手机通信原理及使用安全.docx
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手机通信原理及使用安全
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。
图1
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、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（）
A．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．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
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
，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（）
A．B=
B．B=
C．B=
D．B=WB·Δ
·A
4、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？
（）
A．4.0mB．0.40mC．0.04mD．40m
5、手机中的电池通常采用可充电镍镉（Ni—Cd）电池，其电池的总反应可以表示为Cd+2NiO（OH）+2H2O
2Ni（OH）2+Cd（OH）2
已知Ni（OH）2和Cd（OH）2均难溶于水但能溶于酸，以下说法中正确的是（）
以上反应是可逆反应
以上反应不是可逆反应
充电时化学能转变为电能
放电时化学能转变为电能
A．
B．
C．
D．
6、废弃的镍镉电池已成为重要的环境污染物。
有资料表明一节废镍镉电池可以使一平方米面积的耕地失去使用价值。
在酸性土壤中这种污染尤为严重，这是因为
。
7、下图是废弃镍镉电池中的重金属渗入水体后，进入人体的一条途径：
生物体D中重金属浓度（填大于、等于、小于）生物体A中重金属浓度，这是通过食物链作用所引起的。
除上述途径外，被污染水体中的重金属还可以直接通过途径进入人体。
8、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（）
A．100CB．360CC．3600CD．不能确定
9、手机里的电池用久了以后，通讯会中断，这就是我们常说的“电池没电了”。
小明设计了如图4的电路可用来测定新、旧电池的电动势和电阻（电压表、电流表对测量的影响可忽略不计）
（1）.设R为某值时，电流表示数为I1，电压表示数为V1；R为另一值时，电流表示数为I2，电压表示数为V2，则所测电池的电动势为
（2）小明将测量结果绘成如图4所示的V——I图象，由图象可知：
旧电池的电阻为Ω
图3中电流表的量程至少应大于A
10、电池便于携带、使用方便、用途广泛，是现代生活、生产的必须品，但废旧电池对人体及生态环境有不同程度的危害，而且回收难，处理难。
这说明（）
A.事物是普遍联系的
B.事物的联系表现为因果关系
C.规律是客观的，不能消灭和改变
D.一切事物都是一分为二的
11、随着人们生活这里6的不断提高和科技进步，手机使用量增大，手机更新的周期将缩短。
集中回收处理废旧手机将提到议事日程上。
集中回收处理废旧手机的根本目的是（）
A.重新利用旧手机内的集成电路块
B.重新利用旧手机内的贵重金属材料
C.防止旧手机的有害物质污染神态环境
D.防止不法商贩倒买盗卖旧手机
12、下述说法正确的是
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。
13、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。
14、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（）
A.既能听到A的叫声，又能看到A显示屏上显示出12345672008
B.不能听到A的叫声，但能看到A显示屏上显示出12345672008
C.不能听到A的叫声，但能看到A显示屏上显示出12345672002
D.既不能听到A的叫声，又不能看到A显示屏上显示出号码。
15、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
A.波速是108m/s
B.波长是1/3m
C.要利用空气为介质传播
D.它能干涉和衍射
16.据报道，最近摩托罗拉（MOTOROLA）公司研发了一种由甲醇和氧气以及强碱作电解质溶液的新型手机电池，电量可达现用镍氢或锂电池的十倍，可连续使用一个月才充一次电。
据此请回答下列问题：
（可能用到的数据：
H－1,C－12,O－16。
）
（1）甲醇是______极，电极反应是_______________________________________________。
（2）电池反应的离子方程式是
________________________________________________________。
（3）这种电池若用在宇宙飞船上还可为宇航员提供生活用水。
设在这种电池的总反应中每消耗1mol甲醇将生成amol水和放出QkJ的热量，在实际使用中这种电池每发1kWh电时生成mg的水，则电池的能量利用率为_____________（用含a、Q、m的代数式表示）。
（4）这种电池输出的电压为bV，要使标有bV、12W的小灯泡发光1小时，实际应消耗甲醇_______g（用含有关的字母的代数式表示）。
17.材料一：
近年来，随着手机的普及、移动电话站的增加以及一些发射装置安装在居民区的建筑物上，人们越来越担心它们所产生的电磁波辐射对人体所造成的危害。
为此，国际上一些学者展开了一项国际性调查研究，研究表明，人体对电磁接受量与电磁波强度成正比，人离电磁波源越近，使用电磁波时间越长，接受电磁波强度越大。
离人头部最近的电器手机比移动电话站要强千倍，对人体危害也较大。
材料二：
在哺乳类动物的脑中，有一个被称为“松果体”的生物时钟，松果体主要是借其所分泌的褪黑激素来使动物入眠及控制动物的寿命。
医学专家指出：
电磁波对人体的生物效应，主要在于电磁波对松果体内褪黑素的影响，由此可使人类疾病的发生率提高。
材料三：
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。
结合以上材料，解答下列问题。
（1）为了减少手机产生的电磁辐射对人体的危害，应采取什么保护措施？
（2）松果体在人体中的位置是
A.大脑的下部B.小脑的上部C.四叠体、上丘脑之间的凹陷内D.脑干的上部
（3）部分调查报告显示，移动电话用户中脑瘤患者几率比一般人群较高。
若此项调查成立，移动电话的电磁辐射对人体是有害的，其可能的原因是辐射诱发了_________，使细胞分裂失控，形成脑瘤。
（4）在正在运行的飞机上禁止使用手机，其原因是什么？
（5）大多数现代电子设备可屏蔽无线电波，然而，有的电子设备不具有此项功能，如移动电话会干扰植入的心脏起搏器以及其它医学植入设备。
对装有心脏起搏器的人来说，应如何正确使用手机。
（6）假如某一乘客在某一加油站使用手机而引发汽油燃烧，试写出其可能的化学反应方程式。
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?
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.
（二）几个问题
1、环保问题
题目汽车尾气除上述NOx有毒气体外，还有燃料未完全燃烧的还原性气体以及S02气体等。
目前治理的方法是在汽车的排气管上装一个“催化转换器”参与大气生态环境循环的无毒气体，并促使燃料充分燃烧及，S02的转化，但“催化转换器。
能在一定程度上提高空气的酸度。
请问这是为什么?
写出相应的化学反应方程式；并请你想出两种控制城市空气污染源的方法。
2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.
（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.
（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，上坡车速最大不能超过多少?
（三）“探讨性”问题
1、你站在离路口几十米的地方观察红绿灯等侯通行的两辆外形完全相同的大卡车，如何判断哪一辆是采用的是柴油机？
2、柴油平均含碳约85%，含氢约14%。
前几年的报刊杂志上报道了“中国的第五大发明”：
把25%的柴油和75%的水混合起来，加少量“膨化剂”，就可以变成“膨化柴油”，简称“水变油”。
据说，它和天然的柴油有相同的热值。
此“发明”得到包括我国某名牌大学校长在内的若干位教授专家的肯定，并通过了“鉴定”；但同时被中科院何祚庥院士等一大批教授专家所否定。
问：
“水变油”是否可能?
请你设计一个实验思路（不必详述实验操作过程），证明水是否能变成油?
手机、汽车相关的综合答案
一、手机
1．D2.A3.C
提示：
由
得
B=
4．B
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=
=
m=0.4m
5．B
6．Ni（OH）2和Cd（OH）2能溶于酸性溶液
7．大于；富集；饮水
8．B
9．
（1）
10．D
11．C
12．B
13．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
G
=m（
）2（R+h）
解得h=
－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=
=0.48s
14．B
15．BD
16、
（1）负，CH3OH－6e－＋8OH－=CO32－＋6H2O
（2）2CH3OH＋3O2＋4OH－=2CO32－＋6H2O
（3）水（H2O）的摩尔质量为1×2＋16=18（g/mol）,mg水的物质的量为m/18（mol）。
由题意可知，该电池的总反应中每消耗1mol甲醇将生成amol水和放出QkJ的热量，则生成1mol水将放出Q/a（kJ）的热量，于是，生成mg的水所放出的能量为（m/18）×（Q/a）kJ，又1kWh=3600kJ，所以，此电池的能量利用率为3600/〔（m/18）·（Q/a）〕×100﹪=6.48a×106/（Qm）。
（4）设实际消耗的甲醇的质量为xg，甲醇（CH3OH）的摩尔质量为12＋3×1＋16＋1=32（g/mol），则实际消耗的甲醇的物质的量为（x/32）mol。
由题意可知，该电池的总反应中每消耗1mol甲醇将生成amol水和放出QkJ的热量，则消耗（x/32）mol的甲醇所放出的热量为（x/32）·QkJ，根据上一问的结论可知，该电池实际提供发光的能量为（x/32）×Q×6.48a×106/（Qm）kJ，又灯泡发光1小时所消耗的能量为12×1×3600J=43.2kJ，根据能量守恒定律有，（x/32）·Q·6.48a×106/（Qm）=43.2，所以，x=8m/（375a）。
17、
（1）使用手机时加上一层防护装置，或换上耳机通话，尽量缩短连续通话的时间，从而减少电磁波对大脑的辐射。
（2）C
（3）基因突变
（4）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。
（5）对植入心脏起搏器的人来说，应避免贴近心脏起搏器使用手机，避免将手机放在心脏起搏器上（即上衣口袋内），其次，使用手机时，应将手机置于心脏起搏器对面的耳朵上，且手机与心脏起搏器的距离尽可能离得远一点（据厂家提供数据应在15cm以上），以减小其对心脏起搏器的干扰，同时，若怀疑存在任何干扰，应立即关机。
（6）汽油的主要成分为辛烷（C8H18），其燃烧较复杂。
开始，空气中氧气（O2）的含量较高，将发生完全燃烧，生成二氧化碳（CO2）和水（H2O），其化学反应方程式为
2C8H18＋25O2→16CO2＋18H2O；
随着汽油燃烧的进行，空气中氧气（O2）的含量较低，将发生不完全燃烧，有几种可能。
其一，生成一氧化碳（CO）和水（H2O），其化学反应方程式为
2C8H18＋17O2→16CO＋18H2O
其二，生成一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）和水（H2O），其化学反应方程式为
2C8H18＋21O2→8CO＋8CO2＋18H2O
其三，生存碳（C）和水（H2O），其化学反应方程式为
2C8H18＋9O2→16C＋18H2O
从以上例题分析可以发现，以手机为背景的综合题试题的难度并不大，但涉及理、化、生等学科基础知识，覆盖面较广，它可以从手机带来的危害以及如何防护的角度立意命题等等，这就要求考生平常要多了解一些现代科技产品（如手机、电脑等）的基本结构、工作原理、使用方法等，并且在夯实基础的基础上，加强综合运用学科基础知识解决实际问题的训练，只有这样，才能提高综合运用能力。
二、汽车
（一）几种技术
1、遥控技术
解析：
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
F
即作用力大小为2800N.平均压强
（二）几个问题
1、环保问题
解析：
本小题涉及环保问题，由题给信息可知：
（反应式略），故空气的酸度提高。
要控制城市污染源，必须控制矿物燃料的用量，如使用电动车、开发和使用氢能源等。
2安全问题
（1）惯性作用
解在反应时间内汽车做匀速运动，运动的距离S1＝vt.
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
解F向≤max，mv2／R≤／μsmg，u≤
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mg>mv2/R，即
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
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
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.（三）“探讨性”问题
1、由于距离较远，无法通过闻气味、听声音来区别可根据柴油机比汽油的碳原子多，含碳量高，燃时冒黑烟来区别，可简答成:
观察汽车的排气管，由停车怠速状态加油起步时冒黑烟的是柴油机，这是因为柴油机中的烃分子比汽油大，突然加油时燃烧不充分所致。
2、本小题以揭露伪科学为题设情景而设计的一类研究性试题，考查学生实验设计能力。
水的组成是11%的氢和89%的氧，柴油平均为14%的氢和85%的碳。
水要变成柴油，水中的氧元素必须定量地分别变成氢、碳两种元素，例如：
O→C+4H，30→4C这涉及到原子核的碎裂与重组，需要极高的能量（类似于原子弹爆炸的变化），少量的“膨化剂”难以提供如此高的能量，可见，“水变油”难成事实。
鉴定的方法是，在防伪的条件下，对现场配制的“膨化柴油”与柴油同时进行化学分析；看看彼此的元素组成是否相同或相近似，以说明氧否变成了碳和氢；也可以进行同位素分析，如果氧变成氢和碳，则其同位素含量一定不同于柴油中的氢和碳。
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