第一章 IP基本原理
本章要点：
1．熟悉OSI模型（监控维护）
2．熟悉TCP/IP模型各层的基本功能（监控维护）
3．了解TCP、UDP协议的基本特点和常用应用层协议（监控维护）；了解ARP协议的基本作用（维护）
4．掌握IP地址结构、IP地址分类，掌握子网掩码的概念（监控维护）；简单IP地址计算（维护）
5．和Ping、Trace命令的基本原理和使用方法（监控维护）
第一节IP协议概述
1.1 IP协议概述
全球INTERNET网的广泛应用使IP协议深入人心。IP协议以其简单、有效、开放性成为事实上的工业标准。IP协议使异种网互联方便可行，尤其值得一提的是它对下层通信技术的巨大包容性。
IP协议作为通信子网的最高层，提供无连接的数据报传输机制。IP协议是点到点的，核心问题是寻径。它向上层提供统一的IP数据报，使得各种物理帧的差异性对上层协议不复存在。
1.2 TCP/IP协议分层
OSI(Open System Interconnection, 开放系统互连)参考模型是一个合法的标准。国际标准化组织( I S O )创建了O S I模型，并在1 9 8 4年发布，以为供应商提供一个网络模型，这样它们的产品可以在网络上协调工作。O S I参考模型提供了层次分析工具，以理解互连技术，以及当前和未来网络发展的基础。
图1-1 OSI参考模型
模型描述了每个层如何与其他节点上的对应层进行通信。在第一个节点上，最终用户创建一些数据，发送到其他节点，例如电子邮件。在应用层，在数据上加入了应用层报头。表示层在从应用层接收到的数据上加入了它自己的报头，每层在从上层收到的数据上加入它们自己的报头。然而，在较低层，数据分隔为较小的信元，并在每个信元上加入报头。例如，传输层具有较小的数据报文，网络层有数据包，数据链路层有帧。物理层处理原始比特流中的数据。当这个比特流到达目的地时，数据在每层重新集合，并且去除每层的报头，直至最终用户可以阅读电子邮件。
网络协议通常分不同层次进行开发，每一层分别负责不同的通信功能。一个协议族，比如TCP/IP，是一组不同层次上的多个协议的组合。TCP/IP通常被认为是一个四层协议系统，如图1-1所示。
每一层负责不同的功能：
1) 链路层，有时也称作数据链路层或网络接口层，通常包括操作系统中的设备驱动程序和计算机中对应的网络接口卡。它们一起处理与电缆（或其他任何传输媒介）的物理接口细节。
2) 网络层，有时也称作互联网层，处理分组在网络中的活动，例如分组的选
路。在TCP/IP协议族中，网络层协议包括I P 协议（网际协议），I C M P 协议（I n t e r n e t 互联网控制报文协议），以及I G M P 协议（I n t e r n e t 组管理协议）。
3 )运输层主要为两台主机上的应用程序提供端到端的通信。在TCP/IP协议族中，有两个互不相同的传输协议：T C P （传输控制协议）和U D P（用户数据报协议）。T C P 为两台主机提供高可靠性的数据通信。它所做的工作包括把应用程序交给它的数据分成合适的小块交给下面的网络层，确认接收到的分组，设置发送最后确认分组的超时时钟等。由于运输层提供了高可靠性的端到端的通信，因此应用层可以忽略所有这些细节。而另一方面，U D P 则为应用层提供一种非常简单的服务。它只是把称作数据报的分组从一台主机发送到另一台主机，但并不保证该数据报能到达另一端。任何必需的可靠性必须由应用层来提供。这两种运输层协议分别在不同的应用程序中有不同的用途，这一点将在后面看到。
4 )应用层负责处理特定的应用程序细节。几乎各种不同的TCP/IP实现都会提供下面这些通用的应用程序:
TELNET 远程登录。
FTP 文件传输协。
SMTP 简单邮件传送协议。
SNMP 简单网络管理协议。
假设在一个局域网（L A N ）如以太网中有两台主机，二者都运行F T P协议，图1 - 2 列出了该过程所涉及到的所有协议。
图1-2 局域网上运行FTP 的两台主机
这里，我们列举了一个F T P 客户程序和另一个F T P 服务器程序。大多数的网络应用程序都被设计成客户—服务器模式。服务器为客户提供某种服务，在本例中就是访问服务器所在主机上的文件。在远程登录应用程序Telnet中，为客户提供的服务是登录到服务器主机上。
在同一层上，双方都有对应的一个或多个协议进行通信。例如，某个协议允许T C P 层进行通信，而另一个协议则允许两个I P 层进行通信。
在图1 - 2 的右边，我们注意到应用程序通常是一个用户进程，而下三层则一般在（操作系统）内核中执行。尽管这不是必需的，但通常都是这样处理的，例如U N I X 操作系统。
在图1 - 2 中，顶层与下三层之间还有另一个关键的不同之处。应用层关心的是应用程序的细节，而不是数据在网络中的传输活动。下三层对应用程序一无所知，但它们要处理所有的通信细节。
在图1 - 2 中列举了四种不同层次上的协议。F T P 是一种应用层协议，T C P 是一种运输层协议，I P 是一种网络层协议，而以太网协议则应用于链路层上。TCP/IP协议族是一组不同的协议组合在一起构成的协议族。尽管通常称该协议族为TCP/IP，但T C P 和I P 只是其中的两种协议而已（该协议族的另一个名字是I n t e r n e t 协议族(Internet Protocol Suite)）。
网络接口层和应用层的目的是很显然的—前者处理有关通信媒介的细节（以太网、令牌环网等），而后者处理某个特定的用户应用程序（F T P 、Telnet等）。但是，从表面上看，网络层和运输层之间的区别不那么明显。为什么要把它们划分成两个不同的层次呢？为了理解这一点，我们必须把视野从单个网络扩展到一组网络。
构造互连网最简单的方法是把两个或多个网络通过路由器进行连接。它是一种特殊的用于网络互连的硬件盒。路由器的好处是为不同类型的物理网络提供连接：以太网、令牌环网、点对点的链接和F D D I （光纤分布式数据接口）等等。
这些盒子也称作I P 路由器（IP Router ），但我们这里使用路由器( R ou t e r )这个术语。从历史上说，这些盒子称作网关（g a t e w a y ），在很多TCP/IP文献中都使用这个术语。现在网关这个术语只用来表示应用层网关：一个连接两种不同协议族的进程（例如，TCP/IP 和IBM 的SNA ），它为某个特定的应用程序服务（常常是电子邮件或文件传输）。
图1-3 通过路由器连接的两个网络图1 - 3 是一个包含两个网络的互连网：一个以太网和一个令牌环网，通过一个路由器互相连接。尽管这里是两台主机通过路由器进行通信，实际上以太网中的任何主机都可以与令牌环网中的任何主机进行通信。
在图1 - 3 中，我们可以划分出端系统（End system ）（两边的两台主机）和中间系统（Intermediate system ）（中间的路由器）。应用层和运输层使用端到端（En d - t o - e n d ）协议。在图中，只有端系统需要这两层协议。但是，网络层提供的却是逐跳（Ho p - b y - h o p ）协议，两个端系统和每个中间系统都要使用它。
在TCP/IP协议族中，网络层I P 提供的是一种不可靠的服务。也就是说，它只是尽可能快地把分组从源结点送到目的结点，但是并不提供任何可靠性保证。而另一方面，T C P 在不可靠的I P 层上提供了一个可靠的运输层。为了提供这种可靠的服务，T C P 采用了超时重传、发送和接收端到端的确认分组等机制。由此可见，运输层和网络层分别负责不同的功能。
从定义上看，一个路由器具有两个或多个网络接口层（因为它连接了两个或多个网络）。任何具有多个接口的系统，英文都称作是多接口的( m u l ti h o m e d )。一个主机也可以有多个接口，但一般不称作路由器, 除非它的功能只是单纯地把分组从一个接口传送到另一个接口。同样，路由器并不一定指那种在互联网中用来转发分组的特殊硬件盒。大多数的TCP/IP实现也允许一个多接口主机来担当路由器的功能，但是主机为此必须进行特殊的配置。在这种情况下，我们既可以称该系统为主机（当它运行某一应用程序时，如F T P 或Telnet），也可以称之为路由器（当它把分组从一个网络转发到另一个网络时）。在不同
的场合下使用不同的术语。
互联网的目的之一是在应用程序中隐藏所有的物理细节。虽然这一点在图1 - 3 由两个网络组成的互联网中并不很明显，但是应用层不能关心（也不关心）一台主机是在以太网上，而另一台主机是在令牌环网上，它们通过路由器进行互连。随着增加不同类型的物理网络，可能会有2 0 个路由器，但应用层仍然是一样的。物理细节的隐藏使得互联网功能非常强大，也非常有用。
连接网络的另一个途径是使用网桥。网桥是在链路层上对网络进行互连，而路由器则是在网络层上对网络进行互连。网桥使得多个局域网（L AN ）组合在一起，这样对上层来说就好像是一个局域网。
1.3 TCP/IP 的分层
在TCP/IP协议族中，有很多种协议。图1 - 4 给出了将要讨论的其他协议。
T C P 和U D P 是两种最为著名的运输层协议，二者都使用I P 作为网络层协议。虽然T C P 使用不可靠的I P 服务，但它却提供一种可靠的运输层服务。
I P 是网络层上的主要协议，同时被T C P 和U D P 使用。T C P 和U D P 的每组数据都通过端系统和每个中间路由器中的I P 层在互联网中进行传输。在图1 - 4 中，我们给出了一个直接访问I P 的应用程序。
I C M P 是I P 协议的附属协议。I P 层用它来与其他主机或路由器交换错误报文和其他重要信息。尽管I C M P 主要被I P 使用，但应用程序也有可能访问它。我们将分析两个流行的诊断工具，Ping和Tr a c e r o u t e ，它们都使用了I C M P 。
I G M P 是I n t e r n e t 组管理协议。它用来把一个U D P 数据报多播到多个主机。在后续的专题中我们将详细介绍。
A R P （地址解析协议）和R A R P （逆地址解析协议）是某些网络接口（如以太网和令牌环网）使用的特殊协议，用来转换I P 层和网络接口层使用的地址。
1.4 互联网的地址
我们把 Internet 看成为一个网络。所谓IP地址就是给每一个连接在Internet上的主机分配一个唯一的32bit 地址。IP地址的结构使我们可以Internet上很方便地进行寻址，这就是：先按IP地址中的网络号码 net-id 把网络找到，再按主机号码 host-id 把主机找到。所以IP地址并不只是一个计算机的号码，而是指出了连接到某个网络上的某个计算机。IP地址有美国国防数据网DDN的网络信息中心NIC进行分配。
为了便于对IP地址进行管理，同时还考虑到网络的差异很大，有的网络拥有很多的主机，而有的网络上的主机则很少。因此Internet 的IP地址就分成为五类，即A类到E类。这样，IP地址由三个字段组成，即：
类别字段（又称为类别比特），用来区分IP地址的类型；网络号码字段net-id;
主机号码字段host-id。
D类地址是一种组播地址，主要是留给Internet体系结构委员会IAB(Internet rchitecture Board)使用。E类地址保留在今后使用。目前大量IP地址仅A至 C类三种。
图1-5 IP地址的结构
A类IP地址的网络号码数不多。目前几乎没有多余的可供分配。现在能够申请到的IP 地址只有B类和C类两种。当某个单位向IAB申请到IP地址时，实际上只是拿到了一个网络号码net-id。具体的各个主机号码host-id则由该单位自行分配，只要做到在该单位管辖的范围内无重复的主机号码即可。
为方便起见，一般将32bit的IP地址中的每8个比特用它的等效十进制数字表示，并且在这些数字之间加上一个点。例如，有下面这样的IP地址：
10000000 00001011 00000011 00011111 这是一个B类IP地址，可记为128.11.3.31，这显然更方便得多。在使用IP地址时，还要知道下列地址是保留作为特殊用途的，一般不使用。
全0的网络号码，这表示“本网络”或“我不知道号码的这个网络”。
全1的网络号码。
全0的主机号码，这表示该IP地址就是网络的地址。
全1的主机号码，表示广播地址，即对该网络上所有的主机进行广播。
全0的IP地址，即0.0.0.0。
网络号码为127.X.X.X.，这里X.X.X为任何数。这样的网络号码用作本地
软件回送测试（Loopback test）之用。
全1地址255.255.255.255，这表示“向我的网络上的所有主机广播”。原先是使用0.0.0.0。
这样，我们就可得出表1所示的IP地址的使用范围。
表1 IP地址的使用范围
IP地址有一些重要的特点：
1. IP地址有一些是一种非等级的地址结构。这就是说，和电话号码的结构不一样，IP 地址不能反映任何有关主机位置的地理信息。
2. 当一个主机同时连接到两个网络上时（作路由器用的主机即为这种情况），该主机就必须同时具有两个相应的IP地址，其网络号码net-id是不同的，这种主机成为多地址主机（multihomed host）。
3. 按照Internet的观点，用转发器或网桥连接起来的若干个局域网仍为一个网络，因此这些局域网都具有同样的网络号码net-id。
4. 在IP地址中，所有分配到网络号码net-id的网络（不管是小的局域网还是很大的广域网）都是平等的。
IP地址的设计有不够合理的地方。例如，IP地址中的A至C类地址，可供分配的网络号码超过211万个，而这些网络上的主机号码的总数则超过37.2亿个，初看起来，似乎IP地址足够全世界来使用，（在70年代初期设计IP地址是就是这样认为的）。其实不然。第一，当初没有预计到微机会普及得如此之快。各种局域网和局域网上的主机数目急剧增长。第二，IP地址在使用时有很大的浪费。例如：某个单位申请到了一个B类地址。但该单位只有1万台主机。于是，在一个B类地址中的其余5万5千多个主机号码就白白地浪费了。因为其他单位的主机无法使用这些号码。
从 1985年起，为了使 IP 地址的使用更加灵活，在 IP 地址的网络号码net-id，而后面的主机号码host-id则是受本单位控制，由本单位进行分配。本单位所有的主机都使用同一个网络号码。当一个单位的主机很多而且分布在很大的地理范围是，往往需要用一些网桥（而不是路由器，因为路由器连接的主机具有不同的网络号码）将这些主机互连起来。网桥的缺点较多。例如容易引起广播风暴，同时当网络出现故障时也不太容易隔离和管理。为了使本单位的各子网之间使用路由器来互连，因而便于管理。需要注意的是，子网的划分纯属本单位内部的是，在本单位以外是看不见这样的划分。从外部看，这个单位只有一个网络号码。只有当外面的分组进入到本单位范围后，本单位的路由器在根据子网号码进行选路，最后找到目的主机。若本单位按照主机所在的地理位置划分子网，那么在管理方面就会方便得多。
这里应注意，TCP/IP体系的“子网”（subnet）是本单位网络内的一个更小些的网络，和前面讲的OSI 体系中的子网（subnetwork）不同。它们的英文名字不同，但中文译名都是一样的。
图 1-6 说明是在划分子网时要用到的子网掩码（subnet mask）的意义。
图1-6（a）举了一个B类IP地址作为例子。图1-6（b）表示将本地控制部分再增加一个子网字段，子网号字段究竟选为多长，由本单位根据情况确定。 TCP/IP体系规定用一个32bit的子网掩码来表示子网号字段的长度。具体的做法是：子网掩码由一连串的“1”和一连串的“0”组成。“1”对应于网络号码和子网号码字段，而“0”对应于主机号码字段（图1-6（c））
多划分出一个子网号码字段是要付出代价的。例如，对于图4的例子，本来一个B类IP 地址可以容纳65534个主机号码。但划分出6bit长的子网字段后，最多可有62个子网（去掉
全1和全0的子网号码）。每个子网有10bit的主机号码，即每个子网最多可有 1022 个主机号码。因此主机号码的总数是62*1022=63364个。比不划分子网时要少了一些。
若一个单位不进行子网的划分，则其子网掩码即为默认值，此时子网掩码中
“1”的长度就是网络号码的长度。因此，对于A，B和C类IP地址，其对应的子网掩码默认值分别为255.0.0.0,255.255.0.0和255.255.255.0。
1.5 封装
当应用程序用T C P 传送数据时，数据被送入协议栈中，然后逐个通过每一层直到被当作一串比特流送入网络。其中每一层对收到的数据都要增加一些首部信息（有时还要增加尾部信息），该过程如图1 - 7 所示。T C P 传给I P 的数据单元称作T C P 报文段或简称为T C P 段（T C P s e g m e n t）。I P 传给网络接口层的数据单元称作I P 数据报(IP datagram)。通过以太网传输的比特流称作帧(Fr a m e )。
图1 - 7 中帧头和帧尾下面所标注的数字是典型以太网帧首部的字节长度。在后面的章节中我们将详细讨论这些帧头的具体含义。
以太网数据帧的物理特性是其长度必须在4 6 ～1 5 0 0 字节之间。由于现在几乎所有的计算机系统都采用8 bit 的字节，因此我们在本书中使用字节（byte ）这个术语。
传给I P 的信息单元称作U D P 数据报（UDP datagram ），而且U D P 的首部长为8 字节。
由于T C P 、U D P 、I C M P 和I G M P 都要向I P 传送数据，因此I P 必须在生成的I P 首部中加入某种标识，以表明数据属于哪一层。为此，I P 在首部中存入一个长度为8 b i t 的数值，称作协议域。1 表示为I C M P 协议，2 表示为I G M P 协议，6 表示为T C P 协议，1 7 表示为U D P 协议。
类似地，许多应用程序都可以使用T C P 或U D P 来传送数据。运输层协议在生成报文首部时要存入一个应用程序的标识符。T C P 和U D P 都用一个1 6 b i t 的端口号来表示不同的应用程序。T C P 和U D P 把源端口号和目的端口号分别存入报文首部中。
网络接口分别要发送和接收I P 、A R P 和R A R P 数据，因此也必须在以太网的帧首部中加入应用程序某种形式的标识，以指明生成数据的网络层协议。为此，以太网的帧首部也有一个16 bit 的帧类型域。
1.6 分用
当目的主机收到一个以太网数据帧时，数据就开始从协议栈中由底向上升，同时去掉各层协议加上的报文首部。每层协议盒都要去检查报文首部中的协议标识，以确定接收数据的上层协议。这个过程称作分用（D e m u l t ip l e x i n g ），图1 - 8 显示了该过程是如何发生的。
协议I C M P 和I G M P 定位一直是一件很棘手的事情。在图1 - 4 中，把它们与I P 放在同一层上，那是因为事实上它们是I P 的附属协议。但是在这里，我们又把它们放在I P 层的上面，这是因为ICMP 和IGMP 报文都被封装在IP 数据报中。
1.7 端口号
前面已经指出过，T C P 和U D P 采用16 bit 的端口号来识别应用程序。
那么这些端口号是如何选择的呢？服务器一般都是通过知名端口号来识别的。例如，对于每个T C P / I P实现来说，F T P 服务器的T C P 端口号都是2 1 ，每个Telnet服务器的T CP 端口号都是2 3 ，每个T F T P (简单文件传送协议)服务器的U D P 端口号都是6 9 。任何TCP/IP实现所提供的服务都用知名的1 ～1 0 2 3 之间的端口号。这些知名端口号由I n t e r n e t 号分配机构（Internet Assigned Numbers Authority, IANA ）来管理。
到1 9 9 2 年为止，知名端口号介于1 ～2 5 5 之间。2 5 6 ～1 0 2 3 之间的端口号通常都是由U n i x 系统占用，以提供一些特定的U n i x 服务—也就是说，提供一些只有U n i x 系统才有的、而其他操作系统可能不提供的服务。现在IANA 管理1 ～1023 之间所有的端口号。
I n t e r n e t 扩展服务与U n i x 特定服务之间的一个差别就是Telnet和R l o g i n 。它们二者都允许通过计算机网络登录到其他主机上。Telnet是采用端口号为2 3 的TCP/IP标准且几乎可以在所有操作系统上进行实现。相反，R l o g i n 最开始时只是为U n i x 系统设计的（尽管许多非Unix 系统现在也提供该服务），因此在80 年代初，它的有名端口号为513。
客户端通常对它所使用的端口号并不关心，只需保证该端口号在本机上是唯一的就可以了。客户端口号又称作临时端口号（即存在时间很短暂）。这是因为它通常只是在用户运行该客户程序时才存在，而服务器则只要主机开着的，其服务就运行。
大多数TCP/IP实现给临时端口分配1 0 2 4 ～5 0 0 0 之间的端口号。大于5 0 0 0 的端口号是为其他服务器预留的（I n t e r n e t 上并不常用的服务)。我们可以在后面看见许多这样的给临时端口分配端口号的例子。保留端口号。(RFC 1340)
这些端口号介于1 ～1 0 2 3 之间，一些应用程序将它作为客户与服务器之间身份认证的一部分。
1.8 标准化过程/RFC
究竟是谁控制着TCP/IP协议族，又是谁在定义新的标准以及其他类似的事情？事实上，有四个小组在负责I n t e r n e t 技术。
1) Internet 协会（I S O C ，Internet Society ）是一个推动、支持和促进In t e r n e t 不断增长和发展的专业组织，它把I n t e r n e t 作为全球研究通信的基础设施。
2) Internet 体系结构委员会（I A B ，Internet Architecture Board ）是一个技术监督和协调的机构。它由国际上来自不同专业的1 5 个志愿者组成，其职能是负责I n t
e r n e t 标准的最后编辑和技术审核。I A B 隶属于I S O C。
3) Internet 工程专门小组（I E T F ，Internet Engineering Task Force ）是一个面向近期标准的组织，它分为9 个领域（应用、寻径和寻址、安全等等）。I E T F 开发成为I n t e r n e t 标准的规范。为帮助IETF 主席，又成立了Internet 工程指导小组（IESG ,Internet Engineering Steering Group ）。
4) Internet 研究专门小组（IR I F ，Internet Research Task Force ）主要对长远的项目进行研究。I RT F 和I E T F 都隶属于I A B 。文献[Crocker1993]提供了关于I n t e r n e t 内部标准化进程更为详细的信息，同时还介绍了它的早期历史。
所有关于I n t e r n e t 的正式标准都以R F C （Request for Comment ）文档出版。另外，大量的R F C 并不是正式的标准，出版的目的只是为了提供信息。R F C 的篇幅从1 页到2 0 0 页不等。每一项都用一个数字来标识，如 RFC 11 2 2 ，数字越大说明R F C 的内容越新。所有的R F C 都可以通过电子邮件或用F T P 从I n t e r n e t 上免费获取。
第二节IP数据报文
2.1 引言
IP 是TC P/IP 协议族中最为核心的协议。所有的TCP 、UDP 、ICMP 及IGMP 数据都以IP 数据报格式传输。IP 提供不可靠、无连接的数据报传送。
不可靠（unreliable ）的意思是它不能保证IP 数据报能成功地到达目的地。IP 仅提供最好的传输服务。如果发生某种错误时，如某个路由器暂时用完了缓冲区，IP 有一个简单的错误处理算法：丢弃该数据报，然后发送ICMP 消息报给信源端。任何要求的可靠性必须由上层来提供（如TCP ）。
无连接（connectionless ）这个术语的意思是IP 并不维护任何关于后续数据报的状态信息。每个数据报的处理是相互独立的。这也说明，IP 数据报可以不按发送顺序接收。如果一信源向相同的信宿发送两个连续的数据报（先是A ，然后是B ），每个数据报都是独立地进行路由选择，可能选择不同的路线，因此B 可能在A 到达之前先到达。
RFC 791[Postel 1981a]是IP 的正式规范文件。
2.2 IP 首部
在TCP/IP的标准中，各种数据格式常常以32bit（即4字节）为单位来描述。
图 2-1一个IP数据报由首部和数据两部分组成。首部的前一部分长度是固定的20个字节，后面部分的长度则是可变长度。下面介绍首部各字段的意义。
IP数据报首部的固定部分
1、版本
版本字段站4 bit,指IP协议的版本。通信双方使用的IP协议的版本必须一致。目前使用的IP协议版本为4。
2、首部长度首部长度字段占4bit，可表示的最大数值是15个单位（一个单位为4字节），因此IP的首部长度的最大值是60字节。当IP分组的首部长度不是4字节的整数倍时，必须利用最后一个填充字段加以填充。这样，数据部分永远在4字节的整数倍时开始，这样在实现起来会比较方便。首部长度限制为60字节的缺点是有时（如采用源站选路时）不够用。但这样做的用意是要用户尽量减少额外的开销。
3、服务类型服务类型字段共8bit长，用来获得更好的服务，其意义见图6的上面部分所示。服务类型字段的前三个比特表示优先级，它可使数据报具有8个优先级中的一个。
第4个比特是D比特，表示要求有更低的时延。第5个比特是T比特，表示要求有更高的吞吐量。第6个比特是R比特，表示要求有更高的可靠性，即在数据报传的过程中，被结点交换机丢弃的概率要更小些。第7个比特是C比特，是新增加的，表示要求选择价格更低廉的路由。最后一个比特目前尚未使用。
4、总长度总长度指首部和数据之和的长度，单位为字节。总长度字段为16bit，因此数据报的最大长度为65535字节。这在当前是够用的。
当很长的数据报要分段进行传送时，“总长度”不是指未分段前的数据报长度，而是指分段后每个段的首部长度与数据长度的总和。
5、标识标识字段的意义和OSI的IPDU中的数据单元标识符的意义一样，是为了使分
段后的各数据报段最后能准确地重装成为原来的数据报。请注意：这里的“标识”并没有顺序号的意思，因为IP是无连接服务，数据报不存在按序接收的问题。
6、标志标志字段占3bit。目前只有前两个比特有意义。
标志字段中的最低位记为MF（More Fragment）。MF=1即表示后面还有分段的数据报。MF=0表示这已是若干数据报段中的最后一个。标志字段中间的一位记为DF（Don’t Fragment）。只有当DF=0时才允许分段。
7、段偏移
段偏移字段的意义和OSI的IPDU中规定的相似，只是表示的单位不同。这里是以8个字节为偏移单位。可见IP数据报的段偏移字段（13bit长）和OSI的 IPDU的段偏移字段（16bit 长）是相当的。
8、寿命
寿命字段记为TTL（Time To Live）,其单位为秒。寿命的建议值是32秒。但也可设定为3-4秒，或甚至255秒。
9、协议
协议字段占8bit，它指出此数据携带的运输层数据是使用何种协议，以便目的主机的IP 层知道应将此数据报上交给哪个进程。常用的一些协议和响应的协议字段值（写在协议后面的括弧中）是： UDP （ 17 ）， TCP （ 6 ）， ICMP（1），GGP（3），EGP（8），IGP （9），OSPF（89），以及ISO的 TP4（29）。
10、首部检验和此字段只检验数据报的首部，不包括数据部分。不见眼数据部分是因为数据报每经过一个结点，结点处理机就要重新计算一下首部检验和（一些字段，如寿命、标志、段偏移等都可能发生变化）。如将数据部分一起检验，计算的工作量就太大了。
11、地址源站IP地址字段和目的站IP地址字段都各占4字节。
IP 首部的可变部分IP 首部的可变部分就是一个任选字段。任选字段用来支持排错、测量以及安全等措施，内容很丰富。此字段的长度可变，从一个字节到40个字节不等，取决于所选择的项目。某些任选项目只需要一个字节，它只包括一个字节的任选代码，图2-2画的是任选代码的格式。还有些任选项目需要多个字节，但其第一个字节的格式仍为图2-2所示的那样。这些任选项一个个拼接起来，中间不需要有分隔符，最后用全0的填充字段补齐成为4字节的整数倍。
图 2-2 IP首选项
可以看出，任选代码共有三个字段。第一个字段是复制字段，占1bit，它的作用是控制网络中的路由器在将数据报进行分段时所作的选择。当复制字段为1时，必须将此任选字段复制到每一个数据报段。而当复制字段为0时，就只复制到第一个数据报段上。
第二个字段是任选类别字段，占2bit。但目前只有两种可供选用，如图2-3：
第三个字段是任选编号，占5个字节，它指出任选是做什么用的。属于任选类别0的有下列一些任选编号：
任选类别意义
0 数据报或网络控制(主要是这一类)
1 保留今后使用
2 排错和测量,即 Internet 时间戳
3 保留今后使用
图 2-3
任选类别及意义
任选编号为0：指出这是任选项目中的最后一个。
任选编号为1：无操作，用于需要按每4个字节对齐之用。和填充字段的功能是一样的。
以上两种都是只使用一个字节的任选代码。下面的几种则要使用若干个字节。任选编号为2：为安全用的。只用在美国国防系统来传送机密文件。路由器在检测到这一安全任选项目时，就要使该数据报不要离开安全的环境。在商业上尚无此应用。
任选编号为7：为记录路由用的，其长度是可变的。图2-4是记录路由的任选项目的格式。
这种数据报是用来监视和控制互连网中的路由器是如何转发数据报的。源站发出一个空白的表，让数据报所经过的个路由填上其IP地址，以获得路由信息。
前三个字节是：
1. 任选代码字段——其中的三个字段分别填入0，0，和7。
2. 长度字段——填入此任选项目的长度，包括这前三个字节。
3. 指针字段——指出下一个可填入IP地址的空白位置的偏移量。在这之后，就是若干个4字节长的IP地址，让各个路由器填入。当一个路由器收到包含有记录路由任选项目的数据报时，先检查指针所指的位置是否超过了表的长度。如不超过，则填入自己的IP地址，并将指针值加4，然后转发出去。但如表已填满，则不填入自己的IP地址，而仅仅转发此数据报。
一般的计算机在受到这样的数据报是，并不会理睬该数据报中所记录的路由。
因此，源站必须和有关的站主机在、协商好，请目的主机在收到记录的路由信息后，将路由信息提取出来，并发回源站。
下面两任选项目都是关于源站选路的。
任选编号为3：不严格的源站选路(loose source routing)，其长度是可变的。
任选编号为9：严格的源站选路(strict source routing)，其长度也是可变的。源站选路本来是源站将数据报传送的路由事先规定好。严格的源站选路不允许改变源站规定好的路由。但不严格的源站选路允许在数据报传送的过程中，将路由表中源站已规定要经过的一些路由器，改换成别的路由器。
源站选路任选项目的格式与图记录路由的相似。前面也是三个固定的字节，但任选代码字节中的三个字段应分别填入1，0和3（不严格的源站选路）以及1，0和9（严格源站选路）。此外，这三个字节后的IP地址表不是空的，而是事先由源站写好的。数据报按源站指定的路由传送。当路由器收到此数据报后，若指针已超过表的范围，则转发此数据报，不写任何数据。若指针的指示是正确的，则填入自己的IP地址(覆盖掉原来的IP地址)，并按照表中指出的一下一个地址转发出去。这里要注意：一个路由器有两个或两个以上 IP 地址。原来在这个任选项目路由表中写入的是路由器的入口IP地址，而路由器写的IP地址则是路由器的出口IP地址。
在数据报中加入源站选路任选项目，可以使网络的管理者了解沿网络中的某一条通路的通信状况是否正常。一般的用户并不使用这一功能。
最后一个任选项目是Internet 的时间戳。
任选编号为4：作时间戳用，其长度是可变的。格式和图类似，但一开始除了原来的任选代码字段(填入0，2和4)、长度字段和指针字段这三个字节外，再加上一个字节的溢出和标志两个字段。标志字段区分几种情况：
(1)只写入时间戳；（2）写入IP地址和时间戳；（3）IP地址由源站规定好，路由器只
写入时间戳。溢出字段写入一个数，此数值即数据报所经过的路由器的最大数目（考虑到太多的时间戳可能会写不下）。
时间戳记录了路由器收到数据报的日期和时间，占用了4个字节。时间的单位是毫秒，是从午夜算起的通用时间(Universal Timer)，也就是以前的格林尼治时间。当网络中的主机的本地时间和时钟不一致时，记录的时间戳会有一些误差。时间戳可用来统计数据报经路由器产生的时延和时延的变化。
第三节ARP 地址解析协议
3.1 引言
数据链路如以太网或令牌环网都有自己的寻址机制（常常为48 bit 地址），这是使用数据链路的任何网络层都必须遵从的。一个网络如以太网可以同时被不同的网络层使用。例如，一组使用TCP/IP协议的主机和另一组使用某种P C 网络软件的主机可以共享相同的电缆。
当一台主机把以太网数据帧发送到位于同一局域网上的另一台主机时，是根据48 bit 的以太网地址来确定目的接口的。设备驱动程序从不检查I P 数据报中的目的I P 地址。
地址解析为这两种不同的地址形式提供映射：32 bit 的I P地址和数据链路层使用的任何类型的地址。RFC 826 [Plummer1 9 8 2 ]是A R P 规范描述文档。
A R P 为I P 地址到对应的硬件地址之间提供动态映射。我们之所以用动态这个词是因为这个过程是自动完成的，一般应用程序用户或系统管理员不必关心。
图3-1 ARP 协议
3.2 ARP举例
图3 - 2 所示，显示了ARP的解析过程。
第一章 激光的基本原理 1. 为使He-Ne 激光器的相干长度达到1km ,它的单色性0/λλΔ应是多少? 提示: He-Ne 激光 器输出中心波长632.8o nm λ= 解: 根据c λν=得 2 c d d d d ν νλνλλ =? ?=? λ 则 o o ν λ νλΔΔ= 再有 c c c L c τν == Δ得106.32810o o o c o c c L L λλνλνν?ΔΔ====× 2. 如果激光器和微波激射器分别在=10μm λ、=500nm λ和=3000MHz ν输出1W 连续功率，问每秒从激光上能级向下能级跃迁的粒子数是多少？ 解：设输出功率为P ，单位时间内从上能级向下能级跃迁的粒子数为n ，则： c P nh nh νλ==由此可得： P P n h hc λ ν= = 其中为普朗克常数，为真空中光速。 34 6.62610 J s h ?=×?8310m/s c =×所以，将已知数据代入可得： =10μm λ时： 19-1=510s n ×=500nm λ时： 18-1=2.510s n ×=3000MHz ν时： 23-1=510s n ×3．设一对激光能级为2E 和1E (21f f =)，相应的频率为ν(波长为)，能级上的粒子数密度分别为n 和，求 λ21n (a) 当ν=3000MHz ，T=300K 时，21/?n n = (b) 当，T=300K 时，λ=1μm 21/?n n = (c) 当，n n 时，温度T=？ λ=1μm 21/0.1=解：当物质处于热平衡状态时，各能级上的粒子数服从玻尔兹曼统计分布,则 2 211()exp exp exp b b n E E h h n k T k T k νb c T λ??????=?=?=?????? ???????? (a) 当ν=3000MHz ，T=300K 时： 3492 231 6.62610310exp 11.3810300n n ????×××=?≈??××? ? (b) 当，T=300K 时： λ=1μm 3482 2361 6.62610310exp 01.381010300n n ?????×××=?≈??×××??
激光加工技术 摘要 激光加工技术是利用激光束与物质相互作用的特性对材料（包括金属与非金属）进行切割、焊接、表面处理、打孔及微加工等的一种加工新技术，涉及到光、机、电、材料及检测等多门学科。由于激光加工热影响区域小，光束方向性好，几乎可以加工任何材料。常用来进行选择性加工，精密加工。由于激光加工的特殊特点，其发展前景广阔，目前已广泛应用于激光焊接、激光切割、表面改性、激光打标、切削加工，快速成形，激光钻孔和基板划片，半导体处理等。 关键词：原理、应用﹑新技术、精密加工、 引言 激光是本世纪的重大发明之一，具有巨大的技术潜力。专家们认为，现在是电子技术的全胜时期，其主角是计算机，下一代将是光技术时代，其主角是激光。激光因具有单色性、相干性和平行性三大特点，特别适用于材料加工。激光加工是激光应用最有发展前途的领域，国外已开发出20多种激光加工技术。激光的空间控制性和时间控制性很好，对加工对象的材质、形状、尺寸和加工环境的自由度都很大，特别适用于自动化加工。激光加工系统与计算机数控技术相结合可构成高效自动化加工设备，已成为企业实行适时生产的关键技术，为优质、高效和低成本的加工生产开辟了广阔的前景。 激光加工是指利用激光束投射到材料表面产生的热效应来完成加工过程，包括激光焊接、激光切割、表面改性、激光打标、激光钻孔和微加工等。用激光束对材料进行各种加工，如打孔、切割、划片、焊接、热处理等。激光能适应任何材料的加工制造，尤其在一些有特殊精度和要求、特别场合和特种材料的加工制造方面起着无可替代的作用。
正文 1﹑激光加工技术的原理及其特点 1．1激光加工的起源 早期的激光加工由于功率较小，大多用于打小孔和微型焊接。到20世纪70年代，随着大功率二氧化碳激光器、高重复频率钇铝石榴石激光器的出现，以及对激光加工机理和工艺的深入研究，激光加工技术有了很大进展，使用范围随之扩大。数千瓦的激光加工机已用于各种材料的高速切割、深熔焊接和材料热处理等方面。各种专用的激光加工设备竞相出现，并与光电跟踪、计算机数字控制、工业机器人等技术相结合，大大提高了激光加工机的自动化水平和使用功能。 1.2激光加工的原理 激光加工是以激光为热源对工件进行热加工。 激光加工是将激光束照射到工件的表面，以激光的高能量来切除、熔化材料以及改变物体表面性能。由于激光加工是无接触式加工，工具不会与工件的表面直接磨察产生阻力，所以激光加工的速度极快、加工对象受热影响的范围较小而且不会产生噪音。由于激光束的能量和光束的移动速度均可调节，因此激光加工可应用到不同层面和范围上。 从激光器输出的高强度激光经过透镜聚焦到工件上，其焦点处的功率密度高达107～1012瓦／厘米2，温度高达1万摄氏度以上，任何材料都会瞬时熔化、气化。激光加工就是利用这种光能的热效应对材料进行焊接、打孔和切割等加工的。通常用于加工的激光器主要是固体激光器（图1）和气体激光器（图2）。使用二氧化碳气体激光器切割时，一般在光束出口处装有喷嘴，用于喷吹氧、氮等辅助气体，以提高切割速度和切口质量。由于激光加工是无接触式加工，工具不会与工件的表面直接磨察产生阻力，所以激光加工的速度极快、加工对象受热影响的范围较小而且不会产生噪音。由于激光束的能量和光束的移动速度均可调节，因此激光加工可应用到不同层面和范围上。
一、单选题 1.（）是教育发展的一个高级阶段，也是社会文化发展到较高水平的一个标志。A．个性化教育B．制度化教育C．学校教育D．终身教育 2.教育学史上第一次正式提出的有关教育起源的学说是（） A．教育的神话起源说B．教育的生物起源说C．教育的心理起源说D．教育的劳动起源说3.教育的劳动起源说的直接理论依据和方法论基础是（） A．达尔文的生物进化学说B．上帝造人C．天降生民D．《劳动在从猿到人的转变过程中的作用》 4.下列关于教育的劳动起源说主要观点概括错误的是（） A．人类教育起源于其劳动或劳动过程中所产生的需要 B．教育产生于劳动是以人类语言意识的发展为条件的C．教育是永恒不变的范畴 D．教育从产生之日起其职能就是传递劳动过程中形成与积淀的社会生产和生活经验 5.人类最早的学校出现在（） A．埃及B．中国C．印度D．希腊 6.（）的出现意味着人类正规教育制度的诞生，是人类教育文明发展的一个质的飞跃。 A．文字B．有闲者C．学校D．教师 7.我国学校最早产生于（） A．夏代B．商代C．周代D．春秋战国时期 8.学校教育具有鲜明的等级性特点，这是（） A．奴隶社会的教育B．封建社会的教育C．资本主义社会的教育D．社会主义社会的教育9.我国封建社会教育的主要内容有（） A．四书五经B．七艺C．六艺D．骑士七技 10.马克思在《资本论》中指出，（）不仅是提高社会生产的一种方法，而且是造就全面发展的人的唯一方法。 A．普及教育B．义务教育C．教育机会平等D．教育与生产劳动相结合 11.教育学的研究对象是（） A．教育现象B．教育事实C．教育规律D．教育问题 12.在世界教育学史上被认为是“现代教育学之父”的是（） A．夸美纽斯B．康德C．赫尔巴特D．洛克 13.被认为是第一本现代教育学著作的是（） A．《大教学论》B．《学记》C．《康德论教育》D．《普通教育学》 14.最早建构了完整的绅士教育理论体系的人是（） A．洛克B．卢梭C．康德D．赫尔巴特 15.“自然教育”的提出者是（） A．康德B．赫尔巴特C．洛克D．卢梭
第一章第一节教育的认识 一、教育者：对受教育者在知识、技能、品德等方面起到影响的人，教育者是教育活动的组织者和领导者。教师是教育者的主体，是最直接地教育者。 二、教育属性：有目的的培养人和促进人的发展。 三、教育具有永恒性：只要有人类社会存在，就存在教育。生产知识，技能，经验，使年青一代适应生产力需要，适应生产关系。 四、教育具有历史性：不同社会或同一社会的不同历史阶段，教育的性质，目的，内容不同。随生产力的发展和社会形态的演变而变化。 五、教育具有相对独立性：教育具有自身规律，并对政治经济制度和生产力具有能动作用。 1.对社会的作用具有能动性 2.具有自身质的规定性 3.具有历史继承性 4.与社会发展具有不平衡性 5.教育具有生产性 6.教育具有民族性 同时受到文化发展状况与需求的制约 六、个体功能与社会功能 个体功能：固有功能，对社会中个体的生存和发展具有作用和效能。 社会功能：教育的衍生功能。教育对社会的存在和发展产生的作用和效能。推动社会发展变迁和促进社会流动 变迁功能：开发人的潜能，提高素质，促进人的社会化，使人适应社会发展。 流动功能：培养筛选，提高，在不同的社会区域层次职业转换，展示各自才华。 七、正向功能和负向功能： 对社会发展和人的身心发展所产生的积极促进作用。 对社会发展和个体发展所产生的阻碍作用或消极影响。 显性功能和隐形功能： 教育在实际运行中出现的与之相符合的结果，促进人的全面发展，促进社会进步。 非预期功能，如再现了社会不平等，现有社会关系的复现，一旦隐形开发，就会转变成显性。 八、社会教育基本形态： 1.家庭教育 2.学校教育 3.社会教育：特点主要表现为职能的专门性、组织的严密性、作用的全面性、内容的系统性、手段的有效性，形式的稳定性。 第二节教育起源 一、起源论 1.生物起源论代表人物——发过社会学家利托尔诺与英国教育学家沛西能。 2.教育的心理论——美国教育家孟禄，源于儿童对成人无意识的模仿。 3.教育劳动论——苏联米丁斯基，凯洛夫，劳动过程中的社会生产需要
第一章激光的基本原理 1. 为使He-Ne 激光器的相干长度达到1km ,它的单色性0/λλ?应是多少? 提示: He-Ne 激光 器输出中心波长632.8o nm λ= 解: 根据c λν=得 2 c d d d d ννλνλλ λ =- ?=- 则 o o ν λ νλ??= 再有 c c c L c τν == ?得 10
6.32810 o o o c o c c L L λλ ν λνν-??= = = =? 2. 如果激光器和微波激射器分别在=10μm λ、=500nm λ和=3000M H z ν输出1W 连续功率,问每秒从激光上能级向下能级跃迁的粒子数是多少? 解:设输出功率为P ,单位时间内从上能级向下能级跃迁的粒子数为n ,则: 由此可得: 其中34 6.62610 J s h -=??为普朗克常数,8
310m/s c =?为真空中光速。 所以,将已知数据代入可得: =10μm λ时: 19-1 =510s n ?=500nm λ时: 18-1 =2.510s n ?=3000M H z ν时: 23-1=510s n ? 3.设一对激光能级为2E 和1E (21f f =,相应的频率为ν(波长为λ,能级上的粒子数密度分别为2n 和1n ,求 (a 当ν=3000M H z ,T=300K 时,21/?n n = (b 当λ=1μm ,T=300K 时,21/?n n = (c 当λ=1μm ,21/0.1n n =时,温度T=? 解:当物质处于热平衡状态时,各能级上的粒子数服从玻尔兹曼统计分布,则 (a 当ν=3000M H z ,T=300K 时: (b 当λ=1μm ,T=300K 时: c P nh nh νλ ==P P n h hc λν =
激光焊接的工作原理及其主要工艺参数摘要：焊接技术主要应用在金属母材热加工上，常用的有电弧焊，电阻焊，钎焊， 电子束焊，激光焊等多种，本文详细介绍了激光焊接的工作原理与工艺参数，还讨论了激光焊接技术在现代工业中的应用，并与其他焊接方法进行对比。研究表明激光焊接技术将逐步得到广泛应用。 关键词：焊接技术；激光焊接；工作原理；工艺参数。 1. 引言 目前常用的焊接工艺有电弧焊、电阻焊、钎焊、电子束焊等。电弧焊是目前应用最广泛的焊接方法，它包括手弧焊、埋弧焊、钨极气体保护电弧焊、等离子弧焊、熔化极气体保护焊等。但上述各种焊接方法都有各自的缺点，比如空间限制，对于精细器件不易操作等，而激光焊接不但不具有上述缺点，而且能进行精确的能量控制，可以实现精密微型器件的焊接。并且它能应用于很多金属，特别是能解决一些难焊金属及异种金属的焊接。 激光指在能量相应与两个能级能量差的光子作用下，诱导高能态的原子向低能态跃迁，并同时发射出相同能量的光子。激光具有方向性好、相干性好、单色性好、光脉冲窄等优点。激光焊接是利用大功率相干单色光子流聚焦而成的激光束为热源进行的焊接，这种焊接通常有连续功率激光焊和脉冲功率激光焊。激光焊接从上世纪60年代激光器诞生不久就开始了研究，从开始的薄小零器件的焊接到目前大功率激光焊接在工业生产中的大量的应用，经历了近半个世纪的发展。由于激光焊接具有能量密度高、变形小、热影响区窄、焊接速度高、易实现自动控制、无后续加工的优点，近年来正成为金属材料加工与制造的重要手段，越来越广泛地应用在汽车、航空航天、造船等领域。虽然与传统的焊接方法相比，激光焊接尚存在设备昂贵、一次性投资大、技术要求高的问题，但激光焊接生产效率高和易实现自动控制的特点使其非常适于大规模生产线。 2. 激光焊接原理 2.1激光产生的基本原理和方法 光与物质的相互作用，实质上是组成物质的微观粒子吸收或辐射光子。微观粒子都具有一套特定的能级，任一时刻粒子只能处在与某一能级相对应的状态，物质与光子相互作用时，粒子从一个能级跃迁到另一个能级，并相应地吸收或辐射光子。光子的能量值为此两能级的能量差△E，频率为ν=△E/h。爱因斯坦认为光和原子的相互作用过程包含原子的自发辐射跃迁、受激辐射跃迁和受激吸收跃迁三种过程。我们考虑原子的两个能级E1和E2，处于两个能级的原子数密度分别为N1和N2。构成黑体物质原子中的辐射场能量密度为ρ，并有E2 -E1=hν。 2.1.自发辐射 处于激发态的原子如果存在可以接纳粒子的较低能级，即使没有外界作用，粒子也有一定的概率自发地从高能级激发态（E2）向低能级基态（E1）跃迁，同时辐射出能量为（E2-E1）的光子，光子频率ν=（E2-E1）/h。这种辐射过程称为自发辐射。自发辐射发出的光，不具有相位、偏振态上的一致，是非相干光。 2.2.受激辐射 除自发辐射外，处于高能级E2上的粒子还可以另一方式跃迁到较低能级。当频率为ν=（E2-E1）/h的光子入射时，也会引发粒子以一定的概率，迅速地从能级E2跃迁到能级E1，同时辐射一个与外来光子频率、相位、偏振态以及传播方向都相同的光子，
2020年马克思主义基本原理考试题库310题[含参考 答案] 一、单选题 1．最基本的社会关系是B A.政治关系 B.生产关系 C.家庭关系 D.宗教关系 2．资本主义生产过程是(C） A.劳动过程和使用价值生产过程的统一 B.劳动过程和价值形成过程的统一 C.劳动过程和价值增殖过程的统一 D.价值形成和价值增殖过程的统一 3．资本主义基本矛盾是(D） A.生产与需要的矛盾 B.无产阶级和资产阶级的矛盾 C.生产力和上层建筑的矛盾 D.生产社会化和生产资料资本主义私人占有的矛盾 4．生产关系的基础是 A A.生产资料所有制 B.产品分配关系 C.产品交换关系 D.人们在生产中的地位 5．社会革命最深刻的根源在于B A.剥削阶级和被剥削阶级之间的矛盾 B.生产力和生产关系之间的矛盾尖锐化 C.产品分配不公、收入差距加大 D.不同地区、不同部门之间经济发展不平衡 6．人类社会发展最基本的规律是B A.社会存在决定社会意识的规律 B.生产关系必须适合生产力性质的规律
C.阶级斗争推动社会发展的规律 D.社会形态由低级到高级依次更替的规律 7．物质资料生产方式是D A.主体与客体的统一 B.自然与社会的统一 C.生产与消费的统一 D.生产力与生产关系的统一 8．地理环境对社会发展的作用主要通过 D A.对人的生理结构的影响来实现 B.对人的心理素质的影响来实现 C.对民族气质的影响来实现 D.对生产过程的影响来实现 9．改革开放以来，我党制定的一系列正确的路线、方针、政策促进了我国经济的迅猛发展，这说明C A.经济基础发展的道路是由上层建筑决定的 B.上层建筑的发展决定经济基础的发展方向 C.上层建筑对经济基础具有积极的能动作用 D.社会主义社会的发展不受经济基础决定上层建筑规律的制约 10．“蒸汽、电力和自动纺织机甚至是比巴尔贝斯、拉斯拜尔和布朗基诸位公民更危险万分的革命家。”这一经典论断的含义是C A.科技革命对统治阶级有极大威胁 B.科技革命可以直接变革社会制度 C.科技革命可以促进社会政治革命 D.滥用科技成果会对人类造成“危险” 11．生产关系是指人与人之间的 B A.道德关系 B.经济关系 C.政治关系 D.思想关系 12．从本质上看，认识是(D） A.主体心灵的主观创造 B.主体心灵对客体的直觉 C.主体对客体的直接反映 D.主体对客体的能动反映
学习中心/函授站_ 姓名学号 西安电子科技大学网络与继续教育学院 2019学年上学期 《马克思主义哲学基本原理》期末考试试题 （综合大作业） 考试说明： 1、大作业试题于2019年4月25日公布，2019年4月26日至2019年5月12日在线上传大作业答卷（最多上传10张图片）； 2、考试必须独立完成，如发现抄袭、雷同均按零分计； 3、答案须用《西安电子科技大学网络与继续教育学院综合大作业答题纸》手写完成，要求字迹工整、卷面干净。 一、单项选择题（每小题1分，共20分） 1. 马克思主义哲学和具体科学的关系是A A. 共性和个性的关系 B. 本质和现象的关系 C. 绝对和相对的关系 D. 内容和形式的关系 2. 下列观点中属于客观唯心主义的是D A. 吾心便是宇宙 B. 存在就是被感知 C. 心外无物 D. 现实世界是理念世界的影子 3. 哲学上二元论的根本错误在于A A. 否认世界的统一性 B. 否认世界的可知性 C. 否认世界是普遍联系的 D. 否认世界是运动发展的 4. “意识是人脑分泌的特殊物质”这是D A.辩证唯物主义的观点 B. 机械唯物主义的观点 C. 朴素唯物主义的观点 D. 庸俗唯物主义的观点 5.我国古代有人提出“白马非马”说法错误在于割裂了B A.矛盾的同一性和斗争性的关系 B. 矛盾的特殊性和普遍性的关系 C. 矛盾的主要方面和次要方面的关系 D. 主要矛盾和次要矛盾的关系 6. 割裂前进性和曲折性的统一会导致两种错误，其中一种是循环论，另一种是C
A. 激变论 B. 庸俗进化论 C. 直线论 D. 庸俗唯物论 7. 下列选项中属于旧唯物主义认识论观点的是C A. 认识是人脑主观自生的 B. 认识来源于绝对精神 C. 认识是主体对客体的直观反映 D. 认识是主体对客体的能动反映 8. 既承认社会发展的客观规律性又承认人的能动作用的观点属于A A. 历史唯物主义观点 B. 相对主义观点 C. 诡辩论观点 D. 折衷主义观点 9. 两种历史观在历史创造者问题上的根本对立在于是否承认D A. 杰出的人物在历史发展中的作用 B. 思想动机在历史发展中的作用 C. 剥削阶级代表人物在历史发展中的作用 D. 人民群众是历史发展的决定力量 10. 物质的唯一特性是B A. 运动变化性 B. 客观实在性 C. 可知性 D. 广延性 11. 运动和静止的关系是C A. 本质和现象的关系 B. 内容和形式的关系 C. 绝对和相对的关系 D. 原因和结果的关系 12. 自然科学是一种特殊的社会意识形式，它B A. 属于上层建筑 B. 不属于上层建筑 C. 属于特定经济基础的上层建筑 D. 其中一部分属于上层建筑 13.社会意识的本质特点在于A A. 社会意识是社会存在的反映具有相对独立性 B. 社会意识是全社会人的共同意识 C. 社会意识都具有鲜明的阶级性 D. 社会意识是独立于社会存在之外的精神实体 14.相对真理是指D A. 不包含绝对性的真理 B. 相对谬论 C. 基本上正确，包含有谬论的成分 D. 正确的认识，在广度和深度上有待于进一步扩展和深化 15.实践是检验真理的唯一标准，因为D A.它是人类有用的活动 B. 它是多数人参加的活动 C. 它是具有主观性的活动 D. 它是直接现实性的活动 16.“肯定中包含肯定，否定中包含否定”，这是B A. 折衷主义的观点 B. 辩证法的观点 C. 诡辩论的观点 D. 形而上学的观点 17.人的本质A A. 在其现实性上是一切社会关系的总和 B. 是人的自我保存 C. 在于人有思想有意识 D. 是自私自利 18.作为辩证否定的联系环节是指A A. 新事物产生于旧事物 B. 新事物优越于旧事物 C. 新事物区别于旧事物 D. 新旧事物融合为一体 19.区分量变和质变的根本标志，是看A A. 事物的变化是否超出“度” B. 事物的变化是否显著
第一章教育基础知识和基本原理 第一节教育的产生与发展 一、教育的涵义 教育一词最早出现于《孟子.尽心上》 教育的概念：教育有广义和狭义之分。广义：凡是增进人的知识和技能，发展人的智力和体力，影响人的思想观念的活动，都可以称作教育。狭义：影响人的身心发展为直接目标的活动，主要是指学校教育。 二、教育的构成要素及其关系 构成要素：教育者、受教育者、教育影响 关系：学校教师是教育者的主体，是最直接的教育者，在教育活动中起主导作用。受教育者是教育的对象，是学习的主体，教育影响是教育活动的中介。三个基本要素既相互独立又相互影响：教育者是教育影响和受教育者之间的纽带，受教育者是教育者选择和施加教育影响的对象，教育影响是教育者和受教育者相互作用的中介。 三、教育的属性 1.教育的本质属性：教育是一种有目的地培养人的社会活动，这是教育区别于其他事物现象的根本特征，是教育的质的规定性。它有以下四方面的特点：1.教育是人类所特有的一种有意识的社会活动，是个体在社会的生存需要。 2.教育是有意识、有目的、自觉地传递社会经验的活动。 3.教育是以人的培养为直接目标的社会实践活动。 4.再教育的这种培养人的活动中，存在着教育者、受教育者及教育影响三种要素之间的矛盾活动。
2.教育的社会属性：1.教育具有永恒性；2.教育具有历史性； 3.教育具有相对独立性：第一，教育具有继承性；第二，教育要受其他社会意识形态的影响；第三，教育与社会政治经济发展不平衡。 四、教育的起源与发展 （一）教育的起源 1.生物起源论：人类教育起源于动物界中各类动物的生存本能。代表人物法国的利托尔诺、美国的桑代克和英国的沛西.能。 2.心理起源论：教育起源于儿童对成人无意识的模仿。代表人物：美国教育学家孟禄 3.劳动起源论：教育起源于劳动，起源于劳动过程中社会生产需要和人的发展需要的辩证统一。代表人物：苏联的米丁斯基，凯洛夫 4.交往起源论：教育起源于人类的交往活动，代表人物叶澜 （二）教育的发展历程 1.原始社会的教育：没有阶级性；教育活动在生产生活中进行 2.古代社会的教育：（1）奴隶社会教育：中国：4000多年前夏代，出现了学校教育。夏、商、西周出现“庠”、“序”、“校”等施教机构；教育内容为“六艺”：礼、乐、射、御、书、数。 古希腊：斯巴达教育：培养军人和武士；雅典教育：政治家和商人，培养和谐发展的人是雅典教育的显著特点。 古印度：宗教教育。 古埃及：文士学校，“以僧为师，以吏为师”是最典型特征 （2）封建社会教育：中国：宋代以后《大学》、《论语》、《中庸》、《孟
1、光与物质相互作用的三个基本过程：自发辐射、受激辐射、受激吸收。 2、激光器的损耗指的是在激光谐振腔内的光损耗，这种损耗可以分为两类：内部损耗、镜面损耗。 3、形成激光的条件：实现粒子数反转、满足阈值条件和谐振条件。 4、激光的四个基本特性：高亮度、方向性、单色性和相干性。 5、激光调制方法：内调制是指在激光生成的振荡过程中加载调制信号，通过改变激光的输 出特性而实现的调制。 外调制则是在激光形成以后，再用调制信号对激光进行调制，它并不改 变激光器的参数，而是改变已经输出的激光束的参数。 就调制方法来讲，也有振幅调制、强度调制、频率调制、相位调制以及脉冲调制等形式。 6、三种谱线增宽形式：自然增宽、碰撞增宽、多普勒增宽。 7、单纵模激光器的选频方法：短腔法、法布里—珀罗标准具法、三反射镜法。 8、激光器的基本结构：激光工作物质：能够实现粒子数反转，产生受激光放大。激励能源：能将低能级的粒子不断抽运到高能级，补充受激辐射减少高能级上的粒子数。光学谐振腔：提高光能密度，保证受激辐射大于受激吸收。 9、高斯光束的基膜腰斑半径（腰粗）公式：W 0= 2 1 W s = 2 1 π λL 简答题： 1、用速率方程组证明二能级系统不可能实现粒子数反转分布。
2、简述光频电磁场与物质的三种相互作用过程，并指出其影响因素。（画图说明） 答:光与物质相互作用的本质是光与物质中的电子发生相互作用，使得电子在不同的能级之间跃迁。包括三种基本过程：自发发射、受激辐射以及受激吸收。 .自发发射——在无外电磁场作用时,粒子自发地从E2跃迁到E1,发射光子hv。(a)特点:各粒子自发、独立地发射的光子。各光子的方向、偏振、初相等状态是无规的, 独立的，粒子体系为非相干光源。受激辐射:——原处于高能级E2的粒子, 受到能量恰为hv=E2-E1的光子的激励, 发射出与入射光子相同的一个光子而跃迁到低能级E1 。特点:①受激发射只能在频率满足hv=E2-E1的光子的激励下发生;②不同粒子发射的光子与入射光子的频率、位相、偏振等状态相同; 这样,光场中相同光子数目增加,光强增大,即入射光被放大——光放大过程。受激吸收:——原处于低能级E1的粒子,受到能量恰为hv=E2-E1的光子照射而吸收该光子的能量,跃迁到高能级E2。 3、 3、简述激光器的基本结构以及产生激光的基本条件：①有提供放大作用的增益介质作为激光工作物质，其激活粒子（原子、分子或离子）有适合于产生受激辐射的能级结构。②有外界激励源，将下能级的粒子抽运到上能级，使激光上下能级之间产生粒子数反转③有光学谐振腔，增长激活介质的工作长度，控制光束的传播方向，选择被放大的受激辐射光频率以提
《教育学原理》试卷 (第十二套) 一,填空题(每空1分,共20分) 1,我国最早的教育专著是《_____》,比国外最早的教育专著《____》还早300多年. 2,教学模式是教学理论的______,又是教学经验一种系统的______. 3,新颁义务教育小学课程计划中的自然学科提前到小学__年级开设,比原来提前了______年. 4,以______为代表的教育理论被称为传统教育派,____则把自己的教育理论标榜为现代教育派. 5.程序教学的原则是:______原则,积极反应原则,_______原则和自定步调原则. 6,在教学方法的指导思想方面要提倡_______,反对______. 7,教学的基本组织形式是_______,辅助形式是个别指导,分组教学和一. 8,思想品德教育过程是对学生_______的培养和提高的过程, 这个培养提高的过程具有_______,多端性特点. 9,独生子女教育要注意为独生子女"_______"伙伴关系,注意_______相结合,提供力所能及的劳动条件. 10,教师的能力素养包括_________,________和教育科学研究能力三个方面. 二,单项选择题(在每小题的四个备选答案中选出一个正确答案,并将其号码填在题干后的括号内.每小题1分.共15分) 1,强调"生活即教育","社会即学校","教学做合一"的教育家是( ) A,陶行知 B,杜威 C,康德 D,马卡连柯 2,《大教学论》的作者是( ) A,昆体良 B,夸美纽斯 C,洛克 D,斯宾塞 3,教育的育人功能的周期世长的主要制约因素是( ) A,社会发展 B,儿童身心发展年龄阶段特点 C,自然条件 D,教育年限长 4.教育在人的身心发展中所起的作用是( ) A,物质基础作用 B,主导作用 C,决定作用 D,发展作用 5,主张教育目的取决于人的本性和本能的需要,这一思想流派的代表人物是( ). A,夸美纽斯 B,孔德 C,涂尔干 D,那托尔卜 6,包括组织教学——检查复习——讲授新教材——巩固新知识——布置课外作业环节的课的类型是( ) A,单一课 B,活动课 C,劳技课 D,综合深课
教育学原理-基本知识
第一章教育学概述 一教育学的研究对象：教育学是研究教育现象和教育问题，揭示教育规律的科学。 二教育学的研究任务：a理论建设的任务b实践指导的任务 三教育学的产生与发展 1 教育学萌芽：《学记》是中国也是世界上最早的一 部专门论述教育问题的专著。 古罗马昆体良《论演说家的教育》《雄辩术原理》是西方最早的教育学著作。 苏格拉底“知识就是道德”“产婆术” 柏拉图《理想国》是一部重要的哲学政 治学著作，也是著名的教育理论著作， 其教育目的是培养“哲学王”。 2独立形态教育学的产生与发展 1623英国科学家培根在《论科学的价值和发展》， 首次把教育学作为一门独立的学科提 出。 1632捷克教育学家夸美纽斯《大教学论》，近代 最早的一部教育学著作，标志独立形态 的教育学产生。 1776德国哲学家康德在柯尼斯堡大学开始教授
的一种文化历史。②教育的对象是人，教育又是在一定 社会历史背景下进行的，因此教育的过 程是一种历史文化过程。③教育研究要 采用精神科学或文化科学的方法，即理 解与解释的方法进行。④教育的目的就 是要培养完整的人格。 c实用主义教育学：杜威《民主主义与教育》克伯 屈《设计教学法》 d 马克思主义教育学：克鲁普斯卡娅《国民教育和 民主主义》是第一部用马克思主义观点 阐述教育学和教育史的专著。凯洛夫 《教育学》。杨贤江《新教育大纲》我 国第一部试图以马克思主义的观点论 述教育学的著作。 e 批判教育学：美国鲍尔斯金蒂斯《资本主义美 国的学校教育》阿普尔《教育与权利》 法国布迪厄《教育、社会和文化的再 生产》 第二章教育及其产生与发展 一教育的定义：广义：凡是能增进人们的知识和技能，影响人们的思想品德活动，都是教育。狭
马原课后题答案 第一章 1.如何理解马克思主义物质观及其现代意义？ 答：物质概念是唯物主义世界观理论体系的逻辑起点。物质的唯一特性是客观实在性，它存在于人的意识之外，可以为人的意识所反映。马克思主义的物质观具有丰富而深刻的理论意义： （1）坚持了物质的客观实在性原则，坚持唯物主义一元论，同唯心主义一元论和二元论划清了界限。 （2）坚持了能动的反映论和可知论，有力地批判了不可知论。 （3）体现了唯物论和辩证法的统一。 （4）体现了唯物主义自然观与唯物主义历史观的统一，为彻底的唯物主义奠定了理论基础。 马克思主义物质观的现代意义。坚持了物质的客观实在性原则和唯物主义一元论，同唯心主义一元论和二元论划清了界限；坚持了能动的反映论和可知论，有力地批判了不可知论；体现了唯物论和辩证法的统一、唯物主义自然观与唯物主义历史观的统一，为彻底的唯物主义奠定了理论基础。世界的物质统一性是马克思主义哲学的基石。我们通过实践改造客观物质世界，就要充分认识是物质是世界的本原，人的实践活动依赖于客观物质世界，而客观世界的规律性更制约着人的实践活动。就要在马克思主义物质观指导下，正确认识和利用客观实际的发展规律，一切从实际出发，更好地认识和改造客观物质世界，以取得社会主义实践和各项事业的胜利。 2.霍金提出“人工智能威胁论”谈谈在人工智能快速发展的条件下，如何认识物质和意识的关系？ 物质决定意识，人工智能的成功，是因为我们对认识的正确应用，从实践到认识，我们得到许多理论与客观规律，再从认识到实践，我们应用规律创造出人工智能，实践又证明人工智能的优越，证明认识的正确。那物质决定意识就肯定是正确的，不然没有我们先前的实践，就不可能有正确的认识，也就不可能有人工智能的产生，也就是再次实践的证明认识的正确。有人认为人工智能随着人类的发展会不断发展，将来甚至超过我们人类自己。我认为这种可能性也是存在的，但人类现在的水平远超过人工智能，将来人工智能发展得非常高的水平了，那也是人类推动的，那时说明我们人类自己的水平来就更高了，才能创造高水平的人工智能。当然我们在发展他的同时也会认识到人工智能发展的不利方面，他对我们人类的威胁。我们当然会采取保护人类自己，制约人工智能对我们的威胁的手段。 3.运用矛盾的普遍性和特殊性辩证关系，说明把马克主义普遍真理与中国具体实际相结合的重要性。 答：(1)矛盾的普遍性和特殊性的辩证关系是： 1矛盾的普遍性和特殊性是相互联结的，普遍性存在于特殊性之中，特殊性中包含着普遍性。 2是互相区别的，共性只是包含了个别事物的共同的本质的东西，而没有包括个别事物的全部内容和特点。一般比个别更普遍、更深刻，个别比一般更丰富、更具体。 3在一定条件下可以互相转化。 (2)矛盾的普遍性和特殊性辩证关系的原理，是坚持马克思主义普遍真理同中国具体实际相结合，建设中国特色社会主义的理论基础。在中国这样一个人口众多、经济文化落后的大国建设社会主义，必须从中国的国情出发，把马克思主义关于科学社会主义的一般原理同中国具体实际结合起来，在实践中开辟建设中国特色社会主义道路。我国的社会主义建设，要以马列主义普遍真理为指导，坚持社会主义道路和方向；同时又要从我国特殊的国情出发，去探索有自己特色的建设和发展道路社会主义是普遍性、共性，中国特色是特殊性、个性，建设有中国特色社会主义，就是要把个性与共性有机地结合起来，走自己的路。 4.依据思维方法与思维能力的关系，谈谈如何培养和提高思维能力。 答：找不到我死了 第二章 1.结合毛泽东的实践论，谈谈如何理解实践与认识的辩证关系？ 答：《实践论》就是毛泽东借用马克思主义的认识论观点揭露党内的教条主义和经验主义，特别是教条主义的主观主义错误而写的。以实践观点为基础，以认识和实践的辩证统一为中心，论述了能动的革命的反映论。 （1）实践是认识的来源.人的认识能力和作为认识结果的知识,都只能来源于实践.实践是人的才能和知识的唯一源泉.
一、激光基本原理 1、 LASER 是什么意思 Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation(通过诱导放出实现光能增幅的英语开头字母 2、激光产生的原理 激光――“受激辐射放大”是通过强光照射激光发生介质,使介质内部原子的电子获得能量,受激而使电子运动轨道发生迁移,由低能态变为高能态。处于激发态的原子,受外界辐射感应,使处于激发态的原子跃迁到低能态,同时发出一束光;这束光在频率、相位、传播方向、偏振等方面和入射光完全一致,此时的光为受激辐射光。 为了得到高能量密度、高指向性的激光,必须要有封闭光线的谐振腔,使观光束在置于激光发生介质两侧的反射镜之间往复振荡,进而提高光强,同时提高光的方向性。含有钕 (ND的 YAG 结晶体发生的激光是一种人眼看不见的波长为 1.064um 的近红外光。这种光束在微弱的受激发情况下,也能实现连续发振。 YAG 晶体是宝石钇铝石榴石的简称,具有优异的光学特性,是最佳的激光发振用结晶体。 3、激光的主要特长 a 、单色性――激光不是已许多不同的光混一合而成的,它是最纯的单色光 (波长、频率 b 、方向性――激光传播时基本不向外扩散。 c 、相干性――激光的位相 (波峰和波谷很有规律,相干性好。 d 、高输出功率――用透镜聚焦激光后,所得到的能量密度是太阳光的几百倍。 二、 YAG 激光焊接
激光焊接是利用激光束优异的方向性和高功么密度等特点进行工作。通过光学系统将激光束聚焦在很小的区域内,在极短的时间内使被焊处形成一个能量高度集中的热源区,从而使被焊物熔化并形成牢固的焊点和焊缝。 常用的激光焊接方式有两种:脉冲激光焊和连续激光焊。前者主要用于单点固定连续和薄件材料的焊接。后者主要用于大厚件的焊接和切割。 l 、激光焊接加工方法的特征 A 、非接触加工,不需对工件加压和进行表面处理。 B 、焊点小、能量密度高、适合于高速加工。 C 、短时间焊接,既对外界无热影响,又对材料本身的热变形及热影响区小,尤其适合加工高熔点、高硬度、 特种材料。 D 、不需要填充金属、不需要真空环境 (可在空气中直接进行、不会像电子束那样在空气中产生 X 射线的危险。 E 、与接触焊工艺相比 . 无电极、工具等的磨损消耗。 F 、无加工噪音,对环境无污染。 G 、微小工件也可加工。此外,还可通过透明材料的壁进行焊接。 H 、可通过光纤实现远距离、普通方法难以达到的部位、多路同时或分时焊接。 I 、很容易改变激光输出焦距及焊点位置。 J 、很容易搭载到自动机、机器人装置上。
教育基本原理 1、什么是教育观（在“上篇教育观”背面） 教育观是关于教育的观念系统，是对教育的基本理解与总体认识，主要包括教育的历史与形态、教育的目的与功能以及教育的规划与构想三方面内容。教育问题的解决关键在于教育观念的改变。 第一章 1、重点掌握关于教育起源的观点：生物起源论、心理起源论、劳动起源论。（P4-7）（1）生物起源论。代表人物：利托尔诺和沛西·能。主要观点：教育起源于动物生存的本能，教育不仅存在于人类社会，也存在于动物世界。 （2）心理起源论。代表人物：孟禄。主要观点：教育起源于日常生活中儿童对成人的无意识的模仿。 （3）劳动起源论。主要观点：教育起源于人类在劳动过程中形成的超生物经验的传递和交流。 2、什么是教育。（即教育的定义P7-12） 教育是培养人的一种社会活动，它同社会的发展、人的发展有着密切的联系。广义上说，凡是增进人的知识和技能，影响人们思想品德的活动，都是教育。狭义上说，教育主要是指学校教育。 3、掌握教育的要素。（P12） （1）教育者 从事教育活动的人就是教育者，他应有明确的教育目的，理解他在实践活动中所肩负的促进个体发展以及教育发展的任务和使命，了解个体身心发展的规律以及社会对个体所提出的客观要求。 （2）受教育者 凡是在教育活动中承担学习责任和作为教育对象的人都是受教育者。 （3）教育影响。 是将教育者和受教育者联系起来的中介，如教育内容、教育材料和教科书等等。 4、简要掌握教育的基本形态及历史分期。（P15） 教育的基本形态：家庭家庭，学校教育和社会教育 教育的历史分期：原始社会的教育、古代社会（包括奴隶社会和封建社会的）的教育、现代社会（资本主义社会和社会主义社会）的教育 5、掌握家庭教育、学校教育、社会教育的特点。 家庭教育：（1）良好的家庭教育对个体的成长而言具有极其重要的奠基性作用。（2）内容上具有零散性，方式方法上往往表现出一种随意性。（3）家庭教育具有先导性、感染性、权威性、灵活性、针对性和终身性等特点。 学校教育：（1）目的明确，无论是教学还是其他教育活动都有明确的教育目的；（2）组织严密，学校教育由专门受过训练的教师承担教育任务，学生相对稳定，具有较为严密的教育工作和较为完善的教育制度；（3）环境优越，学校是专门的教育场所，具有比较齐全的教学设备，图书资料和活动场所。 社会教育：（1）比学校教育，家庭教育具有更广泛的活动空间、影响更为广泛、更能有效地对整个社会发生积极作用。（2）具有一定的开放性。（3）教育的内容方法和形式上具有一定的灵活性 第二章
激光产生原理 了解激光产生原理，我们必先了解物质的结构，与激光的辐射和吸收的原理。 图一碳原子示意图 物质由原子组成。图一是一个碳原子的示意图。原子的中心是原子核，由质子和中子组成。质子带有正电荷，中子则不带电。原子的外围布满着带负电的电子，绕着原子核运动。有趣的是，电子在原子中的能量并不是任意的。描述微观世界的量子力学告诉我们，这些电子会处于一些固定的「能阶」，不同的能阶对应于不同的电子能量。为了简单起见，我们可以如图一所示，把这些能阶想象成一些绕着原子核的轨道，距离原子核越远的轨道能量越高。此外，不同轨道最多可容纳的电子数目也不同，例如最低的轨道 (也是最近原子核的轨道) 最多只可容纳 2 个电子，较高的轨道则可容纳 8 个电子等等。事实上，这个过份简化了的模型并不是完全正确的 [1]，但它足以帮助我们说明激光的基本原理。 电子可以透过吸收或释放能量从一个能阶跃迁至另一个能阶。例如当电子吸收了一个光子 [2] 时，它便可能从一个较低的能阶跃迁至一个较高的能阶 (图二 a)。同样地，一个位于高能阶的电子也会透过发射一个光子而跃迁至较低的能阶 (图二 b)。在这些过程中，电子吸收或释放的光子能量总是与这两能阶的能量差相等。由于光子能量决定了光的波长，因此，吸收或释放的光具有固定的颜色。 图二原子内电子的跃迁过程
当原子内所有电子处于可能的最低能阶时，整个原子的能量最低，我们称原子处于基态。图一显示了碳原子处于基态时电子的排列状况。当一个或多个电子处于较高的能阶时，我们称原子处于受激态。前面说过，电子可透过吸收或释放在能阶之间跃迁。跃迁又可分为三种形式﹕ 1.自发吸收 - 电子透过吸收光子从低能阶跃迁到高能阶 (图二 a)。 2.自发辐射 - 电子自发地透过释放光子从高能阶跃迁到较低能阶 (图二 b)。 3.受激辐射 - 光子射入物质诱发电子从高能阶跃迁到低能阶，并释放光子。入射光子与释放的光子有相同的波长和相，此波长对应于两个能阶的能量差。一个光子诱发一个原子发射一个光子，最后就变成两个相同的光子 (图二 c)。 图三红宝石激光的示意图 激光基本上就是由第三种跃迁机制所产生的。图三显示红宝石激光的原理。它由一枝闪光灯，激光介质和两面镜所组成。激光介质是红宝石晶体，当中有微量的铬原子。在开始时，闪光灯发出的光射入激光介质，使激光介质中的铬原子受到激发，最外层的电子跃迁到受激态。此时，有些电子会透过释放光子，回到较低的能阶。而释放出的光子会被设于激光介质两端的镜子来回反射，诱发更多的电子进行受激辐射，使激光的强度增加。设在两端的其中一面镜子会把全部光子反射，另一面镜子则会把大部分光子反射，并让其余小部分光子穿过﹔而穿过镜子的光子就构成我们所见的激光。 图四粒子数反转的状态 产生激光还有一个巧妙之处，就是要实现所谓粒子数反转的状态。以红宝石激光为例 (图四)，原子首先吸收能量，跃迁至受激态。原子处于受激态的时间非常短，大约?秒后，它便会落
第一章激光器原理 可以肯定地说：本世纪最后的伟大发明之一是激光技术。它自一九五八年问世以来，已经逐步地然而是坚定地渗透到了科研、军事、工业等各个领域。不是吗？看看我们的周围，你就可以轻易地找到它应用的实例：医院中的激光诊断及激光治疗机、商店中的条码识别器、办公室中的激光打印机、把我们与世界各地联结在一起的光纤等等，就是在我们的家中也有它的身影：激光唱机、激光影碟机。 人类发明了多种多样的激光器。诸如：气体激光器（He-Ne激光器、CO2激光器等）、固态晶体激光器（红宝石激光器、钕玻璃激光器等）、离子激光器（氪离子激光器、氩离子激光器等）、染料激光器（甲酚紫激光器、萤光素激光器等）、超辐射激光器（氮分子激光器等）以及半导体激光器（砷化镓半导体二极管等）等等。 在世界的许多地方，几乎所有的商品激光器都在制造业中得到越来越广泛的应用。CO2激光器的主要用途就是各类工业激光加工设备，作为固态晶体激光器的Nd: YAG（掺钕钇铝石榴石）激光器的最大应用便是在激光打标领域。 1.1 激光原理 我们知道，物质是由原子组成的，而原子是由带正电的原子核和带负电的核外电子组成的（见图1.1）。每一个电子都沿着自己特定的轨道绕原子核高速旋转，其旋转半径决定于电子所处的能级。原子吸收能量后，电子的旋转半径会增加，电子的能级就会提高；原子释放能量后，电子的旋转半径会减小，电子的能级就会降低。每个能级对应着一个特定的能量。电子所具有的能量是不连续的，也就是说原子的能级是量子化的。原子只有吸收了两个能级之间差值的能量才会提高一个能级，电子在能级之间的变动现象称为跃迁。同样，当原子跃迁到较低能级时，会释放出两个能级之间差值的能量。原子的最低能级为E0，高的能级依次为E1、E2、E3、……，高的能级称为上能级，低的能级为下能级。处在能级E0的原子称为基态原子，其它能级称为激发态（见图1.2）。 原子可以吸收光子来获得能量，当然这个光子必须具有与原子能级差相