搜索
第13课从蒸汽机到互联网★教学目标：1、知识与能力：（1）识记：三次工业革命过程中代表性的发明；（2）理解“蒸汽时代”、“电气时代”和“信息时代”到来的必然性，科学技术的进步对推动社会发展的巨大作用；（3）以蒸汽机、电动机和网络技术的发明和发展说明科学技术进步对人类的意义；（4）探究科学思想与科学发展之间的关系。2、过程与方法：（1）通过必修2已学知识的回顾引导学生理解本课的相关知识，探究科技革命对社会发展与进步的巨大作用。（2）通过表格比较三次工业革命在内容和意义上的异同，认识他们之间的关系。3、情感态度与价值观：（1）认识电力的发现与发展是几代科学家努力的结果，树立继承发扬人类优秀文化成果的观念。（2）社会的发展需要技术革命，科技是第一生产力，是推动人类社会发展的终极动力。★教学重点和难点：重点：蒸汽机的发明和电气技术的应用对社会发展的作用。难点：第二次工业革命开辟的时代被称为“电气时代”的原因。☆教材分析：本课教材主要从三个方面介绍了世界科学历程中的“蒸汽时代”“电气时代”和“信息时代”，从科学技术发展史的角度阐述了近代以来人类科学技术发展的三个重要阶段。蒸汽机是工业革命时期最伟大的发明，第二次工业革命以电力的广泛应用为显著特点，第三次科技革命则是带来了以电子计算机为代表的信息时代。蒸汽机的发明、电气技术的广泛应用和互联网的出现，推动社会各个方面发生了巨大变革。由于这些科技成就的文字和资料比较丰富，建议在教学时适当补充，增加学生对近代以来这三个时期科技成就的感性了解，为深入认识科学技术进步的意义奠定基础。★教学过程及要点：导入新课：2008年9月下旬，我国自主研制的神舟七号飞船带着三名宇航员顺利升空，我国宇航员首次走出机舱，漫游太空，开创了我国航天史上的新纪元。1965年3月18日前苏联发射的“上升2”号飞船进入轨道后，在飞船绕地球飞行第二圈后不久，宇航员列昂诺夫打开通向气闸室的内舱盖，让气闸室充气，然后进入气闸室，穿好舱外活动航天服，并对它的密封性能进行了检查，随后逐渐让气闸室降低气压，最后，列昂诺夫打开气闸室外盖，走出气闸室，进入茫茫太空，以28000千米/小时的速度绕地球运行。人类第一次太空行走成功了！1984年2月7日，两名美国宇航员，当他们从航天飞机“挑战者”号中自由飞出后，首次成为两颗人体卫星。这一由宇航员布鲁斯-麦坎德利斯和罗伯特-L-斯图尔特创造的奇迹，是对一种可保证人类在太空中随意工作的装置的试验。麦坎德利斯首次解开系绳在太空行走了170米。人类开发太空是哪次科技革命的产物？由此导入新课。一、“蒸汽时代”的到来：1、背景：（1）17世纪末，英国取得了资产阶级革命的胜利，为经济发展扫清了障碍；（2）18世纪，随着工场手工业的发展，应用机器进行生产成为可能；（3）科学技术为生产的发展提供了许多发现和发明。很早以前，就有人设想把蒸汽作为动力使用，但真正把蒸汽动力用于生产，却是17世纪末以后的事情。1698年，托马斯·萨夫里发明了蒸汽唧筒，用于抽干矿井里的水。18世纪初，铁匠T．纽科门在改进萨里夫蒸汽机的基础上，制造了一种大气压力蒸汽机，主要用于矿井抽水，但它们都存在明显缺陷，不能作为动力机普遍安装。随着工业革命的开展，大规模的工厂一个接一个建造起来，但这时的动力主要是利用河流里的水力，在这方面，有很多缺点，因为工厂都必须建在河流湍急的偏僻的山谷等处。这些地区交通不便，而且远离原料产地和销售市场，动力问题成为摆在人们面前的急迫问题。人们都希望找到便捷可用的动力，驱动不同机器。2、瓦特改良蒸汽机：（1）改良经过：①单动式蒸汽机：18世纪60年代，瓦特制成装有冷凝器的单动式蒸汽机，大大提高了蒸汽机的功率；②联动式蒸汽机：18世纪80年代，又制造了联动式蒸汽机，采用曲柄机构，使往复的直线运动转变为旋转运动。③蒸汽机的改进：增加可自动调节蒸汽机速率的装置。（2）主要用途：除用作提水外，还可以带动车床、织布机等，适应不同工厂的需要。此后，纺织业、采矿业、冶金业、造纸业等工业部门，都先后采用蒸汽机作为动力。瓦特出生于苏格兰，在格拉斯哥大学实验室当实验员时，负责修理纽科门蒸汽机，第一台成功运作的蒸汽机1705年，纽科门制造了第一台成功运作的蒸汽机。纽科门机的缺陷：热量浪费太大，效率不高；只有简单的往复式线性运动。1769年，瓦特在前人基础上改良了蒸汽机，并取得了专利。经过十多年的改进探索，1782年，他又制成了功效更高的复动式蒸汽机。瓦特的蒸汽机是科学史上划时代的成就，蒸汽机大大促进了机器的运用和工厂的生产，使工业技术的变革出现了新的飞跃。他勤奋好学，善于钻研。他生活在工业革命刚刚开始的时代，每一项新的技术革新，都受到他的密切注视。从1766年开始，在三年多的时间内，瓦特解决了材料和工艺等方面的种种困难，终于在1769年生产了改进型的蒸汽机。这一年，瓦特以发明分离冷凝器，获得他在革新纽科门蒸汽机的过程中的第一个专利。但这种蒸汽机仍不够理想，主要问题是无法克服纽科门蒸汽机只能做往返运动的缺点，这就不能使蒸汽机变成能带动各种工作机的原动机。1781年，瓦特研制出了一套齿轮联动装置，凭借这套装置他终于把活塞的往返直线运动转变为轮轴的旋转运动，将蒸汽机的动力臂由原来的直线运动改为连续均匀的圆周运动，这样就可以驱动其他的机器工作。他也因此获得了第二个专利。接着，为了进一步提高蒸汽机的效率，增大蒸汽机的动力，瓦特对汽缸本身进行了分析和研究。1782年，瓦特试制出了一种带有双向装置的新汽缸，把原来的单向汽缸组装成双向汽缸，并首次把引入汽缸的蒸汽由低压蒸汽改为高压蒸汽，他也因此取得第三个专利。真正意义上的瓦特蒸汽机终于制成，并在1785年运用于工厂生产，在后来应用到运输业中。3、瓦特蒸汽机问世的意义：（1）解决了工业发展中的动力问题，社会化大生产逐渐形成。自此以后，只要有煤作燃料开动蒸汽机，就可根据需要建立工厂，不再受河流的限制。在工业化进程中，形成了许多工业城市，英、法、美等国成为工业国家。（2）促使工业革命轰轰烈烈地展开，出现了发明和使用机器的热潮。如美国人富尔顿于1807年发明“萨凡纳”号轮船、1814年英国人史蒂芬孙发明蒸汽机车等。瓦特蒸汽机应用于运输业中，导致蒸汽轮船和机车出现，交通运输业发生了彻底变化，人们的交往更加方便，经济和文化联系也日益密切。（3）推动人类社会由此进入“蒸汽时代”。蒸汽机是工业革命时期最伟大的发明。蒸汽机的广泛利用，使英国到处建立起大工厂。19世纪三四十年代，蒸汽机在欧洲和北美被广泛采用。那些高耸入云的烟囱，喷出缕缕烟雾，庞大的厂房，发出隆隆的轰鸣，打破了原来中世纪田园生活的恬静──历史已跨进了一个新的时代。（4）加强了世界各地的联系，使世界日益成为一个整体。二、电气革命的出现：1、科学家对电的不懈研究：（1）18世纪美国科学家富兰克林造出避雷针【备课资料】富兰克林与避雷针本杰明·富兰克林（1706—1790）是美国独立战争时期著名的思想家，同时也是一名杰出的科学家。18世纪以前，人们普遍相信雷电是上帝发怒的说法。富兰克林经过反复思考，认为雷电可能是一种放电现象，它和在实验室产生的电在本质上是一样的。于是，他写了一篇名叫《论天空闪电和我们的电气相同》的论文，但没被认同。他决心用事实来证明一切。1752年6月的一天，阴云密布，电闪雷鸣，一场暴风雨就要来临了。富兰克林和他的儿子一道，带着上面装有一个金属杆的风筝来到一个空旷地带。富兰克林高举起风筝，他的儿子则拉着风筝线飞跑。由于风大，风筝很快就被放上高空。刹那间，雷电交加，大雨倾盆。富兰克林和他的儿子一道拉着风筝线，父子俩焦急的期待着，此时，刚好一道闪电从风筝上掠过，富兰克林用手靠近风筝上的铁丝，立即掠过一种恐怖的麻木感。他抑制不住内心的激动，大声呼喊：“我被电击了！”后来，富兰克林用雷电进行了各种电学实验，证明了天上的雷电与人工摩擦产生的电具有完全相同的性质。为了防止雷电的危害，他制成了一根实用的避雷针。他把几米长的铁杆，用绝缘材料固定在屋顶，杆上紧拴着一根粗导线，一直通到地里。当雷电袭击房子的时候，它就沿着金属杆通过导线直达大地，房屋建筑完好无损。1754年，避雷针开始应用。（2）19世纪初意大利科学家伏特发明电池【备课资料】伏特发明电池：汽车上的蓄电池又叫做“伏特电堆”，是一个叫亚历山德历·伏特的意大利人发明的。为了纪念他的贡献，人们把电压的计量单位叫做伏特。比如我们手电筒里的电池的电压是1.5伏特，我们家里的电灯的电压是220伏特。伏特是意大利帕维亚大学的研究电学的物理学家。有一天，伏特看了一位名叫加伐尼的解剖学家的一篇论文，说动物肌肉里贮存着电，可以用金属接触肌肉把电引出来。看了这篇论文，伏特非常兴奋，便决定亲自来做这个实验。他用许多只活青蛙反复实验，终于发现，实际情况并不像加伐尼所说的那样，而是两种不同的金属接触产生的电流，才使蛙腿的肌肉充电而收缩。为了证明自己的发现是正确的，伏特决定更深入地了解电的来源。一天，他拿出一块锡片和一枚银币，把这两种金属放在自己的舌头上，然后叫助手将金属导线把它们连接起来，刹时，他感到满嘴的酸味儿。接着，他将银币和锡片交换了位置，当助手将金属导线接通的一瞬间，伏特感到满嘴的咸味。这些实验证明，两种金属在一定的条件下就能产生电流。伏特想，只要能把这种电流引出来，就能大有作用。伏特经过反复实验，终于发明了被后人称做“伏特电堆”的电池，这就是在铜板和锌板中间夹上卡纸和用盐水浸过的布片，一层一层堆起来的蓄电池。这种电池，今天仍然在使用着。伏特的发明激励着后人不断努力：1836年英国的丹尼尔对伏特电池作了改良，制造出丹尼尔电池，以后陆续又有本森电池和格罗布电池等问世。但是，那时电池的电压总是随着使用时间的延长而逐渐下降，人们还没有找到解决的办法。1860年，法国的布朗特埃发明了用铅制造的电池。这种电池的特性是：当电压下降时，可以给它通以反向的电流，使电池的电压再回升上来（即所谓的充电），因为这种电池能充电，所以又被称为蓄电池。不过，不论是蓄电池还是一般的电池，在阳板金属棒和阴极金属棒之间都必须灌充液体，因此搬运很不方便，特别是蓄电池使用的液体大多是硫酸，在挪动时很危险。为了克服这个缺点，1891年日本的屋井先藏发明了一种干电池，这种屋井式干电池与1878年法国的拉古兰久发明的拉古兰欠电池的原理是一样的。但是屋井先藏把拉古兰欠电池的氯化扶液体换成了糊状的氯化接，并严加密封。干电池的发明是很有影响的，逐渐为世界各国所采用。屋井先藏对于干电池进行了坚持不懈的研究，1926年他改用碳棒作干电池的阳极，进而完善了干电池的发明。（3）1831年英国科学家法拉第发现电磁感应现象（理论基础）英国物理学家、化学家，也是著名的自学成才的科学家。1791年9月22日出生在英国一个铁匠的贫困家庭，只上过两年小学，十二三岁曾以送报获得微薄收入贴补家庭，14岁在一家书店当装订书籍的学徒。他求知欲望十分强烈，在7年的学徒期间，利用订书的空闲时间，如饥似渴、废寝忘食地阅读了许多自然科学的书籍。后来，他毛遂自荐，在22岁时当了大化学家戴维的实验助手。从此直到退休，法拉第终生都在英国皇家研究院工作。他勤奋好学，工作努力，在科学上取得了巨大成就。1831年，法拉第经过7年反复试验，发现电磁感应现象，为制造电机提供了基本原理，他又制造了一台利用磁力产生电流的机器，将机械能转化为电能，从此，打开电能宝库的大门。1833----1862任皇家研究所化学教授。1846年荣获伦福德奖章和皇家勋章。1867年8月25日逝世。2、电力成为工业发展的主要动力：（1）发电机和电动机的完善和改进；发电机的发明和改进：英国科学家法拉第于1831年发现了电磁感应原理。这一在人类社会发展过程中起到重要作用的原理是说：“当磁场的磁力线发生变化时，在其周围的导线中就会感应产生电流。”法拉第曾煞费苦心，通过研究和反复实验，终于发现了这一影响巨大的科学原理，而且他确信，利用此原理肯定能制造出可以实际发电的发电机。就在法拉第发现电磁感应原理的第二年，受法拉第发现的启示，法国人皮克希应用