【人教版】第13课 从蒸汽机到互联网 教案与练习
★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。
★教学过程及要点：
导入新课：本课引言从工业革命开始时对动力的需要说起，通过纽可门水泵shuǐbèng在矿井使用及其不便之处说起。提问：从引言的例子你能得到哪些信息？一、工业革命的发展需要新的动力；二、瓦特蒸汽机的出现不是偶然的，它是建立在前人研究基础上的，纽科门水泵为瓦特蒸汽机的发明奠定了基础。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jī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，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，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yāncōng，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fānù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。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mócā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xíjī房子的时候，它就沿着金属杆通过导线直达大地，房屋建筑jiànzhù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。
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）
法拉第（1791—1867），19世纪最伟大的物理学家之一。他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。
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，法国人皮克希应用电磁感应原理制成了最初的发电机。
1867 年，德国发明家韦纳·冯·西门子对发电机提出了重大改进。
到了1869 年，比利时学者古拉姆在法国巴黎研究电学时，根据帕其努悌的设计方案，兼采纳了西门子的电磁铁式发电机原理进行研制，于1870 年制成了性能优良的发电机。古拉姆发电机的性能好，所以销路很广，他不仅发了财，而且被人们誉为“发电机之父”。
电动机的发明和改进：1821年英国科学家法拉第首先证明可以把电力转变为旋转运动。最先制成电动机的人，据说是德国的雅可比。
直到第一台实用直流发动机问世，电动机才行了广泛应用。1870年比利时工程师格拉姆发明了直流发电机，在设计上，直流发电机和电动机很相似。后来，格拉姆证明向直流发动机输入电流，其转子会象电动机一样旋转。于是，这种格拉姆型电动机大量制造出来。效率也不断提高。与此同时，德国的西门子接制造更好的发电机，并着手研究由电动机驱动的车辆，于是西门子公司制成了世界电车。1879年，在柏林工业展览会上，西门子公司不冒烟的电车赢得观众的一片喝彩。西门子电机车当时只有3马力，后来美国发明大王爱迪生试验的电机车已达12—15马力。但当时的电动机全是直流电机，只限于驱动电车。
1888年南斯拉夫出生的美国发明家特斯拉发明了交流电动机。它是根据电磁感应原理制成，又称感应电动机，这种电动机结构简单，使用交流电，无需整流，无火花，因此被广泛应用于工业的家庭电器中，交流电动机通常用三相交流供电。
（2）长距离输变电技术的成熟；
直流输电技术的初期发展：1882年法国德普勒建造了世界上第一条远距离直流输电实验线路，其中直流发电机发出1.5千瓦电力，输电线路长57千米；由于高电压大容量发电机制造困难，所以远距离输电所需的高压电不可能从直流发电机直接获得，尽管瑞典瑟雷等人做过技术上的改进，但直流系统的装置和运行方式仍十分复杂，造价昂贵。
交流输电技术：1883～1885年，德国的高拉德和吉布斯、美国的威斯汀豪继发明和改进变压器；1890～1891年从法国劳芬到德国法兰克福架起了世界上第一条三相交流输电线路，全场170千米，在此基础上，欧美各国相继建立起远距离交流输电线路，三相交流的发电、变电、输送、分配和使用上的安全、经济、可靠和方便性，为发展电力工业开辟了广阔的前影。
（3）使用电力新发明的涌现：爱迪生发明电灯以及电话、电车、电影和无线电报的出现，说明人类社会进入了“电气时代”。
爱迪生（1847—1931），美国发明家。于1847年2月11日诞生于美国中西部的一个小镇。8岁上学，仅读了3个月的书，就被老师斥为“低能儿”而撵出校门。从此以后，他的母亲是他的“家庭教师”。由于母亲的良好的教育方法，使得他对读书发生了浓厚的兴趣。为了赚钱购买化学药品和设备，他12岁时就开始工作。爱迪生一生共有1000多项创造发明，为人类的文明和进步做出了巨大的贡献。爱迪生被世人称为“天才”，但是他却解释说：“天才就是百分之二的灵感加上百分之九十八的汗水。”其中重要的发明有留声机和电灯等，特别是电灯的发明。1878年，爱迪生开始对电灯的研制感兴趣。研制电灯的关键是找灯丝材料，据说爱迪生试验了1600多种耐热材料和6000种植物纤维，但还是没有成功。1879年10月21日，他用棉线烧成碳丝，再将碳丝装进灯泡，小心地抽成真空，当电灯通上电流时，灯丝发出明亮的光辉，而且持续了45个小时。爱迪生并未满足，经过一次又一次的反复实验，用竹子纤维在碳化后可以做灯丝，灯寿命长达1200小时。为了给电灯提供电力，1882年，爱迪生在纽约建成了一个当时世界上最大规模的电力系统。他的直流发电机功率达到600多千瓦，为几千用户提供照明用电。
【合作探究】“蒸汽时代”“电气时代”发明的异同
相同点：都是解决人类社会的动力问题。
不同点：“蒸汽时代”的发明侧重于轻工业；科学含量不高；发明者主要是工人、技师；发明主要集中在英国。
“电气时代”的发明侧重于基础工业、重工业；科学含量高；发明者主要是科学家；发明涉及主要资本主义国家。
3、电气革命的影响：
（1）工业生产出现了新的技术革命浪潮，促进了工业的迅速发展，人类进入了电气时代；
（2）生产力的迅猛发展改变着社会结构和世界形势，确立了资产阶级对世界的统治，并产生了垄断组织。
（3）电气技术的广泛应用，使城市的面貌和人们的社会生活发生了巨大的变化。
⊙【学思之窗】
你觉得应该怎样评价蒸汽机和电力对社会发展的作用？
答案提示：社会生产力大幅度提高，工业革命轰轰烈烈展开和第二次工业革命的到来，改变着社会结构和世界形势，世界日益成为一个整体。加快城市化进程和人们生活更加丰富多彩。
三、信息技术的发展：
1、互联网的诞生和发展：
（1）第一台电子计算机的研制：1946年，美国研制世界上第一台计算机，奠定了现代信息技术的基础。
1946年2月15日，世界上第一台通用电子数字计算机“埃尼阿克”（ENIAC）在美国研制成功。它当时由1.8万个电子管组成，是一台笨重bènzhòng的机器，体重达30多吨，占地有两三间教室般大。它当时的运算速度为每秒5000次加法运算。1949年，英国剑桥大学制成了世界上第一台程序储存式电子计算机。
随着微电子技术的发展，计算机不断更新换代。目前，计算机的运算速度已经达到每秒100亿次以上。计算机正在向新的高度发展，日益对人们的生活产生重大的影响。
20世纪60年代末，在美苏争霸的“冷战”时期，美国处于和苏联争夺世界霸权的需要，加紧了对信息科学技术的研究和开发，直接推动了互联网的产生。
（2）互联网的产生和发展：
①原因：军事上的需要
20世纪60年代，美苏冷战，美国军方认为，万一仅有的一个集中军事指挥中心被前苏联的核武器摧毁，那么全国军事指挥就将瘫痪tānhuàn，其后果将不堪设想，因此有必要设计一个由多个分散指挥点构成的指挥系统，某些指挥点的摧毁cuīhuǐ，并不影响其他指挥点的正常运转，而这些分散点的相互联系则要通过某种形式的通信网。
②诞生：1969年，美国国防部建立包括四个站点的网络，促进了互联网的产生。
1969年9月3日，美国加州大学洛杉矶分校（UCLA）雷纳德·克兰罗克（L.Kleinrock）教授实验室内，两部电脑成功地由一条5米长的电缆接驳并互通数据，在场大约只有20来人，这天就被视为网络网骨干网络诞生的日子。
因特网起源于阿帕pà网，阿帕网UCLA第一节点与斯坦福研究院（SRI）第二节点的连通，实现了分组交换技术（又称包切换）的远程通讯，才是互联网络正式诞生的标志。UCLA联网实验的主持者正是克兰罗克教授，不过，准确的时间是1969年10月29日22点30分。这一过程充满了传奇彩色，有许多鲜为人知的轶闻趣事。
不久后，1969年11月，第三台IMP3抵达阿帕网第三节点——加州大学圣巴巴拉分校（UCSB）；1969年12月，最后一台供试验的IMP4在阿帕网第四节点——犹他大学（Utah）安装成功，基本实现了罗伯茨规划的设计蓝图。于是，具有4个节点阿帕网（ARPANet）正式启用，人类社会从此跨进了网络时代。
③发展：20世纪90年代，互联网进一步发展为全球信息网，即WWW。
WWW是World Wide Web （全球信息网）的缩写，也可以简称为Web，有人译作“万维网”“环球网”“web网”“3w网”。最初是由欧洲核物理研究中心（cern）提出来的。其创建者伯纳斯•李，在他1991年8月6日创建的第一个网址中解释了万维网的工作原理等内容。他也因此被《时代》杂志评价为二十世纪最重要的100位人物之一。
2、提问：互联网的功用是什么？（教材65）提供文件传输、电子信箱、聊天等服务，在社会各个领域发挥了巨大的作用，标志着信息化社会的出现。
一般认为，以纸质为媒介的报纸为第一媒体，以电波为媒介的广播为第二媒体，以图像为媒介的电视是第三媒体。而互联网是通过计算机网络传播信息的文化载体，这种以数字化的方式存储、处理和传播，以比特为计量单位的电子媒体被人们称为“第四媒体”。
网络媒体作为一种新的传播媒体，具有界面直观、音色兼备、链接灵活和高速传输的特点。互联网不仅具备传统媒体的所有用途，而且具有传统媒体不具备的优势，互联网作为继报纸、广播、电视后的第四媒体，已经融入到人们的日常工作和生活中，为人类提供了极其丰富的信息源，是人类进入信息化社会的显著标志。随着互联网和信息技术的发展，20世纪90年代，一种新的经济形态──知识经济在美国首先出现。在经济活动中，知识成为交换和应用的主体。在知识经济时代，经济增长源于知识的增长。
3、提问：互联网会给我们带来哪些的影响？
⑴积极影响
①网络缩短了时空的距离，大大加快了信息的传递，实现资源共享；
②有效地提高传统产业的生产效率，有力地拉动消费需求，从而促进经济增长。
③加快了经济全球化的步伐，促使知识经济的兴起；
④大大地改变了人类的生产、生活、工作和思维方式，还引发了一场学习的革命。
（2）负面影响：
①信息泛滥、垃圾信息、网络安全与犯罪影响着经济的安全；
②青少年沉迷于网络，影响了正常的学习和生活；
③各国围绕互联网展开了激烈的竞争，造成了世界更加动荡不安。如以美国为首的西方大国，利用网络，传输西方资产阶级的意识形态、政治制度、文化思想，造成世界局势更加动荡不安。
互联网在给社会带来巨大效能的同时，也带来了巨大的挑战。青少年应该提高自身的道德素养，树立正确的网络观，让网络发挥出应有的作用。
2、中西科学在特征和本质上的差异
①中国科技主要是应用科学。科学研究主要采取整理典籍和总结经验的方法。
②西方科技主要是理论研究。大多数科学家研究的方法是采取观察和实验的方法，以及数理逻辑推导的方法。
③16世纪中西科学在内容上和研究方法上的差别，正是近代科学与传统科学在本质差异上的具体表现。
⊙本课测评
举例说明科学技术的进步对社会发展的作用。
答案提示：生产力大幅度提高。蒸汽机发明以后，工业革命轰轰烈烈开展，蒸汽时代到来；电气技术的应用，第二次工业革命开始，“电气时代”到来，信息交流和交通运输的便捷，使世界日益成为一个密不可分的整体。不仅增加了社会财富，也使人们的生活丰富多彩，城市化进程加快。科学技术的进步推动了社会的发展，科学技术是生产力，生产力是推动人类社会发展的终极动力。
⊙学习延伸
根据互联网提供的信息服务，比如新闻、娱乐和购物等，组成兴趣小组，分别追踪这些信息对社会和各类人群造成的影响，写出调查报告。
答案要点提示：略。
19世纪中期到20世纪初，自然科学基础理论研究取得了哪三项伟大的成就？它们对技术的进步、经济的发展和人类的思想认识产生了什么深远影响？
参考答案：三大成就：法拉第的电磁感应理论；达尔文的进化论；爱因斯坦的相对论。
影响：
①电磁感应现象的发现使机械能可以转化为电能，使制造发电机成为可能。从而推动了以电力的广泛应用为核心的第二次工业革命，加速了资本主义的发展。
②达尔文的进化论科学地解释了生物物种的发展变化，是对生物学的一次重大发展，使人的认识从宗教迷信中解放出来。
③爱因斯坦的相对论打破了传统物理学的观念，确定了现代里论物理学的基础。使人的认识深人到微观高速运动领域，其质能关系式奠定了利用原子能的理论基础。