資源簡介

(共30張PPT)
第十八講
信息、材料、
能源與可持續發展
考點一 電磁波及其應用
產生 由___________的電流產生,它是傳遞___________的載體。
傳播 電磁波____在真空中傳播，速度約為______________m/s
分類及
應用 　長波、中波、短波——收音機
　微波——衛星通信、手機通信、微波爐
　紅外線——紅外加熱
　可見光——肉眼可以接收感知的光
　紫外線——可用于消毒殺菌
　X射線——判斷是否骨折等
　γ射線——腦手術
3×108
能　
迅速變化
信息
1.電磁波

溫馨提示：
（1）電磁波的波速與波長、頻率的關系：；
（2） 電磁波與聲波的區別：
　　①電磁波的傳播不需要介質，聲波必須依靠介質；
　　②電磁波傳播信息量大，聲波傳播信息量小；
　　③電磁波的傳播速度遠大于聲波的傳播速度。
2.廣播、電視和移動通信
（1）無線電波的發射和接收：
①無線電波的發射：無線電廣播信號的發射裝置主要由___________、話筒、_____________和_______________幾部分組成。
②無線電波的接收：無線電廣播信號的接收裝置主要由________________、________________、____________和揚聲器組成。
（2）移動通信：移動電話相當于無線電臺，它將用戶的聲音轉變為_________________發射到空中發出信息，同時它又捕捉空中的電磁波，接收到通話對方送來的信息。
振蕩器
調制器
發射天線
接收天線
調諧器
檢波器
高頻電信號
3.越來越寬的信息之路
(1)微波通信：微波不能沿地球表面繞行，因此每隔______km左右要建一個微波中繼站，把上一站傳來的信號處理后，再發射到下一站去，一站一站地傳下去，將信息傳到遠方。
(2)衛星通信：用______________作微波通信中繼站的通信方式。
(3)光纖通信：__________在光纖內壁上經過多次反射，將信息傳向遠方的通信方式。
(4)網絡通信：網絡通信常見的形式是_______________，利用________可以實現資源共享和信息共享。
50
通信衛星
激光
電子郵件
因特網
(宿遷中考) 下列關于聲波和電磁波的說法中正確的是（ ）
A.音調的高低與聲源的振幅有關
B.聲音在真空中傳播的速度為340m/s
C.電磁波在任何介質中傳播的速度都為3.0×108m/s
D.密閉的金屬容器對電磁波有屏蔽作用

D
(內江中考) 在下面所列舉的電磁波譜大家庭中，其中頻率最高的是（　　）
A．無線電波 B．紅外線 C．紫外線 D．X射線
【解析】
由電磁波的波速、波長和頻率的關系可知，電磁波的波長越長、頻率越小，頻率順序由大到小排列，電磁波譜可大致分為：γ射線（伽馬射線），X射線、倫琴射線，紫外線，可見光，紅外線，微波，無線電波。故選：D。
D
(淮安中考) 如圖所示，“天宮二號”中的航天員是通過________接收地面指揮中心發出的各項指令，“天宮二號”上的太陽能電池板是將太陽能轉化為________　的裝置。

【解析】
（1）真空不能傳聲，因此太空不可以用聲波傳遞信息，故“天宮二號”中的航天員是通過電磁波接收地面指揮中心發出的各項指令；
（2）太陽能電池板能將太陽能轉化為電能。
故答案為：電磁波；電能。
【點評】
本題是一道綜合題，綜合考查了學生對電磁波的傳播和太陽能電池板的了解和掌握。
　電磁波　
電能
(益陽中考) 北斗衛星導航系統是我國自主研制的全球衛星定位與通信系統，已經初步具備區域導航、定位和授時功能。完全建成后可在全球范圍內全天候、全天時為用戶提供高精度、高可靠定位、導航、授時服務，并具有短報文通信功能。下列關于北斗導航衛星系統說法正確的是（　　）
A.北斗衛星導航系統傳送信息的速度與光速相同
B.北斗衛星導航系統的空間段采用光纖傳送信息
C.北斗衛星導航系統采用超聲波為汽車導航
D.北斗衛星導航系統現已全面建成
A
【解析】
AB、北斗衛星導航系統是利用電磁波傳送信息的，而光屬于電磁波，所以電磁波的速度與光速相同，故A正確，B錯誤；
C、北斗衛星導航系統采用電磁波為汽車導航，故C錯誤；
D、根據題意可知，北斗衛星導航系統是我國自主研制的全球衛星定位與通信系統，已經初步具備區域導航、定位和授時功能，
完全建成后可在全球范圍內全天候、全天時為用戶提供高精度、高可靠定位、導航、授時服務，并具有短報文通信功能。
說明北斗衛星導航系統現還沒有全面建成，故D錯誤。
故選A。
(煙臺中考) “北斗”衛星是中國自行研制的通信系統，可在全球范圍內全天候地為各類用戶提供高精度，高可靠性的定位、導航等服務，該系統在傳遞信息過程中主要依靠（　　）
A．聲波 B．超聲波 C．次聲波 D．電磁波
【分析】
人們日常生活中用的電視信號、手機信號以及衛星通信都是利用電磁波傳遞信號。
【解析】
衛星和地面的聯系靠電磁波，將圖片和聲音等信號調制到電磁波上，把電磁波當成載體發射回地面。所以它傳遞信息利用的是電磁波。故選：D。
【點評】
這是一道考查電磁波在日常生活中應用的基礎題，要求知道無線電通信都是利用電磁波來傳遞信息的，比較容易。
D
考點二 材料
1.材料
（1）材料分類：根據材料的不同特點分為________材料、_____________材料、________________材料和___________材料四大類.
金屬
無機非金屬
有機高分子
復合
（2）材料的物理性質
①彈性：在一定限度內，材料受力會產生_________________________
等形變，除去外力后材料又自動_____________的性質.
②硬度：描述材料______________，即阻止其被刮傷、刮破或產生凹陷能力的物理量.
③延展性：具有延展性的材料可以________________________.
拉長、壓縮或彎曲
回復原狀
堅硬程度
鍛打成片、拉成絲
2.半導體
（1）材料按導電性能可分為三大類
①導體：金、銀、銅、鐵等是______________較好的物體.
②半導體：介于__________________之間，如硅、鍺和砷化鎵等.
③絕緣體：如_______________等不善于導電的材料.
（2）二極管的特性：具有_________________.
（3）三極管的作用：具有____________________的作用.
（4）半導體材料的應用：如________________、條形碼掃描器、微處理器、______________等.
導電性能
導體與絕緣體
玻璃和橡膠
單向導電性
放大電信號
太陽能電池
機器人
3.新材料
（1）超導材料
①定義：是一種_________________的材料.
②應用
a.實現遠距離大功率輸電，不存在___________________.
b.超導磁浮現象可實現交通工具_______________運行，大大提高交通工具的運行速度.
（2）納米材料
①定義：合成材料的基本單元大小限制在____________________范圍的材料.
②優點：可以提高材料的________________，降低______________，提高材料的______等.
電阻為零
電能的損耗
無摩擦
1 nm～100 nm
強度和硬度
燒結溫度
磁性
(成都中考) 關于材料和信息技術，下列說法正確的是（　　）
A.銅、鐵、鋁都是磁性材料，可以被磁化
B.玻璃、橡膠制品在常溫下是導體
C.光纜通信中光在光纖里一直沿直線傳播
D.北斗衛星導航系統通過電磁波提供定位服務
【解析】
A.銅、鋁不是磁性材料，不能被磁化，故A錯誤；
B.玻璃、橡膠制品在常溫下是絕緣體，故B錯誤；
C.光在光導纖維中不斷反射，不是沿直線傳播的，故C錯誤；
D.電磁波的傳播不需要介質，電磁波可以傳遞信息，北斗衛星導航系統通過電磁波提供定位服務的，故D正確。
故選：D。
D
(西寧中考) 能源、信息和材枓是現代社會發展的三大支柱。下列說法錯誤的是（　）
A.在倡導“節能環保”“低碳生活”的今天，人類特別重視太陽能的利用
B.超導材料可應用于電飯鍋和遠距離輸電線
C.導航導航傳遞信息過程中主要依靠電磁波
D.光纖具有抗干擾、信號衰減小的特點，適用于遠距離、大容量信息傳輸
B
【解析】
A、理想能源應滿足幾個特點：環保，來源廣泛，容易轉化。太陽能是理想能源，在倡導“節能環保”、“低碳生活”的今天，注重新能源、理想能源的使用，故A正確。
B、超導體的電阻為0，電飯鍋的電熱絲需要將電能轉化為內能，電阻為零無法將電能轉化為內能。故B錯誤。
C、衛星和地面的聯系靠電磁波，將圖片和聲音等信號調制到電磁波上，把電磁波當成載體發射回地面。故C正確。
D、光纖通信是利用激光從光導纖維的一端射入，在內壁上多次反射，從另一端射出，這樣就把它攜帶的信息傳到遠方，具有抗干擾、信號衰減小的特點，適用于遠距離、大容量信息傳輸。故D正確。
故選：B。
考點三 能量轉化和守恒定律
1.內容
能量既不會憑空消失，也不會憑空產生，它只會從一種形式______為其他形式，或者從一個物體________到另一個物體，而在轉化和轉移的過程中，能量的總量_____________。
2.能的轉化是通過物體做功來實現的。能的轉化過程中，能量的形式發生了改變。示例：____________________________________________。
3.能的轉移過程中能量的形式沒有發生變化。
示例：_____________________________________________________。
4.能量的轉化和轉移是有__________性的。
轉化
轉移
保持不變
汽油機在做功沖程中，將內能轉化為機械能
在熱傳遞過程中，熱量從高溫物體轉移到低溫物體
方向


注意
能量轉化和守恒定律不同于機械能守恒定律。所有的能量轉化和轉移過程，都遵循能量轉化和守恒定律，即能量的轉化和轉移是無條件的，而機械能轉化過程中的守恒是有一定條件的。
考點四 能源與可持續發展
1.能源的分類
（1）按開發利用狀況分類：
①常規能源：如：煤、石油、天然氣等；
②________________：如：核能、地熱能、海洋能、太陽能、風能。
（2）按消耗后是否_____________從自然界得到補充來分類：
①___________________：如：太陽能、地熱、水能、風能、生物能、海洋能；
②不可再生能源：如：煤、石油、天然氣、核能。
（3）按能源的來源分類：
①____________________________：直接來自自然界的能源。如：煤、石油、天然氣、水能、風能、核能等。
②____________________________：利用一次能源為原料，經過人類加工的能源。如：沼氣、汽油、柴油、焦炭、電能等。
新能源
源源不斷
可再生能源
一次能源
二次能源
2.新能源
（1）核能
①兩種利用方式：__________和_________。
②應用：原子彈是利用核_____變的原理制成的；氫彈是利用核____變的原理制成的；____________是安全利用核能的一個重要方向，是可控的核裂變反應，核心設備是核反應堆。
（2）太陽能
①特點：一種既無_________又取之不盡的能源。
②利用方式：一是光轉化為_______，例如太陽能電池；二是光轉化為____________，例如太陽能集熱器。
（3）其他新能源：地熱能、潮汐能、風能等。
核聚變
核裂變
裂
聚
核電站
污染
電能
內能


注意
（1）核能屬于不可再生能源，是二次能源，是新能源；
（2）核裂變時發生鏈式反應，核聚變時發生熱核反應；
（3）太陽能是因為在太陽內部，氫原子核發生核聚變，釋放出巨大能量而產生的。
(吉林中考) 十九大報告中提出：“綠水青山就是金山銀山”，倡導保護環境。光伏發電站的推廣實現了將________________轉化為電能，這種綠色能源具有______________________的優點。
　
　太陽能　
　清潔無污染　
【解析】
利用光伏發電時，將太陽能轉化為電能，實現了太陽能到電能的轉化；
太陽能發電具有清潔無污染（或環保；節能；取之不盡，用之不竭）等優點。
(遵義中考) 下列有關材料、能源、信息的說法正確的是（　　）
A.天然氣屬于可再生能源
B.手機充電過程中將化學能轉化為電能
C.手機通話是利用超聲波傳送
D.半導體材料可制成二極管、三極管等元件
【解析】天然氣在地球上的儲量是有限的，利用之后無法再生，屬于不可再生能源，故A錯誤；手機充電時，電能轉化為化學能，手機在工作時，儲存在電池內的化學能轉化為電能，故B錯誤；手機就是利用電磁波的發射和接收來實現信息傳遞的，故C錯誤；二極管、三極管都是半導體材料鍺、硅等制作而成的，故D正確。
D
(淄博中考) 關于信息和能源的說法，正確的是（　　）
A.手機掃碼支付是利用超聲波傳遞信息的
B.光在光導纖維內壁上多次折射傳遞信息
C.化石能源和核能都屬于不可再生能源
D.核反應堆通過可控聚變反應釋放核能
C
【解析】手機掃碼支付是利用電磁波來傳遞信息，故A錯誤；光纖通信是利用激光從光纖的一端射入，在內壁上多次反射后在另一端放射出來，然后在接收端，檢測器收到光信號后把它變換成電信號，經解調后恢復原信息，故B錯誤；化石能源、核能屬于不可再生能源，故C正確；核能發電是利用鈾原子核裂變時放出的核能來發電的，故D錯誤。
（黃石中考）下列關于能量轉化與能源，說法不正確的是（ ）
A. 電風扇通過電動機，能將電能轉化為風能
B. 電磁感應現象中，有其他形式的能量轉化為電能
C. 地熱、天然氣、電能都屬于二次能源
D. 雖然能量是守恒的，但是我們仍需節約能源
C
【解析】電風扇通過電動機做功，消耗電能，獲得機械能，即將電能轉化為機械能，故A正確；在電磁感應現象中，導體做切割磁感線運動，產生感應電流，是機械能轉化為電能，故B正確；地熱、天然氣直接從自然界獲得，屬于一次能源，電能要由其它能源轉化而來，屬于二次能源，故C錯誤；雖然能量是守恒的，但是能量的轉化和轉移都是具有方向性的，因而人類可利用的資源仍是有限的，所以我們仍要注意節約能源，故D正確。

分析某過程中能量轉化的步驟：
（1）明確研究的對象和所要研究的過程。
（2）物體在起始位置所具有的能量的形式。
（3）物體在最終位置所具有的能量的形式。
（4）物體在運動中是否有內能或其他不易察覺的能量產生和轉化。

解題小竅門
(武漢中考)　關于能量和能源，下列說法錯誤的是（　　）
A.電能必須通過消耗一次能源才能得到，是二次能源
B.我們今天使用的煤、石油、天然氣，都是化石能源
C.能量的轉化和轉移有時是有方向性的
D.自然界的能量是守恒的，它既不能創生，也不會消滅
C
【分析】
（1）能從自然界直接獲取的是一次能源，需要通過一次能源的消耗來獲得的能源，叫二次能源；
（2）化石能源是指由遠古時代的動植物在地殼中經過幾億年轉化而來的燃料；
（3）能量的轉化和轉移都是有方向性的；
（4）在能的轉化和轉移的過程中，能量的總量保持不變，這就是能量守恒定律。
【解析】
A.電能需通過消耗一次能源才能獲得，叫做二次能源，故A正確；
B.化石能源是指由遠古時代的動植物在地殼中經過幾億年轉化而來的燃料，包括石油、煤和天然氣，故B正確；
C.內能不能自動地從低溫物體轉移到高溫物體，汽車制動時，由于摩擦動能轉化為內能，這些內能不能自動地用來再次開動汽車，這些例子都說明了能量的轉化和轉移總是具有方向性，故C錯誤；
D、能量既不能創生，也不會消滅。在能的轉化和轉移的過程中，能量的總量保持不變，故D正確。
故選：C。
【點評】
本題考查了多方面的知識，綜合性較強，但都是一些基礎知識，是中考常見題型
謝謝觀看！




GPS－全球定位系統
一、發展歷史
五十年代未，原蘇聯發射了人類的第一顆人造地球衛星，美國科學家在對其的跟蹤研究中，發現了多普勒頻移現象，并利用該原理促成了多普勒衛星導航定位系統TRANsIT的建成，在軍事和民用方面取得了極大的成功，是導航定位史上的一次飛躍，我國也曾引進了多臺多普勒接收機，應用于海島聯測、地球勘探等領域。但由于多普勒衛星軌道高度低、信號載波頻率低，軌道精度難以提高，使得定位精度較低，以滿足大地測量或工程測量的要求，更不可能用于天文地球動力學研究。為了提高衛星定位的精度，美國從1973 年開始籌建全球定位系統GPS （Global Positioning System）。在進過了方案論證、系統試驗階段后，于1989年開始發射正式工作衛星，并于1994年全部建成，投入使用，歷時20年，耗資200億美元，是具有在海、陸、空進行全方位實時三維導航與定位能力的新一代衛星導航與定位系統。
二、基本組成
GPS系統包括三大部分：空間星座部分---GPS衛星；地面控制部分---地面監控系統；用戶設備部分---GPS信號接收機。
1. 空間星座部分
按目前的方案，全球定位系統的空間部分使用21顆工作衛星和3顆在軌備用衛星組成GPS衛星星座，記作（21+3）GPS星座，高度約2.02萬千米，均為近圓形軌道，運行周期約為11小時58分，分布在六個軌道面上（每軌道面四顆），軌道傾角為55度。衛星的分布使得在全球的任何地方，任何時間都可觀測到四顆以上的衛星，并能保持良好定位解算精度的幾何圖形（DOP）。這就提供了在時間上連續的全球導航能力。
衛星向地面發射兩個波段的載波信號，載波信號頻率分別為1575.442兆 赫茲（L1波段）和1227.6兆赫茲（L2波段），衛星上安裝了精度很高的原子鐘，以確保頻率的穩定性，在載波上調制有表示衛星位置 的廣播星歷，用于測距的C/A碼和P碼，以及其它系統信息，能在全球范圍內，向任意多用 戶提供高精度的、全天候的、連續的、實時的三維測速、三維定位和授時。
2. 地面控制部分
GPS系統的控制部分由設在美國本土的四個監控站、一個上行注入站和一個主控站組成。監控站的主要任務是取得衛星觀測數據并將這些數據傳送至主控站。
主控站設在范登堡空軍基地，主要任務是收集各監控站對GPS衛星的全部觀測數據，利用這些數據計算每顆GPS衛星的軌道和衛星鐘改正值。
上行注入站也設在范登堡空軍基地，它的任務主要是在每顆衛星運行至上空時把這類導航數據及主控站的指令注入到衛星。
3. 用戶設備部分
用戶接收機：GPS 接收機能夠捕獲到按一定衛星高度截止角所選擇的待測衛星的信號， 并跟蹤這些衛星的運行，對所接收到的GPS信號進行變換、放大和處理，以便測量出GPS信號從衛星 到接收機天線的傳播時間，解譯出GPS衛星所發送的導航電文，實時地計算出用戶接收機所處的三維位置，位置，甚至三維速度和時間。
GPS衛星發送的導航定位信號，是一種可供無數用戶共享的信息資源。對于陸地、海洋和空間的廣大用戶，只要用戶擁有能夠接收、跟蹤、變換和測量GPS信號的接收設備，即GPS信號接收機。可以在任何時候用GPS信號進行導航定位測量。根據使用目的的不同，用戶要求的GPS信號接收機也各有差異。目前世界上已有幾十家工廠生產GPS接收機，產品也有幾百種。這些產品可以按照原理、用途、功能等來分類。
三、定位原理
按定位方式，GPS定位分為單點定位和相對定位（差分定位）。單點定位就是根據一臺接收機的觀測數據來確定接收機位置的方式，它只能采用偽距觀測量，可用于車船等的概略導航定位。相對定位（差分定位）是根據兩臺以上接收機的觀測數據來確定觀測點之間的相對位置的方法，它既可采用偽距觀測量也可采用相位觀測量，大地測量或工程測量均應采用相位觀測值進行相對定位。
在GPS觀測量中包含了衛星和接收機的鐘差、大氣傳播延遲、多路徑效應等誤差，在定位計算時還要受到衛星廣播星歷誤差的影響，在進行相對定位時大部分公共誤差被抵消或削弱，因此定位精度將大大提高，雙頻接收機可以根據兩個頻率的觀測量抵消大氣中電離層誤差的主要部分，在精度要求高，接收機間距離較遠時（大氣有明顯差別），應選用雙頻接收機。
由于衛星的位置精確可知，在GPS觀測中，我們可得到衛星到接收機的距離，利用三維坐標中的距離公式，利用3顆衛星，就可以組成3個方程式，解出觀測點的位置（X,Y,Z）。考慮到衛星的時鐘與接收機時鐘之間的誤差，實際上有4個未知數，X、Y、Z和鐘差，因而需要引入第4顆衛星，形成4個方程式進行求解，從而得到觀測點的經緯度和高程。
事實上，接收機往往可以鎖住4顆以上的衛星，這時，接收機可按衛星的星座分布分成若干組，每組4顆，然后通過算法挑選出誤差最小的一組用作定位，從而提高精度。
由于衛星運行軌道、衛星時鐘存在誤差，大氣對流層、電離層對信號的影響，以及人為的SA保護政策，使得民用GPS的定位精度只有100米。為提高定位精度，普遍采用差分GPS（DGPS）技術，建立基準站（差分臺）進行GPS觀測，利用已知的基準站精確坐標，與觀測值進行比較，從而得出一修正數，并對外發布。接收機收到該修正數后，與自身的觀測值進行比較，消去大部分誤差，得到一個比較準確的位置。實驗表明，利用差分GPS，定位精度可提高到5米。
（１）偽距法：一般民用導航使用
　　GPS接收機根據接收所選衛星發來得導航信息和星鐘校正參數的時間，能算出接收機到衛星的"距離"如果測量到三顆衛星的"距離"：，則分別以三顆衛星發射時刻的衛星位置（按發射的星歷參數確定）為中心，根據測得的"距離"畫出三個球，其交點便是用戶的三維位置。
　　但是由于接收機的本機鐘對星載原子鐘存在偏差，上面所測的"距離"并不能代表衛星到接收機的真實距離。人們把這種距離稱做"偽距離"（簡稱偽距），偽距法由此得來,對第I顆星來說，偽距RI的表達式為：
RI=Ri+c△tai+c(△tui-△tsi)
式中：Ri ---真距， c---光速， △tai---信號傳播延時，
△tui---用戶鐘相對于GPS時間的偏差， △tsi---衛星鐘相對于GPS時間的偏差。
正因為用戶鐘與GPS時間不能精確同步，故每次測量總會有一個固定的偏差，這種偏差使定位產生不定性。如果我們再測量一個到第四顆衛星的偽距，則這時由用戶鐘偏差造成的定位不定性就產生一個由四個相交球面所圍成的誤差體積。我們從每個偽距測量中加上或減去這個固定值就消去了該固定體積，結果得到四個球面相交與一點，這就是用戶的三維位置。實際上，這只要觀測至四顆衛星的偽距并接收衛星的導航信息，解算四個方程就可得到。這種方法主要用于實時導航
（２）差分法：GPS定位是利用一組衛星的偽距、星歷、衛星發射時間等觀測量來實現的，同時還必須知道用戶鐘差。因此，要獲得地面點的三維坐標，必須對4顆衛星進行測量。
在這一定位過程中，存在著三部分誤差。一部分是對每一個用戶接收機所公有的，例如，衛星鐘誤差、星歷誤差、電離層誤差、對流層誤差等；第二部分為不能由用戶測量或由校正模型來計算的傳播延遲誤差；第三部分為各用戶接收機所固有的誤差，例如內部噪聲、通道延遲、多徑效應等。利用差分技術，第一部分誤差完全可以消除，第二部分誤差大部分可以消除，其主要取決于基準接收機和用戶接收機的距離，第三部分誤差則無法消除。
差分工作時需要一部位于已知精確位置的差分基準接收機，它對由GPS導出的解（位置或距離數據）與基準臺（接收機）已知位置或距離數據比較，然后將修正項發給用戶，以便修正用戶本身的解。DGPS可消去公共性誤差（衛星誤差、大氣層效應誤差）。由于SA對測量的影響像一種慢變化的偏差，在近距離內相同，故差分校正也可將其消去。工作時，在一個地區（可達幾百公里范圍）設置一臺差分基準臺即可。利用C/A碼可獲得米級的定時定位精度，而利用載波相位數據可達毫米級。
（3）雙頻法：在GPS觀測量中包含了衛星和接收機的鐘差、大氣傳播延遲、多路徑效應等誤差，在定位計算時還要受到衛星廣播星歷誤差的影響，在進行相對定位時大部分公共誤差被抵消或削弱，因此定位精度將大大提高，雙頻接收機可以根據兩個頻率的觀測量抵消大氣中電離層誤差的主要部分，在精度要求高，接收機間距離較遠時（大氣有明顯差別），應選用雙頻接收機。
（４）其它：其他提高精度技術：
　　有聯測定位技術；偽衛星技術；無碼GPS技術；GPS測角技術；精密星歷使用技術；反SA技術；GPS/GLONASS組合接收技術；GPS組合導航技術等。
四、應用領域
GPS的應用領域：
（1）民用領域
　　車輛自導航：
　　車船管理調度－在出租車行業、長途運輸業、租車服務業等將能夠對車輛進行跟蹤、調度管理。在擁擠的停車場、火車調度場能夠準確地確定車輛的位置，有效地調動車輛。，郵遞服務，民航運輸，
郵遞服務：對重要的貨物、包裹與信函等進行跟蹤、引導與保護。對貨場物品入庫與出庫的調度能有效地確定貨物的存放地點，提高出貨效率，增加管理手段、避免積壓。
民航運輸：使飛機著陸時駕駛員通過儀表操作對準跑道。
漁業生產：GPS能滿足漁獵對定位的要求。同時能為捕魚船隊在法律上避免發生捕魚邊界的糾紛，提高在經濟專屬區的作業效率。
公路水路維護：能準確地引導維護人員調查需維護的交通設施。
火警、警察、救護的應急調遣：提高緊急事件處理部門對火災現場、犯罪現場、交通事故現場、交通堵塞等緊急事件的響應效率。
E－911：美國通訊委員會（FCC）要求將所有的移動電話安裝無線電定位裝置，以便用戶在通過移動電話向911請求幫助時可找到用戶位置，實現快速援助。GPS將是滿足FCC要求的一種精確、成本低廉的方式。
搜索與求援：將更加有效地對在人跡罕至、條件惡劣的航海、登山探險、滑雪、沙漠作業中失蹤的人員進行求援搜索。
道路支持：車在路上壞了時，將提高救援車輛找到你的效率。
突發事件臨戰狀態準備：如在洪水發生時，需要快速地為救災工作做好準備，如繪制洪水邊界圖、排洪國界圖、排洪通道、防洪大堤的調查。
可隨時查找運輸車輛的當前位置，可獲得車輛的定位數據和狀態信息。
實施跟蹤一個或多個指定的運輸車輛，使它們落在電子地圖的窗口內。
可設定跟蹤優先級和時間間隔對目標進行跟蹤。
對車輛跟蹤形成直觀的運行軌跡。
（2）軍用領域
GPS是自動化指揮系統、先進武器系統及新的戰役戰術理論的一項關鍵性基本保障技術，能為地面車輛、人員以及航空、航海、航天等領域的飛機、船只、潛艇、衛星、航天飛機進行導航定位；武器發射、偵察、飛機進場著陸、交通管制、搜索營救，戰場部隊、車輛以及單兵定位；精確制導導彈打擊目標坐標定位及彈道導引。
五、GPS系統主要特點
1. GPS系統的實時導航定位精度很高。美國在1992年起實行了所謂的SA政策，即降低廣播星歷中衛星位置的精度，降低星鐘改正數的精度，對衛星基準頻率加上高頻的抖動（使偽距和相位的量測精度降低），后又實行了A-S政策，即將P碼改變為Y碼，即對精密偽距測量進一步限制，而美國軍方和特許用戶不受這些政策的影響，但美國為了獲得更大的商業利益，這些政策終將被取消
2. 全球全天候連續無源。GPS能為全球任何地點或近地空間的各類用戶提供連續的全天候全球導航能力。用戶不發射信號，因而用戶數量無限。
3. 用途廣泛。GPS是軍民兩用的系統，其應用范圍將極其廣泛。
它以全天候、高精度、 自動化、高效益等顯著特點，成功地應用于大地測量、工程測量、航空攝影測量、運載工具導航和管制、地殼運動監測、工程變形監測、資源勘察、地球動力學等多種學科。
六、GPS的干擾問題
GPS信號很弱，易于干擾。一家俄羅斯公司提供的一種4瓦功率的手持GPS干擾機，不到4000美元就買得到。如果從零售電子商店購買部件組裝，花400美元就可以造一個干擾半徑16千米以上的干擾機。
伊拉克戰爭開戰之前，美國就已經預料到伊拉克方面會干擾GPS信號。美國其實早已經給其GPS炸彈和導彈裝載了抗干擾技術，使這些GPS導引的武器能夠在干擾的情況下繼續使用GPS信號；即使GPS信號丟失，這些武器還可以使用自身的其它導引系統如慣性導航、激光制導等，使自己到達目標。
不過，美國軍方以及軍事分析家都認為，GPS導引武器的精度還依賴人的因素。操作手用GPS進行精確瞄準的能力，取決于他獲得精確情報的能力。
作為GPS現代化計劃和NAVWAR計劃的組成部分，美國正在研究各種變通辦法。最明顯的一個提高抗干擾性能的方法是提供來自GPS衛星的發射功率。
NAVSTAR GPS聯合項目辦公室系統項目主管2002年5月宣布，根據目前的發射計劃，GPS的衛星信號將在2009年內得到有效的加強。到2003年或2004年空軍將開始發射比目前軌道上的衛星信號強10分貝的GPS衛星。然而GPS用戶必須一次從四個衛星上得到信號。2003財年預算包含了加強GPS信號的資金。如果得到國會通過，首顆具有更強信號的衛星將在2003年后半年或2004年前期發射。目前的星座包括4顆Block II衛星、18顆Block IIA和6顆Block IIR。另外26個GPS-IIF和IIR衛星正在制造中，其中至少20顆的信號得到加強。首顆Block IIF衛星將在2005年晚些時候發射。
提高GPS衛星的發射功率還不能解決抗干擾的全部問題，還必須提高海陸空用戶端的GPS抗干擾能力。用戶設備抗干擾技術主要分成兩類：
(1) 一類是能夠在保持或放大GPS信號的同時降低干擾機功率；
(2) 另一類是通過接收機內的先進信號處理(即處理增益)來提高信噪比。
在降低干擾機功率的先進技術中，最有前景的是原本研制用于雷達的一種技術，即所謂空間-時間自適應處理。本技法的一個相近變種是空間-頻率自適應處理，在頻域提供等效的處理。這些技法有希望是因為它們協調運用了空間與時間資源去最優地攻擊多個干擾機。









辨析電磁波、光和無線電波
　　學習電磁波時，不少同學把電磁波、光、無線電波混為一談，也有的同學把它們完全割裂開來，這些都是不正確的。下面我們一起來辨析一下三者的關系。
　　一、認識有關電磁波的幾個物理量
　　在快速變化的電流周圍會產生電磁波，為了描述電磁波的特征，科學家們引入了頻率、波長、波速三個物理參數，其概念與關系見下表：
物理量 概念 單位
頻率（f） 電磁波1s振蕩的次數 赫茲（Hz）
波長（λ） 電磁波每振蕩一次向前傳播的距離 米（m）
波速（c） 電磁波每1s向前傳播的距離 米/秒（m/s）
三者關系 C=λf（波速=波長×頻率）
　　電磁波產生之后，傳播時不需要任何介質，在真空中也能傳播，其在真空中傳播速度為固定值，是宇宙中物質運動的最快速度，與光速相同，數值為3×108m/s。電磁波是個大家族，根據波長的大小，分為短波、中波、長波、微波、紅外線、可見光、紫外線、Χ射線、γ射線等。
電磁波譜
　　二、電磁波與光
　　從電磁波的分類可以看出：電磁波的范圍要廣泛得多，電磁波中包含著光，而光僅僅是電磁波中的一部分，包括紅外線、可見光、紫外線，是一種波長相對較短，頻率相對較高的電磁波，其波長在10-3m到10-8m之間、頻率在3×105MHz到3×1010MHz之間。
　　三、電磁波與無線電波
　　頻率在數百千赫茲到數百兆赫茲之間的電磁波叫做無線電波，它包括短波、中波、長波、微波，無線電波也僅僅是電磁波的一部分，但電磁波不僅僅只有無線電波，僅僅只有頻率相對較低的一部分電磁波才叫無線電波。
　　其中無線電波的波段表見下：

　　無線電波廣泛地應用于無線電通訊、廣播、電視等方面，無線電波的發射和接受通過天線實現，其傳播分為三種途徑：
　　地波　沿地球表面空間傳播的無線電波叫做地波。由于地面上有高低不平的山坡和房屋等障礙物，只有能繞過這些障礙物的無線電波，才能被各處的接收機收到。當波長大于或相當于障礙物的尺寸時，就可以繞過障礙物到達它們的后面。地面上的障礙物尺寸一般不大，長波可以相當容易地繞過它們，中波和中短波也能較好地繞過去，短波和微波由于波長較短，很難繞過它們。由于地球是一個大導體，地球表面會因地波的傳播引起感應電流，因此地波在傳播過程中要損失能量，頻率越高損失的能量也越多，所以地波主要適用于長波、中波和中短波。
　　天波　依靠電離層的反射來傳播的無線電波叫做天波。地面上空的氣體分子由于受到太陽的照射而發生電離，大氣中一部分中性的氣體分子分解為帶正電的離子和自由電子，該層大氣就是電離層。電離層對于不同波長的電磁波的反射和吸收表現不同的特性，波長越長，吸收越強反射越弱，因此短波最適宜以天波的形式傳播。
　　微波　微波是由于頻率高、波長短，它既不能以地波的形式傳播，又不能依靠天波的形式傳播，和光一樣，沿直線傳播。由于地球表面是球形的，微波沿直線傳播的距離不大，一般只有幾十千米。在進行遠距離通信時，要有中繼站。由某地發射出去的微波，被中繼站接收，并加以放大、處理，再傳向下一站，像接力賽那樣，一站傳一站，經過很多中繼站可以把電信號傳到遠方。
　　










地球上的能源
自然界蘊藏著極其豐富的能量。大風攜帶著巨大的能量，席卷大地；海浪以排山倒海之勢，沖向海岸。據科學家估計，地球上的風能大約是全世界燃煤總量的1 000倍，可惜人類還沒有利用多少。
　　水流也具有大量的能。洪水到來，能把成片的村莊推倒淹沒。人們修建各種水利工程，不但可以防止水害，而且可以利用水能為人民服務。據調查，目前世界上還有大部分水力資源沒有得到利用。
　　煤是我國最常用的能源。我國現已探明的煤炭儲量為6 500億噸。優先開采煤炭，讓沉睡地下的“黑色金子”為人類服務。
　　石油和天然氣是當前世界上的重要能源。我國可供找油找氣的沉積巖面積，陸地上有420萬平方公里，沿海大陸架有130萬平方公里，估計總儲量在3 001億～6 001億噸。現在已探明的僅幾十億噸，所以是大有開發前途的。
　　風能、水流能、燃料能等等，都是由太陽輻射能轉化而來的。太陽光照到植物上，植物吸收了太陽能，轉化成化學能，貯存在植物體內。煤和石油都是由古代生物演變而來的。因此，可以說太陽能是我們人類和地球的主要能源，有人估計，如果把一個長300千米，寬100千米的沙漠地帶一年里所接受的太陽能全部利用起來，就可以滿足全世界目前一年里對能量的需要！
　　地球內部也儲有巨大的能量。1883年印度尼西亞的喀拉喀托火山爆發，火山灰直沖到27千米的高空。這是地球內部能量的一次釋放，比原子彈的威力要大得多。
　　大地震釋放的能量更是驚人。一次七級地震釋放出的能量大約是2×1015焦耳，相當于5.5億千瓦時電，一次最大的地震釋放出的能量，相當于一座100萬千瓦的發電廠工作二、三十年發出的總電量！
　　地球內部還儲存著大量的熱能和原子能、大海里也儲存著許多能量。總之，地球蘊藏著豐富的能量，等待著我們去開發利用。










電磁輻射的危害與防護
一、電磁輻射
電磁輻射是電磁能量以電磁波的形式通過空間傳播的現象，它的傳播速度即為人們通常所說的光速。電磁輻射可按其波長、頻率排列成若干頻率段，形成電磁波譜。頻率越高該輻射的量子能量越大，其生物學作用也越強。
電磁輻射源可以分為自然電磁輻射源和人為電磁輻射源（高頻感應加熱設備、高頻介質加熱設備、短波和超短波理療設備、微波發射設備和無線電廣播與通訊等各種射頻設備）。雷電、太陽黑子活動、宇宙射線等都產生電磁輻射，這是自然電磁輻射源；而人為的電磁輻射源主要有各類無線電設備，如移動電話機、無線對講機、室內無線電話、廣播電視發射機、微波和衛星通信裝置、雷達、無線電遙控器等，也包括工業、科學和醫療設備，如微波爐、高頻護眼燈、醫療磁共振設備、氦弧焊機、射頻電熱器、高頻熱合機、交流高電壓輸電線、轉換開關、電動機、發電機、電視機、計算機等。電磁輻射由電磁發射引起的，可以說所有的用電器都會產生電磁輻射。
二、電磁輻射的危害
電磁污染已被公認為排在大氣污染、水質污染、噪音污染之后的第四大公害。聯合國人類環境大會將電磁輻射列入必須控制的主要污染物之一。據國外資料顯示，電磁輻射已成為當今危害人類健康的致病源之一。1998年世界衛生組織列出電磁輻射對人體的五大影響：
1．電磁輻射是心血管病、糖尿病、癌突變的主要誘因；
2．電磁輻射對人體生殖系統、神經系統、免疫系統造成傷害；
3．電磁輻射是孕婦流產、不育、畸胎等病變的誘發因素；
4．電磁輻射直接影響兒童的發育、骨髓發育、導致視力下降、視網膜脫落，肝臟造血功能下降；
5．電磁輻射可使女性內分泌紊亂，月經失調。
三、常用電器的電磁輻射防護知識
（一）手機
1．在接電話時最好先把手機拿到離身體較遠的距離接通，然后再放到耳邊通話。此外，盡量不要用手機聊天，睡覺時也注意不要把手機放在枕頭邊。
2．莫把手機掛胸前，研究表明，手機掛在胸前，會對心臟和內分泌系統產生一定影響。即使在輻射較小的待機狀態下，手機周圍的電磁波輻射也會對人體造成傷害。心臟功能不全、心律不齊的人尤其要注意不能把手機掛在胸前。
3．手機使用者盡量讓手機遠離腰、腹部，不要將手機掛在腰上或放在大衣口袋里。當使用者在辦公室、家中或車上時，最好把手機擺在一邊。外出時可以把手機放在皮包里，這樣離身體較遠。使用耳機來接聽手機也能有效減少手機輻射的影響。盡量少打，盡量用耳機，連續通話不要超過30分鐘。
（二）電腦
1．在電腦旁放上幾盆仙人掌，可以有效地吸收輻射。
2．每天上午喝2～3杯的綠茶，吃一個橘子。如果不習慣喝綠茶，菊花茶同樣也能起著抵抗電腦輻射和調節身體功能的作用，螺旋藻、沙棘油也具有抗輻射的作用。
3．使用電腦后，臉上會吸附不少電磁輻射的顆粒，要及時用清水洗臉，這樣將使所受輻射減輕70%以上。
4．操作電腦時最好在顯示屏上安一塊電腦專用濾色板以減輕輻射的危害，室內不要放置閑雜金屬物品，以免形成電磁波的再次發射。使用電腦時，要調整好屏幕的亮度，一般來說，屏幕亮度越大，電磁輻射越強，反之越小。不過，也不能調得太暗，以免因亮度太小而影響效果，且易造成眼睛疲勞。
5．應盡可能購買新款的電腦，不要使用舊電腦，舊電腦的輻射一般較厲害，在同距離、同類機型的條件下，一般是新電腦的1～2倍。
6．電腦擺放位置很重要。盡量別讓屏幕的背面朝著有人的地方，因為電腦輻射最強的是背面，其次為左右兩側，屏幕的正面反而輻射最弱。以能看清楚字為準，至少也要50～75厘米的距離，這樣可以減少電磁輻射的傷害。
7．注意室內通風。科學研究證實，電腦的熒屏能產生一種叫溴化二苯并呋喃的致癌物質。所以，放置電腦的房間最好能安裝換氣扇。
8．盡量避免在電腦前連續超過3個小時，中間要休息一會。
（三）電磁爐
1．從選鍋入手。理想的電磁爐專用鍋具應該是以鐵和鋼制品為主，因為這一類鐵磁性材料會使加熱過程中加熱負載(鍋體及爐具)與感應渦流相匹配，能量轉換率高，相對來說磁場外泄較少。而陶瓷鍋、鋁鍋等則達不到這樣的效果，對健康的威脅也更大一些。
2．在使用時要注意盡量和電磁爐保持距離，不要靠得過近。電磁爐與微波爐使用時的注意事項比較相似，靠得越近則越容易被輻射，通常與電磁爐保持20厘米以上的距離較為安全。
3．使用電磁爐的時間不要過長，如果經常較長時間地使用電磁爐，應盡可能選擇有金屬隔板遮蔽的。因為在正常情況下，電磁爐若放在金屬隔板下方，電磁輻射明顯較低，隔離設計不佳或直接把電磁爐放在桌面上，輻射量會相應地增大很多。這也要求我們在購買電磁爐的時候盡量選擇有品質保證，設計較為合理安全的名牌產品。而購買電磁爐的一個重要環節就是一定要向銷售商索要電磁感應強度測試報告，通過這個報告來對比選擇低場強的產品。
4．廚房里面的配套設施也非常重要，在條件允許的情況下，您可以準備一件不銹鋼纖維制作的防電磁圍裙，準備一對防電磁輻射的手套，這些細小的準備也可以讓您在廚房中更加安全。
（四）其他家用電器
1．電冰箱──冰箱工作時，后側方或下方的散熱管線釋放的磁場高出前方幾十甚至幾百倍。散熱管灰塵太多也會對電磁輻射有影響，灰塵越多輻射就越強。
防護辦法：不要把冰箱放在客廳等人們經常逗留的場所。冰箱工作時，盡量避免靠近它。要經常用吸塵器把散熱管上的灰塵吸掉。
2．微波爐──它是利用微波具有的熱效應，通過振動食物內水分子的過程，達到加熱或煮熟食物的目的。距離微波爐15厘米處磁場強度為100-300毫高斯（MG），是各種家電中最強的。它會誘發白內障，導致大腦異常，還會影響生殖能力。 防護辦法：要選擇正規廠家的產品。微波爐工作時，最好不要與其同處一室；停止工作時，過一兩分鐘再打開。最好使用防護罩。
3．電熱毯──由于長時間與人體密切接觸，會使休息狀態的細胞長時間處于電磁輻射中，從而引起健康障礙。有檢測報告認為，使用電熱毯的孕婦發生流產等異常現象的比率，高于不使用電熱毯的孕婦。防護辦法：選擇正規廠家的合格品。縮短使用時間，最好在入睡和起床前后使用，避免通宵達旦。使用一定年限后要及時棄舊換新。孕婦最好不用。
4．電視機──電視機不宜與其他電器擺設得過于集中，使自己暴露在超劑量輻射的危險中；電視機與人的距離至少應在2米以外，不應離屏幕太近；電視機與其他電器最好不要擺放在臥室。










赫茲發現電磁波
1887年，赫茲首先發現并驗證了電磁波的存在。當時，年僅29 歲。赫茲的重大發現，不但為無線電通信創造了條件，并且從電磁波的傳播規律，確定電磁波和光波一樣，具有反射、折射和偏振等性質，驗證了麥克斯韋關于光是一種電磁波的理論推測。
19世紀60年代，麥克斯韋提出電磁場的理論，并從理論上推測到電磁波的存在，可惜他英年早逝，只活了48歲，未能用實驗來證明自己推測的正確性。當時，沒有人能理解麥克斯韋的學說，因此，他的功績生前并未得到重視。直到他死后近10年，赫茲發現并證明了電磁波存在后，人們才意識到麥克斯韋理論的重要性。如果把電磁理論的建立比做一座宏偉的大廈，那么，為這座大廈奠定了堅實地基的是法拉第；在堅實的地基上建成這座大廈的是麥克斯韋；為這座雄偉的大廈進行內部裝修，使它能夠最后被人們廣泛使用的是赫茲。人們為了紀念這位年輕的科學家為人類做出的不朽功勛，用麥克斯韋的名字來命名物理學和數學的一些概念，并采用“赫茲”作為頻率的單位。
1857年2月22日，亨利希·赫茲生于德國漢堡。赫茲在少年時代就顯示了自己非凡的聰明才智，以及出眾的實驗才能。他特別喜歡做力學和光學實驗。為了提高自己的動手功夫，他便利用課余時間去向一位細木工學習手藝，還去向車工師傅學習車工技術，練就了一雙靈巧的手。星期天，赫茲從來不休息，他在學校里學習制圖。有趣的是，后來當他的車工師傅得知赫茲當了物理學教授的消息時，曾帶著惋惜的口吻贊嘆道：“唉！真可惜！赫茲本該是一個多么出色的車工啊！”
1884年秋，赫茲開始攻克他的導師亥姆霍茲提出的柏林科學院懸賞獎的問題，即如何用實驗來證實電磁波的存在呢？他對這個難題進行了無數次實驗，均未取得什么成效。然而，赫茲并沒有灰心，一直思索著解決這道難題的辦法。他幾乎把全部時間都耗在學校實驗室里。在學校的物理實驗室中，有一種叫黎斯螺線管的感應線圈，這種儀器有初級和次級兩個線圈，它們是相互絕緣的。在實驗中，赫茲發現：若給初級線圈輸入脈沖電流，次級線圈的火花隙中便有電火花發生。這種現象立即引起了赫茲的注意，他敏銳地感到，這是一種與聲共振現象相似的快速電磁共振過程。他想，電火花的往返跳躍表明在電極間建立了一個迅速變化的電場和磁場，因為根據尚未被實驗證明的麥克斯韋的電磁理論，變化的場將以電磁波的形式向周圍空間輻射。赫茲斷定：次級線圈中火花隙中的電火花，是因為初級線圈電磁振蕩，次級線圈受到感應的結果。
為了用實驗來證實麥克斯韋高深莫測的電磁場理論，驗證電磁波的確存在，赫茲精心設計了一個電磁波發生器，對“電火花實驗”進行了一系列深入的研究。赫茲用兩塊邊長16英寸的正方形鋅板，每塊鋅板接上一個12英寸長的銅棒，銅棒的一端焊上一個金屬球，將銅棒與感應圈的電極相連。通電時，如果使兩根銅棒上的金屬球靠近，便會看到有火花從一個球跳到另一個球。這些火花表明電流在循環不息，在金屬球之間產生的這種高頻電火花，即電磁波，麥克斯韋的理論認為由此電磁波便會被送到空間去。赫茲為了捕捉這些電磁波，證明它確實被送到了空間，他用一根兩端帶有銅球的銅絲彎成環狀，當作檢波器。他把這個檢波器放到離電磁波發生器10米遠的地方，當電磁波發生器通電后，檢波器銅絲圈兩端的銅球上產生了電火花。這些火花是怎樣產生的呢？赫茲認為：這便是電磁波從發射器發出后，被檢波器捉住了；電磁波不僅產生了，而且傳播了10米遠。
誰也沒有料想到，赫茲竟用如此簡單的自制儀器驗證了麥克斯韋如此深奧的電磁場理論，赫茲的論文出色地解答了1879年亥姆霍茲提出的懸賞難題，由此榮獲柏林學院的科學獎。從此，電磁波的存在得到了確認，再也沒有人懷疑了。










幾種值得研發利用的新能源
常規能源是指人類已經利用了多年的傳統能源，如煤、石油、天然氣等。新能源又稱非常規能源，是傳統能源之外的各種能源形式，指剛開始開發利用或正在積極研究、有待推廣的能源。廣義來說，有別于傳統依靠礦物質原料燃燒的能源都稱之為新能源，如太陽能、風能、水能、生物能、核能、地熱能、海洋能、氫能等。相對于傳統能源，新能源具有污染少、儲量大的特點，對于解決當今世界嚴重的環境污染問題和資源枯竭問題具有重要意義。
目前，除水能的開發利用程度較高外，風能、太陽能、地熱、潮汐能以及生物質能資源的開發利用率非常低。據聯合國預測，到2020年世界能源消費總量中，新能源的比重提高到18—20%，2050年新能源的比重爭取達到50%。實現新能源的轉換，是人類社會和科技進步的一個長期艱巨的奮斗過程，但又是必須從現在立即行動去實施的一項全球共同性的任務。
我國能源產業政策是：積極開發水電，優化建設煤電，加快核電建設，鼓勵新能源和可再生能源發電。在新能源開發方面我國現在有四個第一：水電裝機全球第一，太陽能熱水器的利用規模全球第一，核電在建規模全球第一，風電裝機的增速全球第一。下面介紹的幾種能源，有可能就是未來的理想能源。
一、太陽能
太陽照耀著地球，送來了光，也送來了熱。取之不盡，用之不竭的太陽能是一種可廣泛利用的清潔能源。太陽能的利用有三種方式：一是太陽能轉化為內能，如太陽能熱水器；二是太陽能轉化為電能，如太陽能電池；三是太陽能轉化為化學能，如植物進行光合作用。如圖1a所示是太陽能發電示意簡圖，圖1b所示是我國徐州大型地面光伏電站。

二、風能
風能是一種干凈的、儲量豐富、可再生的能源。風能是地球表面大量空氣流動產生的動能。風能資源決定于風能密度和可利用風能年累計小時數。風能密度是單位迎風面積可獲得的風的功率，與風速的三次方和空氣密度成正比關系。中國陸地10 m高度層的風能總儲量為32.26億千瓦，實際可開發的風能資源儲量為2.53億千瓦，近海風場的可開發風能資源是陸上的3倍，據此，我國可開發的風能資源約為10億千瓦。在風力資源豐富的地方，可利用風車帶動發電機發電。如圖2a所示為風能發電示意簡圖，圖2b所示是聚風型風力發電裝置。

三、生物質能
生物質能是以生物為載體，將太陽能以化學形式貯存的一種能量，它直接或間接地來源于植物的光合作用，其蘊藏量極大，僅地球上的植物，每年生產量就相當于目前人類消耗礦物能的20倍。生物質能是貯存的太陽能，是一種可再生能源，可轉化為常規的固態、液態和氣態燃料。據估計地球每年植物光合作用固定的碳達2×1011噸，含能量達3×1021焦。
生物能的利用方式有：農林生物質發電、沼氣工程、生物質成型燃料、生物質氣化、生物液體燃料等。
1．生物質秸稈燃燒發電：利用農作物秸稈、林木剩余物，通過燃燒來產生熱能、蒸汽或電能。如圖3a所示是一種經過加工的農林廢棄物發電原料

2．生物質氣化發電：將生物質原料加熱，使較高分子量的有機碳氫化合物鏈裂解，變成較低分子量的CO、H2、CH4等可可燃性氣體。生物質氣化后用于電力生產，如集成式生物質氣化器和噴氣式蒸汽燃氣輪機聯合發電裝置。
3．沼氣工程：對農業廢棄物、糞便、污水或城市固體廢物等進行厭氧消化，生產沼氣。利用沼氣是一種燃氣，也可以照明。如圖3b所示是沼氣利用示意簡圖。
4．生物液體燃料：利用農作物可以生產生物柴油、乙醇等液體燃料。
（1）生物柴油：以餐飲業廢油、榨油廠油渣、油料作物為原料生產生物柴油。
（2）乙醇：種植快速成長作物（如高粱、木薯等非糧作物），樹（小桐子等含油植物）、糖與淀粉作物來制造乙醇。但種植這些作物和植物應堅持 “不與民爭糧、不與糧爭地”原則。
四、核能
原子核是可以改變的，而且在有些改變過程中還會釋放出巨大的能量──核能。獲得核能有兩種途徑，一種是原子核的裂變，另一種是原子核的聚變。原子核裂變的能量緩慢釋放控制技術相對原子核的聚變成熟。用人工方法控制核裂變鏈式反應并獲得核能的裝置，叫做核反應堆。核反應堆的用途非常廣泛，可以作為核動力來發電，推進火箭、飛機、潛艇、水面艦艇、淡化海水等。

核能發電是利用核反應堆中核裂變釋放出的熱能進行發電的方式，利用鈾原料進行核分裂連鎖反應所產生的熱，將水加熱成高溫高壓，利用產生的水蒸氣推動蒸汽輪機并帶動發電機。核電站可以大大減少燃料的運輸量。據計算，一個一年耗掉80噸核燃料的發電廠，如果換成煤作燃料大約需要515萬噸。如圖4a為核電站原理示意圖，圖4b是我國大亞灣核電站。
五、水能
水能資源或稱水力資源，指水的動能、勢能和壓力能等能量資源，是自由流動的天然河流的儲力和能量。廣義的水能資源包括河流水能、潮汐水能、波浪能、海流能等能量資源。我國的江河水能理論儲藏量為6.91億千瓦，可開發的水能資源約3.82億千瓦。如圖5a為水力發電示意簡圖，圖5b是我國三峽發電站的大壩。

六、地熱能
地熱能是一種可再生的清潔資源。地熱能是由地殼抽取的天然熱能，這種能量來源于地球內部的熔巖，并以熱力形式存在，是引致火山爆發及地震的能量。高溫的熔巖將附近的地下水加熱，這些加熱了的水最終會滲出地面。

地熱利用主要是建立地熱發電站用于發電、采暖、溫室種植、花卉栽培、地熱水育秧。利用地熱還可以開發溫泉旅游業，建設溫泉賓館或溫泉療養院，應用于療養、保健項目。如圖6a所示是地熱發電結構原理簡圖，圖6b是我國西藏羊八井地熱發電廠，圖6c是羊八井地熱井噴



七、潮汐能
發生潮汐時，大量水流動，蘊含著巨大的能量。潮汐能的利用是發電，讓水流帶動水輪機轉動，繼而帶動發電機發電。如圖7是潮汐能發電原理示意簡圖。

八、氫能
氫氣作為一種可燃氣體，燃燒時可放出熱，與其他燃料相比氫燃燒時最清潔，除生成水和少量氮化氫外不會產生諸如一氧化碳、二氧化碳、碳氫化合物、鉛化物和粉塵顆粒等對環境有害的污染物質，少量的氮化氫經過適當處理也不會污染環境，且燃燒生成的水還可繼續制氫，反復循環使用，產物水無腐蝕性，對設備無損。氫氣在一定壓力和溫度下很容易變成液體，因而將它用鐵罐車、公路拖車或者輪船運輸都很方便。液態的氫既可用作汽車、飛機的燃料，也可用作火箭、導彈的燃料。美國飛往月球的“阿波羅”號宇宙飛船和我國發射人造衛星的長征運載火箭，都是用液態氫作燃料的。如圖8所示是以超導托卡馬克聚變堆為基礎的未來聚變能電站。











淺談新型能源──反物質
組成物質的粒子
　　自古至今人類一直在研究物質的組成成分，直到19世紀末，人們都認為原子是組成物質的不可再分的最小微粒。然而在1897年，英國物理學家J.J.湯姆孫（J.J.Thomson．1856—1940）發現了電子，從而認識到原子是可以分割的。后來陸續發現了質子和中子，從而叩開了原子世界的大門。認為電子、質子和中子是組成物質的最小微粒不可再分，并叫做“基本粒子”。隨著科學的進步，又發現了很多新的粒子及質子和中子也有自己的復雜結構，因而到20世紀后半期起，就將“基本”二字去掉，統稱為“粒子”。

反粒子的發現
　　1928年英國物理學家P.A.M.狄拉克（Paul Adrie Maurice DIRAC，1902-1984）在自己的理論上預言正電子（與電子的質量相同，但電荷卻相反）的存在。時隔不久，美國物理學家C.D.安德森（Anderson，Carl David，1905—1991）1932年在研究宇宙射線在磁場中的偏轉情況時發現了一種前所未知的粒子，而這恰好是狄拉克所預言的正電子也稱反電子。第二年，安德森又用γ射線轟擊方法產生了正電子，從而從實驗上完全證實了正電子的存在。

　　1955年美國物理學家歐文·張伯倫（Owen Cham-berlain，1920-2006）和埃米利奧·吉諾·塞格雷（Emilio Gino Segre，1905-1989）在加速器的實驗中，發現了反質子，即質量和質子相同，帶一個單位負電荷的粒子。1956年他們又發現了反中子，由于反中子不帶電，但它的磁矩對于其自旋是反號的。因此他們共同分享了1959年度諾貝爾物理學獎。

經研究發現，各種粒子都有相應的反粒子存在，這個規律是普遍的。而且粒子與反粒子結合會導致兩者湮滅，因而釋放出高能光子或伽瑪射線。有些粒子的反粒子就是它自己，這種粒子稱為純中性粒子。光子就是一種純中性粒子，光子的反粒子就是光子自己。反粒子的出現進一步展示了物理學的完美對稱性。
反物質
　　粒子可構成物質，自然想到反粒子也可構成反物質。粒子實驗已證實，正反粒子的強作用和電磁作用性質完全一樣，因此反質子和反中子也能結合成帶負電的反原子核，反核和反電子結合在一起，就能組成反原子，進而構成反物質。尋找反物質成為十分重要的科研課題。1998年6月3日由丁肇中主持的在宇宙中尋找反物質研究已有16個國家的科學家參與其中，目前已取得一些重要成果。如果反物質存在，且宇宙中正反物質為等量，延伸起來講，大量反物質可構成自己的恒星和星系。那么這樣的反恒星和反星系就應當存在。這則成為天文學家的重大課題──宇宙中有反恒星和反星系嗎？
反物質能的應用
　　由于反物質是正常物質的反狀態，當正反物質相遇時，雙方就會相互湮滅抵消，發生爆炸并產生巨大能量。將氫和反氫混合湮滅來獲得能量，這種燃料的1％克所產生的推力相當于120噸由液態氫和液態氧組成的傳統燃料。
　　回顧歷史不難發現，任何新的物理現象或新的物質的發現，最先總是想到在軍事上的利用，原子彈的誕生無疑是一個最好的例子，從發現中子鏈式反應到世界上首枚原子彈的爆炸僅用了7年時間。對于反物質，早在剛發現正電子時，就有人想到利用正反物質湮滅反應產生的巨大能量來制造火箭推進器的燃料，由于技術等各方面條件的影響，到80年代以后反物質在軍事上的研究引起各個國家的重視。反物質制造的核武器是目前核武器中威力最強、最重要的一種，遠遠大于氫彈的殺傷力。
　　反物質能潛在且十分誘人的另一用途是用來制造星際航行火箭的超級燃料，很優秀的新型能源。利用反物質能進行星際旅行，還可以減少攜帶燃料的質量，進一步提高飛行器的飛行速度。










實驗：用火柴模型模擬裂變現象
實驗目的：
利用火柴點燃模型來模擬核裂變的過程，了解鏈式反應的原理。
實驗原理：
火柴點燃后能連續點燃后面的火柴，火柴點燃放出熱量的過程就類似于原子核發生裂變時發出熱量的過程。隨著火柴的不斷點燃，放出熱量不斷變多，就像裂變中的鏈式反應。
實驗器材：
火柴、石棉網。
實驗步驟：
1．把石棉網鋪在水平桌面上，在石棉網上如圖擺放火柴。

2．點燃最左邊的火柴，觀察火柴的燃燒情況，一根火柴引燃兩根火柴，兩根火柴會引燃下面四根火柴……如果火柴擺放的足夠多，點燃火柴的數量會逐漸變多，就像一個鏈式反應。
3．再次擺放火柴頭，如果去掉（1）號火柴，再次點燃最左邊的火柴，則（2）（3）火柴都不會被點燃，后面被點燃的火柴數量會比前面不拿掉（1）的時候少，相當于使鏈式反應的速度變慢了。

操作提示：
1．火柴棒下面要墊石棉網或其他防火材料，防止火柴點燃桌面引起火災。
2．在點燃火柴的過程中距離火柴稍遠一些，注意不要被燙傷。
3．實驗中火柴棒的點燃效果如果不好，在實驗前在火柴棒上涂一層蠟，使火柴能夠持續的點燃后面的火柴。
4．本實驗是模擬了核裂變中的鏈式反應，利用點燃火柴的數量來類比發生核裂變的原子數。去掉其中的一根火柴相當于控制核裂變中中子數量，控制反應速度。
5．本實驗也可以利用多米諾骨牌來模擬說明。










視覺暫留現象
視覺暫留現象（Visual staying phenomenon，duration of vision）又稱“余暉效應”。
人眼在觀察景物時，光信號傳入大腦神經，需經過一段短暫的時間，光的作用結束后，視覺形象并不立即消失，這種殘留的視覺稱“后像”，視覺的這一現象則被稱為“視覺暫留”。
是光對視網膜所產生的視覺在光停止作用后，仍保留一段時間的現象，其具體應用是電影的拍攝和放映。原因是由視神經的反應速度造成的，其時值是1/24s。是動畫、電影等視覺媒體形成和傳播的根據。視覺實際上是靠眼睛的晶狀體成像，感光細胞感光，并且將光信號轉換為神經電流，傳回大腦引起人體視覺。感光細胞的感光是靠一些感光色素，感光色素的形成是需要一定時間的，這就形成了視覺暫停的機理。
視覺暫留現象首先被中國人發現，走馬燈便是據歷史記載中最早的視覺暫留運用。宋時已有走馬燈，當時稱“馬騎燈”。隨后法國人保羅·羅蓋在1828年發明了留影盤，它是一個被繩子在兩面穿過的圓盤。盤的一個面畫了一只鳥，另一面畫了一個空籠子。當圓盤旋轉時，鳥在籠子里出現了，這證明了當眼睛看到一系列圖像時，它一次保留一個圖像。









手機在物理實驗中的應用
手機的應用已非常普遍，它除了具有通訊、娛樂等作用外，在物理實驗教學中也有著廣泛的作用，可給實驗教師帶來便利。
一、聲音是由物體振動產生的
先將手機設置成“來電振動”提示狀態，并放在工作臺面上，手機不振動，沒有發出聲音；接著用另一手機撥打該手機，手機振動，可以聽到手機與桌面間因振動發出的聲音，說明聲音是由物體振動產生的。
二、聲音的傳播需要介質
教科書上演示實驗中的聲源是一只接通電源的小電鈴，操作稍顯復雜，改用手機來做能使實驗更簡單方便。其操作是：將手機設置為“來電鈴聲”提示并懸掛在玻璃罩內(如圖1)，用另一手機去撥打它，可以清楚地聽到鈴聲。用抽氣機逐漸抽去玻璃罩內的空氣，鈴聲越來越小，直至聽不到了，表明聲音不能在真空中傳播。

三、電磁波能在真空中傳播裝置
如圖1，將手機放在玻璃罩內，用另一手機撥打，能接通；將玻璃罩內空氣抽去，依然可以接通；這說明電磁波可以在真空中傳播。
四、靜電屏蔽
取一封閉金屬網罩(網格要小些，如鐵紗網)，將手機懸掛其內，然后用另一手機去撥打，聽到的聲音是“對不起，您撥的電話暫時無法接通，請稍后再撥”，說明金屬網罩內沒有電磁信號，該手機已經被屏蔽。










微波爐加熱食物是利用電流的熱效應嗎？
微波爐是利用微波來煮飯燒菜的。不是利用電流的熱效應。
微波是如何加熱食物的呢？首先我們了解微波的特性：
1．微波是一種電磁波。其波長為0．01～1米，其對應的頻率為30000兆赫到300兆赫，為了便于微波器件的標準化和不干擾雷達和其他通訊系統，微波爐的工作頻率多選用915兆赫或2450兆赫。
2．微波在傳播過程中一碰到銅、鐵、不銹鋼等金屬材料時就發生反射，金屬根本沒有辦法吸收或傳導它。
3．微波可以穿過玻璃、陶瓷、塑料等絕緣材料，猶如光線通過玻璃一樣，幾乎不消耗能量；
4．由于水分子等自身的特性，對含有水分的食物，微波不但不能透過，其能量反而會被吸收。
微波爐正是利用微波的這些特性制作的。微波爐的外殼用不銹鋼等金屬材料制成，可以阻擋微波從爐內逃出，以免影響人們的身體健康。裝食物的容器則用塑料或陶瓷等絕緣材料制成，這些材料吸收微波能力很差，所以在食物加熱過程中容器幾乎不發熱。微波爐的心臟是磁控管。這個叫磁控管的電子管是個微波發生器，它能產生每秒鐘振動頻率為24．5億次的微波，能穿透食物達5cm深，這種每秒24．5億次的振蕩頻率能高速振蕩物體內的水分子和脂肪分子，使食物中的水分子和脂肪分子也隨之劇烈運動，相互摩擦碰撞，從而產生了大量的熱能，于是食物“煮”熟了。這就是微波爐加熱的原理。
用普通爐灶煮食物時，熱量總是從食物外部逐漸進入食物內部的。而用微波爐烹飪，熱則是直接在食物內部的整體同時產生，所以烹飪速度比其它爐灶快4至10倍，熱效率高達80%以上。目前，其它各種爐灶的熱效率無法與它相比。而微波爐由于烹飪的時間很短，能很好地保持食物中的維生素和天然風味。比如，用微波爐煮青豌豆，幾乎可以使維生素C一點都不損失。另外，微波還可以消毒殺菌，解凍，干燥……。
使用微波爐時，應注意不要空“燒”，因為空“燒”時，微波的能量無法被吸收，這樣很容易損壞磁控管。另外，人體組織是含有大量水分的，一定要在磁控管停止工作后，再打開爐門，提取食物。
從能量角度來說，微波爐的微波與廣播、電視的電波相似，它本身不會發熱，只是一種能量。人們日常生活中使用的微波爐就是將通用的電能轉化為2450兆赫的超高頻電磁波（即微波），并在爐腔內被食物吸收，使微波能又轉化為食物的熱能，從而達到對食物加熱的目的。









隱形飛機為什么會“隱形”
　　第一次聽到隱形飛機的人一定會認為，隱形飛機就是不會讓人看見的飛機。實際并不是這樣，人們是可以看得到隱形飛機的，只是它不會讓雷達發現。隱形飛機是怎樣做到不被雷達發現的呢？這要從雷達技術的原理說起。
　　雷達的工作原理和聲吶一樣。它有一個電磁波發射裝置，通過這個裝置，雷達發射出高頻電磁波，我們把這些高頻電磁波稱為雷達波。雷達波在傳播過程中，如果碰到了像飛機、導彈等飛行目標時，一部分雷達波就會被反射回來。雷達還有一個可以接受雷達波的接收裝置，這些接收裝置接收到雷達波后，就可以根據接受到的反射雷達波的時間和方位計算出飛行目標的位置。我們通常就說，雷達發現飛行目標了。
　　在飛機的研制過程中，人們總是想方設法降低雷達對飛機的可探測性，使飛機不易被敵方的雷達等防空探測器早期發現，避免被敵方攔截、跟蹤和攻擊。
　　飛機要想不被敵方雷達發現，除了超低空飛行避開雷達發射的雷達波的探測范圍外，還得想辦法降低自身對雷達波的反射，使反射的雷達波（也稱雷達回波）的強度降低到到敵方雷達無法辨別的地步。在實際中，有一個衡量飛行器雷達反射波強弱的物理量：雷達散射截面積(英文名稱RadarCross- Section，縮寫為RCS)。它是指飛機對雷達波的有效反射面積。飛機隱身的方法就是采用各種手段來減小飛機的RCS。像美國的B-52轟炸機的RCS大于100m2，它在飛行時很容易被雷達發現，而與它同類的、采用了隱形技術的轟炸機B-2的RCS約為0.01 m2，一般雷達就很難探測到它。
　　目前，用來減少飛機RCS的主要途徑有兩種：一是改變飛機的外形和結構，二是采用吸收雷達波的涂敷材料和結構材料。
　　為了使飛機達到較低的可探測性，隱形飛機在外形設計上采用了非常規布局：設法消除小于或等于90°的外形夾角，發動機進氣口置于機身背部或機翼上面，采用矩形設計并朝上翻；兩個垂直尾翼均向外斜置，機身與機翼融為一體，使飛機對所有雷達波形成球面反射，減小雷達回波。在材料使用上，機體骨架和蒙皮使用隱形材料、表面隱形涂料、外形隱形結構、降紅外輻射技術、降噪聲技術、電子干擾技術等。現在，能吸收雷達波的材料有多種，如碳纖維增強樹脂復合材料、碳化硅束絲增強鋁復合材料等隱形涂料，它們能使照射到飛機上的雷達波的磁損耗加大，起到吸收、透波作用。在離子與電磁波相互作用過程中，吸收雷達波和紅外輻射，整機雷達反射面降到1 m2以下。即使這一點點兒反射，也會因為通過等離子體的繞射、散射而造成雷達測量上的誤差，從而達到“隱身”的效果。
　　由于一般飛機的外形比較復雜，總有許多部分能夠強烈反射雷達波，像發動機的進氣道和尾噴口、飛機上的凸出物和外掛物、飛機各部件的邊緣和尖端以及所有能產生鏡面反射的表面，因此必須對飛機的外形和結構做較大的改進，所以，隱形飛機的外形看起來十分獨特。例如，B-2隱形轟炸機的外形是個大扁片，即沒有垂直尾翼，也沒有獨立的機身、機翼，機身和機翼融為一體，不給雷達波以反射的機會。因此，有的人不叫它飛機，而稱它為“飛鏢”或“飛翼”。
　　F-117戰斗轟炸機則是另外一種格調。這種飛機基本上是由平面組成的角錐形體，尾翼為V形。B-2隱形轟炸機則是前緣后掠，后緣為大鋸齒形，沒有獨立機身和獨立尾翼，整個飛機像一個大飛翼，其發動機進氣道布置在機體上方，沒有外掛物突出在機體外面。為了進一步減小飛機的RCS，B-2隱形轟炸機的設計工程師還在機翼的前后緣、進氣道唇口部分采用了能夠吸收雷達波的材料，整個飛機表面涂以黑色的吸收雷達波的涂料。F-117的外表像一塊塊的板子拼接在一起，有棱有角，像玻璃幕墻一樣。這種古怪的形狀使雷達傷透了“腦筋”。雷達發出的電磁波碰到它們后，不是被飛機表面的特殊涂料吸收了，就是被鏡面一樣的“玻璃幕墻”反射到別的地方去了，因此，雷達基本上就收不到回波了。即使能夠收到一點點兒，由于散射而造成的雷達測量誤差，也會使這種“千里眼”上當。可見，隱形飛機的外表和它所使用的非金屬、吸波性材料是其“隱身術”的絕招。
　　此外，隱形飛機的發動機還采用了楔形二元噴管，其外殼、機匣采用蜂窩狀結構，使紅外輻射降低90%，噪聲也大為減小，真正做到了不見其身、不聞其聲。

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