1. 电池 储存电能的能量块
电池让各种电器有了持续的能量来源，全息技术让大家充分感受到了三维图形的奥妙，电话让“千里传音”的梦想成为现实，小小的抽水马桶把我们的卫生间冲洗得干干净净，蒸汽火车、轮船和自行车的发明让人类的交通变得更加便利……我们的身边充满了各种各样的物理发明，而这些发明也时刻影响着我们的生活。那么接下来，就让我们去重温一下这些物理发明的历史过程，看看科学是怎样改变世界的。
手机可以帮助我们和朋友保持联系；电子表可以向我们通报时间；手电筒可以帮助我们在黑暗中照亮，而这些物品的工作都离不开电池的有力支撑。确实，电池已经成为我们生活中不可缺少的必需品，出现在生活的每一个角落。下面我们就来讲述一下电池的发明故事。
由于人们对于获取持续而稳定的电流的需要，电池诞生了。可是，你知道吗，电池的发明的灵感，竟然来源于一次青蛙解剖的实验，这多少会让人感到有些意外。
1786年的一天，意大利的伽伐尼在实验室解剖青蛙，当他用刀尖触碰剥了皮的蛙腿上外露的神经时，他发现蛙腿发生剧烈的痉挛，同时出现电火花。他认为造成这种痉挛的原因在于，动物体上本来就存在电，经过多次实验，他把这种电取名叫作“动物电”。
接下来，伏特把一块银板和一块锌板浸在盐水里，结果发现连接两块金属的导线中有电流通过。他就把许多银片与锌片平叠起来，在它们之间垫上浸透盐水的纸片或绒布，用手触摸两端时，感到了非常强烈的电流刺激。基于这种情况，伏特成功制成了世界上第一个电池——伏特电堆。事实上，这个“伏特电堆”实际上就是串联的电池组。
后来，法国的雷克兰士于1860年发明了世界广泛使用的电池（碳锌电池）的前身。这种电池装在容器内，用黏浊状类似糨糊的物体取代了最初潮湿水性的电解液。雷克兰士制造的电池虽然简陋但却便宜，所以一直到1880年才被改进的“干电池”所取代。1887年，英国人赫勒森发明了世界上第一块真正意义上的干电池。相对于以前液体电池而言，干电池的电解液为糊状，便于携带，不会溢漏，因此获得了更为广泛的应用。
伟大的发明家爱迪生，发明了可充电的铁镍电池，在电池的发明道路上作出了卓越的贡献。从1910年开始，可充电的铁镍电池开始进行商业化生产。
从最早的铅蓄电池、铅晶蓄电池，到铁镍蓄电池以及银锌蓄电池，发展到铅酸蓄电池、太阳能电池以及锂电池……充电电池的形式越来越多样，种类也变得越来越丰富。不仅如此，蓄电池的发展也有了长足的进步：电容越来越大，性能越来越稳定，充电越来越便捷，应用领域也变得越来越广。
由于锂是所有金属里最轻的，甚至比水还轻，所以在现今的电池世界里，金属“锂”经常被用来制作电池。锂离子电池通过锂离子在正负极之间跑来跑去来充电和放电。事实上，当初爱迪生就曾经发明过锂电池，但是由于锂金属的化学特性非常活泼，需要保存在石蜡里，这就使得锂金属的加工、保存、使用以及对环境的要求非常高，所以在当时，锂电池没有得到广泛的应用。但是，随着科技的进步，这些问题也就不是问题了。近30年来，锂电池取得了巨大发展。我们日常生活用的计算机、计算器、照相机、手表中的电池都是锂电池。
锂电池相对于其他电池，其优势是非常明显的：工作电压高、体积小、质量轻、能量高、无记忆效应、无污染、自放电小、循环寿命长……正因如此，它才成为最适用于电动汽车的电池之一。这个领域最先进的技术是把好多个电池做成很薄的层然后叠在一起，即“层叠电池结构”。这样的话，就可以用很小的体积达到非常高的效率，在这方面，日产汽车公司走在行业的最前沿。
作为储存电能的能量块，电池已经诞生了200多年，并且现在仍然在不断改进，在现代科技中，电池扮演的角色越来越不可或缺。
伏打电池
在伏打电池发明之前，人们只能使用储存在莱顿瓶中的电。这种方式相当麻烦：首先应用摩擦发电机，使其旋转以发电，其次再将电导入莱顿瓶存放，以供使用。即使如此，所得的电量也非常有限。而伏打电池的发明改进了这些缺点，使得电的取得变得非常方便。它带动了后续相关电气研究的蓬勃发展，后来利用电磁感应原理的电动机和发电机研发的成功也得归功于它。伏打电池是一个重要的起步，它标志着电气文明的开始，引导第二次产业革命改变人类社会的结构。
2. 全息技术 神奇的三维图形记录仪
过去，我们要到一个陌生的地方去，总会先在平面地图上查一下那个地方的具体位置，但是现在，网络三维地图让我们的查询变得更为直观便利。那么，是什么原理造就了今天的三维图形呢？了解了全息技术，你就会找到问题的答案。
全息技术是利用干涉和衍射原理记录并再现物体真实的三维图像的技术。简单地解释一下就是，用全息技术再现的图像，让人根本看不出来是真实的物体还是图像，无论是大小，还是细节与真实的物体都是一样的，这种技术就好像是科幻小说里出现的场景。
全息技术的原理主要适用于各种形式的波动，它的运用很广泛，如声波、微波、电子波、X射线等，而且光学全息术将来可能在立体电影、电视、展览、干涉度量学、投影光刻、军事侦察监视、显微术、金属内部探测、水下探测、保存珍贵的艺术品及历史文物、信息存储及遥感，研究和记录物理状态变化极快的瞬时现象及瞬时过程等等多个方面获得广泛应用。
20世纪60年代，俄国物理学家尤里·丹尼苏克发明了全彩全息图像技术制作出的聚酯软胶片上的“彩虹”全息图像。这种全息图像更多的是作为一种复杂的印刷技术来实现防伪目的，但当时由于技术上有限，所以它们的感光度低，色彩也不够逼真，远远不能够达到以假乱真的地步。后来，研究人员又试着使用重铬酸盐胶作为感光乳剂，用来制作全息识别设备。
在生活中，只要人们注意观察，并不难发现全息技术的身影，比如，把一些珍贵的文物用这项技术拍摄下来，展出时可以真实地立体再现文物，供参观者欣赏，而将真实的物件妥善保存，防止失窃。另外，将这种设备运用在战斗机上，可以使驾驶员将注意力集中在敌人身上，以便攻击。大型全息图既可展示轿车、卫星以及各种三维广告，亦可采用脉冲全息术再现人物肖像、结婚纪念照。小型全息图可以戴在颈项上形成美丽装饰，它可再现人们喜爱的动物，多彩的花朵与蝴蝶。
装饰在礼品包装上闪耀的全息彩虹，以及书籍中的全息立体照片，使人们体会到21世纪印刷技术与包装技术的新飞跃。具有三维层次感的模压全息标识，随观察角度而变化的彩虹效应，再加上与其他高科技防伪手段的紧密结合，把新世纪的防伪技术推向了新的辉煌顶点。可以说，迅猛发展的模压彩虹全息图，既可成为生动的贺卡、卡通片、立体邮票，也可以作为防伪标识出现在证件卡、银行信用卡、商标，甚至钞票上。
以上所说的技术应用基本上都是全息技术的光学应用，除此之外人们还发展了微波、超声和红外全息技术，一般这些全息技术使用在军事侦察和监视上，因此，备受人们的重视。一般的雷达只能探测到目标方位、距离等，而全息照相则能给出目标的立体形象，这对于及时识别舰艇、飞机等有很大作用。但是由于可见光在水中或大气中传播时衰减很快，在不良的气候下甚至于无法进行工作。因此，为克服这个困难，科技人员根据普通全息技术的原理，发展出了用红外光、微波及超声波拍摄全息照片，然后用可见光再现物象的特殊全息技术。
随着科学的进步，除用光波产生全息图外，现在已发展到可用计算机产生全息图的地步。
全息照相的方法也从光学领域推广到其他领域。如声全息、微波全息等，成功地应用在工业、医疗等方面，得到了很大的发展。X射线、电子波、地震波等方面的全息技术也正在深入研究中。现在不仅有激光全息，而且研究成功的白光全息、彩虹全息以及全景彩虹全息，使人们能从各个侧面看到景物。如今，全息三维立体显示正在向全息彩色立体电视和电影的方向发展。
全息技术不仅在实际生活中正得到广泛应用，而且在20世纪兴起并快速发展的科幻文学中也有大量描写和应用，可见全息技术在未来的发展前景将是十分光明的。
清朝全息相片之谜
清朝时候，有个姓汪的官员外出，天空忽然阴云密布，随即雷鸣电闪，大雨倾盆．汪某急忙让马车停在一棵大柳树下躲避。雨过天晴，汪某下车方便，回头时猛地看见车窗内有几个人影，心中不禁一惊，仔细审视，原来人影是在车窗玻璃上。回家后，人影依然不散，家人都以为神异，就把这块玻璃取下供奉起来。二十几年后，汪家的儿童不小心打碎了玻璃，奇怪的是，每一块碎片上的影像仍然是完整的。汪某的外甥得到一块碎片，拿去给他的好友姚元之看，姚元之把自己看到的情况记录在自己所写的《竹叶亭杂记》一书中。姚元之在清代嘉庆、道光两朝做官近40年，经历丰富，博学能文，著述严谨．囿于当时认识水平，姚元之把这一奇异现象解释为在雷雨时刻，一位避劫的仙灵精气聚合不散，附着在玻璃上而成。
3. 蒸汽火车 交通运输史上的里程碑
在古代，那个时候没有电话也没有飞机，人们之间的联系非常不方便，传送一封书信都要经过很长的时间，杜甫诗句“明日隔山岳，世事两茫茫”就表达了这种遗憾和无奈的情绪。蒸汽火车的出现是交通运输史上的一座里程碑，它极大地促进了时代的发展，让人们之间的联系变得更加紧密。
蒸汽火车的外观和功用与如今的各种火车相差无几。其运作原理是用煤烧水，然后使水变成蒸汽，从而推动活塞，使火车运行的。蒸汽火车是世界上第一代的火车，是利用煤为动力、蒸汽机为核心的最初级最古老的火车。在人们的心目中，它是有
特殊意味存在的。
气势磅礴的蒸汽火车曾以无比的巨力开启过人类历史上一个崭新的时代。它的诞生必须要感谢两个人，一位是英国发明家、工程师瓦特，一位是蒸汽火车的创造者史蒂芬孙。1736 年1 月19 日生于苏格兰小镇格里诺克的瓦特，父亲是个具有多种手艺的工匠，因此受其影响的瓦特从小就有实验的兴趣和才能。
1768 年他制成了一台单动作蒸汽机，这台蒸汽机采用了各种新措施，如用油润滑活塞、设置汽缸外绝热层等，大大降低了蒸汽消耗量，耗煤量只有纽科门机的四分之一，动作也更迅速。1776 年这种机器开始在厂矿使用。1781 年，他发明了行星式齿轮，将蒸汽机活塞的往复运动变为旋转运动。1782 年他发明了大动力的“双动作蒸汽机”并获得专利，解决了蒸汽机运转的稳定性问题。1784 年他发明了平行运动
连杆机构，解决了双动作蒸汽机的结构问题。1788 年他发明了离心式调速器和节汽阀，用来自动控制蒸汽机的运转速度。1790 年发明了蒸汽机配套用压力计。至此他发明蒸汽机的过程才算结束。
而1781 年6 月9 日生于诺森伯兰的威兰姆的史蒂芬孙，是一位煤矿工人的儿子，因此他从小就对矿井里用来抽水的蒸汽机非常感兴趣，经过认真而努力的研究后，他立誓要成为创造新型交通工具的发明者。
经过几年的努力，他终于在1814 年发明了一台蒸汽机车。这辆被人们称为“布拉策号”的蒸汽机车虽然取得了成功，但也暴露了许多问题，如蒸汽机车开动时，噪音太大，振动强烈，坐在车上的人被颠得筋疲力尽，更为危险的是，车轮摩擦铁轨时火星四溅，蒸汽机随时都有爆炸的可能。蒸汽机车在前进时不断从烟囱里冒出火来，把附近的树木都烧焦了等等，因此，人们开始称它为“火车”。
这之后，史蒂芬孙继续进行他的研究，并取得了相当大的成功。
1825 年9 月27 日，史蒂芬孙亲自驾驶自己同别人合作制造的“旅行者号”在达林敦和斯托顿之间进行铁路运输。“旅行者号”牵引着6 节煤车，20 节挤满乘客的车厢，载重达90 吨，时速达到了15 英里。这一壮观场面吸引了众多的人前来观看。铁路两旁人山人海，还有人骑着马，打着红旗走在火车前面开道。随着一声“旅行者号”的运行成功，它向全世界宣告了铁路时代的到来。
1829 年，一种名为“火箭”的机车在刚建成的曼彻斯特——利物浦铁路上畅行。这种火车能牵引8 辆装有30 吨煤的货车，每小时行驶6 千米，它在当时是世界上最早最先进的火车，而发明这辆火车的斯蒂芬孙也因此被誉为“铁路机车之父”。
1843 年，魏源在《列国图志》中向中国人介绍了蒸汽火车。时隔近百年后，20 世纪30 年代，中国举行了世界著名的“万国机车展览会”。
到1988 年中国停止生产蒸气机车为止，我国一共造出了9698 台蒸汽机车，其中最好的火车已经达到世界领先水平。人们对蒸汽机车有着无尽的特殊感情，即使是现在，我国依然还有被使用的蒸汽火车。
瓦特与蒸汽机
提起蒸汽机，就不能不说到瓦特。其实，瓦特并不是蒸汽机的发明者，在他之前，早就出现了蒸汽机，即纽科门蒸汽机，瓦特运用科学理论，逐渐发现了纽科门蒸汽机耗煤量大、效率低等问题的症结所在。从1765年到1790 年，瓦特进行了一系列发明，比如汽缸外设置绝热层、用油润滑润滑活塞、行星式齿轮、平行运动连杆机构、分离式冷凝器、节气阀、离心式调速器、压力计等等，使蒸汽机的效率提高了3 倍多，最终发明出了现代意义上的蒸汽机。
4. 电话 给生活安上顺风耳
“千里传音”是人类的一个古老梦想。在我国的神话传说中，就有一位叫作“顺风耳”的神仙，他的耳朵非常神奇，可以听到千里之外的声音。而在时代发展的今天，电话的出现已经帮助人类实现了这个梦想。那么，电话究竟是怎样发明的呢，它的发明又经历了哪些漫长的历史过程呢？电话在理论上是通过电信号双向传输话音的设备，在历史上它从话筒到拨号盘，再到语音数字采样等进行了多次的改进，而到了今天，它已经发展了ISDN、DSL、模拟移动电话和数字移动电话等新技术。
其实对于“ 电话”， 最早有“ 电话”和“ 德律风”两种叫法。一开始，中国对“telephone”这个英文词采取了音译，译作“德律风”，而日本人则由意译创造了“电话”这个汉语词。在一段时期内，这两种叫法是通用的，但后来20 世纪初年，包括鲁迅在内的一群在日本的绍兴籍留学生曾联名给家乡写回一封长信，其中详细介绍了日本的近代化情形。
信中说到“电话” 时，特意注释道：“以电器传达话语，中国人译为‘德律风’，不如电话之切。”所以，在那之后“德律风”这个叫法慢慢地被“电话”所代替了。
其实有关电话的专利是历史上引起争议最多的一项。教科书上，电话的发明人是亚历山大·格雷厄姆·贝尔，当时，与他相争专利的人还有格雷和梅乌奇。经过长期诉讼，贝尔才取得了最终的胜利。
亚历山大·格雷厄姆·贝尔，他不仅是电话之父，而且还创建了贝尔电话公司；改进了爱迪生发明的留声机；制造了助听器，对聋哑语的发明也有着巨大的贡献。
在莫尔斯发明电报后的二十多年中，无数科学家都在试图直接用电流传递语音，但是由于电话是传递连续的信号而不是电报那样不连续的通断信号，所以成功的几率好比登天。1869 年22 岁的贝尔受聘为美国波士顿大学语言学教授，担任声学讲座的主讲。而身为研究声学的学者，他也把发明电话作为自己义不容辞的责任之一。他曾试图用连续振动的曲线来使聋哑人看出“话”来，没有成功，但在实验中发现了一个有趣现象：每次电流通断时，线圈儿总会发出类似于莫尔斯电码的“滴答”声，这引起贝尔大胆的设想：如果能用电流模拟出声音的变化不就可以用电流传递语音了吗？
为了证明这个设想，他辞去了教授职务，一心扎入了研究电话的试验之中。在随后的两年内，贝尔刻苦用功掌握了电学，再加上他扎实的语言学知识，使他如同插上了翅膀。就在贝尔为缺少合作者而一
筹莫展之际，他偶然遇到了18 岁的电气工程师沃特森，意气相投的两个人当即开始合作。经过无数次的失败，两年后，他们终于制成了两台粗糙的样机，但不幸的是两人的声音是通过公寓的天花板而不是通过机器互相传递的，他们的试验又失败了。
正在他们冥思苦想之时，窗外吉他的叮咚声提醒了他们：受话器和送话器的灵敏度太低了！他们连续两天两夜改进了机器，自制了音箱。新一轮的实验又开始了，最初沃特森只从受话器里听到嘶嘶的电
流声，终于他听到了贝尔清晰的声音：“沃特森先生，快来呀！我需要你！”这一天是1875 年6 月2 日傍晚，当时贝尔28 岁，沃特森21 岁。
他们趁热打铁，又经过半年的研制改进，终于制成了世界上第一台实用的电话机。
1876 年3 月3 日（贝尔的29 岁生日），贝尔的专利申请被批准，专利号为美国174465。无独有偶，另一位杰出的发明家艾利沙·格雷在同一天的几小时后，也为自己的电话申请专利。正是由于这几个小时之差，美国最高法院裁定电话的发明者为贝尔。
1845 年移居美国的安东尼奥梅乌奇，一生痴迷于电生理学研究，他在不经意间发现电波可以传输声音。
在1850~1862 年间， 梅乌奇制作了几种不同形式的声音传送仪器，称做“远距离传话筒”。可惜的是，梅乌奇生活潦倒，无力保护他的发明。
1876 年，在贝尔的发明面世，并与西联电报公司签订了巨额合同，梅乌奇为此提起诉讼，最高法院也同意审理这个案件，但是，1889 年，诉讼随着梅乌奇的过世而不了了之。直到2002年6 月15 日，美国议会通过议案，认定安东尼奥·梅乌奇为电话的发明者。至此，有关于电话专利的问题才真正结束。如今在梅乌奇的出生地佛罗伦萨有一块纪念碑，上面写着“这里安息着电话的发明者——安东尼奥·梅乌奇”。
发明家贝尔
贝尔从事研究的范围极广，曾获30 种专利，其中，单独获得专利18 项，和其他人一起获得专利12 项。在这些专利中，14 种为电话、电报，4 种为光电话机，1 种为留声机，5 种为航空飞行器，4 种为水上飞机，还有2 种为硒光电池。然而，由于贝尔的工作重点在基本原理方面，所以这些专利只能代表贝尔发明才能的一部分。他丰富的创造性思想，在当时不可能样样都成为现实，他的许多观念到后世才见到成果。
5. 轮船 遨游四海的伟大发明
辽阔的大洋占据了地球上约百分之七十的面积，把陆地分隔成各个大洲。在过去，人们出海使用的是竖立着高高桅杆的帆船，而帆船的行驶速度是很慢的。因此，在进行远航时，航海家们在海上一漂就是好几个月。随着工业革命的展开，蒸汽轮船出现了，人类的航海史也随之进入了一个全新的阶段。
富尔顿（1765~1815），美国著名工程师。1807年，他利用英国机器制成了世界上第一艘蒸汽机轮船，命名为“克莱蒙脱号”，成为了世界上轮船的首创者，为人类航海事业的发展作出了卓越的贡献。
富尔顿仅在学校里读了几年书，便因为家境贫困而被迫辍学。14岁那年，他进了一家珠宝店当学徒。富尔顿在忙完店里的活儿后，常跑到珠宝店附近的枪炮修造厂去观看工人修造枪炮机械。他不时地帮助工人拿工具，做点力所能及的小事。等工人忙完了，小富尔顿向工人们请教有关枪炮机械方面的知识，就这样，聪明好学的他在那里学了不少各种枪械的校验方法和制造气枪的技术。过了不久之后，富尔顿在修造厂一位工人的指导帮助下，自己独立制造了一支新颖美观的气枪，小小年纪就能有这样的创造力，小富尔顿受到了枪炮修造厂工人的赞扬。此后，小富尔顿对机械制造更加感兴趣，渐渐地，他掌握了机械制造方面的一些基本技能。
富尔顿生活的时代，正是欧洲资本主义工业革命风起云涌之时，由于生产中广泛地使用了瓦特发明的蒸汽机，因此，大机器生产以惊人的规模与速度向前发展，这就需要大量向海外输出产品并同时引进海外的原材料。也正因为此，以前较为陈旧的人力及风力帆船已不能适应新时代的发展需要，时代呼唤运输量大的效率高的船运交通工具的出现。富尔顿在伯明翰参与修筑运河时，就萌发了制造蒸汽轮船的想法。这一想法得到了当时的法国皇帝拿破仑的支持。
其实，在蒸汽机发明以后，欧美各国很多人们都开始探索制造蒸汽动力轮船，企图把蒸汽动力用于水路航运上，可惜最后却都失败了。富尔顿进一步总结前人制造蒸汽船失败的原因，对船体长、宽、高的比例，桨轮的大小形状，轮船吃水量与动力关系的比例，蒸汽机的振动与水的阻力的关系等一系列技术问题进行了周密详细的研究。就这样，从模型试验到最后设计制造，兢兢业业的富尔顿先后花了9年时间，克服各种困难，经过反复仔细地计算和测量，终于造出了一艘长70英尺、宽11英尺，吃水深度为3英尺的轮船，船上装有一台8马力的蒸汽机和一台铜制的蒸汽锅炉。可是让人意想不到的是，轮船在塞纳河第一次试航时，就被一场狂风暴雨卷入河底。
在大家的帮助下，富尔顿把沉入河底的蒸气机和锅炉打捞上来，看着自己多年的辛勤劳动成果付之东流，富尔顿受到沉重打击，简直伤心极了，但是，屡遭失败的富尔顿并没有就此倒下，他不断从失败中吸取教训，始终进行自己的研究发明。
1806年，富尔顿带着自己多年的研究成果回到了美国纽约。他在纽约东河附近创办了一个造船厂，招了一些工人，继续自己的造船工作。不少资本家对此大力支持，使得他的工作能顺利进行。一年多以后，富尔顿的船厂终于制造出了一艘命名为“克莱蒙特”号的新蒸汽轮船。这艘船长150英尺，宽13英尺，样子看上去就像一条细长的木板，船上安装一台当时最先进的蒸汽机，船的两侧舷外装有两个像大水车一样的叶桨——这种叶桨被称为“明轮”——叶桨依靠蒸汽动力转动推动船前行。“轮船”由此诞生了，富尔顿把自己的名字写进了历史。
航海大事记
东西方航海事业的大发展时期是公元15世纪。1405~1433年，中国航海家郑和率先带领船队七下西洋，历经三十多个国家和地区，远航至现非洲东岸的索马里和肯尼亚一带，成为航海史上的创举。1420年葡萄牙创办了航海学校；1487年，迪亚士航海到非洲最南端，并将该地命名为好望角；十年后，达伽马率船队从里斯本出发，绕过好望角寻找通向印度的海上航路；此后葡萄牙人又先后到达中国、日本等国家和地区。1492年10月意大利航海家哥伦布发现了美洲大陆。1499~1500年，意大利航海家亚美利哥两次登上美洲大陆考察，证实这片陆地是一片新发现的陆地。
6. 抽水马桶 小发明?大方便
现在，抽水马桶成为每家每户的卫生间里必不可少的洁具，它为我们的生活带来了极大的便利。可是，你知道吗，就是这个不起眼的抽水马桶，它的发明可是费了不少周折，而且还经历了一个非常漫长的过程呢。
英国著名的《焦点》杂志曾经评选世界上最伟大的发明，经过本国千名读者和百名最权威的专家学者投票，评出的结果使人们大跌眼镜，令人意想不到的是，位居榜首的居然是抽水马桶。不过仔细想想，抽水马桶确实是人们日常生活中必不可少的一项设备，如果没有它的话，现代人的生活将会无法想象。可以说，小马桶改变了大世界。如果没有马桶，人们的生活不知要变成什么样子。马桶的发展史，实际上就是人类社会文明、干净和有秩序的历史。难怪有人说，在时代的今天，人们可以不要汽车、电冰箱、电脑或电视，但却离不开马桶。
早在公元前2000年的克里特岛，就出现了世界上第一个马桶，但直到四百多年，才出现了真正意义上的水冲式马桶，而城市下水道系统更是仅仅只有150年左右的历史。在中国，“马桶”这个称谓最早可追溯到北宋时期欧阳修的《归田录二》中的“木马子”。马桶在较早时期是制作成马的形状的，后来才改成圆桶形状，这也是“马桶”这个称呼的由来。
在现代马桶真正出现之前，人们排泄的地点是随意的。老百姓们大都将自己的排泄物倒在窗外的街道上，或者“躲到树后面”解决个人问题。1843年，维多利亚女王参观剑桥大学时问陪同的校长：“那些顺流而下的纸张是怎么一回事？”校长知道那些是手纸，但为了不让女王难堪，校长只回答那是禁止在此游泳的告示。不只是平民百姓，就连优雅的贵族们也是如此，亨利四世就曾下令禁止贵族在罗浮宫的角落里大小便。
四百多年前，英国有一位名叫约翰·哈灵顿的教士因故被判处流放。1584~1591年间，他在流放地凯尔斯顿的住房里，将马桶与储水池相连，设计出了世界上第一个抽水马桶。由于他热爱文学，并对此发明颇为自豪，因此特地以荷马史诗中一位英雄埃杰克斯的名字为它命名。当时，女王伊丽莎白一世抱怨她的里士满宫殿里未倒空的便器恶臭难闻。1595年，约翰·哈灵顿爵士听到女王的烦恼时，便决定用自己的这项发明来给女王排忧解难。于是，哈灵顿的抽水马桶终于在里士满宫殿里安装起来了。
此后，哈灵顿还将他的抽水马桶的设计详细记录在《夜壶的蜕变》一书中，但对大多数人而言，抽水马桶多少显得有些不切实际。当时，人们的生活中没有任何排污的主管道，也没有自来水，更没有多余的闲钱来支付管道装设费用，因此，大多数人仍然选择清理倒空便器，或者让“夜间掏粪人”打扫污物。
18世纪后期，英国发明家约瑟夫·布拉梅改进了抽水马桶的设计。他采用了一些构件，诸如控制水箱里水流量的三球阀以及保证污水管的臭味不会让使用者闻到的U形弯管等。1778年，他取得了这种抽水马桶的专利权。
1858夏天，伦敦泰晤士河爆发了著名的“大恶臭事件”，人们认识到马桶虽然带来了个人卫生，但由于排泄物是顺着管道直接排到河流里，从而导致了严重的环境污染，就造成了传染病的流行。由此，人们才开始着手建立下水道系统。19世纪后期，欧洲的各大城市都安装了排污系统和自来水管道，抽水马桶才真正在人们的生活中普及起来。
马桶在给人们的生活带来诸多便捷的同时，也引发了一些争论，很多人认为，由于马桶的工作原理问题，造成大量生活用水的消耗和浪费，加剧了水资源的紧张状态。这确实是目前存在的一个无法回避的问题，等待着聪明的科学家们进一步研究并解决。
吐鲁番坎儿井
吐鲁番盆地北部的博格达山和西部的喀拉乌成山，春夏时节有大量融化的积雪和雨水流下山谷，潜入戈壁滩下。新疆人利用山的坡度，巧妙地创造了坎儿井，引地下潜流灌溉农田。吐鲁番总共有数千条坎儿井，全长约五千米。坎儿井大体上由四部分组成，分别为:竖井、地下渠道、地面渠道和“涝坝”（小型蓄水池）。由于结构的关系，坎儿井不因狂风、炎热而使水分大量蒸发，因而流量稳定，保证了自流灌溉。
7. 自行车 神奇的力学传动器
自行车的发明为人们的生活提供了无限的便利，大大方便了交通出行，节省了路上的时间，从而提高了工作效率。时至今天，在我国的大街小巷仍然到处充斥着自行车的身影，因此，我国享有“自行车王国”的美誉。如今，自行车更是以低碳环保、经济耐用等特点受到全世界人民的青睐。驾驶自行车渐渐成为西方国家一项非常盛行的体育运动。不夸张地说，自行车的发明与运用在人类文明的发展史上留下了不可磨灭的印记。
据传，自行车的始祖是我国公元前五百多年的独轮车。由此可见，我国是世界上最早形成自行车雏形的国家。据《清朝野史大观》第十一卷记载：“黄履庄所制双轮小车一辆，长三尺余，可坐一人，不需推挽，能自行。行时，以手挽轴旁曲拐，则复行如初，随住随挽日足行八十里。”书上提到的，就是清康熙年间黄履庄曾研制过自行车。这或许就是世界上最早的自行车了。
但是，说到现代自行车的发明，还是要把目光转向欧洲。一个下雨天，法国人西夫拉克在街头漫步时被飞驰而过的四轮马车溅了一身泥。他愤怒地想：这么窄的路，四轮马车却这么宽，应当把马车切掉一半！这一突发的奇想让他产生了设计的灵感：要是能将四个车轮变成两个车轮就好了。于是，经过他的努力，第一架代步的“木马轮”小车便在1791年出现了。这辆小车只有前后两个木质的车轮，两个车轮之间用横梁连接，横梁上面安装了一条板凳……虽然这辆“木马轮”既没有传动链条，又无转向装置，看上去就仿佛是一个玩具，但它毕竟是交通工具方面的一个进步，刚刚出现的新东西肯定不是那么完善，自然需要花力气进行改进。
1818年，一个叫德莱斯的德国看林人，他根据自己一个非常偶然的想法制作了一辆样子跟西夫拉克的“木马轮”形式差不多的木轮车。不过不同的是，他为了可以在前进的途中改变方向，在前轮上加上了一个控制方向的车把，但是，这辆车依然不是完美的，它必须要用两只脚用力地蹬地，才能推动车子向前滚动。正因为如此，当德莱斯骑着他自己研制的自行车上路试验时，还遭到了不少围观的人的嘲笑。社会的发展史告诉我们，新事物的出现总会伴随着传统势力无情的嘲笑和讽刺，但是，人类前进的脚步永远不会因这些嘲笑而停止。1840年，在德莱斯发明的基础上，英格兰的铁匠麦克米伦又一次对自行车进行了改进。他用铁制的轮子代替了原来的木轮，又在后轮的车轴上装上曲柄，把曲柄和前面的脚蹬用连杆连接起来，这样，人的双脚真正离开了地面，由双脚的交替踩动变为轮子的滚动。1842年，麦克米伦骑上这种车，这一天，他行进了20千米。
1861年，法国的米肖父子修改了德莱斯式自行车，在前轮部分安装了能转动的脚蹬板，并将车子的鞍座架在前轮上面。1867年，他们把这种车放在巴黎博览会上展出，并给它取了一个全新的名字——“自行车”。这在当时引起了极大的轰动。大概在1870年前后，法国的马执又制造了一种前面驱动轮大，后面从动轮小的自行车。1874年，英国人罗松首次为自行车装上链条和链轮，用后轮的转动来推动车子前进。至此，具有现代化形式的自行车真正诞生了。
1886年英国的机械工程师斯塔利，从机械学、运动学等多种角度设计出了与今天的自行车车型基本一致的新的自行车样式：他用钢管制成了菱形车架，装上前叉和车闸，把前后轮设计成大小相同的样子以保持平衡，并且首次使用了橡胶车轮。斯塔利在改进了自行车结构的同时，还设计并改制了许多机床用以生产自行车部件，正是由于他的这些发明，自行车的大量生产和推广应用才有了实质的可操作性，他也因此被后人称为“自行车之父”。
1888年，爱尔兰有一名叫做邓洛普的兽医，聪明的他从医治牛胃气膨胀中得到启示，把自家花园用来浇水的橡胶管粘成圆形并打足气装在自行车上，这便是充气轮胎的开端。充气轮胎的出现彻底改变了自行车的性能，自行车的整体装置基本固定了下来，并且真正走进了人们的生活。
战胜癌症的“环法英雄”
1996年10月，著名自行车运动员阿姆斯特朗在参加世界顶级公路赛时被诊断出患了睾丸癌。当时，癌细胞已经扩散到了身体各处，就连医生也认为仅有百分之五十的存活几率，并对其康复不抱希望。这之后，阿姆斯特朗接受了手术和为期12个星期的化疗，于1997年宣布癌症病愈。一年多的停赛休养，阿姆斯特朗于1998重新参加比赛，并在其后创造了环法大赛七连冠的奇迹，被人们称为“环法英雄”。
8. 内燃机 热与能完美转换器
内燃机是人类历史上非常伟大的科学发明之一，它的出现具有划时代的意义。正是由于有了内燃机，人类才成功地把燃烧的热能转化成机械能，各种机器才得到了强有力的动力来源。下面我们就来讲述一下内燃机的发明史，看看它是如何影响人类的工业进程的。
内燃机是将气体或液体燃料与空气混合后，直接输入机器内部燃烧产生热能，再转化为机械能的一种机器。内燃机体积较小，但却拥有着热效率高，启动性能好，便于移动的特点。
19世纪中期，科学家们完善了燃烧煤气、汽油和柴油等产生的热转化机械动力的理论，并在此基础之上发明了内燃机。19世纪60年代，内燃机中比较常见的活塞式内燃机问世，经过不断改进和发展，它以热效率高、功率和转速范围宽、配套方便、机动性好等优点获得了极大的好评，成为了比较完善的机械，并且得到了广泛的应用。现在，全世界无论是哪种类型、哪种品牌的拖拉机、汽车、工程机械、农业机械、小型移动电站都以内燃机为动力。在内河运行的内河船舶、在海上运行的商船和常规舰艇，甚至包括某些小型飞机也都是由内燃机来推进的。据统计，世界上内燃机的保有量在动力物理机械中居于首位，可见它在人类活动中占有非常重要的地位。
其实早期活塞式内燃机的动力是打算用火药爆破的方式来获得的，但因为火药燃烧难以控制而未获成功。直到1794年，英国人斯特里特第一次提出了燃料与空气混合的概念，并且提出从燃料的燃烧中获取动力。1833年，英国人赖特提出了直接利用燃烧压力推动活塞做功的设计。之后人们又提出过各种各样的内燃机方案，但在19世纪中叶以前均未付诸实用。
1860年，法国发明家勒努瓦模仿蒸气机的结构设计制造出了第一台实用的煤气机。这台煤气机首先采用了弹力活塞环，这使得它的热效率为百分之四左右。而这种机器实际上就是一种电点火、无压缩、使用照明煤气的内燃机。此时内燃机真正地被人们所接受。
1876年，德国发明家奥托运用罗沙的原理，成功创制第一台单缸、卧式、往复活塞式内燃机。这台机器采用火焰点火，仍以煤气为燃料，并使机器运转平稳。在当时，无论是热效率还是功率，它都是最高的。
后来，人们发现新开采出来的石油这种物质比煤气更易于运输携带，于是与石油相关的柴油和汽油引起了人们的注意，其中易于挥发的汽油首先获得了试用。在1885~1886年，汽油机作为汽车动力运行成功后，大大推动了汽车的发展。与此同时，汽车的发展又促进了汽油机的改进和提高。
1892年，面粉厂粉尘爆炸使德国工程师狄塞尔受到启发，为内燃机的发展开拓了新途径。1897年，首创的柴油机于研制成功。1898年，柴油机在用于固定式发电机组成功。1903年，柴油机用做商船动力。1904年装于舰艇。1913年，第一台以柴油机为动力内燃机车研制成功。1920年左右，柴油机开始用于农业机械和汽车制造工业。
随着内燃机的不断发展，它所存在的问题也逐步暴露出来，它使用石油燃料，同时排出的废气中含有害气体的成分较高，被认为会影响地球环境。现在人们正在寻找能够代替石油作为燃料的物质，期待在未来可以找到绿色的燃料来代替石油，再次让内燃机发挥它的作用。
内燃机的发明和运用对于人类农业和运输业的发展都有着重要的作用，它的出现加快了第二次工业革命的脚步，为人类的进步作出了贡献。
汽缸工作原理
汽缸是一个圆筒形金属机件。各个装有汽缸套的汽缸安装在机体里，它的顶端用汽缸盖封闭着。活塞可在汽缸套内往复运动，并从汽缸下部封闭汽缸，从而形成容积作规律变化的密封空间。密封的汽缸是实现工作循环，产生动力的源地。燃料在此空间内燃烧，产生的燃气动力推动活塞运动。活塞的往复运动经过连杆推动曲轴做旋转运动，曲轴再从飞轮端将动力输出。
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