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第二十一章
信息的传递
电话
电话及电话交换机
电话的组成
话筒：声信号变成变化的电流（声信号变成电信号）。
听筒：变化的电流变成声音（电信号变成声信号）。
电话的工作原理：
声音（振动）→话筒→变化的电流→听筒→振动（声音）
通话时，一方的话筒和另一方的听筒是串联的。
电话交换机
为了提高电话线路的利用率而发明的
用来实现两部电话之间的转换
使用交换机，可以大幅度的减少电话线的数量
电话“占线”原因
对方电话没有扣好
对方正在通话
电话交换机忙
模拟通信和数字通信
模拟信号：在话筒将声音转换成信号电流时，信号电流的频率，振幅变化的情况跟声音的频率，振幅变化情况完全一样，模仿声音的“一举一动”这种电流传递的信号叫模拟信号。
模拟通信：使用模拟信号的通信方式叫模拟通信，例如：传统的市话通话，长途通话。
数字信号：用不同符号的不同组合表示的信号叫做数字信号。
数字通信：使用数字信号通信的方式叫数字通信，例如电子计算机是利用二进制码识别信息和处理信息。
模拟通信在加工，放大和传输过程中抗干扰能力差，噪声大，失真大；而数字信号形式简单，抗干扰能力强，噪声小，失真小。
电话交换机间的信息是靠数字信号传递，而电话与电话机之间的信息传递靠模拟信号，但是不论哪种通信都需要电话线。
电磁波的海洋
电磁波
电磁波的产生：导体中电流的迅速变化在空间激起电磁波（变化的电流产生电磁波）。
电磁波性质：是一种看不见摸不到的物质，可以在真空中传播，传播不需要介质。
电磁波传播的速度c=3×108m/s，电磁波的波长为λ，波速c=λf，其中f是电磁波的频率。
电磁波的波谱：γ射线，X射线，紫外线，红外线，微波，短波，中波，长波。
电磁波的发射和接收
发射：将要传输的电信号（音频信号，图像信号）加载到高频电磁波（载波）上，再通过天线发射到空中的过程。
接收：天线将电磁波接收下来，再通过接收器（收音机，电视机等）将要传输的电信号取出来并放大，最后还原成声音或图像过程。
“天线”可以同时接收多种频率的电磁波，利用调谐器可以选出人们所需要的频率。
电磁波的应用
微波炉：利用电磁波（波长很短的微波）来加热食品。
雷达：
定义：利用无线电波测定物体位置的无线电设备。
工作原理：电磁波如果遇到尺寸明显大于波长的障碍物就要发生反射，雷达就是利用电磁波的这个原理，波长越短，传播直线性越好，反射性能越强。
无线电波：
电磁波中用于广播，电视和移动电话的频率为数值数百千赫兹至数百兆赫兹的那部分叫做无线电波（无线电技术中使用的电磁波）。
根据波长的不同而有不同传播特征：分为地波，天波，空间波三种。
广播、电视和移动通信
一.无线电广播信号的发射和接收
无线电广播信号的发射由广播电台完成，无线电广播信号的接收由收音机完成。
发射：话筒把播音员的音信号转换成电信号，然后用调制器把音频电信号加载到高频电磁波（载波）上，再通过天线发射到空中。
接收：收音机天线接到电磁波，经过收音机的调谐器选出特定频率的信号，电子电路在把音频信号从中选出来，进行放大，送到扬声器里，把音频电信号转换成声音。
注意：调谐器和调制器易错：调制器是把音频电信号加载到电磁波上的过程，而调谐器通俗叫做选台，是在接收过程中。
二.电视信号的发射和接收
电视信号的发射由电视台完成，电视信号的接收由电视机完成。
图像信号的产生过程：摄像机把图像变成电信号，发射机把电信号加载到频率很高的电磁波上，通过发射电线发射到空中。
图像信号的接收过程：电视机的接收天线把高频信号接收下来，通过电视机把图像信号取出来并放大，由显像管把它还原成图像。
注意：声音信号的产生，传播和接收与无线电广播的工作过程相似，与无线电信号一样，单独的图像信号不能在空中传播，必须以电磁波为载体传播。
移动通信
基本原理：移动电话能将我们讲话的信号利用电磁波发射到空中同时又能在空中捕获电磁波得到对方讲话的信号。
优点：利用电磁波传递信息，只要在电磁波辐射到的区域都能进行通话，比固话方便。
缺点：为了保证通话的质量，必须建立较大的无线电台进行信号的转换，这些固定的电台叫做基地台。
移动电话机既是无线电发射台又是无线电接收台。
信息之路
微波通信
微波通信：作为载体的无线电波，频率越高，相同时间内传输的信息就越多。
微波：波长在10m--1mm，频率在30MHz--3×105MHz的电磁波。
中继站：微波接近光波，大致沿直线传播，微波不能沿地球表面绕射，因此每隔50km左右就需要建设一个中继站；如果遇到高山和大洋根本无法建中继站，有时我们需要利用同步卫星作为中继站。
二.卫星通信
卫星通信是借助地球同步卫星来弥补微波在地面传播的不足，在地球周围均匀配置三颗通信卫星就可以实现全球通信。
注意：月球不能作为中继站，因为月球离我们太远，不利于接收。
三.光纤通信
光是一种电磁波，而且它们的频率很高，频率间隔很宽；美国梅曼制成世界上第一台红宝石激光器。
光不但能够沿直线传播，而且可以沿着弯曲的水流和玻璃丝传播，不管玻璃丝怎么样弯曲，都从一端射入的光都会顺着它传播，再从另一端射出。
光纤通信（光缆）：通信用的激光一般在特殊的管道——光导纤维（很细很细的玻璃丝）里传播（不停地反射）。
网络通信
把计算机联在一起就可以实现网络通信，发送和接收电子邮件是目前使用最频繁的网络通信方式。
因特网：网络互相联结，成为世上最大的计算机网络，这就叫因特网。
激光的应用：激光束平行度特别好，在传播很远的距离后仍能保持一定的强度，制成激光测距雷达，也可以在光盘上记录和读取信息；激光束的亮度高，在很小的空间和很短的时间内能集中很大的能量，利用激光束切割物质，焊接金属，医学上称作“光刀”。
第二十二章
能源与可持续发展
一、能源
能够提供能量的物质叫做能源。?
1、分类：?
（1）化石能源：千百万年前埋在地下的动植物经过漫长的地质年代形成的能源。
如：煤、石油、天然气。?
（2）一次能源：可以从自然界直接获得的能源。
如：化石能源、风能、水能、太阳能、地热能、核能。?
（3）二次能源：无法从自然界直接获取，必须通过消耗一次能源才能得到。如：电能。?（酒精）
2、人类利用能源的历程：?
（1）自然火的利用。
（2）人工火的利用，开启了以柴薪为主要能源的时代。?
（3）蒸汽机的发明，使人类逐步以机械动力代替人力和畜力，人类的主要能源由柴薪转向煤。?
3、21世纪的能源趋势：由于世界人口的急剧增加和经济的不断发展，能源的消耗持续增长。作为人类主要能源的化石能源的储量并不丰富，所以开发新能源，更好的利用已知能源，是全球的重要课题。?
二、核能
质量较大的原子核发生分裂或者质量较小的原子核相互结合时释放出的能量。?
1、原子的核式结构：?
（1）物质由分子组成，分子又由原子组成，原子由原子核和电子构成，原子核由质子和中子组成。?
（2）质子带正电荷，电子带负电荷，中子不带电。?
2、获得核能的两个途径：?
（1）裂变：质量较大的原子核分裂成多个新的原子核，并释放出核能。?
①链式反应：用中子轰击铀235原子核，铀核分裂时释放出核能，同时产生几个新的中子，这些中子又去轰击其它铀核……，于是就导致一系列铀核持续裂变，并释放出大量的核能。?
②核电站：利用可控制的核裂变来发电的电站。它的核心设备是核反应堆。它发电时的能量转化过程为：核能→水蒸汽（内能）→汽轮机（机械能）→发电机（电能）。?
③原子弹：是利用不加控制的核裂变制造的核武器。?
（2）聚变：多个质量较小的原子核结合成新的原子核，并释放出核能，也叫热核反应。?
①氢弹：利用氢核聚变释放的能量制造的核武器。?
②原料：氘（da?o）核、氚（chua?n）核等。?氢原子有三种：氕（无中子）、氘（1个中子）、氚（2个中子）
三、太阳能?
1、太阳能：在太阳内部，氢原子核在超高温下发生聚变，释放出巨大的核能。可以说，太阳核心每时每刻都在发生氢弹爆炸。?
2、太阳能是人类能源的宝库：
（1）地球积累了大量的太阳能；?
（2）我们利用化石燃料的能量，实际上在利用上亿年前地球所接收的太阳能。?
3、利用太阳能的两种方式：
（1）一种是用集热器把水等物质加热；?
（2）另一种是用太阳能电池把太阳能转化为电能。?
4、优点：安全、清洁、无污染。?
四、能源与可持续发展?
1、能量的转化、能量的转移，都是有方向性的。?热传递从高温物体到低温物体
2、能源消耗对环境的影响：?
（1）空气污染、温室效应、水土流失和沙漠化等。?
（2）保护环境，控制和消除大气污染，已经成为当前世界需要解决的重要课题。我们既要有效的利用能源，又要很好的控制和消除污染，总之，人类不应当无限制的向大自然索取，我们必须在提升物质文明的同时，保持与自然、环境的和谐与平衡。?
3、能源的利用要考虑可持续发展：?
（1）一方面，应该提高能源的利用率；
（2）另一方面，需要发展新的理想能源。?
未来理想能源必须满足的几个条件：
①必须足够丰富，可以保证长期使用；?
②必须足够便宜，可以保证多数人用得起；?
③相关的技术必须成熟，可以保证大规模使用；
④必须足够安全、清洁，可以保证不会严重影响环境。
4、两种能源：?
（1）不可再生能源：不能在短期内从自然界得到补充的能源。如：化石能源?、核能等。?
（2）可再生能源：可以在自然界里源源不断的得到的能源。如：风能、水能、太阳能等。地热能、潮汐能
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