一 : 改变世界的科技——法拉第定律

法拉第定律又称为电磁感应定律。[www.61k.com]法拉第定律可以说是电磁学中最为重要的发现，其重要点就在于它揭示了电、磁现象之间的相互联系。一方面，人们在电磁感应的基础上发明了发电机，使电能的大规模生产和远距离输送成为可能；另一方面，电磁感应现象在电工、电子技术等方面都有广泛的应用。可以说，电磁感应定律的提出，是人类进入电气化时代的基础。

电磁感应定律最早源自丹麦科学家奥斯特于1820年发现电磁效应之后，有许多物理学家便试图寻找电磁效应的逆效应，即磁能否产生电？后来，许多科学家都试图寻找这个问题的答案，但都未成功。直到1831年，法拉第在软铁环两侧分别绕两个线圈，其一为闭合回路，在导线下端附近平行放置一磁针，另一与电池组相连，接开关，形成有电源的闭合回路。实验发现，合上开关，磁针偏转；切断开关，磁针反向偏转，这表明在无电池组的线圈中出现了感应电流。法拉第立即意识到，这是一种非恒定的暂态效应。紧接着他做了几十个实验，把产生感应电流的情形概括为5类：变化的电流，变化的磁场，运动的恒定电流，运动的磁铁，在磁场中运动的导体，并把这些现象正式定名为电磁感应。

在此之后，法拉第通过进一步实验发现，在相同条件下不同金属导体回路中产生的感应电流与导体的导电能力成正比，他由此认识到，感应电流是由与导体性质无关的感应电动势产生的，即使没有回路没有感应电流，感应电动势依然存在。

总结法拉第实验的成果给出的法拉第定律的准确定义就是：因磁通量变化产生感应电动势的现象。

因此感应电流产生的条件：电路是闭合且通的，穿过闭合电路的磁通量发生变化。同时感应电动势又分为动生电动势和感生电动势。动生电动势是因为导体自身在磁场中做切割磁感线运动而产生的感应电动势，感生电动势是固定回路中的磁场发生变化，使回路中磁通量变化而产生的电动势。

闭合电路为一个n匝的线圈，则又可表示为：式中n为线圈匝数，ΔΦ为磁通量变化量，单位Wb，Δt为发生变化所用时间，单位为s.ε为产生的感应电动势，单位为V。

由此衍生出的电磁感应定律的公示：

1、感应电动势的大小

1)E＝-n*dΦ/dt（普适公式）｛法拉第电磁感应定律，E：感应电动势(V)，n：感应线圈匝数，dΦ/dt：磁通量的变化率｝

2)E＝BLVsinA(切割磁感线运动)E=BLV中的v和L不可以和磁感线平行，但可以不和磁感线垂直，其中sinA为v或L与磁感线的夹角。｛L：有效长度(m)｝

电磁感应定律

3)Em＝nBSω（交流发电机最大的感应电动势）｛Em：感应电动势峰值｝

4)E＝B(L^2)ω/2（导体一端固定以ω旋转切割）｛ω：角速度(rad/s)，V:速度(m/s)｝

2、磁通量Φ＝BSsinA{Φ:磁通量(Wb)，B：匀强磁场的磁感应强度(T)，S：正对面积(m2)}

3、感应电动势的正负极可利用感应电流方向判定｛电源内部的电流方向：由负极流向正极｝

4、自感电动势E自＝-n*dΦ/dt＝LΔI/Δt｛L：自感系数(H)（线圈L有铁芯比无铁芯时要大），ΔI:变化电流，Δt：所用时间，ΔI/Δt：自感电流变化率(变化的快慢)｝

当然需要说明的就是，法拉第定律的公式不是由法拉第提出的，而是由后人给出的。但是我们现在实用的发电机，电动机，变压器，电磁流量计等设备，都是在此理论的基础上研发设计的。

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二 : 改变世界的科技——法拉第笼

“法拉第笼”是以电磁学的奠基人、英国著名物理学家迈克尔·法拉第的姓氏命名的一种用于演示等电势、静电屏蔽和高压带电作业原理的设备。（www.61k.com]此款设备源自法拉第曾经冒着被电击的危险，做了一个闻名于世的实验——法拉第笼实验。法拉第把自己关在金属笼内，当笼外发生强大的静电放电时，什么事都没发生。

法拉第笼是一个由金属或者良导体形成的笼子，由笼体、高压电源、电压显示器和控制部分组成，其笼体与大地连通，高压电源通过限流电阻将10万伏直流高压输送给放电杆，当放电杆尖端距笼体10厘米时，出现放电火花，根据接地导体静电平衡的条件，笼体是一个等位体，内部电势差为零，电场为零，电荷分布在接近放电杆的外表面上。

法拉第笼的原理就是基于静电屏蔽，其原理就是如果将导体放在电场强度为E的外电场中，导体内的自由电子在电场力的作用下，会逆电场方向运动。这样，导体的负电荷分布在一边，正电荷分布在另一边。由于导体内电荷的重新分布，这些电荷在与外电场相反的方向形成另一电场，电场强度为E内。根据场强叠加原理，导体内的电场强度等于E外和E内的叠加，等大反向的电场叠加而互相抵消，使得导体内部总电场强度为零。当导体内部总电场强度为零时，导体内的自由电子不再定向移动。物理学中将导体中没有电荷移动的状态叫做静电平衡。处于静电平衡状态的导体，内部电场强度处处为零。由此可推知，处于静电平衡状态的导体，电荷只分布在导体的外表面上。如果这个导体是中空的，当它达到静电平衡时，内部也将没有电场。这样，导体的外壳就会对它的内部起到“保护”作用，使它的内部不受外部电场的影响，这种现象称为静电屏蔽。

当然法拉第笼的演示还说明了外壳接地的法拉第笼可有效地隔绝笼体内外电磁波干扰从而起到静电屏蔽作用。

基于法拉第笼和静电屏蔽原理，人们制造出了用金属丝制成的高压带电操作员的防护服，通过金属壳屏蔽金属导体壳内的仪器在工作环境不受外部电场影响，也不对外部电场产生影响，已经常用的屏蔽电缆等都是基于这种原理。顺带说一句，我们的汽车就是一个法拉第笼，由于汽车外壳是个大金属壳，形成了一个等位体，当驾驶员在雷雨天行驶时，车里的人不用担心遭到雷击。

需要说明的是，即使住在法拉第笼子里，也不能完全避免电磁辐射。法拉第笼不能屏蔽静电和低速变化的磁场，比如地磁，在法拉第笼里，指南针照样能工作，人类不可能完全避免电磁辐射。

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三 : 品社——科技改变世界

教学目标：
1、知道生活中常见的生活用品，和人们的 生活方式，过去与现在发生的变化。 2、了解历史上做出巨大贡献的一些科学 家。 3、体会科技在改变世界方面所起到的推 进作用。

教学重点：
提高学生感悟生活中，科技与生活的交融。

教学难点：
认识到科技改变世界的趋势，对一些科学 技术，对未来世界的改变做出合理的预测。

四 : 15种科技改变世界

必将改变世界的15种科技

1.无人驾驶车——无人驾驶车将改变人们的出行方式。在加州，时不时就 会看到谷歌正进行测试的无人驾驶车。它们可能要到2018年才能进入市场。 谷歌估计，无人驾驶车可将每年因交通事故死亡的人数（120万）削减一半。 社会大众是否准备好迎接该产品，还有待观察。不过无人驾驶车肯定会是 人们的一种选择，而丰田、奥迪等大汽车厂商也在研发自家无人驾驶车。

2. 谷歌眼镜——谷歌眼镜将使得我们成为半机械人。谷歌眼镜是当下最令人 兴奋的产品之一，原因正是其应用潜力巨大。它将使得我们能够更深层地感 受日常活动，提升我们与周围环境的交互。我们与互联网的连接性将达到前 所未有的程度，我们将能够用谷歌眼镜浏览各种有用信息，如短信、新闻评 论、推文和导航信息。有了谷歌眼镜，我们还能够记录周围的点点滴滴，并 将记录的东西存储在云端，从而可以保证自己不会遗忘生活中的珍贵时光。

3. 穿戴式健身追踪器——穿戴式健身追踪器使得人们成了保养迷。随着耐克 FuelBand、Fitbit、ZEO等应用与服务的出现，人们日常生活中产生的数据变 得越来越多。那些设备可帮助追踪所燃烧的卡路里和计步，甚至能够跟踪我们 的睡眠质量。这些设备都是“量化自我”运动的一部分，该运动旨在通过人们 的各种数据，告知他们有关自身身体和生理状况并不明显的信息。

4. 各种分享服务——互联网催生了分享经济。如今已经涌现不少涉足分享经济 的初创公司，如房屋、汽车、停车位、露营帐篷等等的租赁平台。最著名的要数 房屋租赁网站Airbnb、高档时尚服装配饰临时出租平台Rent the Runway、私 家车搭乘服务SideCar等等。不过要是没有互联网，上述服务相信都行不通。

5. 机器人——机器人将引发劳动力变革。价格实惠的工业机器人正开始在美国出现， 它们能够在人类旁边执行各种简单的任务，及安全工作。机器人公司Rethink Robotics的首个机器人产品Baxter能够处理材料，在传送带上装卸货，检查和测 试零部件，进行简单的机器操作，及包装箱子和拆箱。Rethink Robotics希望通过 打造低成本制造技术和工序，使得美国更具竞争力。如果一切如同计划顺利进行， Baxter应当能够在人类身边工作，并帮助美国更好地与劳动力低廉的海外国家竞争。 Baxter的终极目标是，完成更多困难的任务，如在电子组装线上装配零部件。 Rethink Robotics还在致力于开发软件让Baxter与传送带及其它机器通讯。

6. 智能手机——智能手机使得人们相互之间高度连接。它是难以置信的实用工具，使 得我们能够与遍布全球的人联系，随时了

解世界各地的时事动态。手机可让我们浏览 电子邮件、新闻、股票变动等等，只要有信号，里面的地图也能确保我们不会迷路。 与此同时，像Tinder、Grindr这样的约会应用正帮助我们结识附近的新朋友。不过频 繁查看手机，也会让人感到不安。IDC最近的一项调查显示，起床后的15分钟内， 79%智能手机用户会查看手机；48%的人在健身时使用智能手机，50%的人在电影院 看电影时查看Facebook。发送文本信息也变得比打电话更加普遍。

7. 社交网络——社交网络正改变我们相互之间的互动。Facebook和Twitter为我 们提供了与全球各地的亲朋好友甚至是陌生人联系的平台。与此同时，社交媒体 也可起到推动社会运动的作用，为拥有共同事业和抱负的人提供了联系途径。

8. 3D打印——3D打印正重塑商品制造的方式，同时也推动创新。3D打印使得制 造业更加靠近普罗大众的生活，甚至助推医疗行业的重大突破。就在本月，一 3D打印机制造出有史以来最小的人类肝脏。3D打印机旨在制作出一件件的立体 物品。这些设备正开始进入人们的家庭，致力于生产价格实惠的3D打印机的公 司包括MakerBot、Printrbot和Shapeways。3D打印机的出现，甚至催生了3D 打印物品交易市场。它让我们有了全新的生产和消费产品的方式。

9. 纳滤技术——纳滤技术正帮助数十万人获得洁净的饮用水。水质不卫生是人 类健康的一大威胁。据世界卫生组织称，每年有大约340万人死于水质相关的疾 病。于是有了Lifesaver。Lifesaver是一个利用纳滤技术净化水的水瓶，它去除 了水中的细菌、病毒、包囊、寄生虫、真菌等微生物水载病原体。

10. 体感控制设备——体感控制设备正在唤醒我们的各种感官，驱动相互之间的协 作。电脑鼠标已经有点过时了，当下正出现支持只需挥手即可与电脑交互的新技术。 有了Leap Motion，我们直接自然地用手势来更好地在屏幕上生成自己的构思设计， 不需要操作麻烦得多的鼠标。另一项名为MYO的技术是一种支持用手臂控制其它设 备的臂带，而且与Leap Motion不同，它不需要用到摄像头。MYO臂带的工作原理 是，通过感知人们肌肉中的电活动，来控制电脑、电子游戏甚至是遥控飞机。

11. 地铁里的触屏设备和Wi-Fi网络——纽约市计划在五个区的地铁站配置至少77台新 触屏信息终端。那些设备将会展示地铁规划工具、服务更新和延误信息以及广告。每 台47英寸的触屏设备都将配有传感器、摄像机、麦克风和Wi-Fi，从而方便地铁乘客与 大纽约交通运输管理局（MTA）之间的通讯。控制组预计，未来诸如流媒体和网络游 戏的赞助体验将会走进那些触摸屏。纽约还将在其地铁站

部署Wi-Fi网络，使得人们等 待地铁式也能发短信和打电话。而旧金山湾区高速交通系统更是更进一步，它已经允 许人们在地铁中使用手机的无线连接服务，可能很快也将推出免费的Wi-Fi网络。

12. iPad和手机——iPad和手机正改变我们的零售体验。以往我们在零售店一直都要依赖 人工服务结账，随着苹果等公司推行允许购物自助结账，那个时代将会走到尽头。苹果 零售店有时候人流太大，以至于很难找到店员结账离开。而EasyPay应用的出现，让消 费者可以无需接触店员就能够买到诸如充电器、外壳、软件的商品。平板电脑的崛起， 在零售体验变革中也起到重要作用，如今已经有很多实体零售店将平板电脑当做现金出 纳机使用。例如,移动支付公司Square允许零售商完全弃用传统的结账方式，其读卡器和 Register应用可让商家使用iPhone、iPad或者Android设备接受信用卡或者借记卡支付。

13. 智能手机应用——智能手机应用正使得我们成为末级消费者，不过也会让人 变得懒散。智能手机应用对社会的作用之大实在难以衡量。科技公司们在不断开 发新的应用，以使得我们的生活变得更加美好。Fantastical是最好的日历应用 之一；Evernote使得你能够随身携带所有的笔记，且支持用各类设备访问； Uber会在你打不到车的时候很快就能为你带来帮助。不过应用还会诱发惰性和 不必要的支出。有了订餐外送服务Seamless，理论上来说，你余生足不出户都 能够享受到丰盛美食。杂货外送应用FreshDirect同样也有这种功效。

14. 图片分享网站——图片分享网站正改变我们对隐私的想法。Facebook和Instagram 催生了过度分享经济，使得我们心甘情愿发布自己和朋友的各类活动图片，从就餐到在 私人沙滩上裸跑等等。使用诸如Facebook、Instagram甚至是Flickr的产品服务，最终 会让人在互联网上留下永远都无法磨灭的个人信息痕迹。推出不久的短时图片分享应用 Snapchat则有效解决了这一问题，不过还是存在所分享图片被意想不到的人看到的风险。

背景音乐:《钢琴幻想曲》 资料提供:ZGQ PPS制作:MJF

15. 无人驾驶飞机——政府和执法机构的无人驾驶飞机引发隐私担忧，不过也 有人说不必担心。人们已经在利用无人驾驶飞机寻找等待救援的远足者和滑雪 者，拍摄房屋等物业的航空图像，以及调查非洲的考古遗址。像联邦快递公司 这样的企业已经在对无人驾驶飞机获准进入美国领空进行倒计时。美国联邦航 空局（FAA）将从2015年开始正式允许无人驾驶飞机的商用，不过它们的飞 行高度不可以超过400英尺，而且必须位于飞机场的5英里范围之内。

五 : 科技改变世界

美国航天局在火星项目上投入了大量的人力物力，在研究一步步进展的过程中也饱受外界争议。赞比亚的玛丽修女就曾写信质问美国航天专家恩斯特博士为什么要把大量的金钱花在这种不切实际的研究上而不是去挽救处在死亡边缘的孩子们，恩斯特博士告诉他，曾有一名伯爵花费大量的金钱帮助一名陌生人进行他对镜片的研究，人们抱有同样的质疑，但最终这个人发明了显微镜，解决了一系列由细菌感染引起的疾病，拯救了许多人的生命。

虽然这个人的研究在当时看起来对于被疾病折磨的人们毫无帮助，但是当显微镜问世的那一刻，一切质疑与非议都泯灭在他的巨大贡献中。表面上侧重理论的科技看起来对于实际生活毫无帮助，但是实际上文明就是在科技上发展出来的，如果说人文是一颗茂盛的大树，那么科技就是他坚实的根基。如若没有科技作为文明的支撑，那么失去根基的文明该有多么脆弱。因此，人文的发展必须与科技相伴，这样才能最有效地改善生活。

瓦特的蒸汽机揭开了一个时代的帷幕;爱迪生的电灯点亮了全世界的黑暗;贝尔的电话打破了空间的隔阂。这些发明都是我们现实生活中不可或缺的，可是却很少有人知道，最开始瓦特的蒸汽机带动火车时速度甚至赶不上步行，贝尔的电话只能沟通一个街区的距离，他们的发明在刚开始都没有被看重，但随着社会的发展，这些发明逐渐被需要、被改良、被应用，每一件都发挥了重大的作用，每一件都改变了世界。他们带来的效益远远超过对于他们的投资，从而使生活得到了更大的改善，火车使偏远地区的病患能更快的接受治疗，用电灯远比为穷苦的孩子运送蜡烛要省时省力。这一切都表明，改善生活离不开科技。

科技的巨大潜力是显而易见的，然而也有不少脱离科学理论，盲目追求不合理事物的例子。像是欧洲的炼金术与中国的炼丹术，一个追求的是点石成金，一个追求的是长生不老。用今天的理论看来，这两者都是不可能实现的。然而秦皇对长生不老追求一生，临死前还寄希望于长生不老丹，换来的却是长眠于地下与大秦帝国的灭亡。秦皇妄图拥有千秋霸业，被欲望冲昏头脑，妄图打破生死常理，最终不但没有实现，还因炼丹耽误国事。秦帝国的建立离不开科技，也就是说，科技诞生出人文。然而炼金术与炼丹术不顾根基，用主观臆测来指示客观发展，最终导致文明毁于不切实际的追求中。所以说，人文的建立与发展离不开科技。

人文与生活都与科技不可分割，反过来，两者对于科技也有重要的反作用。人类在称霸海洋与陆地之后，将目光投向了天空，人们渴望能够与鸟儿并肩飞翔，能够冲破天际，一览银河的璀璨景象。社会发展的需要与人们的幻想引起了内心的渴望，使人们有了不断开拓创新的勇气与毅力。终于莱特兄弟发明了飞机，圆了人类几千年来的梦，火箭，太空飞船相继出现，遨游太空，甚至登上月球都不再止步于幻想。人类文明延伸到了更远的地方，日常生活得到了更大的便捷。科技一[www.61k.com）步步地在影响着人们的生活与文化，默默的推动着整个社会的发展，而人文与生活也在推动科技的发展。

科技、人文、生活，三者相辅相成，相互促进。如果说人文是发展的骨骼，生活就是骨骼上的肌肉，那么科技便是贯通全身的血液，为身体提供新鲜的元素，为机体提供蓬勃的动力。我们的生活离不开科技，让我们用科技创造一个更加美好的未来!

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