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(共30张PPT)
第十八讲
信息、材料、
能源与可持续发展
考点一 电磁波及其应用
产生 由___________的电流产生,它是传递___________的载体。
传播 电磁波____在真空中传播，速度约为______________m/s
分类及
应用 　长波、中波、短波——收音机
　微波——卫星通信、手机通信、微波炉
　红外线——红外加热
　可见光——肉眼可以接收感知的光
　紫外线——可用于消毒杀菌
　X射线——判断是否骨折等
　γ射线——脑手术
3×108
能　
迅速变化
信息
1.电磁波

温馨提示：
（1）电磁波的波速与波长、频率的关系：；
（2） 电磁波与声波的区别：
　　①电磁波的传播不需要介质，声波必须依靠介质；
　　②电磁波传播信息量大，声波传播信息量小；
　　③电磁波的传播速度远大于声波的传播速度。
2.广播、电视和移动通信
（1）无线电波的发射和接收：
①无线电波的发射：无线电广播信号的发射装置主要由___________、话筒、_____________和_______________几部分组成。
②无线电波的接收：无线电广播信号的接收装置主要由________________、________________、____________和扬声器组成。
（2）移动通信：移动电话相当于无线电台，它将用户的声音转变为_________________发射到空中发出信息，同时它又捕捉空中的电磁波，接收到通话对方送来的信息。
振荡器
调制器
发射天线
接收天线
调谐器
检波器
高频电信号
3.越来越宽的信息之路
(1)微波通信：微波不能沿地球表面绕行，因此每隔______km左右要建一个微波中继站，把上一站传来的信号处理后，再发射到下一站去，一站一站地传下去，将信息传到远方。
(2)卫星通信：用______________作微波通信中继站的通信方式。
(3)光纤通信：__________在光纤内壁上经过多次反射，将信息传向远方的通信方式。
(4)网络通信：网络通信常见的形式是_______________，利用________可以实现资源共享和信息共享。
50
通信卫星
激光
电子邮件
因特网
(宿迁中考) 下列关于声波和电磁波的说法中正确的是（ ）
A.音调的高低与声源的振幅有关
B.声音在真空中传播的速度为340m/s
C.电磁波在任何介质中传播的速度都为3.0×108m/s
D.密闭的金属容器对电磁波有屏蔽作用

D
(内江中考) 在下面所列举的电磁波谱大家庭中，其中频率最高的是（　　）
A．无线电波 B．红外线 C．紫外线 D．X射线
【解析】
由电磁波的波速、波长和频率的关系可知，电磁波的波长越长、频率越小，频率顺序由大到小排列，电磁波谱可大致分为：γ射线（伽马射线），X射线、伦琴射线，紫外线，可见光，红外线，微波，无线电波。故选：D。
D
(淮安中考) 如图所示，“天宫二号”中的航天员是通过________接收地面指挥中心发出的各项指令，“天宫二号”上的太阳能电池板是将太阳能转化为________　的装置。

【解析】
（1）真空不能传声，因此太空不可以用声波传递信息，故“天宫二号”中的航天员是通过电磁波接收地面指挥中心发出的各项指令；
（2）太阳能电池板能将太阳能转化为电能。
故答案为：电磁波；电能。
【点评】
本题是一道综合题，综合考查了学生对电磁波的传播和太阳能电池板的了解和掌握。
　电磁波　
电能
(益阳中考) 北斗卫星导航系统是我国自主研制的全球卫星定位与通信系统，已经初步具备区域导航、定位和授时功能。完全建成后可在全球范围内全天候、全天时为用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务，并具有短报文通信功能。下列关于北斗导航卫星系统说法正确的是（　　）
A.北斗卫星导航系统传送信息的速度与光速相同
B.北斗卫星导航系统的空间段采用光纤传送信息
C.北斗卫星导航系统采用超声波为汽车导航
D.北斗卫星导航系统现已全面建成
A
【解析】
AB、北斗卫星导航系统是利用电磁波传送信息的，而光属于电磁波，所以电磁波的速度与光速相同，故A正确，B错误；
C、北斗卫星导航系统采用电磁波为汽车导航，故C错误；
D、根据题意可知，北斗卫星导航系统是我国自主研制的全球卫星定位与通信系统，已经初步具备区域导航、定位和授时功能，
完全建成后可在全球范围内全天候、全天时为用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务，并具有短报文通信功能。
说明北斗卫星导航系统现还没有全面建成，故D错误。
故选A。
(烟台中考) “北斗”卫星是中国自行研制的通信系统，可在全球范围内全天候地为各类用户提供高精度，高可靠性的定位、导航等服务，该系统在传递信息过程中主要依靠（　　）
A．声波 B．超声波 C．次声波 D．电磁波
【分析】
人们日常生活中用的电视信号、手机信号以及卫星通信都是利用电磁波传递信号。
【解析】
卫星和地面的联系靠电磁波，将图片和声音等信号调制到电磁波上，把电磁波当成载体发射回地面。所以它传递信息利用的是电磁波。故选：D。
【点评】
这是一道考查电磁波在日常生活中应用的基础题，要求知道无线电通信都是利用电磁波来传递信息的，比较容易。
D
考点二 材料
1.材料
（1）材料分类：根据材料的不同特点分为________材料、_____________材料、________________材料和___________材料四大类.
金属
无机非金属
有机高分子
复合
（2）材料的物理性质
①弹性：在一定限度内，材料受力会产生_________________________
等形变，除去外力后材料又自动_____________的性质.
②硬度：描述材料______________，即阻止其被刮伤、刮破或产生凹陷能力的物理量.
③延展性：具有延展性的材料可以________________________.
拉长、压缩或弯曲
回复原状
坚硬程度
锻打成片、拉成丝
2.半导体
（1）材料按导电性能可分为三大类
①导体：金、银、铜、铁等是______________较好的物体.
②半导体：介于__________________之间，如硅、锗和砷化镓等.
③绝缘体：如_______________等不善于导电的材料.
（2）二极管的特性：具有_________________.
（3）三极管的作用：具有____________________的作用.
（4）半导体材料的应用：如________________、条形码扫描器、微处理器、______________等.
导电性能
导体与绝缘体
玻璃和橡胶
单向导电性
放大电信号
太阳能电池
机器人
3.新材料
（1）超导材料
①定义：是一种_________________的材料.
②应用
a.实现远距离大功率输电，不存在___________________.
b.超导磁浮现象可实现交通工具_______________运行，大大提高交通工具的运行速度.
（2）纳米材料
①定义：合成材料的基本单元大小限制在____________________范围的材料.
②优点：可以提高材料的________________，降低______________，提高材料的______等.
电阻为零
电能的损耗
无摩擦
1 nm～100 nm
强度和硬度
烧结温度
磁性
(成都中考) 关于材料和信息技术，下列说法正确的是（　　）
A.铜、铁、铝都是磁性材料，可以被磁化
B.玻璃、橡胶制品在常温下是导体
C.光缆通信中光在光纤里一直沿直线传播
D.北斗卫星导航系统通过电磁波提供定位服务
【解析】
A.铜、铝不是磁性材料，不能被磁化，故A错误；
B.玻璃、橡胶制品在常温下是绝缘体，故B错误；
C.光在光导纤维中不断反射，不是沿直线传播的，故C错误；
D.电磁波的传播不需要介质，电磁波可以传递信息，北斗卫星导航系统通过电磁波提供定位服务的，故D正确。
故选：D。
D
(西宁中考) 能源、信息和材枓是现代社会发展的三大支柱。下列说法错误的是（　）
A.在倡导“节能环保”“低碳生活”的今天，人类特别重视太阳能的利用
B.超导材料可应用于电饭锅和远距离输电线
C.导航导航传递信息过程中主要依靠电磁波
D.光纤具有抗干扰、信号衰减小的特点，适用于远距离、大容量信息传输
B
【解析】
A、理想能源应满足几个特点：环保，来源广泛，容易转化。太阳能是理想能源，在倡导“节能环保”、“低碳生活”的今天，注重新能源、理想能源的使用，故A正确。
B、超导体的电阻为0，电饭锅的电热丝需要将电能转化为内能，电阻为零无法将电能转化为内能。故B错误。
C、卫星和地面的联系靠电磁波，将图片和声音等信号调制到电磁波上，把电磁波当成载体发射回地面。故C正确。
D、光纤通信是利用激光从光导纤维的一端射入，在内壁上多次反射，从另一端射出，这样就把它携带的信息传到远方，具有抗干扰、信号衰减小的特点，适用于远距离、大容量信息传输。故D正确。
故选：B。
考点三 能量转化和守恒定律
1.内容
能量既不会凭空消失，也不会凭空产生，它只会从一种形式______为其他形式，或者从一个物体________到另一个物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量_____________。
2.能的转化是通过物体做功来实现的。能的转化过程中，能量的形式发生了改变。示例：____________________________________________。
3.能的转移过程中能量的形式没有发生变化。
示例：_____________________________________________________。
4.能量的转化和转移是有__________性的。
转化
转移
保持不变
汽油机在做功冲程中，将内能转化为机械能
在热传递过程中，热量从高温物体转移到低温物体
方向


注意
能量转化和守恒定律不同于机械能守恒定律。所有的能量转化和转移过程，都遵循能量转化和守恒定律，即能量的转化和转移是无条件的，而机械能转化过程中的守恒是有一定条件的。
考点四 能源与可持续发展
1.能源的分类
（1）按开发利用状况分类：
①常规能源：如：煤、石油、天然气等；
②________________：如：核能、地热能、海洋能、太阳能、风能。
（2）按消耗后是否_____________从自然界得到补充来分类：
①___________________：如：太阳能、地热、水能、风能、生物能、海洋能；
②不可再生能源：如：煤、石油、天然气、核能。
（3）按能源的来源分类：
①____________________________：直接来自自然界的能源。如：煤、石油、天然气、水能、风能、核能等。
②____________________________：利用一次能源为原料，经过人类加工的能源。如：沼气、汽油、柴油、焦炭、电能等。
新能源
源源不断
可再生能源
一次能源
二次能源
2.新能源
（1）核能
①两种利用方式：__________和_________。
②应用：原子弹是利用核_____变的原理制成的；氢弹是利用核____变的原理制成的；____________是安全利用核能的一个重要方向，是可控的核裂变反应，核心设备是核反应堆。
（2）太阳能
①特点：一种既无_________又取之不尽的能源。
②利用方式：一是光转化为_______，例如太阳能电池；二是光转化为____________，例如太阳能集热器。
（3）其他新能源：地热能、潮汐能、风能等。
核聚变
核裂变
裂
聚
核电站
污染
电能
内能


注意
（1）核能属于不可再生能源，是二次能源，是新能源；
（2）核裂变时发生链式反应，核聚变时发生热核反应；
（3）太阳能是因为在太阳内部，氢原子核发生核聚变，释放出巨大能量而产生的。
(吉林中考) 十九大报告中提出：“绿水青山就是金山银山”，倡导保护环境。光伏发电站的推广实现了将________________转化为电能，这种绿色能源具有______________________的优点。
　
　太阳能　
　清洁无污染　
【解析】
利用光伏发电时，将太阳能转化为电能，实现了太阳能到电能的转化；
太阳能发电具有清洁无污染（或环保；节能；取之不尽，用之不竭）等优点。
(遵义中考) 下列有关材料、能源、信息的说法正确的是（　　）
A.天然气属于可再生能源
B.手机充电过程中将化学能转化为电能
C.手机通话是利用超声波传送
D.半导体材料可制成二极管、三极管等元件
【解析】天然气在地球上的储量是有限的，利用之后无法再生，属于不可再生能源，故A错误；手机充电时，电能转化为化学能，手机在工作时，储存在电池内的化学能转化为电能，故B错误；手机就是利用电磁波的发射和接收来实现信息传递的，故C错误；二极管、三极管都是半导体材料锗、硅等制作而成的，故D正确。
D
(淄博中考) 关于信息和能源的说法，正确的是（　　）
A.手机扫码支付是利用超声波传递信息的
B.光在光导纤维内壁上多次折射传递信息
C.化石能源和核能都属于不可再生能源
D.核反应堆通过可控聚变反应释放核能
C
【解析】手机扫码支付是利用电磁波来传递信息，故A错误；光纤通信是利用激光从光纤的一端射入，在内壁上多次反射后在另一端放射出来，然后在接收端，检测器收到光信号后把它变换成电信号，经解调后恢复原信息，故B错误；化石能源、核能属于不可再生能源，故C正确；核能发电是利用铀原子核裂变时放出的核能来发电的，故D错误。
（黄石中考）下列关于能量转化与能源，说法不正确的是（ ）
A. 电风扇通过电动机，能将电能转化为风能
B. 电磁感应现象中，有其他形式的能量转化为电能
C. 地热、天然气、电能都属于二次能源
D. 虽然能量是守恒的，但是我们仍需节约能源
C
【解析】电风扇通过电动机做功，消耗电能，获得机械能，即将电能转化为机械能，故A正确；在电磁感应现象中，导体做切割磁感线运动，产生感应电流，是机械能转化为电能，故B正确；地热、天然气直接从自然界获得，属于一次能源，电能要由其它能源转化而来，属于二次能源，故C错误；虽然能量是守恒的，但是能量的转化和转移都是具有方向性的，因而人类可利用的资源仍是有限的，所以我们仍要注意节约能源，故D正确。

分析某过程中能量转化的步骤：
（1）明确研究的对象和所要研究的过程。
（2）物体在起始位置所具有的能量的形式。
（3）物体在最终位置所具有的能量的形式。
（4）物体在运动中是否有内能或其他不易察觉的能量产生和转化。

解题小窍门
(武汉中考)　关于能量和能源，下列说法错误的是（　　）
A.电能必须通过消耗一次能源才能得到，是二次能源
B.我们今天使用的煤、石油、天然气，都是化石能源
C.能量的转化和转移有时是有方向性的
D.自然界的能量是守恒的，它既不能创生，也不会消灭
C
【分析】
（1）能从自然界直接获取的是一次能源，需要通过一次能源的消耗来获得的能源，叫二次能源；
（2）化石能源是指由远古时代的动植物在地壳中经过几亿年转化而来的燃料；
（3）能量的转化和转移都是有方向性的；
（4）在能的转化和转移的过程中，能量的总量保持不变，这就是能量守恒定律。
【解析】
A.电能需通过消耗一次能源才能获得，叫做二次能源，故A正确；
B.化石能源是指由远古时代的动植物在地壳中经过几亿年转化而来的燃料，包括石油、煤和天然气，故B正确；
C.内能不能自动地从低温物体转移到高温物体，汽车制动时，由于摩擦动能转化为内能，这些内能不能自动地用来再次开动汽车，这些例子都说明了能量的转化和转移总是具有方向性，故C错误；
D、能量既不能创生，也不会消灭。在能的转化和转移的过程中，能量的总量保持不变，故D正确。
故选：C。
【点评】
本题考查了多方面的知识，综合性较强，但都是一些基础知识，是中考常见题型
谢谢观看！




GPS－全球定位系统
一、发展历史
五十年代未，原苏联发射了人类的第一颗人造地球卫星，美国科学家在对其的跟踪研究中，发现了多普勒频移现象，并利用该原理促成了多普勒卫星导航定位系统TRANsIT的建成，在军事和民用方面取得了极大的成功，是导航定位史上的一次飞跃，我国也曾引进了多台多普勒接收机，应用于海岛联测、地球勘探等领域。但由于多普勒卫星轨道高度低、信号载波频率低，轨道精度难以提高，使得定位精度较低，以满足大地测量或工程测量的要求，更不可能用于天文地球动力学研究。为了提高卫星定位的精度，美国从1973 年开始筹建全球定位系统GPS （Global Positioning System）。在进过了方案论证、系统试验阶段后，于1989年开始发射正式工作卫星，并于1994年全部建成，投入使用，历时20年，耗资200亿美元，是具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。
二、基本组成
GPS系统包括三大部分：空间星座部分---GPS卫星；地面控制部分---地面监控系统；用户设备部分---GPS信号接收机。
1. 空间星座部分
按目前的方案，全球定位系统的空间部分使用21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成GPS卫星星座，记作（21+3）GPS星座，高度约2.02万千米，均为近圆形轨道，运行周期约为11小时58分，分布在六个轨道面上（每轨道面四颗），轨道倾角为55度。卫星的分布使得在全球的任何地方，任何时间都可观测到四颗以上的卫星，并能保持良好定位解算精度的几何图形（DOP）。这就提供了在时间上连续的全球导航能力。
卫星向地面发射两个波段的载波信号，载波信号频率分别为1575.442兆 赫兹（L1波段）和1227.6兆赫兹（L2波段），卫星上安装了精度很高的原子钟，以确保频率的稳定性，在载波上调制有表示卫星位置 的广播星历，用于测距的C/A码和P码，以及其它系统信息，能在全球范围内，向任意多用 户提供高精度的、全天候的、连续的、实时的三维测速、三维定位和授时。
2. 地面控制部分
GPS系统的控制部分由设在美国本土的四个监控站、一个上行注入站和一个主控站组成。监控站的主要任务是取得卫星观测数据并将这些数据传送至主控站。
主控站设在范登堡空军基地，主要任务是收集各监控站对GPS卫星的全部观测数据，利用这些数据计算每颗GPS卫星的轨道和卫星钟改正值。
上行注入站也设在范登堡空军基地，它的任务主要是在每颗卫星运行至上空时把这类导航数据及主控站的指令注入到卫星。
3. 用户设备部分
用户接收机：GPS 接收机能够捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号， 并跟踪这些卫星的运行，对所接收到的GPS信号进行变换、放大和处理，以便测量出GPS信号从卫星 到接收机天线的传播时间，解译出GPS卫星所发送的导航电文，实时地计算出用户接收机所处的三维位置，位置，甚至三维速度和时间。
GPS卫星发送的导航定位信号，是一种可供无数用户共享的信息资源。对于陆地、海洋和空间的广大用户，只要用户拥有能够接收、跟踪、变换和测量GPS信号的接收设备，即GPS信号接收机。可以在任何时候用GPS信号进行导航定位测量。根据使用目的的不同，用户要求的GPS信号接收机也各有差异。目前世界上已有几十家工厂生产GPS接收机，产品也有几百种。这些产品可以按照原理、用途、功能等来分类。
三、定位原理
按定位方式，GPS定位分为单点定位和相对定位（差分定位）。单点定位就是根据一台接收机的观测数据来确定接收机位置的方式，它只能采用伪距观测量，可用于车船等的概略导航定位。相对定位（差分定位）是根据两台以上接收机的观测数据来确定观测点之间的相对位置的方法，它既可采用伪距观测量也可采用相位观测量，大地测量或工程测量均应采用相位观测值进行相对定位。
在GPS观测量中包含了卫星和接收机的钟差、大气传播延迟、多路径效应等误差，在定位计算时还要受到卫星广播星历误差的影响，在进行相对定位时大部分公共误差被抵消或削弱，因此定位精度将大大提高，双频接收机可以根据两个频率的观测量抵消大气中电离层误差的主要部分，在精度要求高，接收机间距离较远时（大气有明显差别），应选用双频接收机。
由于卫星的位置精确可知，在GPS观测中，我们可得到卫星到接收机的距离，利用三维坐标中的距离公式，利用3颗卫星，就可以组成3个方程式，解出观测点的位置（X,Y,Z）。考虑到卫星的时钟与接收机时钟之间的误差，实际上有4个未知数，X、Y、Z和钟差，因而需要引入第4颗卫星，形成4个方程式进行求解，从而得到观测点的经纬度和高程。
事实上，接收机往往可以锁住4颗以上的卫星，这时，接收机可按卫星的星座分布分成若干组，每组4颗，然后通过算法挑选出误差最小的一组用作定位，从而提高精度。
由于卫星运行轨道、卫星时钟存在误差，大气对流层、电离层对信号的影响，以及人为的SA保护政策，使得民用GPS的定位精度只有100米。为提高定位精度，普遍采用差分GPS（DGPS）技术，建立基准站（差分台）进行GPS观测，利用已知的基准站精确坐标，与观测值进行比较，从而得出一修正数，并对外发布。接收机收到该修正数后，与自身的观测值进行比较，消去大部分误差，得到一个比较准确的位置。实验表明，利用差分GPS，定位精度可提高到5米。
（１）伪距法：一般民用导航使用
　　GPS接收机根据接收所选卫星发来得导航信息和星钟校正参数的时间，能算出接收机到卫星的"距离"如果测量到三颗卫星的"距离"：，则分别以三颗卫星发射时刻的卫星位置（按发射的星历参数确定）为中心，根据测得的"距离"画出三个球，其交点便是用户的三维位置。
　　但是由于接收机的本机钟对星载原子钟存在偏差，上面所测的"距离"并不能代表卫星到接收机的真实距离。人们把这种距离称做"伪距离"（简称伪距），伪距法由此得来,对第I颗星来说，伪距RI的表达式为：
RI=Ri+c△tai+c(△tui-△tsi)
式中：Ri ---真距， c---光速， △tai---信号传播延时，
△tui---用户钟相对于GPS时间的偏差， △tsi---卫星钟相对于GPS时间的偏差。
正因为用户钟与GPS时间不能精确同步，故每次测量总会有一个固定的偏差，这种偏差使定位产生不定性。如果我们再测量一个到第四颗卫星的伪距，则这时由用户钟偏差造成的定位不定性就产生一个由四个相交球面所围成的误差体积。我们从每个伪距测量中加上或减去这个固定值就消去了该固定体积，结果得到四个球面相交与一点，这就是用户的三维位置。实际上，这只要观测至四颗卫星的伪距并接收卫星的导航信息，解算四个方程就可得到。这种方法主要用于实时导航
（２）差分法：GPS定位是利用一组卫星的伪距、星历、卫星发射时间等观测量来实现的，同时还必须知道用户钟差。因此，要获得地面点的三维坐标，必须对4颗卫星进行测量。
在这一定位过程中，存在着三部分误差。一部分是对每一个用户接收机所公有的，例如，卫星钟误差、星历误差、电离层误差、对流层误差等；第二部分为不能由用户测量或由校正模型来计算的传播延迟误差；第三部分为各用户接收机所固有的误差，例如内部噪声、通道延迟、多径效应等。利用差分技术，第一部分误差完全可以消除，第二部分误差大部分可以消除，其主要取决于基准接收机和用户接收机的距离，第三部分误差则无法消除。
差分工作时需要一部位于已知精确位置的差分基准接收机，它对由GPS导出的解（位置或距离数据）与基准台（接收机）已知位置或距离数据比较，然后将修正项发给用户，以便修正用户本身的解。DGPS可消去公共性误差（卫星误差、大气层效应误差）。由于SA对测量的影响像一种慢变化的偏差，在近距离内相同，故差分校正也可将其消去。工作时，在一个地区（可达几百公里范围）设置一台差分基准台即可。利用C/A码可获得米级的定时定位精度，而利用载波相位数据可达毫米级。
（3）双频法：在GPS观测量中包含了卫星和接收机的钟差、大气传播延迟、多路径效应等误差，在定位计算时还要受到卫星广播星历误差的影响，在进行相对定位时大部分公共误差被抵消或削弱，因此定位精度将大大提高，双频接收机可以根据两个频率的观测量抵消大气中电离层误差的主要部分，在精度要求高，接收机间距离较远时（大气有明显差别），应选用双频接收机。
（４）其它：其他提高精度技术：
　　有联测定位技术；伪卫星技术；无码GPS技术；GPS测角技术；精密星历使用技术；反SA技术；GPS/GLONASS组合接收技术；GPS组合导航技术等。
四、应用领域
GPS的应用领域：
（1）民用领域
　　车辆自导航：
　　车船管理调度－在出租车行业、长途运输业、租车服务业等将能够对车辆进行跟踪、调度管理。在拥挤的停车场、火车调度场能够准确地确定车辆的位置，有效地调动车辆。，邮递服务，民航运输，
邮递服务：对重要的货物、包裹与信函等进行跟踪、引导与保护。对货场物品入库与出库的调度能有效地确定货物的存放地点，提高出货效率，增加管理手段、避免积压。
民航运输：使飞机着陆时驾驶员通过仪表操作对准跑道。
渔业生产：GPS能满足渔猎对定位的要求。同时能为捕鱼船队在法律上避免发生捕鱼边界的纠纷，提高在经济专属区的作业效率。
公路水路维护：能准确地引导维护人员调查需维护的交通设施。
火警、警察、救护的应急调遣：提高紧急事件处理部门对火灾现场、犯罪现场、交通事故现场、交通堵塞等紧急事件的响应效率。
E－911：美国通讯委员会（FCC）要求将所有的移动电话安装无线电定位装置，以便用户在通过移动电话向911请求帮助时可找到用户位置，实现快速援助。GPS将是满足FCC要求的一种精确、成本低廉的方式。
搜索与求援：将更加有效地对在人迹罕至、条件恶劣的航海、登山探险、滑雪、沙漠作业中失踪的人员进行求援搜索。
道路支持：车在路上坏了时，将提高救援车辆找到你的效率。
突发事件临战状态准备：如在洪水发生时，需要快速地为救灾工作做好准备，如绘制洪水边界图、排洪国界图、排洪通道、防洪大堤的调查。
可随时查找运输车辆的当前位置，可获得车辆的定位数据和状态信息。
实施跟踪一个或多个指定的运输车辆，使它们落在电子地图的窗口内。
可设定跟踪优先级和时间间隔对目标进行跟踪。
对车辆跟踪形成直观的运行轨迹。
（2）军用领域
GPS是自动化指挥系统、先进武器系统及新的战役战术理论的一项关键性基本保障技术，能为地面车辆、人员以及航空、航海、航天等领域的飞机、船只、潜艇、卫星、航天飞机进行导航定位；武器发射、侦察、飞机进场着陆、交通管制、搜索营救，战场部队、车辆以及单兵定位；精确制导导弹打击目标坐标定位及弹道导引。
五、GPS系统主要特点
1. GPS系统的实时导航定位精度很高。美国在1992年起实行了所谓的SA政策，即降低广播星历中卫星位置的精度，降低星钟改正数的精度，对卫星基准频率加上高频的抖动（使伪距和相位的量测精度降低），后又实行了A-S政策，即将P码改变为Y码，即对精密伪距测量进一步限制，而美国军方和特许用户不受这些政策的影响，但美国为了获得更大的商业利益，这些政策终将被取消
2. 全球全天候连续无源。GPS能为全球任何地点或近地空间的各类用户提供连续的全天候全球导航能力。用户不发射信号，因而用户数量无限。
3. 用途广泛。GPS是军民两用的系统，其应用范围将极其广泛。
它以全天候、高精度、 自动化、高效益等显著特点，成功地应用于大地测量、工程测量、航空摄影测量、运载工具导航和管制、地壳运动监测、工程变形监测、资源勘察、地球动力学等多种学科。
六、GPS的干扰问题
GPS信号很弱，易于干扰。一家俄罗斯公司提供的一种4瓦功率的手持GPS干扰机，不到4000美元就买得到。如果从零售电子商店购买部件组装，花400美元就可以造一个干扰半径16千米以上的干扰机。
伊拉克战争开战之前，美国就已经预料到伊拉克方面会干扰GPS信号。美国其实早已经给其GPS炸弹和导弹装载了抗干扰技术，使这些GPS导引的武器能够在干扰的情况下继续使用GPS信号；即使GPS信号丢失，这些武器还可以使用自身的其它导引系统如惯性导航、激光制导等，使自己到达目标。
不过，美国军方以及军事分析家都认为，GPS导引武器的精度还依赖人的因素。操作手用GPS进行精确瞄准的能力，取决于他获得精确情报的能力。
作为GPS现代化计划和NAVWAR计划的组成部分，美国正在研究各种变通办法。最明显的一个提高抗干扰性能的方法是提供来自GPS卫星的发射功率。
NAVSTAR GPS联合项目办公室系统项目主管2002年5月宣布，根据目前的发射计划，GPS的卫星信号将在2009年内得到有效的加强。到2003年或2004年空军将开始发射比目前轨道上的卫星信号强10分贝的GPS卫星。然而GPS用户必须一次从四个卫星上得到信号。2003财年预算包含了加强GPS信号的资金。如果得到国会通过，首颗具有更强信号的卫星将在2003年后半年或2004年前期发射。目前的星座包括4颗Block II卫星、18颗Block IIA和6颗Block IIR。另外26个GPS-IIF和IIR卫星正在制造中，其中至少20颗的信号得到加强。首颗Block IIF卫星将在2005年晚些时候发射。
提高GPS卫星的发射功率还不能解决抗干扰的全部问题，还必须提高海陆空用户端的GPS抗干扰能力。用户设备抗干扰技术主要分成两类：
(1) 一类是能够在保持或放大GPS信号的同时降低干扰机功率；
(2) 另一类是通过接收机内的先进信号处理(即处理增益)来提高信噪比。
在降低干扰机功率的先进技术中，最有前景的是原本研制用于雷达的一种技术，即所谓空间-时间自适应处理。本技法的一个相近变种是空间-频率自适应处理，在频域提供等效的处理。这些技法有希望是因为它们协调运用了空间与时间资源去最优地攻击多个干扰机。









辨析电磁波、光和无线电波
　　学习电磁波时，不少同学把电磁波、光、无线电波混为一谈，也有的同学把它们完全割裂开来，这些都是不正确的。下面我们一起来辨析一下三者的关系。
　　一、认识有关电磁波的几个物理量
　　在快速变化的电流周围会产生电磁波，为了描述电磁波的特征，科学家们引入了频率、波长、波速三个物理参数，其概念与关系见下表：
物理量 概念 单位
频率（f） 电磁波1s振荡的次数 赫兹（Hz）
波长（λ） 电磁波每振荡一次向前传播的距离 米（m）
波速（c） 电磁波每1s向前传播的距离 米/秒（m/s）
三者关系 C=λf（波速=波长×频率）
　　电磁波产生之后，传播时不需要任何介质，在真空中也能传播，其在真空中传播速度为固定值，是宇宙中物质运动的最快速度，与光速相同，数值为3×108m/s。电磁波是个大家族，根据波长的大小，分为短波、中波、长波、微波、红外线、可见光、紫外线、Χ射线、γ射线等。
电磁波谱
　　二、电磁波与光
　　从电磁波的分类可以看出：电磁波的范围要广泛得多，电磁波中包含着光，而光仅仅是电磁波中的一部分，包括红外线、可见光、紫外线，是一种波长相对较短，频率相对较高的电磁波，其波长在10-3m到10-8m之间、频率在3×105MHz到3×1010MHz之间。
　　三、电磁波与无线电波
　　频率在数百千赫兹到数百兆赫兹之间的电磁波叫做无线电波，它包括短波、中波、长波、微波，无线电波也仅仅是电磁波的一部分，但电磁波不仅仅只有无线电波，仅仅只有频率相对较低的一部分电磁波才叫无线电波。
　　其中无线电波的波段表见下：

　　无线电波广泛地应用于无线电通讯、广播、电视等方面，无线电波的发射和接受通过天线实现，其传播分为三种途径：
　　地波　沿地球表面空间传播的无线电波叫做地波。由于地面上有高低不平的山坡和房屋等障碍物，只有能绕过这些障碍物的无线电波，才能被各处的接收机收到。当波长大于或相当于障碍物的尺寸时，就可以绕过障碍物到达它们的后面。地面上的障碍物尺寸一般不大，长波可以相当容易地绕过它们，中波和中短波也能较好地绕过去，短波和微波由于波长较短，很难绕过它们。由于地球是一个大导体，地球表面会因地波的传播引起感应电流，因此地波在传播过程中要损失能量，频率越高损失的能量也越多，所以地波主要适用于长波、中波和中短波。
　　天波　依靠电离层的反射来传播的无线电波叫做天波。地面上空的气体分子由于受到太阳的照射而发生电离，大气中一部分中性的气体分子分解为带正电的离子和自由电子，该层大气就是电离层。电离层对于不同波长的电磁波的反射和吸收表现不同的特性，波长越长，吸收越强反射越弱，因此短波最适宜以天波的形式传播。
　　微波　微波是由于频率高、波长短，它既不能以地波的形式传播，又不能依靠天波的形式传播，和光一样，沿直线传播。由于地球表面是球形的，微波沿直线传播的距离不大，一般只有几十千米。在进行远距离通信时，要有中继站。由某地发射出去的微波，被中继站接收，并加以放大、处理，再传向下一站，像接力赛那样，一站传一站，经过很多中继站可以把电信号传到远方。
　　










地球上的能源
自然界蕴藏着极其丰富的能量。大风携带着巨大的能量，席卷大地；海浪以排山倒海之势，冲向海岸。据科学家估计，地球上的风能大约是全世界燃煤总量的1 000倍，可惜人类还没有利用多少。
　　水流也具有大量的能。洪水到来，能把成片的村庄推倒淹没。人们修建各种水利工程，不但可以防止水害，而且可以利用水能为人民服务。据调查，目前世界上还有大部分水力资源没有得到利用。
　　煤是我国最常用的能源。我国现已探明的煤炭储量为6 500亿吨。优先开采煤炭，让沉睡地下的“黑色金子”为人类服务。
　　石油和天然气是当前世界上的重要能源。我国可供找油找气的沉积岩面积，陆地上有420万平方公里，沿海大陆架有130万平方公里，估计总储量在3 001亿～6 001亿吨。现在已探明的仅几十亿吨，所以是大有开发前途的。
　　风能、水流能、燃料能等等，都是由太阳辐射能转化而来的。太阳光照到植物上，植物吸收了太阳能，转化成化学能，贮存在植物体内。煤和石油都是由古代生物演变而来的。因此，可以说太阳能是我们人类和地球的主要能源，有人估计，如果把一个长300千米，宽100千米的沙漠地带一年里所接受的太阳能全部利用起来，就可以满足全世界目前一年里对能量的需要！
　　地球内部也储有巨大的能量。1883年印度尼西亚的喀拉喀托火山爆发，火山灰直冲到27千米的高空。这是地球内部能量的一次释放，比原子弹的威力要大得多。
　　大地震释放的能量更是惊人。一次七级地震释放出的能量大约是2×1015焦耳，相当于5.5亿千瓦时电，一次最大的地震释放出的能量，相当于一座100万千瓦的发电厂工作二、三十年发出的总电量！
　　地球内部还储存着大量的热能和原子能、大海里也储存着许多能量。总之，地球蕴藏着丰富的能量，等待着我们去开发利用。










电磁辐射的危害与防护
一、电磁辐射
电磁辐射是电磁能量以电磁波的形式通过空间传播的现象，它的传播速度即为人们通常所说的光速。电磁辐射可按其波长、频率排列成若干频率段，形成电磁波谱。频率越高该辐射的量子能量越大，其生物学作用也越强。
电磁辐射源可以分为自然电磁辐射源和人为电磁辐射源（高频感应加热设备、高频介质加热设备、短波和超短波理疗设备、微波发射设备和无线电广播与通讯等各种射频设备）。雷电、太阳黑子活动、宇宙射线等都产生电磁辐射，这是自然电磁辐射源；而人为的电磁辐射源主要有各类无线电设备，如移动电话机、无线对讲机、室内无线电话、广播电视发射机、微波和卫星通信装置、雷达、无线电遥控器等，也包括工业、科学和医疗设备，如微波炉、高频护眼灯、医疗磁共振设备、氦弧焊机、射频电热器、高频热合机、交流高电压输电线、转换开关、电动机、发电机、电视机、计算机等。电磁辐射由电磁发射引起的，可以说所有的用电器都会产生电磁辐射。
二、电磁辐射的危害
电磁污染已被公认为排在大气污染、水质污染、噪音污染之后的第四大公害。联合国人类环境大会将电磁辐射列入必须控制的主要污染物之一。据国外资料显示，电磁辐射已成为当今危害人类健康的致病源之一。1998年世界卫生组织列出电磁辐射对人体的五大影响：
1．电磁辐射是心血管病、糖尿病、癌突变的主要诱因；
2．电磁辐射对人体生殖系统、神经系统、免疫系统造成伤害；
3．电磁辐射是孕妇流产、不育、畸胎等病变的诱发因素；
4．电磁辐射直接影响儿童的发育、骨髓发育、导致视力下降、视网膜脱落，肝脏造血功能下降；
5．电磁辐射可使女性内分泌紊乱，月经失调。
三、常用电器的电磁辐射防护知识
（一）手机
1．在接电话时最好先把手机拿到离身体较远的距离接通，然后再放到耳边通话。此外，尽量不要用手机聊天，睡觉时也注意不要把手机放在枕头边。
2．莫把手机挂胸前，研究表明，手机挂在胸前，会对心脏和内分泌系统产生一定影响。即使在辐射较小的待机状态下，手机周围的电磁波辐射也会对人体造成伤害。心脏功能不全、心律不齐的人尤其要注意不能把手机挂在胸前。
3．手机使用者尽量让手机远离腰、腹部，不要将手机挂在腰上或放在大衣口袋里。当使用者在办公室、家中或车上时，最好把手机摆在一边。外出时可以把手机放在皮包里，这样离身体较远。使用耳机来接听手机也能有效减少手机辐射的影响。尽量少打，尽量用耳机，连续通话不要超过30分钟。
（二）电脑
1．在电脑旁放上几盆仙人掌，可以有效地吸收辐射。
2．每天上午喝2～3杯的绿茶，吃一个橘子。如果不习惯喝绿茶，菊花茶同样也能起着抵抗电脑辐射和调节身体功能的作用，螺旋藻、沙棘油也具有抗辐射的作用。
3．使用电脑后，脸上会吸附不少电磁辐射的颗粒，要及时用清水洗脸，这样将使所受辐射减轻70%以上。
4．操作电脑时最好在显示屏上安一块电脑专用滤色板以减轻辐射的危害，室内不要放置闲杂金属物品，以免形成电磁波的再次发射。使用电脑时，要调整好屏幕的亮度，一般来说，屏幕亮度越大，电磁辐射越强，反之越小。不过，也不能调得太暗，以免因亮度太小而影响效果，且易造成眼睛疲劳。
5．应尽可能购买新款的电脑，不要使用旧电脑，旧电脑的辐射一般较厉害，在同距离、同类机型的条件下，一般是新电脑的1～2倍。
6．电脑摆放位置很重要。尽量别让屏幕的背面朝着有人的地方，因为电脑辐射最强的是背面，其次为左右两侧，屏幕的正面反而辐射最弱。以能看清楚字为准，至少也要50～75厘米的距离，这样可以减少电磁辐射的伤害。
7．注意室内通风。科学研究证实，电脑的荧屏能产生一种叫溴化二苯并呋喃的致癌物质。所以，放置电脑的房间最好能安装换气扇。
8．尽量避免在电脑前连续超过3个小时，中间要休息一会。
（三）电磁炉
1．从选锅入手。理想的电磁炉专用锅具应该是以铁和钢制品为主，因为这一类铁磁性材料会使加热过程中加热负载(锅体及炉具)与感应涡流相匹配，能量转换率高，相对来说磁场外泄较少。而陶瓷锅、铝锅等则达不到这样的效果，对健康的威胁也更大一些。
2．在使用时要注意尽量和电磁炉保持距离，不要靠得过近。电磁炉与微波炉使用时的注意事项比较相似，靠得越近则越容易被辐射，通常与电磁炉保持20厘米以上的距离较为安全。
3．使用电磁炉的时间不要过长，如果经常较长时间地使用电磁炉，应尽可能选择有金属隔板遮蔽的。因为在正常情况下，电磁炉若放在金属隔板下方，电磁辐射明显较低，隔离设计不佳或直接把电磁炉放在桌面上，辐射量会相应地增大很多。这也要求我们在购买电磁炉的时候尽量选择有品质保证，设计较为合理安全的名牌产品。而购买电磁炉的一个重要环节就是一定要向销售商索要电磁感应强度测试报告，通过这个报告来对比选择低场强的产品。
4．厨房里面的配套设施也非常重要，在条件允许的情况下，您可以准备一件不锈钢纤维制作的防电磁围裙，准备一对防电磁辐射的手套，这些细小的准备也可以让您在厨房中更加安全。
（四）其他家用电器
1．电冰箱──冰箱工作时，后侧方或下方的散热管线释放的磁场高出前方几十甚至几百倍。散热管灰尘太多也会对电磁辐射有影响，灰尘越多辐射就越强。
防护办法：不要把冰箱放在客厅等人们经常逗留的场所。冰箱工作时，尽量避免靠近它。要经常用吸尘器把散热管上的灰尘吸掉。
2．微波炉──它是利用微波具有的热效应，通过振动食物内水分子的过程，达到加热或煮熟食物的目的。距离微波炉15厘米处磁场强度为100-300毫高斯（MG），是各种家电中最强的。它会诱发白内障，导致大脑异常，还会影响生殖能力。 防护办法：要选择正规厂家的产品。微波炉工作时，最好不要与其同处一室；停止工作时，过一两分钟再打开。最好使用防护罩。
3．电热毯──由于长时间与人体密切接触，会使休息状态的细胞长时间处于电磁辐射中，从而引起健康障碍。有检测报告认为，使用电热毯的孕妇发生流产等异常现象的比率，高于不使用电热毯的孕妇。防护办法：选择正规厂家的合格品。缩短使用时间，最好在入睡和起床前后使用，避免通宵达旦。使用一定年限后要及时弃旧换新。孕妇最好不用。
4．电视机──电视机不宜与其他电器摆设得过于集中，使自己暴露在超剂量辐射的危险中；电视机与人的距离至少应在2米以外，不应离屏幕太近；电视机与其他电器最好不要摆放在卧室。










赫兹发现电磁波
1887年，赫兹首先发现并验证了电磁波的存在。当时，年仅29 岁。赫兹的重大发现，不但为无线电通信创造了条件，并且从电磁波的传播规律，确定电磁波和光波一样，具有反射、折射和偏振等性质，验证了麦克斯韦关于光是一种电磁波的理论推测。
19世纪60年代，麦克斯韦提出电磁场的理论，并从理论上推测到电磁波的存在，可惜他英年早逝，只活了48岁，未能用实验来证明自己推测的正确性。当时，没有人能理解麦克斯韦的学说，因此，他的功绩生前并未得到重视。直到他死后近10年，赫兹发现并证明了电磁波存在后，人们才意识到麦克斯韦理论的重要性。如果把电磁理论的建立比做一座宏伟的大厦，那么，为这座大厦奠定了坚实地基的是法拉第；在坚实的地基上建成这座大厦的是麦克斯韦；为这座雄伟的大厦进行内部装修，使它能够最后被人们广泛使用的是赫兹。人们为了纪念这位年轻的科学家为人类做出的不朽功勋，用麦克斯韦的名字来命名物理学和数学的一些概念，并采用“赫兹”作为频率的单位。
1857年2月22日，亨利希·赫兹生于德国汉堡。赫兹在少年时代就显示了自己非凡的聪明才智，以及出众的实验才能。他特别喜欢做力学和光学实验。为了提高自己的动手功夫，他便利用课余时间去向一位细木工学习手艺，还去向车工师傅学习车工技术，练就了一双灵巧的手。星期天，赫兹从来不休息，他在学校里学习制图。有趣的是，后来当他的车工师傅得知赫兹当了物理学教授的消息时，曾带着惋惜的口吻赞叹道：“唉！真可惜！赫兹本该是一个多么出色的车工啊！”
1884年秋，赫兹开始攻克他的导师亥姆霍兹提出的柏林科学院悬赏奖的问题，即如何用实验来证实电磁波的存在呢？他对这个难题进行了无数次实验，均未取得什么成效。然而，赫兹并没有灰心，一直思索着解决这道难题的办法。他几乎把全部时间都耗在学校实验室里。在学校的物理实验室中，有一种叫黎斯螺线管的感应线圈，这种仪器有初级和次级两个线圈，它们是相互绝缘的。在实验中，赫兹发现：若给初级线圈输入脉冲电流，次级线圈的火花隙中便有电火花发生。这种现象立即引起了赫兹的注意，他敏锐地感到，这是一种与声共振现象相似的快速电磁共振过程。他想，电火花的往返跳跃表明在电极间建立了一个迅速变化的电场和磁场，因为根据尚未被实验证明的麦克斯韦的电磁理论，变化的场将以电磁波的形式向周围空间辐射。赫兹断定：次级线圈中火花隙中的电火花，是因为初级线圈电磁振荡，次级线圈受到感应的结果。
为了用实验来证实麦克斯韦高深莫测的电磁场理论，验证电磁波的确存在，赫兹精心设计了一个电磁波发生器，对“电火花实验”进行了一系列深入的研究。赫兹用两块边长16英寸的正方形锌板，每块锌板接上一个12英寸长的铜棒，铜棒的一端焊上一个金属球，将铜棒与感应圈的电极相连。通电时，如果使两根铜棒上的金属球靠近，便会看到有火花从一个球跳到另一个球。这些火花表明电流在循环不息，在金属球之间产生的这种高频电火花，即电磁波，麦克斯韦的理论认为由此电磁波便会被送到空间去。赫兹为了捕捉这些电磁波，证明它确实被送到了空间，他用一根两端带有铜球的铜丝弯成环状，当作检波器。他把这个检波器放到离电磁波发生器10米远的地方，当电磁波发生器通电后，检波器铜丝圈两端的铜球上产生了电火花。这些火花是怎样产生的呢？赫兹认为：这便是电磁波从发射器发出后，被检波器捉住了；电磁波不仅产生了，而且传播了10米远。
谁也没有料想到，赫兹竟用如此简单的自制仪器验证了麦克斯韦如此深奥的电磁场理论，赫兹的论文出色地解答了1879年亥姆霍兹提出的悬赏难题，由此荣获柏林学院的科学奖。从此，电磁波的存在得到了确认，再也没有人怀疑了。










几种值得研发利用的新能源
常规能源是指人类已经利用了多年的传统能源，如煤、石油、天然气等。新能源又称非常规能源，是传统能源之外的各种能源形式，指刚开始开发利用或正在积极研究、有待推广的能源。广义来说，有别于传统依靠矿物质原料燃烧的能源都称之为新能源，如太阳能、风能、水能、生物能、核能、地热能、海洋能、氢能等。相对于传统能源，新能源具有污染少、储量大的特点，对于解决当今世界严重的环境污染问题和资源枯竭问题具有重要意义。
目前，除水能的开发利用程度较高外，风能、太阳能、地热、潮汐能以及生物质能资源的开发利用率非常低。据联合国预测，到2020年世界能源消费总量中，新能源的比重提高到18—20%，2050年新能源的比重争取达到50%。实现新能源的转换，是人类社会和科技进步的一个长期艰巨的奋斗过程，但又是必须从现在立即行动去实施的一项全球共同性的任务。
我国能源产业政策是：积极开发水电，优化建设煤电，加快核电建设，鼓励新能源和可再生能源发电。在新能源开发方面我国现在有四个第一：水电装机全球第一，太阳能热水器的利用规模全球第一，核电在建规模全球第一，风电装机的增速全球第一。下面介绍的几种能源，有可能就是未来的理想能源。
一、太阳能
太阳照耀着地球，送来了光，也送来了热。取之不尽，用之不竭的太阳能是一种可广泛利用的清洁能源。太阳能的利用有三种方式：一是太阳能转化为内能，如太阳能热水器；二是太阳能转化为电能，如太阳能电池；三是太阳能转化为化学能，如植物进行光合作用。如图1a所示是太阳能发电示意简图，图1b所示是我国徐州大型地面光伏电站。

二、风能
风能是一种干净的、储量丰富、可再生的能源。风能是地球表面大量空气流动产生的动能。风能资源决定于风能密度和可利用风能年累计小时数。风能密度是单位迎风面积可获得的风的功率，与风速的三次方和空气密度成正比关系。中国陆地10 m高度层的风能总储量为32.26亿千瓦，实际可开发的风能资源储量为2.53亿千瓦，近海风场的可开发风能资源是陆上的3倍，据此，我国可开发的风能资源约为10亿千瓦。在风力资源丰富的地方，可利用风车带动发电机发电。如图2a所示为风能发电示意简图，图2b所示是聚风型风力发电装置。

三、生物质能
生物质能是以生物为载体，将太阳能以化学形式贮存的一种能量，它直接或间接地来源于植物的光合作用，其蕴藏量极大，仅地球上的植物，每年生产量就相当于目前人类消耗矿物能的20倍。生物质能是贮存的太阳能，是一种可再生能源，可转化为常规的固态、液态和气态燃料。据估计地球每年植物光合作用固定的碳达2×1011吨，含能量达3×1021焦。
生物能的利用方式有：农林生物质发电、沼气工程、生物质成型燃料、生物质气化、生物液体燃料等。
1．生物质秸秆燃烧发电：利用农作物秸秆、林木剩余物，通过燃烧来产生热能、蒸汽或电能。如图3a所示是一种经过加工的农林废弃物发电原料

2．生物质气化发电：将生物质原料加热，使较高分子量的有机碳氢化合物链裂解，变成较低分子量的CO、H2、CH4等可可燃性气体。生物质气化后用于电力生产，如集成式生物质气化器和喷气式蒸汽燃气轮机联合发电装置。
3．沼气工程：对农业废弃物、粪便、污水或城市固体废物等进行厌氧消化，生产沼气。利用沼气是一种燃气，也可以照明。如图3b所示是沼气利用示意简图。
4．生物液体燃料：利用农作物可以生产生物柴油、乙醇等液体燃料。
（1）生物柴油：以餐饮业废油、榨油厂油渣、油料作物为原料生产生物柴油。
（2）乙醇：种植快速成长作物（如高粱、木薯等非粮作物），树（小桐子等含油植物）、糖与淀粉作物来制造乙醇。但种植这些作物和植物应坚持 “不与民争粮、不与粮争地”原则。
四、核能
原子核是可以改变的，而且在有些改变过程中还会释放出巨大的能量──核能。获得核能有两种途径，一种是原子核的裂变，另一种是原子核的聚变。原子核裂变的能量缓慢释放控制技术相对原子核的聚变成熟。用人工方法控制核裂变链式反应并获得核能的装置，叫做核反应堆。核反应堆的用途非常广泛，可以作为核动力来发电，推进火箭、飞机、潜艇、水面舰艇、淡化海水等。

核能发电是利用核反应堆中核裂变释放出的热能进行发电的方式，利用铀原料进行核分裂连锁反应所产生的热，将水加热成高温高压，利用产生的水蒸气推动蒸汽轮机并带动发电机。核电站可以大大减少燃料的运输量。据计算，一个一年耗掉80吨核燃料的发电厂，如果换成煤作燃料大约需要515万吨。如图4a为核电站原理示意图，图4b是我国大亚湾核电站。
五、水能
水能资源或称水力资源，指水的动能、势能和压力能等能量资源，是自由流动的天然河流的储力和能量。广义的水能资源包括河流水能、潮汐水能、波浪能、海流能等能量资源。我国的江河水能理论储藏量为6.91亿千瓦，可开发的水能资源约3.82亿千瓦。如图5a为水力发电示意简图，图5b是我国三峡发电站的大坝。

六、地热能
地热能是一种可再生的清洁资源。地热能是由地壳抽取的天然热能，这种能量来源于地球内部的熔岩，并以热力形式存在，是引致火山爆发及地震的能量。高温的熔岩将附近的地下水加热，这些加热了的水最终会渗出地面。

地热利用主要是建立地热发电站用于发电、采暖、温室种植、花卉栽培、地热水育秧。利用地热还可以开发温泉旅游业，建设温泉宾馆或温泉疗养院，应用于疗养、保健项目。如图6a所示是地热发电结构原理简图，图6b是我国西藏羊八井地热发电厂，图6c是羊八井地热井喷



七、潮汐能
发生潮汐时，大量水流动，蕴含着巨大的能量。潮汐能的利用是发电，让水流带动水轮机转动，继而带动发电机发电。如图7是潮汐能发电原理示意简图。

八、氢能
氢气作为一种可燃气体，燃烧时可放出热，与其他燃料相比氢燃烧时最清洁，除生成水和少量氮化氢外不会产生诸如一氧化碳、二氧化碳、碳氢化合物、铅化物和粉尘颗粒等对环境有害的污染物质，少量的氮化氢经过适当处理也不会污染环境，且燃烧生成的水还可继续制氢，反复循环使用，产物水无腐蚀性，对设备无损。氢气在一定压力和温度下很容易变成液体，因而将它用铁罐车、公路拖车或者轮船运输都很方便。液态的氢既可用作汽车、飞机的燃料，也可用作火箭、导弹的燃料。美国飞往月球的“阿波罗”号宇宙飞船和我国发射人造卫星的长征运载火箭，都是用液态氢作燃料的。如图8所示是以超导托卡马克聚变堆为基础的未来聚变能电站。











浅谈新型能源──反物质
组成物质的粒子
　　自古至今人类一直在研究物质的组成成分，直到19世纪末，人们都认为原子是组成物质的不可再分的最小微粒。然而在1897年，英国物理学家J.J.汤姆孙（J.J.Thomson．1856—1940）发现了电子，从而认识到原子是可以分割的。后来陆续发现了质子和中子，从而叩开了原子世界的大门。认为电子、质子和中子是组成物质的最小微粒不可再分，并叫做“基本粒子”。随着科学的进步，又发现了很多新的粒子及质子和中子也有自己的复杂结构，因而到20世纪后半期起，就将“基本”二字去掉，统称为“粒子”。

反粒子的发现
　　1928年英国物理学家P.A.M.狄拉克（Paul Adrie Maurice DIRAC，1902-1984）在自己的理论上预言正电子（与电子的质量相同，但电荷却相反）的存在。时隔不久，美国物理学家C.D.安德森（Anderson，Carl David，1905—1991）1932年在研究宇宙射线在磁场中的偏转情况时发现了一种前所未知的粒子，而这恰好是狄拉克所预言的正电子也称反电子。第二年，安德森又用γ射线轰击方法产生了正电子，从而从实验上完全证实了正电子的存在。

　　1955年美国物理学家欧文·张伯伦（Owen Cham-berlain，1920-2006）和埃米利奥·吉诺·塞格雷（Emilio Gino Segre，1905-1989）在加速器的实验中，发现了反质子，即质量和质子相同，带一个单位负电荷的粒子。1956年他们又发现了反中子，由于反中子不带电，但它的磁矩对于其自旋是反号的。因此他们共同分享了1959年度诺贝尔物理学奖。

经研究发现，各种粒子都有相应的反粒子存在，这个规律是普遍的。而且粒子与反粒子结合会导致两者湮灭，因而释放出高能光子或伽玛射线。有些粒子的反粒子就是它自己，这种粒子称为纯中性粒子。光子就是一种纯中性粒子，光子的反粒子就是光子自己。反粒子的出现进一步展示了物理学的完美对称性。
反物质
　　粒子可构成物质，自然想到反粒子也可构成反物质。粒子实验已证实，正反粒子的强作用和电磁作用性质完全一样，因此反质子和反中子也能结合成带负电的反原子核，反核和反电子结合在一起，就能组成反原子，进而构成反物质。寻找反物质成为十分重要的科研课题。1998年6月3日由丁肇中主持的在宇宙中寻找反物质研究已有16个国家的科学家参与其中，目前已取得一些重要成果。如果反物质存在，且宇宙中正反物质为等量，延伸起来讲，大量反物质可构成自己的恒星和星系。那么这样的反恒星和反星系就应当存在。这则成为天文学家的重大课题──宇宙中有反恒星和反星系吗？
反物质能的应用
　　由于反物质是正常物质的反状态，当正反物质相遇时，双方就会相互湮灭抵消，发生爆炸并产生巨大能量。将氢和反氢混合湮灭来获得能量，这种燃料的1％克所产生的推力相当于120吨由液态氢和液态氧组成的传统燃料。
　　回顾历史不难发现，任何新的物理现象或新的物质的发现，最先总是想到在军事上的利用，原子弹的诞生无疑是一个最好的例子，从发现中子链式反应到世界上首枚原子弹的爆炸仅用了7年时间。对于反物质，早在刚发现正电子时，就有人想到利用正反物质湮灭反应产生的巨大能量来制造火箭推进器的燃料，由于技术等各方面条件的影响，到80年代以后反物质在军事上的研究引起各个国家的重视。反物质制造的核武器是目前核武器中威力最强、最重要的一种，远远大于氢弹的杀伤力。
　　反物质能潜在且十分诱人的另一用途是用来制造星际航行火箭的超级燃料，很优秀的新型能源。利用反物质能进行星际旅行，还可以减少携带燃料的质量，进一步提高飞行器的飞行速度。










实验：用火柴模型模拟裂变现象
实验目的：
利用火柴点燃模型来模拟核裂变的过程，了解链式反应的原理。
实验原理：
火柴点燃后能连续点燃后面的火柴，火柴点燃放出热量的过程就类似于原子核发生裂变时发出热量的过程。随着火柴的不断点燃，放出热量不断变多，就像裂变中的链式反应。
实验器材：
火柴、石棉网。
实验步骤：
1．把石棉网铺在水平桌面上，在石棉网上如图摆放火柴。

2．点燃最左边的火柴，观察火柴的燃烧情况，一根火柴引燃两根火柴，两根火柴会引燃下面四根火柴……如果火柴摆放的足够多，点燃火柴的数量会逐渐变多，就像一个链式反应。
3．再次摆放火柴头，如果去掉（1）号火柴，再次点燃最左边的火柴，则（2）（3）火柴都不会被点燃，后面被点燃的火柴数量会比前面不拿掉（1）的时候少，相当于使链式反应的速度变慢了。

操作提示：
1．火柴棒下面要垫石棉网或其他防火材料，防止火柴点燃桌面引起火灾。
2．在点燃火柴的过程中距离火柴稍远一些，注意不要被烫伤。
3．实验中火柴棒的点燃效果如果不好，在实验前在火柴棒上涂一层蜡，使火柴能够持续的点燃后面的火柴。
4．本实验是模拟了核裂变中的链式反应，利用点燃火柴的数量来类比发生核裂变的原子数。去掉其中的一根火柴相当于控制核裂变中中子数量，控制反应速度。
5．本实验也可以利用多米诺骨牌来模拟说明。










视觉暂留现象
视觉暂留现象（Visual staying phenomenon，duration of vision）又称“余晖效应”。
人眼在观察景物时，光信号传入大脑神经，需经过一段短暂的时间，光的作用结束后，视觉形象并不立即消失，这种残留的视觉称“后像”，视觉的这一现象则被称为“视觉暂留”。
是光对视网膜所产生的视觉在光停止作用后，仍保留一段时间的现象，其具体应用是电影的拍摄和放映。原因是由视神经的反应速度造成的，其时值是1/24s。是动画、电影等视觉媒体形成和传播的根据。视觉实际上是靠眼睛的晶状体成像，感光细胞感光，并且将光信号转换为神经电流，传回大脑引起人体视觉。感光细胞的感光是靠一些感光色素，感光色素的形成是需要一定时间的，这就形成了视觉暂停的机理。
视觉暂留现象首先被中国人发现，走马灯便是据历史记载中最早的视觉暂留运用。宋时已有走马灯，当时称“马骑灯”。随后法国人保罗·罗盖在1828年发明了留影盘，它是一个被绳子在两面穿过的圆盘。盘的一个面画了一只鸟，另一面画了一个空笼子。当圆盘旋转时，鸟在笼子里出现了，这证明了当眼睛看到一系列图像时，它一次保留一个图像。









手机在物理实验中的应用
手机的应用已非常普遍，它除了具有通讯、娱乐等作用外，在物理实验教学中也有着广泛的作用，可给实验教师带来便利。
一、声音是由物体振动产生的
先将手机设置成“来电振动”提示状态，并放在工作台面上，手机不振动，没有发出声音；接着用另一手机拨打该手机，手机振动，可以听到手机与桌面间因振动发出的声音，说明声音是由物体振动产生的。
二、声音的传播需要介质
教科书上演示实验中的声源是一只接通电源的小电铃，操作稍显复杂，改用手机来做能使实验更简单方便。其操作是：将手机设置为“来电铃声”提示并悬挂在玻璃罩内(如图1)，用另一手机去拨打它，可以清楚地听到铃声。用抽气机逐渐抽去玻璃罩内的空气，铃声越来越小，直至听不到了，表明声音不能在真空中传播。

三、电磁波能在真空中传播装置
如图1，将手机放在玻璃罩内，用另一手机拨打，能接通；将玻璃罩内空气抽去，依然可以接通；这说明电磁波可以在真空中传播。
四、静电屏蔽
取一封闭金属网罩(网格要小些，如铁纱网)，将手机悬挂其内，然后用另一手机去拨打，听到的声音是“对不起，您拨的电话暂时无法接通，请稍后再拨”，说明金属网罩内没有电磁信号，该手机已经被屏蔽。










微波炉加热食物是利用电流的热效应吗？
微波炉是利用微波来煮饭烧菜的。不是利用电流的热效应。
微波是如何加热食物的呢？首先我们了解微波的特性：
1．微波是一种电磁波。其波长为0．01～1米，其对应的频率为30000兆赫到300兆赫，为了便于微波器件的标准化和不干扰雷达和其他通讯系统，微波炉的工作频率多选用915兆赫或2450兆赫。
2．微波在传播过程中一碰到铜、铁、不锈钢等金属材料时就发生反射，金属根本没有办法吸收或传导它。
3．微波可以穿过玻璃、陶瓷、塑料等绝缘材料，犹如光线通过玻璃一样，几乎不消耗能量；
4．由于水分子等自身的特性，对含有水分的食物，微波不但不能透过，其能量反而会被吸收。
微波炉正是利用微波的这些特性制作的。微波炉的外壳用不锈钢等金属材料制成，可以阻挡微波从炉内逃出，以免影响人们的身体健康。装食物的容器则用塑料或陶瓷等绝缘材料制成，这些材料吸收微波能力很差，所以在食物加热过程中容器几乎不发热。微波炉的心脏是磁控管。这个叫磁控管的电子管是个微波发生器，它能产生每秒钟振动频率为24．5亿次的微波，能穿透食物达5cm深，这种每秒24．5亿次的振荡频率能高速振荡物体内的水分子和脂肪分子，使食物中的水分子和脂肪分子也随之剧烈运动，相互摩擦碰撞，从而产生了大量的热能，于是食物“煮”熟了。这就是微波炉加热的原理。
用普通炉灶煮食物时，热量总是从食物外部逐渐进入食物内部的。而用微波炉烹饪，热则是直接在食物内部的整体同时产生，所以烹饪速度比其它炉灶快4至10倍，热效率高达80%以上。目前，其它各种炉灶的热效率无法与它相比。而微波炉由于烹饪的时间很短，能很好地保持食物中的维生素和天然风味。比如，用微波炉煮青豌豆，几乎可以使维生素C一点都不损失。另外，微波还可以消毒杀菌，解冻，干燥……。
使用微波炉时，应注意不要空“烧”，因为空“烧”时，微波的能量无法被吸收，这样很容易损坏磁控管。另外，人体组织是含有大量水分的，一定要在磁控管停止工作后，再打开炉门，提取食物。
从能量角度来说，微波炉的微波与广播、电视的电波相似，它本身不会发热，只是一种能量。人们日常生活中使用的微波炉就是将通用的电能转化为2450兆赫的超高频电磁波（即微波），并在炉腔内被食物吸收，使微波能又转化为食物的热能，从而达到对食物加热的目的。









隐形飞机为什么会“隐形”
　　第一次听到隐形飞机的人一定会认为，隐形飞机就是不会让人看见的飞机。实际并不是这样，人们是可以看得到隐形飞机的，只是它不会让雷达发现。隐形飞机是怎样做到不被雷达发现的呢？这要从雷达技术的原理说起。
　　雷达的工作原理和声呐一样。它有一个电磁波发射装置，通过这个装置，雷达发射出高频电磁波，我们把这些高频电磁波称为雷达波。雷达波在传播过程中，如果碰到了像飞机、导弹等飞行目标时，一部分雷达波就会被反射回来。雷达还有一个可以接受雷达波的接收装置，这些接收装置接收到雷达波后，就可以根据接受到的反射雷达波的时间和方位计算出飞行目标的位置。我们通常就说，雷达发现飞行目标了。
　　在飞机的研制过程中，人们总是想方设法降低雷达对飞机的可探测性，使飞机不易被敌方的雷达等防空探测器早期发现，避免被敌方拦截、跟踪和攻击。
　　飞机要想不被敌方雷达发现，除了超低空飞行避开雷达发射的雷达波的探测范围外，还得想办法降低自身对雷达波的反射，使反射的雷达波（也称雷达回波）的强度降低到到敌方雷达无法辨别的地步。在实际中，有一个衡量飞行器雷达反射波强弱的物理量：雷达散射截面积(英文名称RadarCross- Section，缩写为RCS)。它是指飞机对雷达波的有效反射面积。飞机隐身的方法就是采用各种手段来减小飞机的RCS。像美国的B-52轰炸机的RCS大于100m2，它在飞行时很容易被雷达发现，而与它同类的、采用了隐形技术的轰炸机B-2的RCS约为0.01 m2，一般雷达就很难探测到它。
　　目前，用来减少飞机RCS的主要途径有两种：一是改变飞机的外形和结构，二是采用吸收雷达波的涂敷材料和结构材料。
　　为了使飞机达到较低的可探测性，隐形飞机在外形设计上采用了非常规布局：设法消除小于或等于90°的外形夹角，发动机进气口置于机身背部或机翼上面，采用矩形设计并朝上翻；两个垂直尾翼均向外斜置，机身与机翼融为一体，使飞机对所有雷达波形成球面反射，减小雷达回波。在材料使用上，机体骨架和蒙皮使用隐形材料、表面隐形涂料、外形隐形结构、降红外辐射技术、降噪声技术、电子干扰技术等。现在，能吸收雷达波的材料有多种，如碳纤维增强树脂复合材料、碳化硅束丝增强铝复合材料等隐形涂料，它们能使照射到飞机上的雷达波的磁损耗加大，起到吸收、透波作用。在离子与电磁波相互作用过程中，吸收雷达波和红外辐射，整机雷达反射面降到1 m2以下。即使这一点点儿反射，也会因为通过等离子体的绕射、散射而造成雷达测量上的误差，从而达到“隐身”的效果。
　　由于一般飞机的外形比较复杂，总有许多部分能够强烈反射雷达波，像发动机的进气道和尾喷口、飞机上的凸出物和外挂物、飞机各部件的边缘和尖端以及所有能产生镜面反射的表面，因此必须对飞机的外形和结构做较大的改进，所以，隐形飞机的外形看起来十分独特。例如，B-2隐形轰炸机的外形是个大扁片，即没有垂直尾翼，也没有独立的机身、机翼，机身和机翼融为一体，不给雷达波以反射的机会。因此，有的人不叫它飞机，而称它为“飞镖”或“飞翼”。
　　F-117战斗轰炸机则是另外一种格调。这种飞机基本上是由平面组成的角锥形体，尾翼为V形。B-2隐形轰炸机则是前缘后掠，后缘为大锯齿形，没有独立机身和独立尾翼，整个飞机像一个大飞翼，其发动机进气道布置在机体上方，没有外挂物突出在机体外面。为了进一步减小飞机的RCS，B-2隐形轰炸机的设计工程师还在机翼的前后缘、进气道唇口部分采用了能够吸收雷达波的材料，整个飞机表面涂以黑色的吸收雷达波的涂料。F-117的外表像一块块的板子拼接在一起，有棱有角，像玻璃幕墙一样。这种古怪的形状使雷达伤透了“脑筋”。雷达发出的电磁波碰到它们后，不是被飞机表面的特殊涂料吸收了，就是被镜面一样的“玻璃幕墙”反射到别的地方去了，因此，雷达基本上就收不到回波了。即使能够收到一点点儿，由于散射而造成的雷达测量误差，也会使这种“千里眼”上当。可见，隐形飞机的外表和它所使用的非金属、吸波性材料是其“隐身术”的绝招。
　　此外，隐形飞机的发动机还采用了楔形二元喷管，其外壳、机匣采用蜂窝状结构，使红外辐射降低90%，噪声也大为减小，真正做到了不见其身、不闻其声。

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