手机通信原理及使用安全

1手机、汽车相关的综合一、手机（一）背景综述传统的电话，是靠导线传送信号的有线电话，发话人与通话人均处在固定的地点。这种固定地点的通信方式很不适应现代生活，如果在网络的车上、航行的飞机上、轮船里，如果也有电话该有多好啊！1921年卖国发现了供警察汽车通信用的移动电话，这种电话于20世纪60年代以后在世界各地得到了较快的发展。20世界80年代以后，我国也有了这种轻巧、方便、可靠的通信工具——移动电话，俗称手机。手机的通信过程是：使用手机把语言信号变换成电信号传输到移动通信网络中的基地台，再由基地台把代表语言的电信号变成电磁频谱，通过在距地面高度为3600km的通信卫星辐射漫游传送到受话人的电信网络中，受话人的通信设备接收到无线电波，转换成语言信号。如图所示，我们可以手持手机，不管走到哪里，都可与城市电话网的所有用户及本系统移动电话用户进行通话。它们间的通话是经过系统的基地台发射电磁波与接收电磁波来实现的。从上述手机通信过程可以看出：手机通信是一个开放的电子通信系统，只要有相应的接收设备，就能够截获任何时间、任何地点、任何人的通话信息。目前，世界一些军事强国已经形成了多层次、全方位、大纵深、高立体、覆盖全球的电子监听网络系统。他们正是利用这些“网”广泛地收集全球各方的信息情报。小小手机事关国家和军队的信息安全。随着信息时代的到来，有关信息通信保密问题越来越多地在不同领域表现出来。对此，我们必须引起高度警觉和重视，必须增强全民国防信息安全观念，经济信息安全观念，以高度的责任感迎接信息时代的挑战。随着现代科学技术的发展以及人们的生活水平的提高，移动电话（手机）的使用已经越来越普及。它的结构、原理等运用了物理、化学基础知识，其产生的电磁辐射对人们的生活、生产等造成的危害涉及到物理、化学和生物等学科基础知识。（二）综合练习1、手机通信是靠电磁波传递信息的。从理论上预言电磁波存在的物理学家和第一次用实验证实电磁波存在的物理学家分别是（D）电话机电话交换台基地台电话线电话线图12A．法拉第、赫兹B．麦克斯韦、安培C．赫兹、麦克斯韦D．麦克斯韦、赫兹2、手机的话筒和听筒所依据的物理学原理，下述说法正确的是（A）A．话筒是按照电磁感应原理工作的，听筒是由于电流的磁效应工作的B．话筒是把电能转换成声能，听筒是把声能转换成电能C．话筒是按照电流的磁效应工作的，听筒是按照电磁感应原理工作的D．话筒是把声音直接转换为电磁波发射到周围空间，听筒是把周围的电磁波信号转换为声音3、电磁场具有能量，磁场中单位体积所具有的能量叫做磁场的能量密度，其值22BBW式中B是磁场的磁感应强度，μ是磁介质的磁导率，在空气中μ为一已知常数。为了近似测得条形磁铁磁极端面附近的磁感应强度B，一学生用一根端面面积为A的条形磁铁吸住一相同面积的铁片P，再用力将铁片与磁铁拉开一段微小的距离Δl，并测出拉力F，如图2所示。因为F所做的功等于间隙中磁场的能量，所以由此可得磁感应强度B与F、A之间的关系式为（C）A．B=PF2B．B=AF2C．B=AF2D．B=WB·Δl·A提示：由lABlAlFB22得B=AF24、空气中的电磁波对人体健康有一定的影响，使用手机不当，可对人体健康造成一定的损害。按照有关规定，工作场所感受到的电磁辐射强度（单位时间内垂直通过单位面积的电磁辐射能量）不得超过0.50W/m2。若某一小型无线通讯装置的电磁辐射功率是1W，已知球面面积为S=4πR2那么在距离该通讯装置多远距离以外是符合规定的安全区域？（B）A．4.0mB．0.40mC．0.04mD．40m提示：设在距离该通讯装置R处的电磁辐射强度是ω=0.50W/m2无线通讯装置的电磁辐射功率是P=1W，由题意可得P=·4πR2R=4p=5.041m=0.4mNPFL图238、若某种型号的电池容量是100mA·h，由此可知该电池可输出的电量最多为（B）A．100CB．360CC．3600CD．不能确定9、下述说法正确的是（B）A.变化的电场一定产生变化的磁场B.在真空中电磁波的传播速度与真空中光速相等C.空间中有变化的电场（或变化的磁场）存在，就一定能形成电磁波D.电磁波由真空进入介质传播时，起频率、波长不变。10、如果你用手机通过同步卫星转发的无线电话与对方通话，则在你讲完话后，至少要等多长时间才能听到对方的回话？已知地球的质量M=6.0×1024kg，地球半径R=604×106m，万有引力衡量G=6067×10—11N·m2/kg。答：同步卫星是相对地面静止的卫星，它绕地球运动的周期T=24×3600S=8.64×104S设卫星距离地面的距离为h，卫星绕地球做匀速圆周运动的向心力是地球对卫星的万有引力，由牛顿运动定律和万有引力定律，可得G2)(hRMm=m（T2）2（R+h）解得h=3224GMT－R代入数据，可解得h=3.6×107m最短通信时间是发话人和受话人场在同步卫星的区方下，这是无线信号传播到卫星上的最短距离为h。受话人听到发话人的信号后立即回话，信号又需传播2h距离后才能到达发话人。由此可知最短时间为t=sch87103106.344=0.48s11、有两部上机A和B，A的号码为12345672002，B的号码为2345672008，当用A（或B）拨打B（或A）的号码时，既能听到B（或A）的叫声，又能看到B（或A）的显示屏上显示出A（或B）的号码。现把A放到一个透明罩内，并抽成真空，再用B拨打号码12345672002，则以下说法正确的是（B）A.既能听到A的叫声，又能看到A显示屏上显示出12345672008B.不能听到A的叫声，但能看到A显示屏上显示出12345672008C.不能听到A的叫声，但能看到A显示屏上显示出12345672002D.既不能听到A的叫声，又不能看到A显示屏上显示出号码。12、移动通信中的手机能使用的电磁波频率为9×108HZ，这种电磁波（BD）A．波速是108m/sB．波长是1/3mC．要利用空气为介质传播D．它能干涉和衍射13.电磁辐射对电器设备、飞机、建筑物等也可能造成直接破坏，此外，在高场强作用下，电磁波可能引燃可燃性油类，武器弹药等。在正在运行的飞机上禁止使用手机，其原因是什么？答：如果乘客都在正在运行的飞机上使用手机，那么，其发射的电磁波将会组成一个干扰很大的组合波，污染净空环境，使机场多个管制专用频率受到影响，有时甚至使4管制员无法与机组人员进行正常对话，这对保障飞行安全是非常不利的。因此，在正在运行的飞机上禁止使用手机。二、汽车（一）几种技术1、遥控技术题目某日，一人汽车被劫，此时车主迅速拿出一小物件，对着已逃出几十米开外的汽车一按按钮，只见汽车立即熄火停车。你认为这种“遥控停车装置”最可能的原理是什么?答：根据燃烧三要素，欲使摩托车熄火，可从三个角度考虑：一是停止供油，二是停止供空气，三是不点火。两种角度涉及到油路或气体通道的机械控制，遥控技术复杂，可靠性差，唯有通过断开火花塞供电电源使之不能点火最简便易行。据此可简答成：利用遥控器断开火花塞电源，即可停车。2、缓冲技术行驶中要系好安全带，防止意外事故.当汽车冲撞障碍物时，汽车几乎在几十ms到几百ms的极短时间内停止运动.此瞬间，乘员以撞车以前的速度仍向前方移动.若撞上仪表盘、方向盘或前座位背，会产生很大的冲力，造成伤亡事故。如果某次事故中汽车的速度为35m·s-1，乘员冲向气袋后经0.5s停止运动.冲向气袋的人体质量约为40kg，头部和胸部作用在气袋上的面积约为280cm2，求人的头部和胸部受到的平均压强。答：F00401528000.5mvNt即作用力大小为2800N。平均压强54280011028010FpPaPaS（二）几个问题安全问题（1）惯性作用人从发现情况到采取相应行动需要一定反应时间，不同的人在不同的环境下反应时间长短不同，反应时间越短反应越灵敏.反应时间内车将保持匀速直线运动状态，刹车后由于惯性车又要向前运动一段距离，因此必须保持一定车距.题目为了安全，在公路上行驶的汽车之间应保持必要的距离.已知某高速公路的最高限速V＝120km·h-1.假设前方车辆突然停止，后车司机从发现这一情况，经操纵刹车，到汽车开始减速经历的时间(即反应时间)t＝0.50s.刹车时汽车受到阻力的大小F阻为汽车重量的0.40倍.求该高速公路上汽车间的距离S的最小值.解在反应时间内汽车做匀速运动，运动的距离S1＝vt.5设刹车时汽车的加速度的大小为a，汽车的质量为m，有F阻=ma则从刹车到停止汽车运动的距离S2=v2/2a.所求距离Smin≥Sl+S2＝1.6×102m，所以能见度过低时，高速公路必须关闭.汽车在不同路面行驶，最高限速也不同，特别是雨天、风雪冰冻等情况下应降低行驶速度.由于雨水的润滑作用，潮湿路面的摩擦因数比干燥路面小，且车速越高动摩擦因数越小，因此最高限速应下调.（2）离心作用汽车转弯，慎防侧滑。汽车在水平公路上行驶时，转弯所需的向心力由车轮与路面间的静摩擦力提供.如果转弯时速度过大，所需向心力大于最大静摩擦力，汽车将做离心运动而造成交通事故.因此，在公路弯道处，行驶车辆不允许超过规定的速度.1、若一辆汽车在半径为R的水平弯道上行驶，轮胎与地面的最大静摩擦系数为μs，求车的最大速度.2、在高速公路上所建的高架桥的顶部可以看作是一个圆弧，若高架桥顶部的圆弧半径为150m，求车在高速公路高架桥上行驶时的最高限速.解F向≤max，mv2／R≤／μsmg，u≤sRg若μs=0.71，R=30m则V≤0.71，及＝30m，则I／≤14.6m·S-l在赛车比赛中，常有车速过快滑出车道的现象就是这个原因.在大弯道高速公路上超车时，不能猛打方向盘使转动过大.由F向=mv2／R可知，半径越小需要的向心力越大.当半径只＝20m，车速提高到40km·h-1时，已能强烈地感受到有向外倾覆的离心作用.因此，为了超越车辆而变更车道时，虽必须采取加速措施，应尽可能采用大的曲率半径变更车道超车(如图2).另外摩擦力对车质心产生一个转动力矩M=F·L=mv2h／R(h是车的重心离地面的高度)，因此车的重心越高，车速越快，转弯时越容易向外侧翻倒.即使在乎直公路上行驶，重心越高，车的稳定性越差，也越容易出现翻车事故.解：mg-F=mv2/R，当F=0时，车与地面的摩擦力为零，车将无法控制。所以必须有mgmv2/R，即1111501038.7139vRgmsmSkmS以上结果是理论值，其实摩擦力较小时车已无法控制，因此实际车速应更小些才安全。（3）重心问题减速增力，便于上坡.每辆汽车都有一个最大功率，即油门开足时的功率．如果汽车的载质量比较大，必须把车速换到低挡才能上坡，以降低车速来增大牵引力．题目设某汽车的最大功率为P，总质量为m，摩擦因数为μ，上坡倾角为θ，上坡6车速最大不能超过多少?解：牵引力F＝F摩+mgsinθ＝μmgcosθ+mgsinθ，所以P≥FV=mg(μcosθ+sinθ)v，有所以汽车上坡的最大车速不能超过mg(cos+sin)P上坡时还有一个问题也应引起重视，即卡车载货不能过高。若车的重心过高，重力作用线超过后轮与地面的接触点就要向后翻倒。若是下坡，重力作用线超过前轮与地面的接触点，车就要向前翻倒.这种事件经常见诸报端，因此交通法规规定货车载货最高不能超过4m.