手機(jī)通信原理跟使用安全

1、手機(jī)、汽車(chē)相關(guān)的綜合一、手機(jī)（一）背景綜述傳統(tǒng)的電話(huà)，是靠導(dǎo)線(xiàn)傳送信號(hào)的有線(xiàn)電話(huà)，發(fā)話(huà)人與通話(huà)人均處在固定的地點(diǎn)。這種固定地點(diǎn)的通信方式很不適應(yīng)現(xiàn)代生活，如果在網(wǎng)絡(luò)的車(chē)上、航行的飛機(jī)上、輪船里， 如果也有電話(huà)該有多好??！1921年賣(mài)國(guó)發(fā)現(xiàn)了供警察汽車(chē)通信用的移動(dòng)電話(huà)，這種電話(huà)于20世紀(jì)60年代以后在世界各地得到了較快的發(fā)展。20世界80年代以后，我國(guó)也有了這種輕巧、方便、可靠的通信工具一一移動(dòng)電話(huà)，俗稱(chēng)手機(jī)。手機(jī)的通信過(guò)程是：使用手機(jī)把語(yǔ)言信號(hào)變換成電信號(hào)傳輸?shù)揭苿?dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中的基 地臺(tái)，再由基地臺(tái)把代表語(yǔ)言的電信號(hào)變成電磁頻譜，通過(guò)在距地面高度為 3600km的通信衛(wèi)星輻射漫游傳送到受話(huà)人的電

2、信網(wǎng)絡(luò)中，受話(huà)人的通信設(shè)備接收到無(wú)線(xiàn)電波，轉(zhuǎn)換 成語(yǔ)言信號(hào)。如圖所示，我們可以手持手機(jī)，不管走到哪里，都可與城市電話(huà)網(wǎng)的所有 用戶(hù)及本系統(tǒng)移動(dòng)電話(huà)用戶(hù)進(jìn)行通話(huà)。它們間的通話(huà)是經(jīng)過(guò)系統(tǒng)的基地臺(tái)發(fā)射電磁波與 接收電磁波來(lái)實(shí)現(xiàn)的。從上述手機(jī)通信過(guò)程可以看出：手機(jī)通信是一個(gè)開(kāi)放的電子通信 系統(tǒng)，只要有相應(yīng)的接收設(shè)備，就能夠截獲任何時(shí)間、任何地點(diǎn)、任何人的通話(huà)信息。電話(huà)機(jī)電話(huà)線(xiàn)電話(huà) 交換臺(tái)電話(huà)線(xiàn)基地臺(tái)目前，世界一些軍事強(qiáng)國(guó)已經(jīng)形成了多層次、全方位、大縱深、高立體、覆蓋全球 的電子監(jiān)聽(tīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。他們正是利用這些“網(wǎng)”廣泛地收集全球各方的信息情報(bào)。小小 手機(jī)事關(guān)國(guó)家和軍隊(duì)的信息安全。隨著信息時(shí)代的到來(lái)，有關(guān)

3、信息通信保密問(wèn)題越來(lái)越 多地在不同領(lǐng)域表現(xiàn)出來(lái)。對(duì)此，我們必須引起高度警覺(jué)和重視，必須增強(qiáng)全民國(guó)防信 息安全觀念，經(jīng)濟(jì)信息安全觀念，以高度的責(zé)任感迎接信息時(shí)代的挑戰(zhàn)。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及人們的生活水平的提高，移動(dòng)電話(huà)（手機(jī)）的使用已 經(jīng)越來(lái)越普及。它的結(jié)構(gòu)、原理等運(yùn)用了物理、化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)，其產(chǎn)生的電磁輻射對(duì)人 們的生活、生產(chǎn)等造成的危害涉及到物理、化學(xué)和生物等學(xué)科基礎(chǔ)知識(shí)。（二）綜合練習(xí)1、手機(jī)通信是靠電磁波傳遞信息的。從理論上預(yù)言電磁波存在的物理學(xué)家和第一次A .法拉第、赫茲B .麥克斯韋、安培C .赫茲、麥克斯韋D.麥克斯韋、赫茲2、 手機(jī)的話(huà)筒和聽(tīng)筒所依據(jù)的物理學(xué)原理，下述說(shuō)法正確

4、的是（A ）A .話(huà)筒是按照電磁感應(yīng)原理工作的，聽(tīng)筒是由于電流的磁效應(yīng)工作的B .話(huà)筒是把電能轉(zhuǎn)換成聲能，聽(tīng)筒是把聲能轉(zhuǎn)換成電能C .話(huà)筒是按照電流的磁效應(yīng)工作的，聽(tīng)筒是按照電磁感應(yīng)原理工作的D.話(huà)筒是把聲音直接轉(zhuǎn)換為電磁波發(fā)射到周?chē)臻g，聽(tīng)筒是把周?chē)碾姶挪ㄐ盘?hào)轉(zhuǎn)換為聲音3、電磁場(chǎng)具有能量，磁場(chǎng)中單位體積所具有的能量叫做磁場(chǎng)的能量密度，其值二笙式中b是磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度，卩是磁介質(zhì)的磁導(dǎo)率，在空氣中小一已知常數(shù)。2 J為了近似測(cè)得條形磁鐵磁極端面 附近的磁感應(yīng)強(qiáng)度 B , 一學(xué)生用一 根端面面積為 A的條形磁鐵吸住 一相同面積的鐵片 P,再用力將鐵 片與磁鐵拉開(kāi)一段微小的距離所做的功等于間隙中

5、磁場(chǎng)l，并測(cè)出拉力F,如圖2所示。 因?yàn)镕的能量，所以由此可得磁感應(yīng)強(qiáng) 度B與F、A之間的關(guān)系式為（A . B=2咋2lF B. B=-PAC.b=AFJA 得 B=B 2提示：由F口 =B -IA =2卩可對(duì)人體健康造成一4、空氣中的電磁波對(duì)人體健康有一定的影響，使用手機(jī)不當(dāng)， 定的損害。按照有關(guān)規(guī)定，工作場(chǎng)所感受到的電磁輻射強(qiáng)度（單位時(shí)間內(nèi)垂直通過(guò)單位 面積的電磁輻射能量）不得超過(guò)0.50W/m2。若某一小型無(wú)線(xiàn)通訊裝置的電磁輻射功率是1W,已知球面面積為 S=4 n R2那么在距離該通訊裝置多遠(yuǎn)距離以外是符合規(guī)定的安全區(qū) 域？（ B ）A . 4.0mB . 0.40mC. 0.04mD

6、 . 40m提示：設(shè)在距離該通訊裝置R處的電磁輻射強(qiáng)度是 3 =0.50W/m 2無(wú)線(xiàn)通訊裝置的電磁輻射功率是P=1W，由題意可得P= 4n R21R=訂=him=0.4m 4 二 0.5&若某種型號(hào)的電池容量是 100mA -h,由此可知該電池可輸出的電量最多為（B ）A . 100C B. 360CC. 3600CD .不能確定9、 下述說(shuō)法正確的是（B）A. 變化的電場(chǎng)一定產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)B. 在真空中電磁波的傳播速度與真空中光速相等C. 空間中有變化的電場(chǎng)（或變化的磁場(chǎng)）存在，就一定能形成電磁波D. 電磁波由真空進(jìn)入介質(zhì)傳播時(shí)，起頻率、波長(zhǎng)不變。10、如果你用手機(jī)通過(guò)同步衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)

7、的無(wú)線(xiàn)電話(huà)與對(duì)方通話(huà)，則在你講完話(huà)后，至少要等多長(zhǎng)時(shí)間才能聽(tīng)到對(duì)方的回話(huà)？已知地球的質(zhì)量M=6.0 X 1024kg,地球半徑R=604_ 6 一11 2X 10m,萬(wàn)有引力衡量 G=6067 X 10 N - m / kg。答：同步衛(wèi)星是相對(duì)地面靜止的衛(wèi)星，它繞地球運(yùn)動(dòng)的周期 T=24 X 3600S=8.64 X 104s設(shè)衛(wèi)星距離地面的距離為h,衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力是地球?qū)πl(wèi)星的萬(wàn)有引力，由牛頓運(yùn)動(dòng)定律和萬(wàn)有引力定律，可得2 :Mm2l、2 . s/口 , oG2 =m ()(R+h)解得 h=3(R h)T代入數(shù)據(jù)，可解得 h=3.6 X 107m最短通信時(shí)間是發(fā)話(huà)人和受話(huà)

8、人場(chǎng)在同步衛(wèi)星的區(qū)方下，這是無(wú)線(xiàn)信號(hào)傳播到衛(wèi)星上的最短距離為h。受話(huà)人聽(tīng)到發(fā)話(huà)人的信號(hào)后立即回話(huà)，信號(hào)又需傳播2h距離后才能到達(dá)發(fā)話(huà)人。由此可知最短時(shí)間為4h 4 3.6 107t=8 s =0.48sc 3 1011、 有兩部上機(jī) A和B，A的號(hào)碼為12345672002，B的號(hào)碼為2345672008，當(dāng)用A （或B）撥打B （或A ）的號(hào)碼時(shí)，既能聽(tīng)到 B （或A ）的叫聲，又能看到 B （或A） 的顯示屏上顯示出 A （或B）的號(hào)碼?，F(xiàn)把 A放到一個(gè)透明罩內(nèi)，并抽成真空，再用B撥打號(hào)碼12345672002，則以下說(shuō)法正確的是（B ）A. 既能聽(tīng)到A的叫聲，又能看到 A顯示屏上顯示出1

9、2345672008B. 不能聽(tīng)到A的叫聲，但能看到 A顯示屏上顯示出12345672008C. 不能聽(tīng)到A的叫聲，但能看到 A顯示屏上顯示出12345672002D. 既不能聽(tīng)到 A的叫聲，又不能看到 A顯示屏上顯示出號(hào)碼。12、 移動(dòng)通信中的手機(jī)能使用的電磁波頻率為9X 108HZ，這種電磁波（BD ）A .波速是108m/sB .波長(zhǎng)是1/3mC 要利用空氣為介質(zhì)傳播D.它能干涉和衍射13、電磁輻射對(duì)電器設(shè)備、飛機(jī)、建筑物等也可能造成直接破壞，此外，在高場(chǎng)強(qiáng)作用下，電磁波可能引燃可燃性油類(lèi)，武器彈藥等。在正在運(yùn)行的飛機(jī)上禁止使用手機(jī)，其原因是什么？答：如果乘客都在正在運(yùn)行的飛機(jī)上使用手機(jī)

10、，那么，其發(fā)射的電磁波將會(huì)組成一個(gè)干擾很大的組合波，污染凈空環(huán)境，使機(jī)場(chǎng)多個(gè)管制專(zhuān)用頻率受到影響，有時(shí)甚至使管制員無(wú)法與機(jī)組人員進(jìn)行正常對(duì)話(huà)，這對(duì)保障飛行安全是非常不利的。因此，在正在 運(yùn)行的飛機(jī)上禁止使用手機(jī)。二、汽車(chē)（一）幾種技術(shù)1、遙控技術(shù)題目 某日，一人汽車(chē)被劫，此時(shí)車(chē)主迅速拿出一小物件，對(duì)著已逃出幾十米開(kāi)外的 汽車(chē)一按按鈕，只見(jiàn)汽車(chē)立即熄火停車(chē)。你認(rèn)為這種“遙控停車(chē)裝置”最可能的原理是 什么？答：根據(jù)燃燒三要素，欲使摩托車(chē)熄火，可從三個(gè)角度考慮：一是停止供油，二是停 止供空氣，三是不點(diǎn)火。兩種角度涉及到油路或氣體通道的機(jī)械控制，遙控技術(shù)復(fù)雜， 可靠性差，唯有通過(guò)斷開(kāi)火花塞供電電源使之

11、不能點(diǎn)火最簡(jiǎn)便易行。據(jù)此可簡(jiǎn)答成：利 用遙控器斷開(kāi)火花塞電源，即可停車(chē)。2、緩沖技術(shù)行駛中要系好安全帶，防止意外事故當(dāng)汽車(chē)沖撞 障礙物時(shí)，汽車(chē)幾乎在幾十ms到幾百ms的極短時(shí)間內(nèi)停止運(yùn)動(dòng)此瞬間，乘員以撞車(chē)以前的速度仍向前 方移動(dòng)若撞上儀表盤(pán)、方向盤(pán)或前座位背，會(huì)產(chǎn)生 很大的沖力，造成傷亡事故。如果某次事故中汽車(chē)的速度為35 m s-1，乘員沖向氣袋后經(jīng)0.5s停止運(yùn)動(dòng)沖向氣袋的人體質(zhì)量約為40kg，頭部和胸部作用在氣袋上的面積約為280cm2，求人的頭部和胸部受到的平均壓強(qiáng)。0 mv0-40 150.5-2800 N即作用力大小為2800N。平均壓強(qiáng) p=F 2800 丄 Pa =1 105P

12、aS280 漢 10（二）幾個(gè)問(wèn)題安全問(wèn)題（1）慣性作用人從發(fā)現(xiàn)情況到采取相應(yīng)行動(dòng)需要一定反應(yīng)時(shí)間，不同的人在不同的環(huán)境下反應(yīng)時(shí) 間長(zhǎng)短不同，反應(yīng)時(shí)間越短反應(yīng)越靈敏 .反應(yīng)時(shí)間內(nèi)車(chē)將保持勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，剎車(chē)后 由于慣性車(chē)又要向前運(yùn)動(dòng)一段距離，因此必須保持一定車(chē)距題目 為了安全，在公路上行駛的汽車(chē)之間應(yīng)保持必要的距離.已知某高速公路的最高限速V= 120km h-1 假設(shè)前方車(chē)輛突然停止，后車(chē)司機(jī)從發(fā)現(xiàn)這一情況，經(jīng)操縱剎車(chē)，到汽車(chē)開(kāi)始減速經(jīng)歷的時(shí)間（即反應(yīng)時(shí)間）t = 0.50s.剎車(chē)時(shí)汽車(chē)受到阻力的大小F阻為汽車(chē)重量的0.40倍.求該高速公路上汽車(chē)間的距離S的最小值.解 在反應(yīng)時(shí)間內(nèi)汽車(chē)做勻

13、速運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)的距離Si = vt.設(shè)剎車(chē)時(shí)汽車(chē)的加速度的大小為a,汽車(chē)的質(zhì)量為 m有F E=ma則從剎車(chē)到停止汽車(chē)運(yùn)動(dòng)的距離S=v2/2a.所求距離 S min > S+S2 = 1.6 x 10 m,所以能見(jiàn)度過(guò)低時(shí)，高速公路必須關(guān)閉.汽車(chē)在不同路面行駛，最高限速也不同，特別是雨天、風(fēng)雪冰凍等情況下應(yīng)降低行 駛速度.由于雨水的潤(rùn)滑作用，潮濕路面的摩擦因數(shù)比干燥路面小，且車(chē)速越高動(dòng)摩擦因 數(shù)越小，因此最高限速應(yīng)下調(diào).（2）離心作用汽車(chē)轉(zhuǎn)彎，慎防側(cè)滑。汽車(chē)在水平公路上行駛時(shí)，轉(zhuǎn) 彎所需的向心力由車(chē)輪與路面間的靜摩擦力提供.如果轉(zhuǎn)彎時(shí)速度過(guò)大，所需向心力大于最大靜摩擦力，汽車(chē)將做 離心運(yùn)動(dòng)而

14、造成交通事故.因此，在公路彎道處，行駛車(chē)輛 不允許超過(guò)規(guī)定的速度.1、若一輛汽車(chē)在半徑為 R的水平彎道上行駛，輪胎與地面的最大靜摩擦系數(shù)為卩s，求車(chē)的最大速度.2、在高速公路上所建的高架橋的頂部可以看作是一個(gè)圓弧， 若高架橋頂部的圓弧半徑為150m求車(chē)在高速公路高架橋上行駛時(shí)的最高限速.解 F 向 w max, m&/ Rw/ 卩 smg, u <若卩 s= 0.71 , R=30m 則 VW 0.71，及=30m 貝U I /< 14.6 m S"在賽車(chē)比賽中，常有車(chē)速過(guò)快滑出車(chē)道的現(xiàn)象就是這個(gè)原因.在大彎道高速公路上超車(chē)時(shí)，不能猛打方向盤(pán)使轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)大 .由F向=

15、mv；/ R可知，半徑越小需要的向心力越大 . 當(dāng)半徑只=20m,車(chē)速提高到40km h-1時(shí)，已能強(qiáng)烈地感受到有向外傾覆的離心作用.因此，為了超越車(chē)輛而變更車(chē)道時(shí)，雖必須采取加速措施，應(yīng)盡可能采用大的曲率半徑變 更車(chē)道超車(chē)（如圖2）.另外摩擦力對(duì)車(chē)質(zhì)心產(chǎn)生一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩M=F L=mdh/ R（h是車(chē)的重心離地面的高度），因此車(chē)的重心越高，車(chē)速越快，轉(zhuǎn)彎時(shí)越容易向外側(cè)翻倒.即使在乎直公路上行駛，重心越高，車(chē)的穩(wěn)定性越差，也越容易出現(xiàn)翻車(chē)事故.解：mg-F=mV/R，當(dāng)F=0時(shí)，車(chē)與地面的摩擦力為零，車(chē)將無(wú)法控制。所以必須有mg>mV/R，即v ： ；Rg = 150 10mkJ =38.7mLS4 139kmS以上結(jié)果是理論值，其實(shí)摩擦力較小時(shí)車(chē)已無(wú)法控制, 因此實(shí)際車(chē)速應(yīng)更小些才安全。（3 ）重心問(wèn)題減速增力，便于上坡每輛汽車(chē)都有一個(gè)最大功率，即油門(mén)開(kāi)足時(shí)的功率如果汽車(chē)的載質(zhì)量比較大，必須把車(chē)速換到低擋才能上坡，以降低車(chē)速來(lái)增大牽引力.題目 設(shè)某汽車(chē)的最大功率為P,總質(zhì)量為 m摩擦因數(shù)為 卩，上坡傾角為0