Bilingual Course
Network Communications
网络通信
(For Master Students in the Department of
Electronic Engineering)
Instructor,Dr,Tianshuang Qiu
School of the Electronic and Information Engineering
Fall of 2004
2
Syllabus
Goals
– The goals of this course are to have the students who take this course
master rather roundly the basic concepts,principles and application
technologies on network communications,and track the rapid
development in this area.
Course Description
– This course mainly introduces the basic concepts,principles and
applications on the data communications and computer networks.
Four major parts are included in this course,including:
Data communications;
Wide area networks;
Local area networks;
Communications Architecture and protocols
3
Syllabus（ Cont’d）
Readings
– Notes,Your own course notes are the most valuable sources of
information.
– Textbook,W,Stallings,Data and Computer Communications (6th
Edition),Prentice Hall,2000.
– References:
W,Stallings,Data and Computer Communications (7th Edition),Prentice
Hall,2004.
W,Stallings,Data and Computer Communications (5th Edition),Prentice
Hall,1997.
– 顾尚杰,薛质,计算机通信网基础,电子工业出版社,2000年
– 朱家铿,王兴伟,刘恩,计算机网络,东北大学出版社,2000年
– 彭澎,计算机网络实用教程,电子工业出版社,2000年
Lecture Time and Location
– Section 9-11 on Monday (Week 3-18) at 电 -251
4
Syllabus（ Cont’d）
Evaluation Criteria
– Homework and Quizzes,10%
– Attendance,10%
– Final Exam,80%
Others
– You are encouraged to discuss homework assignments with your classmates,
but all work done on the exams must be your own,The penalty for cheating on
an exam will be a score of zero on the exam,and a failing grade in the course,
Missing three or more lectures without a valid reason acceptable to the
instructor may result in a failing grade for the course,
– This course is a bilingual course,The lecture will be given bilingually (mainly
in Chinese with some English),and the homework and the exam will be in
English mostly,
The Latest Development of
Modern Science and Technology
Based on the Annual Report on High Technology
of Chinese Academy of Sciences
Fall of 2004
6
The Latest Development of
Modern Science and Technology
The information and communication technology is still
brilliant
The modern biological technology is splendid without
limitation
The energy technology is weeding through the old to
bring forth the new
The new material technology is changing with each
passing day
The space technology is climbing one story higher
7
现代科学技术的最新进展
信息通信技术 辉煌依旧
现代生物技术 风光无限
能源技术 推陈出新
新材料技术 日新月异
空间技术 更上一层楼
8
信息通信技术 辉煌依旧（ 1）
Network and Optical Fiber Communications (网络与光纤通信技术 )
– 无线通信的历史,1901年 12月 12日，意大利工程师马可尼首次实现跨越大西洋的无线电通信。容量：几 bit/s（ bps）。
– 100年后的今天，骨干光纤传输的容量,10Gbps。
– 网络通信的广泛应用：
电子商务，电子政务，网上医疗，网上教学,… 。
网络成为现代生活的重要媒体。
全世界有 4.14亿人经常上网。
– 技术发展：窄带?宽带；有线?无线；固定?移动
– 最后 1km和接入问题,ISDN,ADSL,Cable Modem，光纤
– 瓶颈：光电转换。最终有可能导致光学信息处理技术代替电子信息处理技术
9
Mobile Communications
第一代
– 模拟的
第二代
– 数字的
第三代
– 无线与互联网等多媒体通信相结合
第四代
– 100MB，动画、音乐等
第五代
– 多媒体,3D会议,3D游戏
10
10 problems faced by the internet
– 身份识别
– 保护知识产权 ;
– 保护个人隐私 ;
– 新一代网络通信协议 ;
– 新一代互联网技术 ;
– 无线上网技术 ;
– 传统电话线路与网络融合技术 ;
– 更有效的网络视频传输技术 ;
– 垃圾邮件的过滤技术 ;
– 网络安全技术
11
网络交换系统和 CDMA系统示意图
12
信息通信技术 辉煌依旧（ 2）
计算机技术
– 2001年出现了分子电路
由晶体管、开关、导线等构成分子电路，可以进行计算；
,科学,杂志将其列为年度十大科技进展的榜首；
意义：最终将导致运算速度最快的计算机的诞生（目前的运算速度,12万亿次 /秒，国产的 4千亿次 /秒）。
– 2001年出现了生物计算机
由 DNA分子（软件）和酶分子（硬件）构成
尺寸,1万亿个这样的生物计算机只有一滴水那么大
运算能力惊人
13
计算机芯片
2002年计算机芯片的最新进展
– 2002年 1月,P4,f=4GHz；
– 2002年 4月,Motorola,Philips,ST Micro-electronics
组建战略联盟；
– 2002年 8月,IBM,SONY,TOSHIBA联合研制新型计算机芯片；
– 2002年 9月,SAMSUN 推出 512M,1G动态 RAM，
突破纳米级（ 100nm）；
– 2002年 6月，贝尔推出 1-2nm的晶体管
14
超级计算机
2002年超级计算机最新进展
– 2002年 4月,NEC采用 5120个处理器，峰值计算能力 40万亿次浮点运算；
– 2002年 8月,PRIMPOWER16384个处理器,85.1万亿次浮点运算；
– 2002年 8月，加拿大阿尔伯特大学,1200台计算机连接，超级虚拟计算机；
– 2002年 11月,IBM公司投资 2.9亿美元
运算速度 100万亿次（用于大规模核试验）；
运算速度 367万亿次（研究全球气候变化和环境污染）
15
生物计算机图示
16
银河计算机图示
17
信息通信技术 辉煌依旧（ 3）
集成电路技术
– 第一片 IC芯片诞生于 1958年
– 40多年来经历了几个阶段：
小规模、中规模：对应于老式的大型计算机；
大规模：对应于 PC机；
超大规模：对应于超级计算机、网络计算机；
特大规模：每个芯片上刻 1亿个逻辑单元
高智能机器人
美国加州大学发明机器苍蝇，与苍蝇尺寸相似，重 100mg，
长 3cm,可用于战场侦察、大气测量等
18
机器苍蝇图示
19
机器人举例
20
信息技术的明天
计算机大众化
– 出现电视计算机，电话计算机，计算机更易使用。包括可以用自然语言对话、手写输入、傻瓜化，而且更符合人的习惯。
计算机与无线通信广泛结合
– 笔记本计算机可以随时随地与办公室或数据库相联系，计算机可与各种家电互联，计算机成为家庭信息中心和控制中心。
计算机作为个人助理
– 计算机作为个人秘书与助手，管理个人帐目、安排日程等，
把个人从各种事务中解放出来
21
现代生物技术 风光无限（ 1）
基因（ Gene）工程
– 基因是反映、表征、决定物种本质特征的东西。
– 内容：在基因水平上采用与工程设计类似的方法，按照人类的需要进行设计和创建具有新的性状的生物新品种，并使之稳定地遗传给后代。
– 基因工程是现代生物技术大核心。
– 意义：突破物种间的遗传障碍，大跨度地超越物种间的不亲和性。
– 转基因（ Mutation）
已经有许多品种：大豆、玉米等；
褒贬不一
22
转基因试管牛
23
现代生物技术 风光无限（ 2）
基因组研究 Human genome project
– 即将得到人类基因的完整的谱图（ 2003年）；
– 对于破解人类遗传密码，基因诊断治疗有重要意义
生物芯片（ Bio-Chips）
– 已经出现各种芯片，包括基因芯片，蛋白质芯片，药物芯片，
生物传感器芯片等；
– 广泛用于疾病诊断，例如遗传病，高血压等；
– 用于新药筛选和司法鉴定等；
克隆（ Clone）
– 即无性繁殖，已克隆出牛、猴、鼠、猪等多种动物；
– 已经克隆出人类胚胎，超越了人类禁区
24
克隆技术的最新进展
2002年是克隆年；
2002年，美国得克萨斯大学，第一只克隆猫；
2002年，美国开发出大量克隆动物胚胎的芯片，可以大批量克隆出优质奶牛和肉用牲畜；
2002年，美国国家科学院宣布，克隆动物食品不影响安全性；
2002年，美国佐治亚大学，克隆鸡，其鸡蛋含有人体所需的蛋白质；
2002年，美国克隆猪，为人类移植用器官
带来了希望
2002年末，法国克隆女婴诞生；
25
克隆山羊和克隆兔
26
生物芯片 （基因芯片，加工,CCD荧光扫描）
基因芯片
– 是指将大量探针分子固定于支持物上，然后与标记的样品进行杂交，通过杂交信号的强弱判断靶分子的数量。用该技术可将大量的探针同时固定于支持物上，所以一次可对大量核酸分子进行检测分析，从而解决了传统核酸印迹杂交技术操作复杂、自动化程度低、检测目的分子数量少、效率低等不足。它能在同一时间内分析大量的基因，使人们准确高效地破译遗传密码。这将是继大规模集成电路后又一次意义深远的科技革命。
27
生物制药和医疗的最新进展
2002年 6月，美国识别了 6个与乳腺癌有关部门的基因，
有助于生物制药的研究；
2002年 7月，发现智力迟钝的基因,A GTR2；并发现与哮喘有关的基因,A DAM33；
2002年，美国食品医药管理局（ FDA）受到了 370个生物技术药物的申请；
2002年，发现了与记忆有关的基因，研制治疗记忆力减退的药物、治疗艾滋病和癌症的药物；
2002年，研制出可穿带式电击复苏器，生物心脏起搏器等
28
癫痫与伽玛刀（ Gammaknife）
29
伽玛刀简介
癫痫刀（伽玛刀）
– 是脑电图机配了一个软件，学术名称为：全数字化偶极子定位、三维图像融合长程视频脑电监测系统。是一套由普通脑电图,24小时脑电 Holter,128导全数字化视频脑图、术中全数字化脑电系统及偶极子定位系统、三维图像融合系统等组成的一套完整的癫痫术前、术中定位和术后评估系统，是癫痫的外科治疗的有刀设备，所以俗称癫痫刀。
癫痫刀的适应症
– 颅内有占位性病变、脑血管畸形等器质性疾病；
– 经充分而合理的抗癫痫药物治疗达 2年以上，仍然频繁发作，
明显影响患者生活质量者；
– 对只有单个局限的小癫痫灶又不累及重要生理功能的病例效果最好。
30
脑信息检测的结果图示
31
生物磁场计
32
能源技术 推陈出新（ 1）
太阳能
– 是未来社会能源的希望所在；
– 太阳每年到达地球的能量是目前主要能源探明储量的 1万倍；
– 太阳能清洁、经济、可再生，可以用于发电
风能
– 可再生、无污染，属于绿色能源；
– 成本较高
33
太阳能灯图示
34
能源技术 推陈出新（ 2）
核电
– 安全、经济，目前已经占全球供电量的 16%；
– 据美国统计：
核电成本,1.83美分 /千瓦时；其它,4~6美分 /千瓦时
燃料电池
– 原理：氢气和氧气反应产生电能和少量的水；
– 效率：高达 50%；
– 应用：航天、汽车，许多公司已经研制出燃料电池的汽车，
预计 2004年投放市场,2050年全部更新换代。
– 问题：成本高，汽车用燃料电池发动机为 3万美元。（ Hodda
Accord Accord,TOYOTA Camery）
– 预期,2004年投放市场（ 2002年的预计）,2050年取代目前的燃油汽车
35
燃料电池的工作原理
燃料电池是一种化学电池，它利用物质发生化学反应时释出的能量，直接将其变换为电能。从这一点看，它和其他化学电池如锰干电池、铅蓄电池等是类似的。但是，它工作时需要连续地向其供给活物质（起反应的物质） --燃料和氧化剂，这又和其他普通化学电池不大一样。由于它是把燃料通过化学反应释出的能量变为电能输出，所以被称为燃料电池。
具体地说，燃料电池是利用水的电解的逆反应的 "发电机 "。它由正极、负极和夹在正负极中间的电解质板所组成。最初，电解质板是利用电解质渗入多孔的板而形成，现在正发展为直接使用固体的电解质。
利用这个原理，燃料电池便可在工作时源源不断地向外部输电，
所以也可称它为一种 "发电机 "。
36
燃料电池及燃料电池汽车和摄像机
37
新材料技术 日新月异
纳米技术（ Nanometer）
– 纳米材料的研究引起一次技术革命，使仪器、设备的微型化成为可能
– 纳米晶体管，只有针尖的 1000万分之一
超导技术（ Superconductor）
– 若用超导材料制造电机，其输出量可增大一倍，重量减轻 90%；
– 研究的关键：是高温超导问题
– 目前已经研究出 -221C和 -156C的高温超导材料
最新报道（ 2003.9.13.）：美国 MIT创造接近绝对零度的新记录,高于绝对零度 20亿分之一度
38
显微镜下的纳米材料
39
纳米国旗和纳米抗菌陶瓷
40
空间技术 更上一层楼（ 1）
1957年，第一颗人造卫星
空间站
– 和平号轨道空间站：
1986年 2月 20日升空进入轨道，原计划 5年寿命；
2001年 3月 23日在控制下成功坠入南太平洋；
实际运行 15年，绕地球 8万多圈，行程 35亿 km,104名宇航员做了 31200次科学实验。
人造卫星
– 广泛应用于通信领域 （ 80%的洲际通信,100%的洲际电视转播）；
– 小卫星：美国 2002年发射首颗“皮型”卫星，仅重 245克；
– 小卫星星座，达到 5个 W,whoever,wherever,whenever,
whomever,whatever
41
和平号轨道空间站及其坠落
42
空间技术 更上一层楼（ 2）
深空探测
– 美国“奥德赛”火星探测器：
2001年 4月 7日，升空；
2001年 10月 23日，进入火星轨道；
带有一个热成像系统和一个 Gamma射线光谱仪
– 美国“起源”号航天器
2001年 8月升空；
计划历时 3年，行程 3200万 km，到达距地球 160km的地方；
运行 2.5年,2004年 9月返回地球；
捕捉太风中时速高达 160km的太阳粒子
43
航天飞机组图 1（待发射，发射，施放卫星 )
44
航天飞机组图 2（飞行，施放卫星，施放天空望远镜）
45
宇航员在工作
46
星际公路图示
47
火星探测
48
新型飞机图示谢 谢 大 家 ！
Network Communications
网络通信
(For Master Students in the Department of
Electronic Engineering)
Instructor,Dr,Tianshuang Qiu
School of the Electronic and Information Engineering
Fall of 2004
2
Syllabus
Goals
– The goals of this course are to have the students who take this course
master rather roundly the basic concepts,principles and application
technologies on network communications,and track the rapid
development in this area.
Course Description
– This course mainly introduces the basic concepts,principles and
applications on the data communications and computer networks.
Four major parts are included in this course,including:
Data communications;
Wide area networks;
Local area networks;
Communications Architecture and protocols
3
Syllabus（ Cont’d）
Readings
– Notes,Your own course notes are the most valuable sources of
information.
– Textbook,W,Stallings,Data and Computer Communications (6th
Edition),Prentice Hall,2000.
– References:
W,Stallings,Data and Computer Communications (7th Edition),Prentice
Hall,2004.
W,Stallings,Data and Computer Communications (5th Edition),Prentice
Hall,1997.
– 顾尚杰,薛质,计算机通信网基础,电子工业出版社,2000年
– 朱家铿,王兴伟,刘恩,计算机网络,东北大学出版社,2000年
– 彭澎,计算机网络实用教程,电子工业出版社,2000年
Lecture Time and Location
– Section 9-11 on Monday (Week 3-18) at 电 -251
4
Syllabus（ Cont’d）
Evaluation Criteria
– Homework and Quizzes,10%
– Attendance,10%
– Final Exam,80%
Others
– You are encouraged to discuss homework assignments with your classmates,
but all work done on the exams must be your own,The penalty for cheating on
an exam will be a score of zero on the exam,and a failing grade in the course,
Missing three or more lectures without a valid reason acceptable to the
instructor may result in a failing grade for the course,
– This course is a bilingual course,The lecture will be given bilingually (mainly
in Chinese with some English),and the homework and the exam will be in
English mostly,
The Latest Development of
Modern Science and Technology
Based on the Annual Report on High Technology
of Chinese Academy of Sciences
Fall of 2004
6
The Latest Development of
Modern Science and Technology
The information and communication technology is still
brilliant
The modern biological technology is splendid without
limitation
The energy technology is weeding through the old to
bring forth the new
The new material technology is changing with each
passing day
The space technology is climbing one story higher
7
现代科学技术的最新进展
信息通信技术 辉煌依旧
现代生物技术 风光无限
能源技术 推陈出新
新材料技术 日新月异
空间技术 更上一层楼
8
信息通信技术 辉煌依旧（ 1）
Network and Optical Fiber Communications (网络与光纤通信技术 )
– 无线通信的历史,1901年 12月 12日，意大利工程师马可尼首次实现跨越大西洋的无线电通信。容量：几 bit/s（ bps）。
– 100年后的今天，骨干光纤传输的容量,10Gbps。
– 网络通信的广泛应用：
电子商务，电子政务，网上医疗，网上教学,… 。
网络成为现代生活的重要媒体。
全世界有 4.14亿人经常上网。
– 技术发展：窄带?宽带；有线?无线；固定?移动
– 最后 1km和接入问题,ISDN,ADSL,Cable Modem，光纤
– 瓶颈：光电转换。最终有可能导致光学信息处理技术代替电子信息处理技术
9
Mobile Communications
第一代
– 模拟的
第二代
– 数字的
第三代
– 无线与互联网等多媒体通信相结合
第四代
– 100MB，动画、音乐等
第五代
– 多媒体,3D会议,3D游戏
10
10 problems faced by the internet
– 身份识别
– 保护知识产权 ;
– 保护个人隐私 ;
– 新一代网络通信协议 ;
– 新一代互联网技术 ;
– 无线上网技术 ;
– 传统电话线路与网络融合技术 ;
– 更有效的网络视频传输技术 ;
– 垃圾邮件的过滤技术 ;
– 网络安全技术
11
网络交换系统和 CDMA系统示意图
12
信息通信技术 辉煌依旧（ 2）
计算机技术
– 2001年出现了分子电路
由晶体管、开关、导线等构成分子电路，可以进行计算；
,科学,杂志将其列为年度十大科技进展的榜首；
意义：最终将导致运算速度最快的计算机的诞生（目前的运算速度,12万亿次 /秒，国产的 4千亿次 /秒）。
– 2001年出现了生物计算机
由 DNA分子（软件）和酶分子（硬件）构成
尺寸,1万亿个这样的生物计算机只有一滴水那么大
运算能力惊人
13
计算机芯片
2002年计算机芯片的最新进展
– 2002年 1月,P4,f=4GHz；
– 2002年 4月,Motorola,Philips,ST Micro-electronics
组建战略联盟；
– 2002年 8月,IBM,SONY,TOSHIBA联合研制新型计算机芯片；
– 2002年 9月,SAMSUN 推出 512M,1G动态 RAM，
突破纳米级（ 100nm）；
– 2002年 6月，贝尔推出 1-2nm的晶体管
14
超级计算机
2002年超级计算机最新进展
– 2002年 4月,NEC采用 5120个处理器，峰值计算能力 40万亿次浮点运算；
– 2002年 8月,PRIMPOWER16384个处理器,85.1万亿次浮点运算；
– 2002年 8月，加拿大阿尔伯特大学,1200台计算机连接，超级虚拟计算机；
– 2002年 11月,IBM公司投资 2.9亿美元
运算速度 100万亿次（用于大规模核试验）；
运算速度 367万亿次（研究全球气候变化和环境污染）
15
生物计算机图示
16
银河计算机图示
17
信息通信技术 辉煌依旧（ 3）
集成电路技术
– 第一片 IC芯片诞生于 1958年
– 40多年来经历了几个阶段：
小规模、中规模：对应于老式的大型计算机；
大规模：对应于 PC机；
超大规模：对应于超级计算机、网络计算机；
特大规模：每个芯片上刻 1亿个逻辑单元
高智能机器人
美国加州大学发明机器苍蝇，与苍蝇尺寸相似，重 100mg，
长 3cm,可用于战场侦察、大气测量等
18
机器苍蝇图示
19
机器人举例
20
信息技术的明天
计算机大众化
– 出现电视计算机，电话计算机，计算机更易使用。包括可以用自然语言对话、手写输入、傻瓜化，而且更符合人的习惯。
计算机与无线通信广泛结合
– 笔记本计算机可以随时随地与办公室或数据库相联系，计算机可与各种家电互联，计算机成为家庭信息中心和控制中心。
计算机作为个人助理
– 计算机作为个人秘书与助手，管理个人帐目、安排日程等，
把个人从各种事务中解放出来
21
现代生物技术 风光无限（ 1）
基因（ Gene）工程
– 基因是反映、表征、决定物种本质特征的东西。
– 内容：在基因水平上采用与工程设计类似的方法，按照人类的需要进行设计和创建具有新的性状的生物新品种，并使之稳定地遗传给后代。
– 基因工程是现代生物技术大核心。
– 意义：突破物种间的遗传障碍，大跨度地超越物种间的不亲和性。
– 转基因（ Mutation）
已经有许多品种：大豆、玉米等；
褒贬不一
22
转基因试管牛
23
现代生物技术 风光无限（ 2）
基因组研究 Human genome project
– 即将得到人类基因的完整的谱图（ 2003年）；
– 对于破解人类遗传密码，基因诊断治疗有重要意义
生物芯片（ Bio-Chips）
– 已经出现各种芯片，包括基因芯片，蛋白质芯片，药物芯片，
生物传感器芯片等；
– 广泛用于疾病诊断，例如遗传病，高血压等；
– 用于新药筛选和司法鉴定等；
克隆（ Clone）
– 即无性繁殖，已克隆出牛、猴、鼠、猪等多种动物；
– 已经克隆出人类胚胎，超越了人类禁区
24
克隆技术的最新进展
2002年是克隆年；
2002年，美国得克萨斯大学，第一只克隆猫；
2002年，美国开发出大量克隆动物胚胎的芯片，可以大批量克隆出优质奶牛和肉用牲畜；
2002年，美国国家科学院宣布，克隆动物食品不影响安全性；
2002年，美国佐治亚大学，克隆鸡，其鸡蛋含有人体所需的蛋白质；
2002年，美国克隆猪，为人类移植用器官
带来了希望
2002年末，法国克隆女婴诞生；
25
克隆山羊和克隆兔
26
生物芯片 （基因芯片，加工,CCD荧光扫描）
基因芯片
– 是指将大量探针分子固定于支持物上，然后与标记的样品进行杂交，通过杂交信号的强弱判断靶分子的数量。用该技术可将大量的探针同时固定于支持物上，所以一次可对大量核酸分子进行检测分析，从而解决了传统核酸印迹杂交技术操作复杂、自动化程度低、检测目的分子数量少、效率低等不足。它能在同一时间内分析大量的基因，使人们准确高效地破译遗传密码。这将是继大规模集成电路后又一次意义深远的科技革命。
27
生物制药和医疗的最新进展
2002年 6月，美国识别了 6个与乳腺癌有关部门的基因，
有助于生物制药的研究；
2002年 7月，发现智力迟钝的基因,A GTR2；并发现与哮喘有关的基因,A DAM33；
2002年，美国食品医药管理局（ FDA）受到了 370个生物技术药物的申请；
2002年，发现了与记忆有关的基因，研制治疗记忆力减退的药物、治疗艾滋病和癌症的药物；
2002年，研制出可穿带式电击复苏器，生物心脏起搏器等
28
癫痫与伽玛刀（ Gammaknife）
29
伽玛刀简介
癫痫刀（伽玛刀）
– 是脑电图机配了一个软件，学术名称为：全数字化偶极子定位、三维图像融合长程视频脑电监测系统。是一套由普通脑电图,24小时脑电 Holter,128导全数字化视频脑图、术中全数字化脑电系统及偶极子定位系统、三维图像融合系统等组成的一套完整的癫痫术前、术中定位和术后评估系统，是癫痫的外科治疗的有刀设备，所以俗称癫痫刀。
癫痫刀的适应症
– 颅内有占位性病变、脑血管畸形等器质性疾病；
– 经充分而合理的抗癫痫药物治疗达 2年以上，仍然频繁发作，
明显影响患者生活质量者；
– 对只有单个局限的小癫痫灶又不累及重要生理功能的病例效果最好。
30
脑信息检测的结果图示
31
生物磁场计
32
能源技术 推陈出新（ 1）
太阳能
– 是未来社会能源的希望所在；
– 太阳每年到达地球的能量是目前主要能源探明储量的 1万倍；
– 太阳能清洁、经济、可再生，可以用于发电
风能
– 可再生、无污染，属于绿色能源；
– 成本较高
33
太阳能灯图示
34
能源技术 推陈出新（ 2）
核电
– 安全、经济，目前已经占全球供电量的 16%；
– 据美国统计：
核电成本,1.83美分 /千瓦时；其它,4~6美分 /千瓦时
燃料电池
– 原理：氢气和氧气反应产生电能和少量的水；
– 效率：高达 50%；
– 应用：航天、汽车，许多公司已经研制出燃料电池的汽车，
预计 2004年投放市场,2050年全部更新换代。
– 问题：成本高，汽车用燃料电池发动机为 3万美元。（ Hodda
Accord Accord,TOYOTA Camery）
– 预期,2004年投放市场（ 2002年的预计）,2050年取代目前的燃油汽车
35
燃料电池的工作原理
燃料电池是一种化学电池，它利用物质发生化学反应时释出的能量，直接将其变换为电能。从这一点看，它和其他化学电池如锰干电池、铅蓄电池等是类似的。但是，它工作时需要连续地向其供给活物质（起反应的物质） --燃料和氧化剂，这又和其他普通化学电池不大一样。由于它是把燃料通过化学反应释出的能量变为电能输出，所以被称为燃料电池。
具体地说，燃料电池是利用水的电解的逆反应的 "发电机 "。它由正极、负极和夹在正负极中间的电解质板所组成。最初，电解质板是利用电解质渗入多孔的板而形成，现在正发展为直接使用固体的电解质。
利用这个原理，燃料电池便可在工作时源源不断地向外部输电，
所以也可称它为一种 "发电机 "。
36
燃料电池及燃料电池汽车和摄像机
37
新材料技术 日新月异
纳米技术（ Nanometer）
– 纳米材料的研究引起一次技术革命，使仪器、设备的微型化成为可能
– 纳米晶体管，只有针尖的 1000万分之一
超导技术（ Superconductor）
– 若用超导材料制造电机，其输出量可增大一倍，重量减轻 90%；
– 研究的关键：是高温超导问题
– 目前已经研究出 -221C和 -156C的高温超导材料
最新报道（ 2003.9.13.）：美国 MIT创造接近绝对零度的新记录,高于绝对零度 20亿分之一度
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显微镜下的纳米材料
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纳米国旗和纳米抗菌陶瓷
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空间技术 更上一层楼（ 1）
1957年，第一颗人造卫星
空间站
– 和平号轨道空间站：
1986年 2月 20日升空进入轨道，原计划 5年寿命；
2001年 3月 23日在控制下成功坠入南太平洋；
实际运行 15年，绕地球 8万多圈，行程 35亿 km,104名宇航员做了 31200次科学实验。
人造卫星
– 广泛应用于通信领域 （ 80%的洲际通信,100%的洲际电视转播）；
– 小卫星：美国 2002年发射首颗“皮型”卫星，仅重 245克；
– 小卫星星座，达到 5个 W,whoever,wherever,whenever,
whomever,whatever
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和平号轨道空间站及其坠落
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空间技术 更上一层楼（ 2）
深空探测
– 美国“奥德赛”火星探测器：
2001年 4月 7日，升空；
2001年 10月 23日，进入火星轨道；
带有一个热成像系统和一个 Gamma射线光谱仪
– 美国“起源”号航天器
2001年 8月升空；
计划历时 3年，行程 3200万 km，到达距地球 160km的地方；
运行 2.5年,2004年 9月返回地球；
捕捉太风中时速高达 160km的太阳粒子
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航天飞机组图 1（待发射，发射，施放卫星 )
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航天飞机组图 2（飞行，施放卫星，施放天空望远镜）
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宇航员在工作
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星际公路图示
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火星探测
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新型飞机图示谢 谢 大 家 ！
