十七、信息的传递 能源与可持续发展
[复习指导]
本单元主要内容是信息的传递和能源与可持续发展. 包括电话的基本结构及作用电、电磁波、信息传递的方式以及能源家族、能源革命、利用太阳能和核能.
1. 电话的基本结构及作用
最简单的电话是由话筒和听筒组成的，话筒和听筒是通过导线串联在电路中的. 要使甲、乙两部电话接通还需要导线. 话筒由膜片、碳粒、金属盒(也叫碳精盘) 组成，它的作用是把声音的振动转变为强弱变化的电流. 电流沿着导线把信息传到远方. 听筒由薄铁膜片、电磁体(为减小声音的失真，铁芯用永磁铁制成) 组成，它的作用是把强弱变化的电流转化为薄铁片的振动，使人们听到声音.
2. 电磁波
当导体中的电流迅速发生变化时，导体会在周围空间发射一种波，这种波是由电磁现象产生的，因而叫电磁波. 电磁波的传播不需要介质，电磁波在同一物质中的传播速度是不变的，它在真空中的传播速度等于光速，约为3×108 m/s. 电磁波是个非常大的家族，教材图18.2－3列出了电磁波的一些名称：γ射线、X 射线、紫外线、可见光、红外线等. 在我们周围的空间里，存在着形形色色的广播、电视和无线电通信所用的电磁波，叫无线电波，频率为数百千赫至数百兆赫.
3. 模拟通信和数字通信
模拟通信：在电话通信中，用户线上传送的电信号是随着用户声音大小的变化而变化的. 这个信号电流的频率、振幅变化的情况跟声音的频率、振幅变化的情况完全一样，“模仿”着声信号的“一举一动”，这种信号称为模拟信号. 在用户线上传输模拟信号的通信方式称为“模拟通信”；数字通信：用点“.”和画“—”的组合代表各种数字. 一定的数字组合代表一个汉字；于是，一系列点和画组成的信号就可以代表一个完整的句子了. 像这样用不同符号的不同组合表示的信号，叫做数字信号，这种通信方式叫做数字通信. 实际上，不仅可以用点和画，还可以用长短不同的声音、长短不同的亮光, 甚至可以用电压(或电流) 的有无、磁体的南北极、或者“0”、“1”两个不同的数字，来组成各种数字信号，用来传递丰富多彩的声音、图像等各种信息.
4. 光纤通信与卫星通信
光纤通信：光导纤维是激光通信用的特殊管道，是很细很细的玻璃丝，光可以沿着玻璃丝传播. 不管玻璃丝怎样弯曲，从它一端射入的光都会顺着它传播，再从另一端射出. 通常数条光纤一起敷上保护层，制成光缆，用来传递电视、电话等多种信息. 由于光的频率很高，在一定时间内可以传输大量信息. 光导纤维能够传光，利用它的这种性质，也可以把光信号传到远方，构成光的“有线通信”系统，这就是光纤通信.
卫星通信：人类用发射的通信卫星作微波通信的中继站，实现了卫星通信的梦想. 通信卫星大多是相对地球“静止”的同步卫星，从地球上看，它好像悬挂在空中静止不动. 卫星通信主要有以下优点：(1)通信范围大，只要卫星发射的波束覆盖的范围均可进行通信；(2)不易受陆地灾害影响；(3)建设速度快；(4)易于实现广播和多址通信；(5)电路和话务量可
灵活调整；(6)同一信道可用于不同方向和不同区域.
5. 能源家族
像煤、石油、天然气等，能够为人类提供能量的物质都可以叫做能源. 按能源产生的方式可以分为一次能源和二次能源；按人类开发早晚和使用的情况可分为常规能源和新能源；从能源是否可再利用的角度可分为可再生能源和不可再生能源.
6. 历史上的三次能源革命
钻木取火是人类在能量转化方面最早的一次技术革命，从利用自然火到利用人工火的转变，导致了以柴薪作为主要能源的时代的到来，这就是人类第一次能源革命. 蒸汽机的发明是人类利用能源的新里程碑，人类从此逐步以机械动力大规模代替人力和畜力，它直接导致了第二次能源革命. 人类的主要能源由柴薪向煤、石油、天然气等化石能源转化. 20世纪40年代，物理学家发明了可以控制核能释放的装置——核反应堆，拉开了以核能为代表的第三次能源革命的序幕.
7. 利用太阳能的四个渠道
(1)通过植物的光合作用把太阳能转化和储存起来, 再以草木、沼气、煤、石油、天然气等燃料的形式释放出来；(2)通过大气和水分的升腾循环, 再通过风、流水、波浪、海流等释放出来；(3)被海洋吸收, 成为海洋的内能；(4)被人们直接利用.
8. 直接利用太阳能的三种方式
(1)将太阳能直接转化为内能； (2)将太阳能直接转化为电能； (3)将太阳能直接转化为化学能. 通过绿色植物光合作用可以实现这样的转化. 人工方法可利用光电池实现这样的转化.
太阳能有着很多的优点：(1)太阳能巨大，仅一小时到达地球表面的太阳能就比目前全世界一年能源生产的总量还多；(2)供应时间长，是一种取之不尽、用之不竭的永久性能源；
(3)分布广阔，获取方便；(4)安全清洁、无污染. 所以现在世界各国都在研究、开发太阳能的利用.
目前直接利用太阳能的途径主要有两种：一种是用集热器把水等物质加热，例如太阳能热水器；另一种是用太阳能电池把太阳能转化成电能.
9. 原子核能
原子核发生裂变时, 释放出的核能是巨大的, 而链式反应的速度是可以控制的, 是人类和平利用原子能的一条重要途径, 目前人们和平利用原子能主要是利用了铀核裂变时释放核能. 核电站工作时, 首先将核能转化为内能, 通过水的循环把核反应的能量带出, 转变为高温高压的水蒸气, 推动汽轮机运转, 将内能转化为机械能, 最后汽轮机带动发电机发电.
[例题解析]
【例】关于核能, 下列说法正确的是
A. 原子核很小，因此其中不可能存在大量的能量
B. 人们现在能够利用可控核聚变的能量
C. 对于核裂变的链式反应，人们还不能控制
D. 无论是较大的原子核受击分裂, 还是较小的原子核的结合，其中都会伴随着巨大的能量变化
解析：原子核是可以改变的，改变过程中会放出巨大能量——核能，较大的原子核受击分裂，叫裂变，同时释放出巨大能量，裂变不断继续下去产生可控制的链式反应；较小的原子核的结合也释放出能量叫做聚变，因此选项D 正确.
[能力训练]
一、选择题
1. 下列能源中, 不属于一次能源的是 ．．．
A. 电能 B. 风能 C. 核能 D. 水能
2. 关于电磁波，下列说法中正确的是
A. 有电流，其周围就会有电磁波
B. 当家里的冰箱突然停机时，正在开启的电视机不会受到什么影响
C. 电磁波与声波一样，传播时需要介质
D. 在月球上能用电磁波来通信
3. 能量守恒定律是自然界的基本规律之一, 下列能量转化过程中, 化学能转化为电能的是
A. 用潮汐发电
B. 用电灯照明
C. 用干电池作电源
D. 用电动机带动水泵将水抽到高处
4. 从核能到电能, 正确的转换途径是
A. 核能→内能→机械能→电能
B. 核能→机械能→内能→电能
C. 核能→内能→电能→机械能
D. 核能→电能→内能→机械能
5. 关于电磁波，下列说法正确的是
A. 电磁波传播需要介质
B. 频率越高电磁波传播速度越大
C. 电磁波传播过程中伴随着能量的传递
D. 电磁波的波长越长传播速度越大
6. 1969年7月20日，美国宇航员阿姆斯特朗和奥尔德林乘“阿波罗11号”宇宙飞船首次成功登上月球，实现了人类几千年来的梦想。当两人在月球上时，即使他们离得很近，还必须靠无线电话（该设备置于头盔内）交谈，这是因为
A. 无线电设备先进，能确保声音不失真
B. 月球上没有空气，声音无法传播
C. 电磁波与声波一样，传播时需要介质
D. 声波与电磁波一样，传播时不需要介质
7. 有一种新型太阳能公共卫生间，该卫生间的能源全部由位于顶部的太阳能电池板提供，这还能将多余的能量储存在蓄电池里，这种能量转化和储存的方式是
A ．太阳能转化为内能，再转化为电能
B ．太阳能转化为电能，再转化为化学能
C ．太阳能转化为内能，再转化为化学能
D ．太阳能转化为电能，再转化为光能
8．关于能源的下列说法中，不正确的是 ．．．
A. 对于远古的人类来说有很多能源可供他们使用
B. 蒸汽机的发明使人类进入了工业化社会
C. 化石能源是当今世界的主要能源
D. 核能已经成为许多经济发达的国家的一种能源
二、填空题
9. 人类历史上总共进行了______次能源革命，第一次是以______作为主要能源；最后一次是以______作为主要能源.
10. 简单的电话是由组成的，话筒将声音变成的电流，电流沿 把信息传向远方. 电流使听筒的 振动，携带信息的电流又变成了声音.
11. 无线电通信就是利用 信号的.
12. 计算机可以高速处理大量信息, 把计算机连在一起, 可以进行网络通信. 某电子邮箱的地址是“wangsheng@server.com.cn ”，这表示信箱属于一个叫________的人，他的服务器名叫__________________________，其中“cn ”是_________________的简写，表示这个服务器是______________________.
13. 释放核能的两种方式是 和 .
14. 植物吸收太阳光进行光合作用，在此过程中是______能转化为______能；太阳能电池可以将______能转化为______能. 今天，我们利用化石燃料获取能量，实际上是在开采上亿年前地球所接收的______能.
15. 电磁波在真空中的传播速度为m/s，威海人民广播电台调频立体声广播的频率是105.1MHz ，它的波长是 m.
16. 某观测站的科研人员, 有一次用雷达探测高空的一颗人造地球卫星, 从雷达把短暂的无线电脉冲发射出去, 到接收到反射回来的无线电脉冲波, 经分析仪器的记录, 时间为0.008 s,则这颗卫星到雷达观测站的距离是______________.
三、简答与实验探究
17. 小明为探究电磁波的有关问题，他将爸爸的手机放在玻璃罩中，如图17-1所示. 然后用抽气机抽去玻璃罩中的空气，再用家中电话打手机. 这时发生了奇怪的现象：电话明明通了，手机的指示灯也是亮的，但却听不到手机振铃声. 他将阀门打开放进空气，再用家中电话打手机时又听到了手机振铃声. 你能告诉小明这是怎么一回事吗？
18. 在学习太阳能利用时，小强同学想通过实验探究：黑色物体与白色物体对太阳辐射能的吸收本领哪个强？他提出的猜想是：黑色物体对太阳辐射能的吸收能力比白色物体强.
（1）请你列举生活中的一个实例来支持（或反对）他的猜想.
（2）请你设计一个实验方案来证明（或否定）他的猜想，要求写出实验器材和实验 步骤.
四、计算与创新应用题
19. 无线电广播台使用的电磁波中波频率范围是：535 kHz ~1605 kHz，可知其最高频率为最低频率的多少倍？最低频率的无线电波的波长为多少m ？
20. 为了节约能源，许多家庭都安装了太阳能热水器. 已知小明家的热水器的水箱每次能装水100 kg，集热板每天累计吸收的热量为1.68×107 J.如果不考虑热量的散失，那么箱内水温可升高多少℃？[c 水=4.2×103 J/(kg·℃)]
21. 许多长途电话是以地球同步卫星做中继站的. 打这种长途电话时，会感到对方的反应有些延迟. 造成这种延迟的原因之一是无线电波在射向卫星和从卫星返回时需要一定的时间. 假设某人造卫星与地球的距离是36000km ，请你估算延迟的时间. 为什么打市内电话时没有这种延迟？