸟才能飞呢！它怎么也会飞！”维尔伯有点怀疑。
爸爸笑了一笑，当场做了表演。只见他先把上面的橡皮筋扭好，一松手，它就发出呜呜的声音，向空中高高地飞去。兄弟这才相信，除了鸟、蝴蝶之外，人工制造的东西，也可以飞上天。于是，弟兄俩便把它拆开了，想从中探索一下，它为何能飞上天去。
从这以后，在他们的幼小心灵里，就萌发了将来一定制造出一种能飞上高高蓝天的东西。这个愿望一直影响着他们。1896年，莱特兄弟在报纸看到一条消息：德国的李林塔尔因驾驶滑翔机失事身亡。这个消息对他们震动很大，弟兄俩决定研究空中飞行。
这时候，莱特兄弟开着一家自行车商店。他们一边干活挣钱，一边研究飞行的资料。三年后，他们掌握了大量有关航空方面的知识决定仿制一架滑翔机。
他们首先观察老鹰在空中飞行的动作，然后一张又一张地画下来，之后才着手设计滑翔机。1900年10月，莱特兄弟终于制成了他们第一架滑翔机，并把它带到离代顿很远的吉蒂霍克海边，这里十分偏僻，周围既没有树木也没有民房，而且这里风力很大，非常适宜放飞滑翔机。兄弟俩用了一个星期的时间，把滑翔机装好，先把它系上绳索，像风筝那样放飞，结果成功了。然后由维尔伯坐上去进行试验，虽然飞了起来，但只有1米多高。
第二年，兄弟俩在上次制作的基础上，经过多次改进，又制成了一架滑翔机。这年秋天，他们又来到吉蒂霍克海边，一试验，飞行高度一下子达到180米之高。弟兄俩非常高兴，但并不满足。他们想能否制造一种不用风力也能飞行的机器？兄弟俩反复思考，把有关飞行的资料集中起来，反复研究，始终想不到用什么动力，把重大的滑翔机和人运到空中。有一天，车行门前停了一辆汽车，司机向他们借一把工具用用。来修理一下汽车的发动机。弟兄俩灵机一动，能不能用汽车的发动机来推动飞行。21cnjy.com
从这以后，弟兄俩围绕发动机动开了脑筋。他们首先测出滑翔机的最大运载能力是90公斤，于是，他们向工厂订制一个不超过90公斤的发动机。但当时最轻的发动机是190公斤，工厂无法制出这么轻的发动机。
后来，一名制造发动机的工程师知道了这件事情，答应帮助莱特兄弟。过了一段时间，这位工程师果然造出一部12马力、重量只有70公斤的汽油发动机。
弟兄俩非常高兴，很快便着手研究怎样利用发动机来推动滑翔机飞行。经过无数次的试验，他们终于把发动机安装在滑翔机上，不过是在滑翔机上安上螺旋桨，由发动机来推动螺旋桨旋转，带动滑翔机飞行。
1903年9月，莱特兄弟带着他们装有发动机的飞行再次来到吉蒂霍克海边试飞。虽然这次试飞失败了，但他们从中吸取了很多经验。过后不久，他们又连续试飞多次，不是因为螺旋桨的故障，就是发动机出了毛病，或是驾驶技术的问题。
莱特兄弟毫不气馁，仍然坚持试飞。就在这时，一位名叫兰莱的发明家，受美国政府的委托，制造了一架带有汽油发动机的飞机，在试飞中坠入大海。
莱特兄弟得知这个消息，便前去调查，并从兰莱的失败中吸取了教训，获得了很多经验，他们对飞机的每一部件作了严格的检查，制定了严格的操作规定，于1903年12月14日，又来到吉蒂霍克，进行试飞试验。
这天下午，兄弟俩先在地面上安置两根固定在木头上的铁轨，并有一定的斜度，好让飞机方便地滑行。接着，就把他们制造的飞机，放在铁轨上面。
最后是由谁先飞的问题，兄弟俩争执不下，只好用抛硬币的方法，由维尔伯先飞。
维尔伯上机后，伏卧在飞机正中，一会儿便发动飞机，发动机传出轰鸣的声音，螺旋桨也慢慢地转了起来。
飞机在斜坡上刚滑行3米，就挣脱了结在后面的铁丝，呼啸着升到空中。
“飞起来啦！”奥维尔兴奋地叫道。
话音未落，飞机突然减慢速度，很快掉落在地上。整个飞行时间不到4分钟。
奥维尔赶忙跑上前去。维尔伯已从坠落的飞机里跳了出来，兄弟俩赶紧观察飞机，飞机也未受损。
“是什么问题呢？”兄弟俩左思右想，逐一检查。发动机没毛病，螺旋桨转动很好，技术操作也完全正确。……“哥哥，我知道原因了！”奥维尔满面笑容地说道：“咱们是利用斜坡滑行的，距离只有3米飞机就起飞了。而这时螺旋桨的转动还没有达到高速，所以一会儿就栽了下来。”“对呀！”维尔伯点头称是，接着说道：“咱们不能利用斜坡滑行起飞，而要靠螺旋桨的力量飞上去。这样吧，把铁轨装在平整的地方再试验一下。”
他们连续工作了三天，把铁轨又重新安置在一片平坦的地面上。
1903年12月17日上午10点钟，天空低云密布，寒风刺骨。被兄弟俩邀来观看飞行的农民冻得直打寒颤，一再催促兄弟俩快点飞行。
这次由奥维尔试飞，只见他爬上飞机，伏卧在驾驶位上。一会儿，发动机开始轰鸣，螺旋桨也开始转动。
突然，飞机滑动起来，一下子升到3米多高，随即水平地向前飞去。
“飞起来啦！飞起来啦！”几个农民高兴地呼唤起来，并且随着维尔伯，在飞机后面追赶着。
飞机飞行了30米后，稳稳地着陆了。维尔伯冲上前去，激动地扑到刚从飞机里爬出来的弟弟身上，热泪盈眶地喊道：“我们成功了！我们成功了！”
45分钟后，维尔伯又飞了一次，飞行距离达到52米，又过了一段时间，奥维尔又一次飞行，这次飞行了59秒，距离达到255米。
这是人类历史上第一次驾驶飞机飞行成功，莱特兄弟把这个消息告诉报社，可报社不相信有这种事，拒不发布消息。莱特兄弟并不在乎。继续改进他们的飞机。不久，兄弟俩又制造出能乘坐两人的飞机，并且，在空中飞了一个多小时。
消息传开后，人们奔走相告，美国政府非常重视，决定让莱特做一次试飞表演。
1908年9月10日这天，天气异常晴朗，飞机飞行的场地上围满了观看的人们。大家兴致勃勃，等待着莱特兄弟的飞行。
10点左右，弟弟奥维尔驾驶着他们的飞机，在一片欢呼声中，自由自在地飞向天空，两支长长的机翼从空中划过，恰似一只展翅飞翔的雄鹰。
人们再也抑制不住他们的激动心情，昂首天空，呼唤着莱特兄弟的名字，多少人的梦想终于变为现实。
卡尔·本茨发明汽车
也许我们都听说过或见到过“奔驰”牌小轿车。“奔驰”牌小轿车就是以汽车的发明者卡尔·本茨的名字命名的。
卡尔·本茨出生于德国，他从未见过父亲，因为在他一岁时当火车司机的父亲在一次事故中不幸逝世。本茨于1860年中学毕业后即上了当地一所技术学校，在学校他对机械原理特别感兴趣，尤其是偏爱研究热力发动机和蒸汽发动机。
年轻时，他曾在工业学校学习数学和机械。后来又在工厂的工作中积累了许多实际操作的经验。1871年，本茨在曼德投资建立了工厂，并开始了对内燃机的研究。他是怎样开始对内燃机产生兴趣的呢？原来，当时自行车已经发明。不过，那时的自行车和我们现在的自行车不同。那时的自行车的脚蹬是装在非常大的前轮上的，蹬起来非常费力。本茨想，如果能把发动机装在自行车上，行动起来，就会既快又省力了。
那个时候，欧洲已有一些国家利用蒸汽机来驱动船舶和火车。但由于蒸汽机非常笨重而且是燃料在汽缸外燃烧的外燃机，所以无法装在自行车和其他的轻型车辆上。
经过详细调查，本茨发现发动机中除了蒸汽机之外，还有燃气机。燃气机是一种将汽缸中的易燃气体点火引爆，然后利用气体爆炸膨胀所产生的力量来推动汽缸中的活塞的内燃机。当活塞的运动通过连杆带动车的传动轴时，传动轴就会驱动车轮旋转起来。当时所用的易燃气体是煤气。
1878年，本茨制成了使用煤气的燃气机。紧接着，他又开始研究把发动机装在小型四轮和三轮车上。由于燃气机需要制造装气体的装置，这个装置很大，所以无法装在轻型的车辆上。为了解决这个问题，本茨绞尽了脑汁。
一天，本茨听到了这样一件事，有人用汽油清除衣服上的污垢时，使得屋子里充满了汽油，当火苗接触到这些弥漫在屋子里的汽油时发生了爆炸。本茨想，汽油既然有这么大的威力，可不可以用汽油来代替煤气呢？这样，就不再需要装气体的装置，发动机的体积和重量就会得到很好的改善。
在这之前，一位法国人曾制造过汽油发动机，但发现它的力量不大。本茨通过研究发现，蒸发后的汽油直接用在发动机中，是效率不佳的主要原因。本茨不断改变混杂在汽油中的空气比例，分析爆炸的强度。他发现，当压缩混合气体使其密度增加时，爆炸力就会随之增强。由此本茨成功地制造出了体积小、力量大的汽油发动机。但是这种内燃机因为只有一个汽缸，所以把它装在汽车上，汽车行驶起来很不平稳。
英国科学家克拉克发明了一项改进措施，就是在一台内燃机中装上两个汽缸。当一个汽缸处在回复阶段时，让另一个汽缸爆燃做功，两个汽缸交替做功，使输出的动力均匀起来。本茨采用了这种方法，制成了四冲程的内燃机。
1885年，本茨首次成功地将四冲程内燃机与车轮结合在一起。他把他制造的汽油发动机装在了三轮车上。世界上第一辆装有四冲程汽油发动机的轻型三轮车试验成功了，本茨所制造的汽车以每小时12千米的速度稳定地行驶。由于它用汽油内燃机做动力，所以被人们叫做汽车。这要算是世界上最古老的汽车了。这辆汽车的试制成功，奠定了今天汽车工业的基础。
特斯拉:电气时代最慷慨的科学家
提到特斯拉，你的第一印象肯定是那辆著名的美国电动汽车。但是，我们这里说的是一个人。因为艾伦·马斯克向他致敬，以他的名字命名了自己的电动汽车，尼古拉·特斯拉（Nikola Tesla）才仿佛被更多的人念起。21*cnjy*com
他是谁？尼古拉·特斯拉（Nikola Tesla，1856 -?1943），交流电、无线电、雷达、水利发电站、遥控器、霓虹灯和现代电动机……没错，这些都是他的创造物。
特斯拉发明了交流电，并让电真正进入到一种可消费状态，因而推进了第二次工业革命；他还发明了无线电、雷达、水利发电站、遥控器、霓虹灯和现代电动机……他活着的时候就已经是个传奇了，以至于西伯利亚神秘的通古利斯大爆炸也会被人怀疑是他的作品。
1856年，特斯拉出生在克罗地亚的一个贫寒家庭，排行老四。由于贫寒，家人希望小尼古拉能当一名神职人员，但他却对神灵无动于衷，他终日沉浸在发明创造的幻想里，立志当一名电气工程师。1875年，他在奥地利求学，学习物理、数学和机械学，后来在布拉格学习了两年，随后曾试图在马里博尔找工作，但没能成功，只得返回布拉格继续学业。
1882年秋，特斯拉到爱迪生电话公司的巴黎分公司当工程师，并成功设计出第一台感应电机模型，1884年，他前往美国，爱迪生安排他在爱迪生机械公司工作。
当时，爱迪生已经发明了直流电，电器得到了广泛的应用，直流电损耗很高，每隔一公里就要建设一套发电机组，因此电费十分高昂。对爱迪生的公司来说，这却成为了最赚钱的生意。2·1·c·n·j·y
但两大发明家没有成就佳话，反倒成了各种纠缠的开始。爱迪生不但是个发明家，而且是个企业家，他喜欢靠收各种专利保护费来赚钱，而特斯拉则是个极客——想一想沃兹尼亚克和乔布斯之间的关系吧，基本上就是这样。特斯拉的各种惊世骇俗的理论总是忘了记下来，这造成了他晚年的穷困潦倒，不过这是后话了。【版权所有：21教育】
结果就是与爱迪生掰了。1885年，他遇到了西屋公司负责人乔治·威斯汀豪斯，在乔治的支持下，他开始全力研究交流电。与直流电相比，交流电的导线更细，电压更高，传输耗损更小，这项研究让爱迪生十分不爽：一旦直流电被取代，自家公司的利润将大幅下降。
为了挤压竞争对手，爱迪生大开脑洞，他买通了某些州，将当地死刑由绞刑改为交流电电刑，并发动当地的小学生，以每只25美分的价格雇他们抓猫抓狗，再用交流电把它们电死，以显示交流电的危害，打击特斯拉在人们心目中的地位。【来源：21·世纪·教育·网】
直到1880年代末，特斯拉发明了异步电动机，交流电远距离高压传输的优点终于完全展现了出来，在1893年5月的哥伦比亚博览会上，特斯拉展示了交流电照明，在那之后，交流电取代了直流电，成为了供电主流。特斯拉终于成为了“电流之战”的赢家。
交流电普及后，相关公司每销售一马力交流电，就必须向特斯拉缴纳2.5美元的专利费，在强大的利益驱动下，一些财团要挟特斯拉放弃这项专利权，意图独占这项技术。
经过多番交涉，特斯拉决定放弃交流电的专利权，条件是交流电的专利将被永久公开，自此，交流电成为了一项免费的发明。如果特斯拉当年收取了每马力2.5美元的专利费，将会变成世界上最富有的人，但他向来不太在意这些事情，又把精力投入到其他的发明上去了。
类似的事情还发生过不少：马可尼以无线电研究著称，他的一些理论是在特斯拉实验的基础上提出的。当马可尼第一次将无线电信号发到大西洋彼岸时，特斯拉的回应是，“马可尼这家伙不错，让他继续使用我那17项专利吧！”21·cn·jy·com
“人们幼年时期的活动是由本能驱使的，充满了活力而又无拘无束。那些早期的冲动，尽管没有马上产生成效，但却是最伟大的，甚至可能决定我们的命运。”这是特斯拉在书中写下的一段话。从少年时代起，他就对世界充满了疯狂想象，后来则提出了X射线、雷达、地球共振频率、球形闪电等一系列理论，这些发明不是量的积累，而是质的飞越，落后的科技一直在追赶着特斯拉的疯狂大脑。2-1-c-n-j-y

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