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1661年4月26日，茶商詹兴洪家喜得贵子，父母疼爱备至，取名“天佑”，想必是企望上天保佑吧。

詹天佑的祖父曾在广州做茶行生意。由于经营有方，家境一度十分富裕。

然而，待家业传到天佑父亲詹兴洪手中时，正赶上鸦片战争爆发。英国人用大炮轰开了中国的大门，也轰掉了当时垄断中国出口贸易的官办“十三行”。包括詹家在内的一大批依附“十三行”从事出口贸易的中小商人纷纷破产。

由于生活艰难，詹兴洪举家迁出广州，定居在南海县，改以种田为生。每逢节假日，詹兴洪还帮人写写春联，赚些钱来贴补家用。天佑的母亲陈氏是位勤谨耐劳、善于教育孩子的妇女。

詹天佑是家中的长子，下面还有六个弟弟、妹妹。

父亲对小天佑寄予无限期望。他经常给小天佑讲有关鸦片战争的故事。讲林则徐虎门销烟，讲外国人怎样角炮舰轰开中国的大门。

小天佑聚精会神地听着，不时地提出问题：“为什么朝廷要革林则徐的职？”

“为什么中国兵打不过洋鬼子？”

父亲耐心地回答儿子的问题。他告诉小天佑：外国人取胜是仗着有洋枪大炮，而中国人没有。

“那么中国人为什么没有洋枪大炮呢？”小天佑又问。

父亲告诉他枪炮是用机器造的，而中国连造枪炮的机器还没有呢。

“噢，机器可以造枪炮，那机器是什么样的呢？”

父亲回答不了这个问题。小天佑从此对机器充满了好奇。

詹兴洪有位好朋友叫谭伯村，在香港做茶行生意，经常来往于香港、广州之间。

当时，英法资本主义的势力已经侵入了广东。鸦片、纺织品、机器和其他洋货源源不断地经香港输入广州，再由广州转运到中国内地。同时，他们又以低廉的价格从中国购买茶叶、丝绸和其他农副产品以及工业原料。广州成了洋货、土产的吞吐港。

谭伯村每次从香港回广州时，总要到南海探望老友一家。他时常在经济上接济詹家，并给这个久居乡间的家庭带来许许多多有关外面世界的故事。

小天佑总是认真地听谭伯伯讲故事，渴望着有一天能到外面的大世界里看一看，亲身体验一下故事里人物的经历。

谭伯村非常喜欢小天佑。当他得知小天佑对机械很感兴趣后，就经常从广州、香港捎些工程画报给他。从这些画报上，小天佑认识了火车、轮船，还有好多好多叫不上名字的机器。

谭伯村还答应小天佑，有机会一定带他亲眼去看看这些画报上的东西。小天佑真盼着这一天快点到来。

见不到机器实物，小天佑就依照画报自己做了起来。有一天，小天佑还没吃完饭就要出去。在他跑出家门的那一刻，父亲忙问：“这么急，到哪里去？”

“我要去制造机器。”话音刚落，小天佑已经跑出去了很远。父亲虽然知道小天佑很喜欢研究机器，但听说他要制造机器，还是感到十分好奇。于是他就跟着小天佑看看他到底在干些什么。

跟着儿子，他来到了村边的小河旁。只见河边已经聚集了一群和小天佑年龄相仿的小朋友。他们有的挖土，有的提水，还有的和泥。小天佑除了指挥小伙伴们外，还亲自参与。只见他把和好的泥拿起来，照着口袋里取出的火车画报做起模型来。他首先从一节一节车厢做起。一节车厢做完了，他还要跟画报里的车厢比照一番。不像的车厢，小天佑就把它毁掉重来。虽然很费精力和时间，但他却坚持了下来。有时他的脸沾上了泥巴，额上也冒出了汗，小天佑却一点也不在意。

经过好几个小时的努力，小天佑的火车模型终于做成了。父亲搭眼一看就惊呆了：火车模型简直和画报士的火车一样。其他小伙伴看到火车模型都聚集过来，他们都发出了惊叹声。

小天佑7岁时，父母省吃俭用，把他送入南海的一家私塾读书。他对课堂上老先生讲授的“四书”、“五经”、八股文没有一点兴趣，他仍然醉心于画报上的机器。

小天佑除了用泥土捏出各种各样的机器模型，他还搜集了一些机器零件。在他口袋里经常有捡来的小齿轮、小发条、螺钉之类的东西。看到别人有什么新鲜的玩意儿，他总要凑过去看个究竟。看那些物品到底是什么东西，那些东西是怎样做成的。

有一段时间，他对家里的自鸣钟发生了兴趣。自鸣钟为什么会自动打点？为什么会不知疲倦地走呢？他背着父母开始拆卸自鸣钟。小天佑今天拆一个零件，明天再拆一个，直到把所有零件全部拆卸了一遍，弄清了自鸣钟的构造才罢休。他还兴致勃勃、有条有理地把自鸣钟的原理讲给小朋友们听。

看到小天佑对机器如此着迷，父亲非常高兴。他不断给儿子以鼓励和支持。

1871年底，小天佑读完了私塾。

孩子下一步做什么呢？詹兴洪为他最钟爱的长子考虑出路。是回家种田，还是出去当学徒呢？父亲当然希望能送二子继续读书。无奈家境贫寒，他甚至送儿子去广州学手艺的钱都出不起。望着天真、聪颖的小天佑。父亲深感愧对儿子。

这天，正当詹兴洪为儿子的前途焦虑不安的时候，谭伯村兴冲冲地赶到詹家，告诉夭佑的父亲，清政府娶选送一批幼童去美国读书。