【必修三备课】《第13课从蒸汽机到互联网》备课资料

昵称15221501 2019-10-11

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《第13课从蒸汽机到互联网》备课资料

九江市一中周明学

课程标准：（1）以蒸汽机的发明和电气技术的应用等为例，说明科学技术进步对社会发展的作用；（2）以网络技术为例，理解现代信息技术对人类社会的影响。

近代以来物理学的发展与完善推动了三次科技革命。牛顿力学的建立推动了第一次工业革命；电磁理论的发现和建立推动了第二次工业革命；量子理论的提出为现代电子信息技术革命奠定了理论基础。

三次科技革命皆有一些标志性的成果，分别将人类历史推进了蒸汽时代、电气时代和信息时代。

一、蒸汽机的发明和使用（蒸汽机是将蒸汽的能量转换为机械功的往复式动力机械。原理：热能→机械能，蒸汽产生冲击力。）

1、背景：英国人个贡献最大

政治上，资产阶级统治在英国的确立，提供了必要的政治前提和政策支持

如专利制度的建立对英国发明的不断涌现和新工业的产生起到了重要的激励和保障作用；政府通过议会立法使圈地合法化。

经济上，

（1）工场手工业迅速发展和工厂的建立，对动力机械的需求空前增强；

如由于煤炭开采量的增加，煤井越挖越深，煤井中的积水现象日益严重，为解决矿井排水问题，制成了抽水的蒸汽机；但这种蒸汽机耗煤量大、效率低，在煤价低廉的产煤区得到推广，不能在其他生产部门广泛使用，加上工厂的出现，当时机器多数以水力为动力，限制了机器的普及和推广，因英国无大江大河，平原多，水力资源不发达，落差小，且冬季枯水、结冰，这就需要发明一种超越时空的动力装置，需要改良的蒸汽机。

瓦特对蒸汽机进行了多项重大改进，使其效率大大提高，迅速的取代了纽卡曼式蒸汽机。瓦特蒸汽机的发明和使用标志着工业化时代的到来，它改变了工业的生产方式，极大的提高了生产效率，使人类进入了机器时代（推动了机器的普及和推广）。

（2）拥有丰富的煤炭资源

蒸汽机烧煤，属于外燃机，称为万能动力机。

英国煤炭资源丰富，煤田分布普遍，英国的煤田是欧洲大陆厚煤层的延续，多为中厚煤层，且埋藏较浅,容易开采，大部分煤质较好，煤的发热量高，并能炼焦。

英国的煤炭资源比较丰富，中部和西南部有煤矿分布，它是西欧唯一一个矿产资源种类丰富的国家。

英国的煤炭生产历史悠久，在1971年石油消费超过煤炭消费以前，煤炭一直是英国最重要的一次能源来源。英国曾经是20世纪20年代和30年代世界最大的煤炭出口国。煤炭工业的蓬勃发展为推进英国工业化进程做出了重要贡献。随着英国石油工业的崛起，煤炭工业逐渐走出高峰时期，并逐渐从煤炭出口国转变为煤炭进口大国。

文化上，科技提供了许多发现和发明

如水力纺纱机（骡机）、水力织布机。

2、发明：

（1）1705年纽可门制成了抽水的蒸汽机

在17世纪末18世纪初，随着矿产品需求量的增大，矿井越挖越深，许多矿井都遇到了严重的积水问题。为了解决矿井的排水问题，当时一般靠马力转动辘轳来排除积水，但一个煤矿需要养几百匹马，这就使排水费用很高而使煤矿开采失去意义。

发明家们对排水问题思考着解决的办法。英国的塞维里最早发明了蒸汽泵排水。塞维里是一位对力学和数学很感兴趣的军事机械工程师，又当过船长，具有丰富的机械技术知识。1698 年，他发明了把动力装置和排水装置结合在一起的蒸汽泵。塞维里称之为“蒸汽机”。

塞维里蒸汽泵的工作原理，是利用密闭容器内蒸汽凝结形成的真空，用大气压力把低水位的水，通过吸入管压入容器，然后再用蒸汽将容器中的水压向高处排出。

这是一种没有活塞的蒸汽机，虽然燃料消耗很大，也不太经济，但它是人类历史上第一台实际应用的蒸汽机。这样，蒸汽动力技术基本完成了从实验科学到应用技术的转变。

1705 年，英国的纽可门设计制成了一种更为实用的蒸汽机。纽可门生于英国达特马斯的一个工匠家庭，年青时在一家工厂当铁工。从1680年，工匠考利合伙做采矿工具的生意，由于经常出人矿山，非常熟悉矿井的排水难题，同时发现塞维里蒸汽泵在技术上还很不完善，便决心对蒸汽机进行革新。

为了研制更好的蒸汽机，纽可门曾向塞维里本人请教，并专程前往伦敦，拜访著名物理学家胡克，获得厂一些必要的科学实验和科学理论知识。

纽可门认为，塞维里蒸汽泵有两大缺点，一是热效率低，原因是由于蒸汽冷凝是通过向汽缸内注人冷水实现的，从而消耗了大量的热；二是不能称为动力机，基本上还是一个水泵，原因在于汽缸里没有活塞，无法将火力转变为机械力，从而不可能成为带动其他工作机的动力机。

对此，纽可门进行了改进。

针对热效率问题，纽可门没有把水直接在汽缸中加热汽化，而是把汽缸和锅炉分开，使蒸汽在锅炉中生成后，由管道送入汽缸。这样，一方面由于锅炉的容积大于汽缸容积，可以输送更多的蒸汽，提高功率；另一方面由于锅炉和汽缸分开，发动机部分的制造就比较容易。

针对火力的转换，纽可门吸收了巴本蒸汽泵的优点，引入了活塞装置，使蒸汽压力、大气压力和真空在相互作用下推动活塞作往复式的机械运动。这种机械运动传递出去，蒸汽泵就能成为蒸汽机。

纽可门通过不断地探索，综合了前人的技术成就，吸收了塞维里蒸汽泵快速冷凝的优点，吸收了巴本蒸汽泵中活塞装置的长处，设计制成了气压式蒸汽机。

纽可门蒸汽机，实现了用蒸汽推动活塞做一上一下的直线运动，每分钟往返16次，每往返一次可将 45.5升水提高到 46.6米。该机即被用于矿井的排水。

局限：

这种蒸汽机耗煤量大、效率低，在煤价低廉的产煤区得到推广，不能在其他生产部门广泛使用。

（2）1760—80年代瓦特制成了改良的蒸汽机

从1765年到1790年，他进行了一系列发明，比如分离式冷凝器、汽缸外设置绝热层、用油润滑润滑活塞、行星式齿轮、平行运动连杆机构、离心式调速器、节气阀、压力计等等，使蒸汽机的效率提高到原来纽科门机的3倍多，最终发明出了现代意义上的蒸汽机。

发明了单缸单动式和单缸双动式蒸汽机，间歇式推动到连续歇式推动，提高了蒸汽机的热效率和运行可靠性。

用途：

①抽水

②工业生产的动力（带动车床、织布机等）

3、使用：

19世纪30、40年代，在欧洲、北美工业部门广泛采用。

4、意义：

（1）人类进入蒸汽时代

改变了人们的工作生产方式，使整个社会迈入工业化进程。

（2）推动了机器和工厂的普及、煤炭工业的发展

摆脱了依赖畜力、风力、水力。使得工厂的选址不必再依赖于煤矿而可以建立在更经济更有效的地方，也不必依赖于水能从而能常年地运转，这进一步促进了规模化经济的发展，大大提高了生产率的同时也使得商业投资更有效率。

古中国、希腊、古罗马等地都有使用煤炭的记录。由于生产力的限制，人们对煤炭的认识尚处于早期，柴草仍是最主要的能源。世界近代煤炭工业是从18世纪60年代英国的产业革命开始的，煤炭是欧美各国工业化的动力基础。蒸汽机的发明，巩固了煤炭在能源中的地位，从此开始煤炭成了世界工业化的动力基础，也成了世界主要能源之一。

在人类历史上，英国最早将煤炭用于工业生产。从17世纪中期开始，由于木材的匮乏、工业生产发展需求持续增长，煤炭逐渐取代木柴成为主要的能源，英国煤炭工业兴起。

以煤炭为燃料的蒸汽机出现后，英国的采煤量更是遥遥领先。煤炭工业的发展直接或间接地带动了英国钢铁业、交通业、制造业等行业的不断发展，最终使英国成为第一个工业化的国家。

（3）逐渐形成了真正意义上的社会化大生产

必修2第二次工业革命：生产的社会化趋势日益加强。

生产社会化即生产的集中化和大型化。由分散的小生产转变为大规模生产。

（4）推动了工业化、城市化的进程

工业化：工业比重超过农业；重工业比重超过轻工业。

城市化：城市数量最多；城市人口最多。

（5）推动了交通工具的改进和世界各地的联系

促进了火车、轮船运输业发展。

二、电气技术的发明和应用

1、背景：