專題20信息的傳遞能源一、思維導圖二、新課標要求2.4.6知道電磁波。知道電磁波在真空中的傳播速度。知道波長、頻率和波速。了解電磁波的應用及其對人類生活和社會發展的影響。3.5.3列舉能量轉化和轉移具有方向性的常見實例。3.6.1列舉常見的不可再生能源和可再生能源。3.6.2知道核能的特點和核能利用可能帶來的問題。3.6.3從能源開發與利用的角度體會可持續發展的重要性。三、知識梳理與典例一、電磁波1.波長、頻率、波速（1）波長在一列波的傳播中，凸起的最高處叫做；凹下的最低處叫做。鄰近兩個波峰（或波谷）之間的距離叫做，用λ表示。單位：米（m）、厘米（cm）、毫米（mm）等。（2）頻率波在1秒內傳播的個數叫做波的頻率。用字母f表示。單位：（Hz），其他單位：千赫（kHz）、兆赫（MHz）。如上右圖所示，這是某一列波在0.2秒內傳播的情況，則波長個數為個，該波的頻率f=（3）波速波不停地向遠處傳播，用來描述波傳播的物理量叫做波速。單位：（m/s）（4）波速、波長與頻率的關系波速=，即v=λf。如上右圖所示，如果該波的波長為0.1m，頻率f=30Hz，則波速v=λf=m/s2.電磁波（1）電磁波的產生與水波、聲波的形成相似，導線中的迅速變化會在空間激起電磁波。廣播電臺、電視臺及移動電話靠復雜的電子線路來產生電磁波。（2）電磁波可以給我們傳遞各種。（3）電磁波的傳播：電磁波的傳播不需要介質，能在真空中傳播，速度c=m/s（4）電磁波的頻率與波長電磁波頻率的單位是赫茲（Hz）、千赫（kHz）和兆赫（MHz）。電磁波波長的單位是米（m）、厘米（cm）、毫米（mm）等。3.電磁波家族及電磁波的應用（1）電磁波家族電磁波有無線電波、、可見光、、、γ射線等。各種光和射線都是波長不同的。（2）無線電波①定義：電磁波中用于廣播、和的是頻率為數百千赫至數百兆赫的那一部分，叫做無線電波（無線電技術中使用的電磁波）。②特點：無線電波的波長從幾毫米到幾千米，通常根據波長或頻率把無線電波分成幾個波段，包括長波、中波、、等。（3）電磁波的應用①無線電波：用于、和移動電話；②紅外線：家電的；③微波：可用來；④紫外線：可用來；⑤X射線：醫學上用來做檢查；⑥γ射線：可用來金屬探傷；⑦探測宇宙：射電望遠鏡。二、信息的傳遞1.電話（1）最簡單的電話由話筒和聽筒組成。話筒把聲信號變成信號（即變化的電流）；聽筒把電信號還原成信號。（2）電話交換機①作用：可以減少線路數量，提高線路的利用率。②連接：一個地區的電話都接到同一臺交換機上；如果在兩臺交換機之間連上若干電話線，這樣兩個不同交換機的用戶就能互相通話。2.模擬通信和數字通信（1）模擬通信在話筒將聲音轉換成信號電流時，這種信號電流的頻率、振幅變化的情況跟的頻率、振幅變化的情況完全一樣，“模仿”著聲信號的“一舉一動”。這種電流傳遞的信號叫做信號，使用模擬信號的通信方式叫做通信。（2）數字通信用不同符號的不同組合表示的信號叫信號，這種通信方式叫通信。常見數字信號的組成方式：點和畫；發聲、發光的長短；電壓、電流的有無；數字0和1；磁體的N、S極等不同符號信息都可組成數字信號，用來傳遞豐富多彩的聲音、圖像等各種信息。數字通信是一種既現代又古老的通信方式。烽火、旗語、電報和網絡等傳遞信息的方式都是通信（選填“模擬”或“數字”）。3.無線電廣播信號的發射和接收（1）信號的發射—廣播電臺完成主要由話筒、調制器、天線組成。話筒把播音員的聲音信號轉換成信號，然后用調制器把音頻電信號加載到高頻電流上，再通過天線產生發射到空中（圖甲）。（2）信號的接收—收音機完成利用收音機的，選出我們需要的某一頻率的電磁波；由調諧器選出的信號含有高頻電流成分，需要通過“解調器”將其濾去，把音頻信號留下，放大后送到揚聲器里（圖乙）。4.電視的發射和接收電視用傳遞圖像信號和聲音信號。（1）電視信號的發射：攝像機把圖像信號變成信號，發射機把電信號加載到頻率很高的電流上，通過發射天線發射到空中。（2）電視信號的接收：電視機的接收天線把高頻信號接收通過電視機把信號取出并放大，由顯示器把它還原成圖像。5.移動電話移動電話是靠空間的電磁波來傳遞信息的。移動電話既是無線電臺，也是無線電（發射接收二合一）。它用電磁波把講話的信息發射到空中；同時它又在空中捕獲電磁波，得到對方講話的信息。6.音頻、視頻、射頻和頻道（1）音頻信號：由聲音轉換成的電信號，它的頻率跟聲音的頻率相同，在幾十赫到幾千赫之間，叫音頻信號。（2）視頻信號：由圖像轉換成的電信號，它的頻率在幾赫到幾兆赫之間，叫做視頻信號。（3）射頻電流：音頻電流和視頻電流在空間激發電磁波的能力都很差，需要把它們加載到頻率更高的電流上，產生電磁波發射到天空中，這種電流叫做射頻電流。7.微波通信（1）微波：波長在10m~1mm之間，頻率30MHz~3×105MHz之間。微波的性質接近光波，大致沿傳播，不能沿地球表面繞射。（2）微波通信：利用微波進行的通信。（3）微波中繼站：微波大致沿直線傳播，不能沿地球表面繞射。因此必須每隔50km左右就要建設一個中繼站，可以把上一站傳來的微波信號經過接收、放大處理后，再發射到下一站去。（4）微波通信的優點：頻率高，傳輸信息的容量大；質量好，傳送距離遠；大致沿直線傳播，受大氣干擾小，能量損耗小，收到的信號強且穩定。8.衛星通信（1）衛星通信：利用通信衛星做微波通信的中繼站進行通信的方式叫衛星通信。（2）同步通信：地球同步衛星即地球同步軌道衛星，是運行在地球同步軌道上的人造衛星，距地球約36000km，衛星的運行方向與地球的方向相同、運動周期與地球自轉一周的相等，所以叫做“同步通信衛星”。（3）全球通信：在地球周圍均勻地配置三顆通信衛星，就可以覆蓋幾乎全部的地球表面，實現全球通信。（4）衛星通信的組成與原理由通信衛星、地面站和傳輸系統三部分組成。衛星通信的工作原理是將衛星發射到赤道上空36000km處的對地靜止軌道上，利用衛星上的通信轉發器接收由地面站發射的信號，并對信號進行放大變頻后轉發給其他地面站，從而完成兩個地面站之間的傳輸。9.光纖通信（1）激光：頻率單一、方向高度集中的光叫激光。實際上光也是一種。與微波相比，激光的頻率更高，激光通信容量更大。（2）光導纖維：光導纖維簡稱光纖，是一種非常細的玻璃絲，激光可在光纖里傳播，不受外界干擾。光導纖維傳光的原理：光的。（3）光纖通信光纖通信是利用在光導纖維中傳輸信息的一種通信方式。由于光的頻率很高，在一定時間內可以傳輸大量信息。10.網絡通信（1）網絡通信：計算機可以高速處理各種信息，把聯在一起，可以進行網絡通信。計算機之間的聯結，除了使用金屬導線外，還用了光纜、通信衛星等各種通信手段。世界上最大的計算機網絡是網。（2）計算機服務器：計算機服務器是指在計算機網絡中提供服務的一種計算機系統，它提供應用程序的服務，可以接受客戶端的請求并提供相應的服務功能。（3）網絡通信的應用：傳送電子郵件；查閱資料、看新聞、購物、進行視頻點播；還可以通過網絡進行遠程教育、遠程醫療等。【例題1】如圖所示，將導線一端與干電池負極連接，用另一端與干電池正極快速斷續接觸，可以聽到收音機發出“咯、咯”的聲音，表明收音機接收到了（）A．聲波 B．光波 C．機械波 D．電磁波【例題2】下列關于電磁波的說法中，正確的是（）A．導線中電流的迅速變化會在空間激起電磁波B．電磁波不可以在真空中傳播C．收音機的天線不僅可以接收各種各樣的電磁波，還可以發出各種電磁波D．作為載體的電磁波，頻率越高，可以傳輸的信息越多【例題3】圖中是甲、乙兩種不同電磁波的傳播圖像，下列說法正確的是（）A．甲、乙兩種電磁波的振動頻率相同 B．甲電磁波振動的波長較長C．甲電磁波的傳播速度較快 D．甲電磁波振動的頻率較大【例題4】電磁波的頻率與波長的分布如圖所示，下列說法正確的是（）A．紫外線屬于可見光B．紅外線的波長比可見光的短C．X射線的頻率比無線電波的低D．可見光與γ射線在真空中的傳播速度相等【例題5】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，可向全球提供高精度，高可靠的定位、導航、授時等服務，北斗導航衛星系統為汽車導航采用的通信方式是（）A．超聲波 B．光纖C．電磁波 D．紅外線【例題6】由聲音轉換成的電信號，它的頻率與聲音的頻率相同，大約在幾十赫到幾千赫之間，叫做音頻信號；由圖象轉換成的電信號，它的頻率在幾赫到幾兆赫之間，叫做視頻信號。音頻電流和視頻電流在空間激發電磁波的能力都很差，需要把它們加載到頻率更高的電流上，產生電磁波發射到天空中，這種電流叫做射頻電流。如圖所示，是三種信號的波形圖，則表示音頻信號的是______，表示射頻信號的是_______。三、能源1.能源的分類（1）按照獲取方式分為：能源和能源。①一次能源：可以從自然界獲得的能源稱為一次能源。化石能源是一次能源，其他常見的一些能源，如等也都是一次能源。②二次能源：無法從自然界直接獲取，必須通過消耗能源才能得到的能源稱為二次能源。常見的二次能源：能、汽油、柴油、酒精等。（2）按照對環境的影響分為：能源和能源。太陽能、電能、風能、水能、潮汐能、地熱能等都屬于清潔能源；煤、石油、柴薪等都屬于污染能源。（3）按照人類開發早晚分為：能源和能源。煤、石油、天然氣及水能等屬于常規能源；核能、太陽能、潮汐能、地熱能、風能、生物質能等屬于新能源。（4）按照是否可再生分為：可再生能源和不可再生能源。①化石能源、核能等能源會越用越少，不能在短期內從自然界得到補充，這類能源稱為能源。②像風能、水能、太陽能等可以在自然界里源源不斷地得到，我們把它們稱為能源。2.能源危機（1）能源危機發生原因：目前作為人類主要能源的化石能源儲量并不豐富，而且化石能源開發利用后不能。（2）解決能源問題的出路：開發使用能源；更好地利用已知能源。新能源是指人類新近才開始利用的能源。例如，核能、太陽能、潮汐能、地熱能、風能、生物質能等都屬于新能源。3.核能（1）原子的結構①電子的發現：十九世紀末，英國物理學家湯姆生在對陰極射線的研究中發現了帶負電的，并得出電子是所有物質中原子的組成部分。②原子核的發現：1898年，英國物理學家盧瑟福發現了α射線，做了“α粒子散射實驗”。通過對電荷，質量和偏轉角度等的運算，1911年提出了原子結構的行星模型，即原子是由和核外組成的。原子的組成③原子的“電子云模型”1926年奧地利物理學家埃爾溫·薛定諤提出“電子云模型”。該模型中，在原子核外很小的空間內做高速運動，其運行沒有固定的規律，電子排布，接近現代人類對原子結構的認識。（2）原子核的結構①質子的發現1919年，盧瑟福用速度是20000km/s的α粒子去轟擊氮元素的原子核時，發現在原子核中還存在一種帶電的質量比電子大很多的微粒—。②中子的發現中子的概念是由英國物理學家盧瑟福提出，中子的存在是1932年英國物理學家詹姆斯·查德威克用鐳的α射線轟擊鈹原子時的實驗中證實的。物理學家在實驗中又進一步發現中子的質量與相同、但是不帶電。③原子核的組成原子核，簡稱“核”，位于原子的核心部分，由和兩種微粒構成。原子核帶電（即質子所帶的正電），中子電。（3）原子的組成及帶電情況原子核極小，它的直徑在10-16m～10-14m之間，體積只占原于體積的幾千億分之一，在這極小的原子核里卻集中了99.95％以上原子的質量。（4）核能質量較大的原子核發生或者質量較小的原子核相互，就有可能釋放出驚人的，這就是核能。釋放核能的方式：核和核。（5）裂變①裂變：1934至1938年，科學家先后用中子轟擊質量比較大的鈾235原子核，使其發生裂變，發現一個核分裂成兩個質量的原子核，同時釋放出大量的。奇妙的是，鈾235核在分裂成兩個別的原子核的時候，又放出至個中子。核裂變的能量巨大：1kg鈾全部裂變，釋放的能量超過煤完全燃燒時釋放的能量。核裂變示意圖鏈式反應示意圖②鏈式反應③裂變的應用（a）核電站核電站利用裂變產生的核能發電，它的核心設備是。1942年，人類利用核反應堆第一次實現了可控制的鈾核裂變。核電站的工作原理及能量轉化：核電站將反應堆中放出的核能轉化為高溫蒸汽的內能，通過汽輪機轉化為機械能，再通過發電機轉化為電能。核電站發電時的能量轉化情況：能→能→能→能。（b）原子彈鏈式反應如果不加以控制，大量原子核就在一瞬間發生裂變，釋放出極大的。原子彈就是根據這一原理制造的。（6）聚變如果將某些質量很的原子核，例如氘核（由一個質子和一個中子構成）與氚核（由一個質子和兩個中子構成），在超下結合成新的原子核——氦核，也會釋放出巨大的，這就是聚變。氘核和氚核都屬于氫核的一種。大量氫核的聚變，可以在瞬間釋放驚人的能量。利用的就是聚變瞬間釋放的能量。（7）核電站和核廢料處理核反應堆是通過可控裂變反應釋放核能的設備。反應堆內的鈾核發生裂變時，會釋放能量，也會產生線。如果放射線泄漏到反應堆外面，會對人和其他生物造成傷害，所以核反應堆都封閉在一個厚厚的鋼筋混凝土殼中。核電站使用過的核燃料成為。由于核廢料仍具有放射性，對環境會造成相當大的危害，因此要將核廢料深埋到人跡稀少的地帶。4.太陽能（1）太陽的結構：太陽核心、輻射層、對流層、太陽大氣。（2）太陽能的來源：在太陽內部，氫原子核在超高溫下發生，釋放出巨大的核能。（3）大部分太陽能以熱和的形式向四周輻射開去。（4）地球上大多數能源來自于太陽能。由于化石能源、水能、風能、生物質能等都是來太陽能，所以說太陽是人類能源的。人類利用這些能量，實際上都是間接地利用太陽能。（5）化石能源的形成：遠古時期陸地和海洋中的植物，通過光合作用，將太陽能轉化為生物體的化學能。經過幾百萬年的沉積、化學變化、地層的運動，在高壓下漸漸變成了和煤，在石油形成過程中還放出。（6）太陽能的利用①光電轉換：指太陽能直接轉化為能。例如光電池（太陽能電池）。②光熱轉換：例如集熱器收集陽光中的能量來加熱水等物質，把太陽能直接轉化為能。③光化轉換：光化轉換是指把太陽能轉化為化學能，儲存在生物質內。比如綠色植物的生長就是靠太陽能轉化的化學能，所以通過光合作用的植物把太陽能轉化為化學能。5.能源與可持續發展（1）能量轉移和轉化具有方向性①在熱傳遞的過程中，熱量只能自發地從_高溫物體轉移到低溫物體，而不能自發地從低溫物體轉移到高溫物體。這說明能量具有方向性。②用電器將電能轉化為內能、光能、機械能多種形式的能后，但是這些能量無法再變回可以被利用的能源。汽車制動時，動能轉化成了輪胎、地面和空氣的內能，但這些能量不能自動地收集起來再次驅動汽車。這些能量雖然沒有消失，但也不能再被我們利用。這說明能量具有方向性。結論：能量的轉移和轉化具有方向性。（2）利用能源的建議①人類不應當無限制地向大自然索取，我們必須在提升物質文明的同時，保持與自然環境的和諧與平衡。②不要因為利用能源時會對環境造成污染而停止使用能源，也不能為了促進文明和社會的發展而過量使用能源，對環境造成嚴重污染。使用能源和保護環境可以做到有機地統一、和諧地發展。（3）可持續發展的兩個方向能源的利用要考慮持續性發展，既要滿足當代人的需要，又要考慮后代人的需求。①提高能源的，減少在能源使用中對環境的破壞。②開發和利用。【例題1】以下列出了各種形式的能源：柴薪、煤、石油、天然氣，風能、水能、電能、太陽能、地熱能。在這些能源中哪些是化石能源？哪些是一次能源？哪些是二次能源？請填在以下表格中。一次能源二次能源化石能源【例題2】太陽能是_________（選填“可再生”或“不可再生”）能源，直接利用太陽能可有效地減少碳排放，圖所示是一輛低碳化未來汽車，車頂部裝有高效光電轉換器，它可將_____能轉化為電能；車輪的輪轂其實是風力發電機，可以把捕捉到的風能轉化為______能。