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八年级《物理》(人教版)下册第93页的图10.1-1是一幅贝尔1892年在纽约至芝加哥的电话线路开通仪式上的图片(如右图).历史上的第一部电话机于1876年在美国投入使用.如今,电话已经走进千家万户.可是你知道电话是怎样发明的吗?
贝尔1847年生于苏格兰的爱丁堡.他的父亲和祖父都是从事聋哑人教育工作的,贝尔从小就受到熏陶,对声学和语言学产生了兴趣.
有一次,贝尔在做聋哑人用的“可视语言”实验时,发现了一个有趣的现象:在电流流通和截止时,螺旋线圈会发出声音,就像电报机发送莫尔斯电码时发出的“滴答”声一样,电可以发出声音!思维敏捷的贝尔马上想到,如果能使电流的强度变化,模拟出人在讲话时的声波变化,那么,电流传送语音就能实现了.要让电流传递声音,先要把声音信号转换成电信号,电信号传递到终端,还要还原成声音信号. 怎样才能实现这种信号的转换呢?贝尔感到自己知识不够,对电学又一窍不通,决定向约瑟夫·亨利求教.
亨利是一位著名的电学专家,他首先肯定了贝尔的研究方向,并鼓励贝尔要先掌握电学知识才能完成电话的研究课题.贝尔遵照亨利的教诲专心致志地读起电学来.经过两年多的刻苦钻研,贝尔已掌握了坚实的电磁学理论知识.1873年,贝尔开始专心从事电话研制工作,并请来18岁的电器技师沃特森做实验助手.
他们终日关在实验室里,反复设计方案,加工制作,可一次次都失败了.1875年,一个偶然的发现使贝尔茅塞顿开.一天,贝尔和沃特森分别在两个房间配合做一项实验,由于机件发生故障,沃特森看管的发报机上的一块铁片在电磁铁前不停地振动.这一振动产生了波动的电流,电流沿着导线传播,使邻室的一块铁片产生了同样的振动,振动发出的微弱声音被贝尔听到了,引起他的注意,由此启发他产生了新奇的联想和构思.从此,贝尔和沃特森开始了电磁式电话的设计和实验.
最初,他们把音叉与电磁铁的铁芯相连,音叉振动带动铁芯振动,产生感应电流.电信号传到终端再作出相反的转换,还原出声音信号.
如何让电流传送话音呢?贝尔在研究聋哑语时,曾用橡胶做成人的喉咙、声带模型,研究其振动、发声.这时他想到,薄橡胶膜振动能发声,薄金属膜振动不也能发声吗?如果用人的语言驱动金属膜振动,再以金属膜带动铁芯振动,不就能产生与语言对应的感应电流嘛!他们立即将音叉换成金属片,把铁芯换成磁棒,开展实验.
进过多次实验、改进,1875年5月,他们研制出了两台粗糙的样机.可是,经过验证,这两台样机还是不能通话.实验再次失败.
经反复研究、检查,贝尔确认样机设计、制作没有什么问题.可为什么失败了呢?贝尔苦苦思索着.
一天夜晚,贝尔站在窗前,锁眉沉思.忽然,从远处传来了悠扬的吉他声.那声音清脆而又深沉,美妙极了! “对了,沃特森,我们应该制作一个音箱,提高声音的灵敏度.”贝尔从吉他声中得到启迪.于是,两人马上设计了制作方案.由于一时没有材料,他们把床板拆了.几个小时奋战之后,音箱制成了.
1875年6月2日,他们又对带音箱的样机进行实验.贝尔在一间实验室里,沃特森在隔着几个房间的另一间实验室里.突然,沃特森听到有人讲:“沃特森先生,快来帮帮我!”原来,贝尔在操作时,不小心把硫酸溅到脚上,由于疼痛,他情不自禁地对着话筒喊,这竟成了人类用电话机传送的第一句话.沃特森听到后,惊喜万分地回答:“贝尔!贝尔!我听见了!听见了!”
可是,当时人们对这新生事物的诞生反应冷漠,觉得它只能用来做做游戏,没什么实用价值.贝尔一方面不断完善样机,另一方面利用一切机会宣传电话的使用价值.1878年,贝尔在波士顿和纽约之间进行首次长途电话试验(两地相距300 km)获得成功.在这以后,电话很快在北美各大城市盛行起来.
责任编辑 程 哲