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《孩子一定要知道的50个世界科学奇迹》 信息技术类发明 免费试读

　　　　19. 造纸

　　

奇迹概览

　　造纸就是把纸浆或其他原料（如矿渣棉、云母、石棉等），悬浮在流体中的纤维，经过造纸机或其他设备成型，或手工操作而成的纸及纸板的制造活动。中国是世界上最早发明纸的国家。根据考古发现，西汉时期(前206—前8年)，我国已经有了麻质纤维纸。后来，经东汉发明家的改进，我国开始掌握造纸的技术，并传播到全世界。因此，作为我国四大发明的“造纸术”在人类文明的历史上具有不可忽视的地位。

　　

⊙奇迹探秘：

　　　1．造纸术的发明者是谁？是在什么时间发明的？?

　　东汉时代的蔡伦被认为是造纸术的发明者，其实，有考古证据说明，造纸术早就存在，而蔡伦只是在造纸术的改进方面做出了重大贡献。当然，蔡伦在105年改进的造纸术，为后世造纸奠定了坚实的基础，因此，后人成尊他为造纸术的发明人。

　　蔡伦（61—121），字敬仲，桂阳（今湖南省郴州市）人，东汉发明家。他出身于普通农民家庭，从小随父辈种田。永乐十八年（75年）蔡伦被选入洛阳宫内为太监，建初元年（76年）任小黄门（宦官中职务较低者）。此后，蔡伦担任黄门侍郎，掌管宫内外公事传达、引导诸王朝见、安排就座等事务。蔡伦有真才实学，为官尽忠职守，多次不惜触犯皇帝的威严，进谏指出朝廷施政的得失。后来，蔡伦担任尚方令，监督宫廷物品的制作。大概就在这个时期，蔡伦开始接触东汉最好的手工工艺，并改进当时的造纸技术。121年，蔡伦卷入宫廷斗争，他为了避免受辱，服毒***。蔡伦死后，葬于自己的封地龙亭（位于今陕西省洋县）。

　　　2．从汉字“纸”的书写中能看到纸的哪些历史？

　　东汉文学家许慎在《说文解字》一书里谈到“纸”的来源。书中表明，“纸”从系旁，也就是“丝”旁。这就说明当时的纸主要是用绢丝类物品制成，与现在意义上的纸完全不同。

　　

走近奇迹

　　人类开始创造了文字之后，不可避免地就要为文字找到载体。比如，古埃及人利用尼罗河的纸草来记述历史；在古代的欧洲，人们用动物的皮来书写文字；而中国，在造纸术发明以前，甲骨、金属、石器或竹简都被作为过文字记载的主要材料。当中国人发明了养蚕织丝工艺后，绢帛也成为了记录文字的重要载体。而中国人恰恰是在养蚕织丝的过程中受到启发，推进了造纸的发明。

　　古人在织丝的过程中，把上等蚕茧抽丝织绸，剩下的恶茧、病茧等则用漂絮法制取丝绵。漂絮法就是先把蚕茧煮熟，然后浸泡在水中，再放在席子上反复捶打，将蚕茧捣碎，使蚕丝逐渐散开而成为丝绵，这个过程称之为漂絮法。漂絮完毕，席子上会遗留一些残絮。当漂絮的次数多了，残絮就会积成一层纤维薄片，经晾干之后剥离下来便形成薄薄的丝绵片，这种丝棉片就可供人们书写用。但是，这种漂絮的副产物数量不多，而且成本很高，所以，利用率有限。然而，漂絮法却为古代最初的造紙方法奠定了基础。

　　到了汉代，由于西汉的经济、文化迅速发展，原本作为人们记录文字的甲骨、竹简、丝帛已经不能满足发展需求了。因为甲骨和竹简很重又不方便携带，而丝帛虽然轻便但很昂贵。于是，人们一直想找到一种既轻便、成本又低的书写载体。

　　东汉时期，在宫廷为官的蔡伦认真总结了前人的经验，借鉴古人织丝漂絮的方法，改用树皮、破布、麻头和鱼网等廉价物作为原料，改进了造纸术。具体过程大致是：把麻头、破布等原料先用水浸，使之膨胀，再用斧头切碎，用水洗涤；然后用弱碱性草木灰水浸透并且蒸煮；通过蒸煮，原料中的木素、果胶、色素、油脂等杂质进一步被除去，再用清水漂洗。之后，再加以捶捣，并把捣碎后的细纤维用水配成悬浮的浆液；接着，用漏水的纸模捞取纸浆，再经脱水、干燥后就成了纸张，并能用于书写。

　　元兴元年（105年），蔡伦把他制造出来的一批优质纸张献给汉和帝，汉和帝很称赞他的才能，并下令将这种技术向各地推广。至此，中国造纸术开始了真正的发展。汉安帝元初元年（114年），朝廷封蔡伦为龙亭侯，所以，后人们也把纸称为“蔡侯纸”。

　　蔡伦献纸之后，造纸技术和纸张广为流传。东汉末年，东莱（今山东）人左伯也是一位造纸能手。他造的纸，比“蔡侯纸”更为白洁细腻。赵歧著的《三辅决录》中，提到左伯的纸、张艺的笔、韦诞的墨，说它们都是名贵的书写工具。

　　到了3世纪，纸基本上取代了简帛，成为唯一的书写材料。也是在这一时期，中国的造纸术开始外传到邻近的越南和朝鲜等国家；约7世纪，造纸术又通过朝鲜传入日本；8世纪中叶，中国造纸术传入阿拉伯地区，不久，又经过阿拉伯流传到欧洲；12世纪，欧洲大陆的西班牙和法国最先设立了造纸厂；到16世纪，中国的造纸术已传遍欧亚大陆，并传入美洲，之后传遍全世界。

　　从公元前2世纪到公元18世纪初的2000年间，我国造纸术一直居于世界先进水平。我国古代在造纸的技术、设备、加工等方面为世界各国提供了一套完整的造纸技术体系。现代机器造纸工业的各个主要技术环节，都能从我国古代造纸术中找到最初的发展形式。可见，中国造纸术的发明极大地推动了人类文明的发展，也为世界文化的发展和交流提供了便利。

　　

⊙奇迹探秘：

　　　3．机器造纸和手工造纸有什么区别？?

　　机器造纸是在造纸机上连续进行，将适合于纸张质量的纸浆，用水稀释至一定浓度，在造纸机的网部初步脱水，形成湿的纸页，再经压榨脱水，然后烘干成纸。手工造纸则用有竹帘、聚酯网或铜网的框架，将分散悬浮于水中的纤维抄成湿纸页，经压榨脱水，再行晒干或烘干成纸。机器和手工两种方式造出来的纸最大区别在于：手工的纸在韧性拉力上大大优于机制的纸，也比机制的棉软，特别体现在书画用纸上。

　　

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【造纸的基本过程】

　　造纸生产分为制浆和造纸两个基本过程：制浆就是用机械的方法、化学的方法或者两者相结合的方法把植物纤维原料离解变成本色纸浆或漂白纸浆；造纸则是把悬浮在水中的纸浆纤维，经过各种加工结合成合乎各种要求的纸页。

　　

知识百科

【中国造纸考古】

　　　1933年，新疆罗布淖尔汉烽燧遗址中，出土了公元前1世纪的西汉麻纸，比蔡伦早了一个多世纪。1957年，西安市东郊的灞桥，再次出土了公元前2世纪的西汉初期古纸，经分析化验，确认它主要由***和少量苎麻的纤维所制成。继这之后，1973年，在甘肃省居延的汉代金关遗址和1978年在陕西省扶风中颜村的汉代窖藏中，也分别出土了西汉时的麻纸。值得指出的是，1986年，甘肃天水市附近的放马滩古墓葬中出土西汉初文帝、景帝时期（前179—前141年）的绘有地图的麻纸，这是目前发现的世界上最早的植物纤维纸。1990年冬，在甘肃省敦煌甜水井西汉邮驿遗址中发掘出30多张麻纸，其中3张纸上写有文字。这些事实有力地说明，早在公元前2世纪，我国劳动人民就已经发明了造纸术，而且当时造出的纸已经可以用于书写。

　　　　20．印刷术

奇迹概览

　　在今天，印刷是指将图像或文字原稿迅速地大量复制的一种技术。它一般是用印刷机将油墨印在纸张上，是出版的基本组成部分。印刷术是中国古代四大发明之一。在印刷术发明之前，文化的传播主要靠手抄的书籍。手抄费时、费事，又容易抄错、抄漏。既阻碍了文化的发展，又给文化的传播带来不应有的损失。因此，中国的印刷术成为人类近代文明的先导，为知识的广泛传播和交流创造了条件，谱写了人类文明史上的光辉篇章。

　　

⊙奇迹探秘：

　　　1．印刷术的发明者是谁？是在什么时间发明的？?

　　原始的印刷术并不是某一个人发明的，而是中国人在使用印章和拓碑的过程中得到启发，于是，隋朝时期出现了雕版印刷。在宋仁宗庆历年间（1041—1048），平民发明家毕升在雕版印刷的基础上，发明了活字印刷术。因为活字印刷的刻制活字、排版、印刷的基本步骤是现代印刷技术的基础，所以，后人称毕升为印刷术的始祖。

　　　毕升（约970—1051），中国活字印刷术的发明人。他是北宋淮南路蕲州蕲水县直河乡（今湖北省英山县草盘地镇五桂墩村）人，一说为浙江省杭州市人。他在印刷铺当工人时，专门从事手工印刷。宋庆历年间，他根据实践经验，发明了胶泥活字印刷技术。北宋著名科学家沈括在其所著的《梦溪笔谈》一书中记载了毕升的活字印刷术。1990年，湖北省英山县草盘地镇五桂墩村睡狮山麓出土了一方墓碑，据考证为毕升的墓碑。

　　　2．古代雕版印刷和活字印刷的印刷过程有什么不同？

　　古代雕版印刷是在一定厚度的平滑的木板上，粘贴上抄写工整的书稿，这个书稿的纸张薄而近乎透明。雕刻工人用刻刀把版面没有字迹的部分削去，字体就从平板上凸出来了。印刷的时候，在凸起的字体上涂上墨汁，然后把纸覆在上面，轻轻拂拭纸背，字迹就留在纸上了。

　　古代活字印刷是把许多不同的汉字事先做成规格统一的单字，每个单字都如同印章一样，各个分开。排版时，按书稿上的文字，把每个单字排列好，形成一个暂时的版面。印刷时，只要在这个版面上刷上墨，敷上纸，加上一定压力就行了。

　　

走近奇迹

　　印刷术是我国古代劳动人民经过长期实践和研究发明出来的。提到印刷术不得不追溯印章和拓碑的历史。“印刷”的“印”字就指印章，而“刷”字是拓碑施墨的名称。

　　早在公元前4世纪的战国时期就有了私人印章，到了汉代，印章开始盛行，但印章的面积很小，只能容纳姓名或官爵等几个文字。东晋时期，道教兴起，道士们在桃木或枣木上刻文字较长的符咒，从而扩大了印章的面积，而被扩大面积后的印章实际上就是雕版印刷术的先驱。

　　拓碑是印刷术的另一个渊源。汉朝时儒家典籍全都是由经师口授，学生笔录的。因此，不同的经师传授的同一典籍也难免会有差异。汉灵帝时（156—189年)，一些重要的儒家经典全部被刻在石碑上，作为校正经书的标准本。为了免除从石刻上抄录经书的劳动，大约在公元4世纪左右，人们发明了拓碑的方法。

　　拓碑就是把一张坚韧的薄纸浸湿后敷在石碑上，再蒙上一张吸水的厚纸，用毛刷轻敲击纸面直到纸陷入碑上刻字的凹穴时为止，然后揭去外面的厚纸，然后把墨汁均匀地涂在薄纸上，等薄纸干后揭下来，便是白字黑地的拓印本。后来，人们又把石碑上的文字刻在木板上，来拓印传播。在唐代，印章与拓碑的两种方法逐渐发展结合，从而出现了雕版印刷术。

　　但随着印刷品种和数量的急剧增长，雕版印刷呈现了明显的不足。每印一种书就要雕刻一回板，耗费的人力物力相当可观，而且大批书版存放不便，有错字不容易更正。而在雕版过程中，刻错字是难以避免的。于是，聪明的工匠们想出一个补救的办法，就是用凿子将错字挖掉，再用一块同样大的木块刻好字补上，这些都为活字印刷术的发明提供了经验和借鉴。

　　为了弥补了雕版印刷的不足，到了11世纪中叶，平民发明家毕升结合前人的经验发明了活字印刷术。毕升用胶泥做成一个一个四方长柱体，一面刻上单字，再用火烧硬，这就是一个一个的活字。印书的时候，把这些活字按书中的文字，排列在一个四周有铁框的铁板里，而铁板上事先涂好了松香和蜡之类的药剂，这种药剂被加热后会融化，晾干后就起到了固定活字的作用，固定好的活字就是一个版面，只要在版面上涂墨，就可以印刷了。印过以后，把活字拆下来，下一次还能使用，这就是最早的活字印刷术。

　　中国的活字印刷术在元代之后传到欧洲。大约在1440—1448年，也就是毕升发明活字印刷术之后的400年，德国人谷登堡发明了铅合金活字印刷术。他在活字材料的改进、脂肪性油墨的应用，以及印刷机的制造方面都取得了巨大的成功，从而奠定了现代印刷术的基础，以至于各国学者公认，现代印刷术的创始人是谷登堡。

　　在古登堡创造了印刷术后，西欧也有人仍在不断地为提高印刷技术而努力，先后创造和完善了印刷版面制作工艺，大大提高了印刷品的质量、印量和印速。大约从19世纪开始，一些发达国家相继完成了印刷工业的机械化。

　　从20世纪50年代起，印刷技术不断地采用了电子技术、激光技术、信息科学以及高分子化学等新兴科学技术，从而进入了印刷术的现代化发展阶段。

　　

⊙奇迹探秘：

　　　3．世界上最早的印刷品是什么？?

　　1900年，在甘肃敦煌市千佛洞发现的藏书中有一卷雕版印刷的《金刚经》，其末尾题着“咸通九年四月十五日王玠为二亲敬造”一行字。咸通九年，即公元868年。这是目前世界上发现的有确切日期的最早的印刷品。

　　

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【转轮排字盘】

　　转轮排字盘是中国元代的农技师王祯设计发明的，用于排放活字字模。字盘为圆盘状，分为若干格，活字字模按照字音排列在格内。下有立轴支撑，立轴固定在底座上。排版时两人合作，一人读稿，一人则转动字盘，方便地取出所需要的字模排入版内。印刷完毕后，将字模逐个还原在格内。

　　

知识百科

【汉字激光照排系统】

　　活字印刷主要有3个步骤，即制活字、排版和印刷，现在书报生产依然仿照这个过程。而汉字字数繁多，排字架组织复杂，占地广大，因此，汉字排版一直是印刷术中的一个难题。

　　　1975年，北京大学开始研制新的排版系统——激光照排系统，由数学力学系教授王选（1937—2006）主持这项工作。经过科研人员的努力研发，“华光激光照排系统”被研制成功。这项成果，为世界上最浩繁的文字──汉字告别铅字印刷开辟了通畅大道，对实现中国新闻出版印刷领域的现代化具有重大意义。它引起当代世界印刷界的惊叹，被誉为中国印刷技术的再次革命。

　　　1985年，王选获得“中国十大科技成就奖”；1987年，他获得中国首次设立的印刷界个人最高荣誉奖——毕升奖，被誉为“当代毕升”；1987年和1995年，他两度获得“国家科学技术进步一等奖”；2001年，他获得“国家最高科学技术奖”。

21．电话

奇迹概览

　　电话的发明拉近了人与人之间的距离，使得远隔千里的人们相互交流不再是困难，更重要的是电话使信息传递速度比以往任何时候都方便快捷，彻底打破了人类因距离而造成的沟通障碍。在某种范围内说，电话是当今社会最方便、最实用的通讯工具。现在，电话已经被应用于人类生活的各个方面，成了人类日常生活不可或缺的工具。

　　

⊙奇迹探秘：

　　　1．现在，电话已经有了广泛的应用，那么第一个发明电话的人是谁呢？

　　一般认为，电话的发明者是英国人亚历山大?格拉汉姆?贝尔（1847—1922）。贝尔出生在英国一个声学世家，后来移居美国。1969年，贝尔受聘为美国波士顿大学语言学教授，担任声学讲座的主讲。1983年，他辞去教授职务，一心扎入发明电话的试验中。

　　1875年，贝尔注意到电报机中应用了一种电磁铁，这种电磁铁能够把电信号和机械运动互相转换，他深受启发。于是，他开始设计电磁式电话。最初，他把音叉放在带铁芯的线圈前，音叉振动引起铁芯运动，从而产生感应电流，电流信号传到导线另一头经过转换，变成声信号。随后，贝尔又把音叉换成能够随着声音振动的金属片，并把铁芯改作磁棒，经过反复实验，最终制成了实用的电话装置。

　　1876年，贝尔获得了美国的电话专利，他不仅发明了电话，而且建起了世界第一家电话公司。

　　当然，有人认为电话的发明者是意大利人安东尼奥·梅乌奇，也有人认为是美国人以利沙·格雷发明的电话。但是不管是谁发明了电话，都无法影响电话已经带给世界的巨大益处。

　　　

走近奇迹

　　一直以来，千里传音可以说人类的一个梦想，而电话的发明无疑让这个梦想变为现实。

　　欧洲对于远距离传送声音的研究始于17世纪。英国著名的物理学家和化学家罗伯特·胡克首先提出了远距离传送话音的建议。而在1796年，英国教授休斯提出了用话筒接力传送语音信息的办法，并且把这种通信方式称为“Telephone”，并一直沿用至今。

　　电话是受到电报发明的启示而发明的。电报的发送，需要发报人先将报文编译成编码，然后再传送，最后接收方需要将收到的电码译成报文，这种方式不仅手续麻烦，而且也不利于双向信息的及时交流。因此，人们开始探索一种能直接传送人类声音的通信方式，这就是现在无人不晓的“电话”。

　　在19世纪70年代，美国发明家以利沙·格雷设计了一套“情侣电报装置”。他使用两个罐头盒，每只盒子底部由一条绷紧的绳子连结起来。当一个人对着一端罐头讲话时，振动通过绳子传达给另一端罐头。当时，格雷已经认识到人的声音由各种不同的频率的音调构成。

　　1976年，贝尔和他的助手华生设计了中心设置磁舌簧的发话器。这种发话器能传递各种频率的声音，振动舌簧通过电磁感应转换为各种电振荡。同样结构的装置放在一定距离的另一端，作为接收机用。1876年2月14日，这项发明获准专利登记。

　　1876年6月25日，在纪念美国独立宣言发表100周年的费城博览会上，贝尔展出了他的电话机，世界为之震动。在贝尔成功申请专利的第二年，即1877年，美国波士顿的第一条电话线路开通，也就在这一年，有人第一次用电话给《波士顿环球报》发送了一份新闻消息，从此开始了使用电话的时代。

　　不久，贝尔电话公司成立。但当时的电话并不完善，体积大得惊人，像个大箱子，发话人必须大声喊叫，而且只能在小城市范围内通话。后来，大发明家爱迪生完成开发和完善电话技术的任务，他用碳粒接触来控制电流强度，对贝尔的电话结构进行了革命性的改造。同时，华生又增加了磁性电铃，制造了交换台设备，使得电话逐渐完善起来。

　　电话发展至今，无论从外形和工作原理上都起了不小的变化。历史上，人类对电话进行了很多技术改造，如碳粉话筒，人工交换板，拨号盘，自动电话交换机，程控电话交换机，双音多频拨号，语音数字采样等。近年来融入了新技术，如ISDN，DSL，模拟移动电话和数字移动电话，还出现用激光作为载波源的激光电话，以及可实现多媒体功能的3G电话等。

　　电话的发明改变了人类的通信方式，使人们足不出户就可以与相隔千里的朋友交谈，电话的应用，不论是民用还是军用都有着无可替代的作用，对经济发展更是起到了不小的推动作用。

　　

⊙奇迹探秘：

　　　2．“电话”一词大家已经很熟悉了，那么这个名字是怎么来的呢？

　　　“电话”一词是意译英文的“Telephone”过来的，意思是以电器传达语言。最初，中国人对“Telephone”这个词采用了音译，译作“德律风”。在一段时期内，“电话”和“德律风”是通用的。

　　　但在20世纪初，一群在日本的中国绍兴籍留学生（鲁迅也列在其中）曾联名给家乡写一封信，信上详细介绍了日本的近代化情形，信中说到“电话”时，特意注释道“以电器传达语言，中国人译为‘德律风’，不如‘电话’之切”。相信，这封信对“电话”一词的最终确立应该起到了作用。

　　

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【电话的工作原理】

　　电话通信是通过声能与电能相互转换，利用“电”这个媒介传输语言的一种通信技术。以两个用户通话为例：

　　首先，发话者拿起电话机对着送话器讲话时，声带的振动使得空气振动，形成声波；然后，声波作用于送话器上，使之产生电流，称为话音电流；话音电流沿着线路传送到对方电话机的受话器内；最后，把电流转化为声波，通过空气传至听话人的耳朵中。这样，就完成了最简单的通话过程。

　　总之，电话的工作原理是声信号先转化为电信号，再转化成声信号的一个过程。

　　

知识百科

【电话在中国】

　　***战争以后，西方列强掠夺走中国的财富，也为中国带来了近代的邮政和电信。

　　1900年，中国第一部室内电话在南京问世，当时只有16部电话。1904—1905年，俄国人在山东烟台至牛庄架设了无限电台，使得先进的邮政和电信逐步取代了中国古老的邮驿制度和民间通信机构。

　　1949年以前，中国电信系统发展缓慢，到1949年，中国电话用户只有26万，电话的普及率仅为0.05%。所以，中国人民政府迅速恢复和发展通信行业。在1958年，北京电报大楼成为新中国通讯发展史上一个重要的里程碑。1978年，改革开放以后，政府加快了基础电信设施的建设，我国的电话通讯业也取得了很大的发展。电话用户从1978年的192.5万户增加到了2009年的10亿户以上。

　　今天，电话已成为人们联络的主要工具。同时，移动手机以方便、快捷、实时等特点，迅速成为电话市场的主导者。

22．雷达

奇迹概览

　　雷达是英文radar（Radio Detection And Ranging的缩写）的音译，这个概念形成于20世纪初。雷达的意思就是无线电检测和测距，它是一种利用微波波段电磁波探测目标的电子设备。正是因为有了雷达，才使得人类的视听范围被扩大，人类的感官变得越来越敏感。而到今天，雷达已被广泛应用于军事及非军事的各个领域。

⊙奇迹探秘：

　　　1．雷达被广泛应用于我们社会的各个领域，而在自然界中，却有一种生物被称为“活雷达”，它是什么呢？?

　　　在自然界的生物中，我们可以找到雷达的影子——蝙蝠，它被称为“会飞的‘活雷达’”。蝙蝠一般在傍晚的时候出外觅食，在能见度很低的情况下，它却依然能够飞翔于空中，灵活地避让各种障碍物，并能准确地捕捉到蚊蝇、蛾子等小昆虫。那么它是如何做到的呢？

　　　科学家们经过实验证明，蝙蝠主要是靠听觉来发现位于它四周的障碍或者昆虫的。在飞行的时候，它的喉内能够发出一种超声波，这种超声波一旦遇到昆虫或者障碍物，就会被反射回到蝙蝠的耳朵里。这样蝙蝠就能通过声音反射的情况来辨别目标是什么，以及目标距离自己有多远。人们通常把蝙蝠的这种探测方式称为“回声定位”。

　　　蝙蝠用回声定位来捕捉昆虫的灵活性和准确性是非常惊人的。有人统计，蝙蝠在几秒钟内就能捕捉到1只昆虫，1分钟可以捕捉十几只昆虫。同时，蝙蝠还具有令人惊叹的抗干扰能力。它可以从满是杂乱无章声音的回声中，辨别出某一种特殊的声音，并能对这种声音进行分析和辨别，从而判断反射的音波是昆虫还是其他物体，甚至它还能分辨出昆虫究竟是否可以食用。

　　　

走近奇迹

　　第一次世界大战期间，军用飞机的出现，使得一些国家在抵御它的突然袭击方面遇到了很大的困难。因此，一些科学家开始致力于寻找一种可以远距离发现及寻找飞机的仪器，这就是后来的雷达。

　　而雷达的发明则可以追溯到19世纪。1887年，德国科学家赫兹在证实电磁波的存在的时候，发现电磁波在传播的过程中遇到金属物会被反射回来，就如同是镜子反射光一样，这实质上就是雷达工作的原理。但当时的赫兹却并没有想到利用这一原理来做些什么。

　　到了1897年的夏天，俄国的 “无线电之父”波波夫和他的助手雷布金分别在俄国海军的两艘巡洋舰上进行无线电通信试验。在试验中他们发现，当另一艘巡洋舰从这两艘巡洋舰之间驶过时，无线电信号就会中断，接收不到。等船驶过后，两舰之间的通讯又恢复了正常。而且这种因果现象一再发生，这说明电磁波会被金属物体阻挡和反射。美国物理学家和发明家特斯拉在1900年也做了同样试验，并通过试验得出“使用波长很短的无线电波可探测物体的踪迹”的结论，这实际就是现代雷达的原理。

　　尽管不少人已经发现了雷达的工作原理，但是却并没有人将这种原理很好地应用。直到1935年，英国著名的物理学家沃特森·瓦特在前人研究的基础上发明了一种既能发射无线电波，又能接收反射波的装置，它能在很远的距离就探测到飞机的行动，这就是世界上第一台雷达。这台雷达能发出1.5厘米的微波，因为微波比中波、短波的方向性都要好，遇到障碍后反射回的能量大，所以探测空中飞行的飞机性能好。为了安全和方便，当时称这种雷达为CH系统。

　　1938年，英国开始用沃特森·瓦特设计的雷达组建世界上最早的防空雷达警网。1939年9月，第二次世界大战爆发时，英国已在东海岸建立起了一个由20个地面雷达站组成的 “本土链”雷达网。这个雷达网在第二次世界大战中给纳粹德国造成了极大的威胁。

　　雷达的优点是不受天气的影响，可以全天候、全天时地进行远距离目标的探测，而且它具有一定的穿透能力。因此，在现代社会，雷达不仅是军事上必不可少的电子装备，同时，它也被广泛应用于社会经济发展和科学研究的各个方面，比如气象预报、资源探测、环境监测，还比如天体研究、大气物理和电离层结构的研究。而以地面为目标的雷达可以探测地面的精确形状，而且它的空间分辨能力可以不受距离影响，能达到几米到几十米，因此，雷达在地质研究及地质调查等方面也显示出很好的应用潜力。

　　随着科学技术的不断飞速发展，雷达技术的不断成熟，它的使用将会越来越广泛，必将在人类社会的各个领域发挥更为广泛的作用。

　　

⊙奇迹探秘：

　　　2．雷达可以进行如此多的工作，那么它的工作原理又是什么呢？?

　　雷达的工作原理和眼睛相似，它的信息载体是无线电波。雷达设备的发射机通过天线把电磁波能量射向空间某一方向，处在此方向上的物体反射碰到的电磁波；雷达天线接收此反射波，送至接收设备进行处理，提取有关这个物体的某些信息，比如目标物体至雷达的距离，距离变化率或径向速度、方位、高度等。

　　　3．不同的雷达可以做不同的工作，可见雷达的种类繁多，人类现在所拥有的雷达都有哪些呢？?

　　雷达种类很多，可按多种方法分类：

　 （1）按定位方法可分为：有源雷达、半有源雷达和无源雷达。

　 （2）按装设地点可分为：地面雷达、舰载雷达、航空雷达、卫星雷达等。

　 （3）按辐射种类可分为：脉冲雷达和连续波雷达。

　 （4）按工作被长波段可分：米波雷达、分米波雷达、厘米波雷达和其它波段雷达。

　 （5）按用途可分为：目标探测雷达、侦察雷达、武器控制雷达、飞行保障雷达、气象雷达、导航雷达等。

　　（6）相控阵雷达是一种新型的有源电扫阵列多功能雷达，可以直接向空中辐射和接受射频能量是有源电扫列阵最重要的特点，因此这种雷达不但具有传统雷达的功能，而且也具有其它的射频功能。

　　

【雷达的构造】

　　尽管各种雷达的具体用途和结构不尽相同，但它们的基本形式是一样的，都包括5个基本组成部分：发射机、发射天线、接收机、接收天线以及显示器。另外还有电源设备、数据录取设备、抗干扰设备等辅助设备。

　　

知识百科

【多普勒雷达】

　　多普勒雷达就是利用多普勒效应进行位置测定、速度测定以及距离测定等工作的雷达。那么，什么是多普勒效应呢？多普勒效应是奥地利科学家多普勒最早发现的，它是当声音、光和无线电波等震动源与观测者以相对速度相对运动的时候，观测者所收到的振动频率与振动源所发出的频率会有所不同的一种现象。而由多普勒效应所形成的频率变化就叫做多普勒频移，它与相对速度成正比，与振动的频率成反比。

23.计算机

奇迹概览

　　计算机，又名电脑，是一种根据一系列指令来对各种数据和信息进行自动加工和处理的电子设备。任何一种计算机，都是由硬件和软件组成的。从世界上第一台计算机的诞生，到现在经过了半个多世纪的发展，计算机给人类的工作和生活带来了极大的方便，并显示出了它强大的生命力。许多学者认为，计算机的出现是继工业革命后的又一场科技革命，并预言在不远的将来，计算机将会占据我们生活的每个角落，成为信息化社会的主要标志。

　　

⊙奇迹探秘：

　　　1.谁才是真正的第一台计算机的发明人？

　　　一般提到“世界公认的第一台电子数字计算机”很多人都认为是1946年面世的“ENIAC”。“ENIAC”是由美国宾夕法尼亚大学摩尔电工学院制造的，主要用于弹道的计算。它不但体积庞大，而且耗电也量大。它的占地面积达170多平方米，重约30吨，消耗电力近150千瓦之多。“ENIAC”是第一台电子数字计算机的说法被许多计算机基础教科书采用。

　　　但事实上，根据1973年美国最高法院的裁定，美国爱荷华州立大学的物理系副教授约翰·阿坦那索夫及其研究生助手克利夫·贝瑞在1939年10月研究制造的“ABC”（Atanasoff-Berry-Computer）才是世界上最早的电子数字计算机。之所以会产生这样的误会，是由于在1941年时“ENIAC”研究小组中一个名叫莫克力的人剽窃了约翰·阿坦那索夫的研究成果，并在1946年申请了专利。由于种种原因，这个错误直到1973年才被扭转过来。

　　不可否认，约翰·阿坦那索夫为计算机领域内作出了伟大的贡献。为了纪念并表彰约翰·阿坦那索夫，在1990年时美国前总统布什授予约翰·阿坦那索夫全美最高科技奖项——国家科技奖。

　　

走近奇迹

　　在人类的文明发展史上，中国曾在早期计算工具的发明创造上写过光辉的一页。

　　商代时，中国人率先就创造了十进制计数法。到了周代，发明了一种用竹、木或者骨制成的不用颜色的小棍，这种计算工具被称为算筹。中国古代数学家祖冲之，就是用这种计算工具算出圆周率在3.1415926和3.1415927之间的。这一结果，比西方早了近1000年。

　　算盘是中国在计算工具史上的一项重大发明，这种轻巧灵活有便于携带的计算工具，最初大约出现于汉朝，它不仅对中国的经济发展起到了有益的作用，而且传到了朝鲜、日本、东南亚等地区，经受了历史的考验，并使用至今。算盘被人们认为是最早的计算设备，17世纪时计算设备才有了第二次重要的进步，法国数学家巴斯卡发明了自动进位加法器。

　　在接下来的若干年中，世界上的许多工程师都在计算方面取得了重要的进步，而真正意义上的计算机，诞生于第二次世界大战期间。人们发明的第一代计算机，不但成本很高，而且因体积庞大造成使用起来不太方便，直到1956年，晶体管电子计算机诞生了，人们称之为第二代电子计算机。相比第一代计算机，它全部采用晶体管作为电子器件，而体积也仅为原来的几十分之一，并且在软件方面开始使用了计算法语言，它不仅能用于科学计算，还可以用于数据处理和事务处理及工业控制。从此以后，计算机便开始了日新月异的发展。1959年时，第三代计算机发明成功。

　　1976年，第四代计算机“克雷一号”问世，它是由大规模的集成电路和超大规模集成电路制成的。超大规模集成电路的发明，为计算机不断地向着小型化、微型化、低功耗、智能化、系统化的方向发展奠定了基础。

　　1980年，IBM推出了世界上第一台英特尔x86硬体架构及微软公司的MS-DOS操作系统的个人电脑，并制定PC/AT为PC的规格。之后由微软所推出的操作系统以及英特尔所推出的微处理器的发展几乎等同于个人电脑的发展史。Wintel架构（微软公司与英特尔公司的商业联盟）全面取代了IBM在个人电脑市场中主导的地位。

　　20世纪90年代，人们制造了出与人脑相似的电脑，电脑可以进行学习、思维、记忆、网络通信等工作，计算机开始向着“智能”的方向发展。

　　进入21世纪后，计算机的每秒运算速度超过了100万次，而且越来越专业化、微型化、笔记本化，不但易于操作而且价格也随之降低，个人计算机全面流行。计算预算、写作印刷以及重复性的报表作业开始依赖计算机；创作性的艺术工作也开始使用它，如人们利用计算机来对图形和动画进行创作和修改。现在，大型机械设备也开始使用计算机来控制，从而大大地节省了人力；游戏和视频的产业化，说明了计算机在娱乐方面也开创了新的历史。

　　时至今日，计算机已与人类社会的发展密切相关，成为了人类生活与工作中不可缺少的伙伴。

⊙奇迹探秘：

　　　2.计算机是由什么构成的？

　　计算机由计算机硬件和计算机软件两部分组成。

　　计算机系统中所使用的物理设备和电子线路就叫做硬件。硬件是看得见、摸得着的实体，如存储器、中央处理器、外部设备和总线等，可靠的硬件对于计算机如同一个人强壮的体魄。

　　凡是能使计算机硬件系统顺利有效地工作的程序，总称为软件。程序总是要通过某些物理介质来存储和表示，如磁带、程序纸、穿孔卡等，但软件并非指这些物理介质，而是指那些看不见摸不着的程序本身，有效的软件如同一个人的聪颖思维。

　　

相关链接

【计算机科学】

　　与计算机相关的技术研究叫做计算机科学，以数据为内核的研究称信息技术。计算机科学指的是一门包含了各种各样与计算和信息处理相关主题的系统学科，从抽象的形式化语法、算法分析到更具体的主题，如程序设计、编程语言、硬件和软件等。作为一门学科，尽管它与数学、软件工程、计算机程序设计和计算机工程等学科之间存在着不同程度的交叉和覆盖，常被人们混淆，但又有着显著的不同。

知识百科

【微软】

　　1975年，19岁的比尔·盖茨从哈佛大学退学，并和他的高中校友保罗·艾伦一起创建了微软公司。微软的总部在美国华盛顿州的雷德蒙市，它是世界上个人计算机开发软件的先导，并且是目前世界上最大的电脑软件提供商。其主要产品有Windows操作系统、Internet Explorer网页浏览器及Microsoft Office办公软件套件。

　　2008年6月27日，微软创始人、董事长比尔·盖茨正式退休，淡出微软正常管理工作，由CEO史蒂夫·鲍尔默接管微软的管理大权。比尔·在退休后专心于慈善事业，并表示将几百亿美元的资产捐赠于慈善基金会。

24．互联网

奇迹概览

　　互联网是由广域网、局域网及单机按照一定的通讯协议组成的国际计算机网络，是人类社会有史以来的第一个世界性沟通平台。互联网是20世纪通讯领域中的一个重大发明，为人类走向信息时代打下了坚实的基础，它深远的影响已经涉及全球的各个领域——政治、经济、文化，互联网已是无处不在。互联网将人类引领进了一个全新的领域——网络信息时代。

⊙奇迹探秘：

　　　1．互联网正在走进千家万户，那么我们可以用互联网来做些什么呢？

　　当今社会，互联网和普通百姓的距离越来越近，关系越来越紧密。通过互联网，我们可以查找资料、浏览信息、寻找好友聊天，可以进行一些休闲娱乐的小游戏，也可以通过电子邮件传递信息与情感，还可以听歌、看FLASH，甚至可以把你喜爱的东西保存下来，通过网络和朋友一起分享。而随着科学技术的不断进步，互联网的可利用之处也越来越多。比如网络电视、宽带电影，让我们欣赏到更多更精彩的节目，而不只局限于家庭电视。而网络多媒体课堂，更是给我们学习更多更丰富的知识提供了绝佳的场所。

　　　

走近奇迹

　　互联网始创于1969年，当时正是冷战时期（1947—1991年，资本主义对社会主义的敌视与矛盾引发的经济、军备与科技的竞争），为了预防核战争对本国通信系统的影响，美国国防部研究计划署（ARPA）开始研究如何防止核打击。这也是互联网研究的一个最基本的理念。

　　最早的计算机网络是一种简单的机器与机器互联的系统。而互联网的最初设计，则是为了能提供一个通讯网络，即使一些地点被核武器摧毁它也能继续正常工作。互联网的前身就是美国陆军网络Arpanet，它是由ARPA提供经费，然后联合计算机公司和几所大学来共同研制并发展起来的。这个网络的存在，奠定了因特网的存在和发展基础，它较好地解决了不同种类机器网络互联的一系列理论和技术问题。但最初的网络仅仅是给计算机专家、工程师和科学家用的，并没有体现它在世界范围的使用性。

　　随着计算机技术和通信技术的不断发展，计算机的网络系统也开始由简单逐步进化到复杂，也逐渐从最早的单机连接发展到多机连接。

　　20世纪70年代，美国人罗伯特·卡恩与文特·瑟夫一起设计了TCP/IP体系结构和互联网基础架构，而TCP/IP协议（供已连接因特网的计算机进行通信的通信协议）成为了因特网传输资料必不可少的技术。在20世纪80年代，美国国防部采用了这个体系结构。1983年，这个体系结构已被全世界普遍使用。而同时，局域网和广域网的产生和蓬勃发展也进一步推动了互联网的进步。其中最为引人注目的是美国国家科学基金会（NSF）建立的NSFnet。NSF在全美国建立了按地区划分的计算机广域网，并且用超级计算机中心将这些地区的网络互联了起来。

　　1990年6月，NSFnet彻底取代了Arpanet成为了因特网的主干网。而NSFnet对因特网最大的贡献就是，它使得因特网不再仅供少数专业和特殊人员使用，而是终于向全社会开放。

　　到了20世纪90年代初，独立的商业网络开始发展起来，这使得从一个商业站点向另一个商业站点发送的信息，不用再经过政府资助的网络中枢。其中，Dephi公司是最早开始为客户提供在线网络服务的国际商业公司。他们从1992年7月开始提供电子邮件服务，而到11月，他们则开始开展全方位的网络服务。

　　互联网的出现是人类通信技术发展历史上的一次伟大革命。目前，计算机网络技术已广泛应用于办公自动化、企业管理与生产过程控制、金融与商业电子化、军事、科研、教育信息服务、医疗卫生等各个领域，它正以迅猛的发展速度改变着人类的生活。

⊙奇迹探秘：

　　　2．我们已经知道了互联网的发明机构是美国国防部研究计划署，那么它是怎样的一个神秘机构呢？?

　　美国国防部研究计划署（ARPA）是美国国防部高级研究计划署（DARPA）的前身。1971年，ARPA更名为DARPA，但其任务和作用并没有发生变化。DARPA是美国国防部的核心研究与开发机构，被称为推动美国国防部转型的“技术引擎”。它的使命就是，为保障国家安全进行基础性创新，推动基础技术研究向军事应用转化，达到促进美国国防科学技术发展的目的。尽管这个机构关注的焦点随着时间的推移而不断变化，但其主要任务仍然是，做好一切准备以帮助美军打赢下一场战争。

　　虽然DARPA现在战略规划的着眼点依然是继续保持美国的军事和技术优势，但是从历史角度和技术层面来看，DARPA的许多研究成果已成为引领人类社会前进的共同财富。比如，互联网就是由DARPA建立的Arpanet发展而来的。

　　　3．互联网的出现让我们接触到了很多以前不知道的东西，但这些东西也不全是新奇有意义的。我们在浏览互联网的时候应该***哪些不良信息呢？?

　　互联网上出现的不良信息，又称为低俗内容，主要是一些不符合法律法规的内容。它们宣扬血腥、暴力、色情，表现形式包括图片、文字、音频、视频以及游戏等等。这些内容对青少年的思想及行为产生错误的诱导，影响他学习与生活，对于青少年的成长极为不利。而现在，一些不健康的网络游戏更是让许多青少年身陷罪恶的泥潭。因此，我们应该***这些网络的不良信息，将网络世界只当成我们增长知识的宝库，只从中吸取对我们成长有利的东西。我们要积极倡导健康上网、文明上网。

　　

相关链接

【互联网的命名】

　　说到互联网，我们总会想起Internet或者WWW，它们一个是因特网，一个是万维网。而实际上，互联网包含因特网，而因特网又包含万维网。

　　互联网，是指所有能彼此通信的设备组成的网络。国际标准的互联网写法是internet，字母i一定要小写！

　　因特网是互联网的一种，它是由上千万台设备组成的互联网。判断自己是否接入的是因特网，要看自己电脑是否安装了TCP/IP协议，同时还要看是否拥有一个公网地址（就是所有私网地址以外的地址）。国际标准的因特网写法是Internet，字母I一定要大写！

　　而万维网则是一个资料空间，它是通过网络来存取资料的超文件系统。这些资料通过超文本传输协议（HTTP，用于在客户端和服务器间请求和应答的协议）来提供给使用者，使用者通过点击链接来获取资源。万维网的发明者是英国人蒂姆·伯纳斯·李。

　　

知识百科

【互联网在中国的发展历程】

　　互联网在我们国家的发展可以大概分为三个阶段：

　　第一阶段为1986年6月到1993年3月，为研究试验阶段。期间，我国一些科研部门和高等院校开始对互联网进行研究与探索。而这时的网络应用仅限于小范围的电子邮件服务。

　　第二阶段为1994年4月到1996年，为起步阶段。1994年4月，中国开通了因特网全功能服务，从此中国被国际上正式承认为有互联网的国家。而到1996年底，我国互联网的用户数已达20万，对于互联网的应用也越来越广泛。

　　第三阶段是从1997年至今，这是快速增长阶段。我国的互联网用户数量在1997年以后，基本保持每半年翻一番的增长速度。2009年7月16日，CNNIC（中国互联网络信息中心）的统计报告显示，2009年上半年，我国网民（半年内使用过互联网的6周岁及以上的中国公民）规模已达3.38亿，继续站在全球互联网用户数量的前列；其中，有1.55亿的网民是使用手机上网，约占我国网民总数的一半（46%）。