機械領域的大科學裝置

① 中國的發明有哪些

1、指南針：指南針是用以判別方位的一種簡單儀器。前身是司南。主要組成部分是一根裝在軸上可以自由轉動的磁針(俗稱吸鐵石)。磁針在地磁場作用下能保持在磁子午線的切線方向上。磁針的北極指向地理的南極，利用這一性能可以辨別方向。

早在戰國時期，中國先民已用天然磁石製成指示方向的司南之勺。三國魏時，馬鈞利用磁鐵和差速齒輪製造了能指示方向的機械裝置——指南車。宋代科學家沈括在其《夢溪筆談》中記載了製作指向用的磁針的方法。

2、造紙術：蔡倫改進大約在3500多年前的商朝，中國就有了刻在龜甲和獸骨上的文字，稱為甲骨文到了春秋時，用竹片和木片替代龜甲和獸骨，稱為竹簡和木牘。甲骨和簡牘都很笨重，戰國時思想家惠施喜歡讀書，每次外出遊學身後都跟著五輛裝滿竹簡的大車，所以有學富五車的典故。

3、活字印刷術：它開始於隋朝的雕版印刷，經宋仁宗時的畢升發展、完善，產生了活字印刷，並由蒙古人傳至了歐洲，所以後人稱畢升為印刷術的始祖。中國的印刷術是人類近代文明的先導，為知識的廣泛傳播、交流創造了條件。

4、火葯：火葯作為人類掌握的第一類爆炸物，起源於中國古代的煉丹術。古代煉丹家們利用早在漢代就已掌握的金石葯物硝、硫，經過長期的煉丹實踐，至遲在唐憲宗元和三年（808）以前便已發明了火葯 ，並在五代末北宋初用以造出縱火用的火葯兵器。

經宋、元、明各代，火箭、火毬（火聤）、火銃等各種火器已達到成熱的程度。火葯的發明對世界科技的發展曾起重大作用，現代黑火葯就是由中國古代火葯發展而來的。

5、孔明燈：相傳五代（公元907-960）時，有一名叫莘七娘的女子，隨丈夫在福建打仗時，她曾用竹篾紮成方架，糊上紙，做成大燈，底盤上放置燃燒著的松脂，燈就靠熱空氣飛上天空，用作軍事聯絡信號。這種松脂燈，在四川稱孔明燈。相傳這種燈籠的外形像諸葛亮戴的帽子，因而得名孔明燈。

② 達芬奇都發明了什麼

列昂納多·達·芬奇，義大利文藝復興時期的一位畫家,也是整個歐洲文藝復興時期最傑出的代表人物之一。他是一位思想深邃，學識淵博，多才多藝的美術家、雕塑家、建築家、工程師、科學家、科學巨匠、文藝理論家、大哲學家、詩人、音樂家、和發明家。
1、 天文。達·芬奇對傳統的「地球中心說」持否定的觀點。他認為地球不是太陽系的中心，更不是宇宙的中心，而只是一顆繞太陽運轉的行星，太陽本身是不運動的。達·芬奇還認為月亮自身並不發光，他只是反射太陽的光輝。他的這些觀點的提出早於哥白尼「太陽中心說」。甚至在當時，達·芬奇就幻想利用太陽能了。
2、物理。達·芬奇重新發現了液體壓力的概念，提出了連通器原理。他指出：在連通器內，同一液體的液面高度是相同的，不同液體的液面高度不同，液體的高度與密度成反比。他發現了慣性原理，後來為伽利略的實驗所證明。他認為一個拋射體最初是沿傾斜的直線上升，在引力和沖力的混合作用下作曲線位移，最後沖力耗盡，在引力的作用下作垂直下落運動。他的這一發現使亞里士多德的落體學說產生了動搖。他發展了杠桿原理，除推導出作用力與臂長關系外，還算出了速度與臂長的關系。他指出了「永動機」作為能源的不可能性。達·芬奇還預示了物質的原子原理，形象生動的描述了原子能的威力：「那東西將從地底下爆起，……使人在無聲的氣息中突然死去，城堡也遭到徹底毀壞，看起來在空中似乎有破壞力。」
3、醫學。達·芬奇在解剖學和生理學上也取得了巨大的成就，被認為是近代生理解剖學的始祖。他掌握了人體解剖知識，從解剖學入手，研究了生理學和醫學。他最先採用蠟來表現人腦的內部結構，也是設想用玻璃和陶瓷製作心臟和眼睛的第一人。他發現了血液的功能，認為血液對人體起著新陳代謝的作用。他說血液不斷的改造全身，把養料帶到身體需要的各個部分，再把體內廢物帶走。達·芬奇研究過心臟，他發現心臟有四個腔，並畫出了心臟瓣膜。他認為老年人的死因之一是動脈硬化，而產生動脈硬化的原因是缺乏運動。後來，英國的威廉．哈維證實和發展了達·芬奇的這些生理學成果。
4、建築。在建築方面，達·芬奇表現出卓越的才華。他設計過橋梁、教堂、圓屋頂建築和城市下水道。在城市街道設計中，他將車馬道和人行道分開；設計城市建築時，具體規定了房屋的高度和街道的寬度。米蘭的護城河就是他設計和建造的。
5、水利工程。達·芬奇對水利學的研究比義大利的學者克斯鐵列早一個世紀。為了排除泥沙，他作了疏通亞諾河的施工計劃。他設計並親自主持修建了米蘭至帕維亞的運河灌溉工程。由他經手建造的一些水庫、水閘、攔水壩便利了農田灌溉，推動了農業生產的發展。有些水利設施至今仍在發揮作用。
6、軍事和機械。達·芬奇的研究和發明還涉及到軍事和機械方面，他發明了飛行機械、直升飛機、降落傘、機關槍、手榴彈、坦克車、潛水艇、雙層船殼戰艦、起重機等等。
7、地質學。達·芬奇根據高山上有海中動物化石的事實推斷出地殼有過變動，指出地球上洪水的痕跡是海陸變遷的證明，這個思想與300年後赫頓在地質學方面的發現頗為近似。並且在麥哲倫環球航行之前，他就計算出地球的直徑為7000餘英里。
他還在數學領域和水利工程等方面作出了重大的貢獻。 可以說，達·芬奇的研究涉及到自然科學的每一部門，他的思想和才能深入到人類知識的各個領域。他是世界上少有的全面發展的學者。但是，達·芬奇的大多數著作和手稿都沒有發表，直到他逝世後多年才被世人所發現。科學史家丹皮爾這樣評論達·芬奇，「如果他當初發表他的著作的話，科學本來一定會一下就跳到一百年以後的局面。」
8、他是直升機之祖
這位文藝復興時期的天才早在萊特兄弟之前就有可能開創人類飛行的歷史。
「如果他當初發表了他的著作的話，科學一定會一下就跳到一百年以後的局面。猜測這種情況對人類的學術與社會的進步，當然是毫無用處的，但是我們可以萬無一失地說，如果真有這種情況發生的話，人類的學術和社會的演變一定都會大不相同，」科學史家丹皮爾津津樂道的這位科學巨人正是達·芬奇。
事實上，達·芬奇時代的人們也與前人一樣，有著飛行的夢想。在佛羅倫薩呆了一段時間後，達·芬奇又來到米蘭。1483至1486年期間，達·芬奇繪制了一幅飛行器草圖。
在達·芬奇的設想中，這是一種依靠飛行員自身提供動力來驅動的飛行器。這位天才稱自己的設計為「撲翼飛機」，達·芬奇讓自己的飛機同時具備了推動力和提升力。
讓我們姑且根據達·芬奇畫的草圖來還原出這架飛機。飛機的外形由木頭、帆布等當時的材料製成，在飛行器兩側是一雙膜狀的翅膀，結構和形狀酷似蝙蝠或翼龍，這雙翅膀展翼可以達到11米。飛行員背負著這個巨大的飛行器，通過不停地踩動一個動力滑輪來驅動，而這個推動力又通過手搖曲軸得到放大，同時向提升裝置提供動力。
設計出這款飛機時，達·芬奇心中一直有個理念：只要力量足夠就可以飛行。看來，這位文藝復興時期的天才早在萊特兄弟之前就有可能開創人類飛行的歷史。事實上，這個最早的飛行器的機械設計十分完美，但是，由於人自身所提供的動力和飛行器本身的自重相比不成比例，是無法實際應用的。事實上，達·芬奇稱自己的發明也是提供一個直升動力，而不是真正能工作的飛機。直到今天，人們還將達·芬奇的設計視為直升機的先祖。
9、他設計出初級機器人
更為奇妙的是，達·芬奇還設計了一套方法以做心臟修復手術。
達·芬奇曾自稱自己沒有受過書本教育，大自然才是他真正的老師。而認識自然，認識自己。這位文藝復興時期的天才不遺餘力地履行著。為了認識人類自身，達·芬奇親自解剖了幾十具屍體，對人體骨骼、肌肉、關節以及內臟器官進行了精確了解和繪制。
在多次解剖後，達·芬奇發現了血液對人體所起到的新陳代謝作用，血液把營養帶到身體的各個部分，又把廢物從各部分帶走。在具體的解剖觀察中，達·芬奇發現了心臟由4個腔組成並畫出了心臟瓣膜圖。
事實上，當年達·芬奇連人體循環系統工作機理的一點概念都沒有。更為神奇的是，2005年，一名英國外科醫生還利用達·芬奇設計的方法做心臟修復手術。不過，解剖學的研究在當時並沒有給達·芬奇帶來聲譽，而是遭到了無數的誹謗。
不過，就是對人體的這種深入了解，達·芬奇在手稿中甚至繪制了西方文明世界的第一款人形機器人。
達·芬奇賦予了這個機器人以木頭、皮革和金屬的外殼。而如何讓機器人動起來，才是讓達·芬奇大傷腦筋的。在達·芬奇的構想中，他想到了用下部的齒輪作為驅動裝置。由此通過兩個機械桿的齒輪再與胸部的一個圓盤齒輪咬合，機器人的胳膊就可以揮舞，坐或者站立。更絕的是，再通過一個傳動桿與頭部相連，頭部就可以轉動甚至可以開合下頜。而一旦配備了自動鼓裝置後，這個機器人甚至還可以發出聲音。
原來，500多年前，就已經有了機器人的雛形。
10、點燃現代汽車發明靈感之火的正是這輛「達·芬奇汽車」。
達·芬奇長達7000多頁的手稿(現存約5000多頁)至今仍在影響科學研究，他就是一位現代世界的預言家，而他的手稿頁被稱為一部15世紀科學技術的真正網路全書。
很早，達·芬奇就對當時的四輪馬車不滿。在他的科學世界中，早就有了汽車的影子。事實上，點燃現代汽車發明靈感之火的正是這輛「達·芬奇汽車」。
既然是汽車就要考慮動力問題，達·芬奇在汽車中部安裝了兩根彈簧以解決這個問題。人力轉動車的後輪使得各個齒輪相互咬合，彈簧綳緊就產生了力，再通過杠桿作用將力傳遞到輪子上。
那麼怎麼控制車速呢？達·芬奇也想到了。他在車身上安裝了一個圓盤裝置，圓盤表面設置了很多方形的木塊，和每個輪子連接的鐵桿另一端與圓盤相接，這就是用於控制車速的裝置。圓盤扇放置的木塊數量越多，與鐵桿之間的摩擦就會越大，阻力也越大，輪子的運轉速度越慢，行駛的距離越長。
當然，達·芬奇也想到了剎車裝置。位於齒輪之間有一個木塊，拉動繩索將木塊卡在齒輪之間，車就可以停止。不過，這輛汽車不能載人，因為僅靠彈簧的動力根本無法行駛很長的距離。
同時，達·芬奇還將彈簧巧妙地運用在了鍾表設計上。後來大型鍾表採用的原理，就是出自達·芬奇的設想。只是在這個設想中，彈簧的彈力被物體的重力所代替，物體向下的重力通過眾多齒輪咬合作用被均勻傳遞，鍾表便得以保持勻速運動。
此外，挖河機、潛水機、起重機、照相機、加熱機、溫度計……達·芬奇曾有過無數的發明設計。而這些發明足足可以讓我們的世界科學文明進程提前100年。
11、對機械世界痴迷不已
水下呼吸裝置、拉動裝置，發條傳動裝置、滾珠裝置、反向螺旋、差動螺旋、紡織物擴張器……達·芬奇將他無數的奇思妙想呈現在世人面前。故事的開頭不得不說起達·芬奇初到佛羅倫薩學畫的經歷。事實上，這段經歷開啟了藝術家達·芬奇的大門，也開啟了科學家達·芬奇的大門。
1460年，達·芬奇隨父親來到佛羅倫薩，開始了他的學徒生涯，同時開始學畫。學畫的達·芬奇參與安裝佛羅倫薩聖母瑪麗亞大教堂穹頂燈塔上巨型銅球，由此接觸並感受到了各式各樣機械繫統的神奇。
佛羅倫薩聖母瑪麗亞大教堂是文藝復興建築的開端。達·芬奇在安裝穹頂燈塔上巨型銅球時，親眼目睹了三速提升機等機械裝置的效率，深感其中的神奇。由此，布魯內萊斯基的機械繫統設計理念對達·芬奇產生了很大影響。當時一批「錫耶納工程師」對達·芬奇的科學世界也產生了重要影響。
而錫耶納的工程師們設計的一種外形像船的河道淤泥挖掘機，用來清除淺水狂口的沙礫和淤泥，還有一種能夠提高裝載量又加快行駛速度的槳葉船，這些錫耶納工程師的發明，讓達·芬奇對機械的魔力產生了巨大的興趣。
從此，達·芬奇對機械世界痴迷不已。

③ 科學博覽館里經常展出的靜電球，人一摸就變爆炸頭的那個，到底是通過什麼方式是那個大球球帶上電的，

那個靜電球應該叫做范德格拉夫起電機，又稱范德格拉夫加速器，是一種用來產生靜電高壓的裝置。范德格拉夫起電機通過傳送帶將產生的靜電荷傳送到中空的金屬球表面。范德格拉夫起電機非常易於獲得非常高的電壓，現代的范德格拉夫起電機電勢可達500萬伏特。

我們可以站在絕緣的椅子上，用手按著起電機的球形金屬罩。由於人的身體也可導電，所以當起電機啟動時，電荷便傳到我們的身體上。而因為頭發上的電荷互相排斥，頭發便豎立起來。

結構如圖，空心金屬圓球A放在絕緣圓柱 C 上，圓柱內B為由電動機帶動上下運動的絲帶（絕緣傳送帶），金屬針尖 E 與數萬伏的直流電源相接，電源另一端接地，由於針尖的放電作用，電荷將不斷地被噴送到傳送帶B上。另一金屬針尖F與導體球 A 的內表面相聯。

當帶電的傳送帶轉動到針尖 F 附近時，由於靜電感應和電暈放電作用，傳送帶上的電荷轉移到針尖 F 上，進而移至導體球A的外表面，使導體球A帶電。隨著傳送帶不斷運轉，A球上的電量越來越多，電勢也不斷增加。通常半徑為1米的金屬球可產生約 1 兆伏（對地）的高電壓。

為了減少大氣中的漏電，提高電壓，減小體積，可將整個裝置放在充有10～20個大氣壓的氮氣的鋼罐之中。

產生正極性電的范德格拉夫起電機可用作正離子的加速電源，產生負極性電的則可用於高穿透性的 X 射線發生器中。

(3)機械領域的大科學裝置擴展閱讀：

范德格拉夫起電機球形罩上的電荷能產生超過一千萬伏特的電壓。在核物理實驗中，如此高的電壓可用來加速各種帶電粒子，如質子、電子等。此外，這種起電機也可用來演示很多有趣的靜電現象，如使頭發豎立起來、吸引發泡膠球、產生電火花、用電風使風車旋轉等。

在日常生活中有很多靜電的應用，像復印機、靜電除塵器、靜電噴漆。此外，認識靜電使我們避免它可帶來的危險，例如在運載易燃物品的車輛尾端繫上接地鐵鏈，把電荷傳到地面，以免電火花引致火災。同一道理，醫院的手術室里，因為時常應用氧氣和易燃的麻醉葯物，所以地板通常是抗靜電的，而所有機器亦需接地，以免火花引發爆炸。