现代通信技术_第八章 电和磁 现代通信 能源
时间：2019-02-02 03:27:26 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
【考点梳理】 1. 磁性，磁体，磁极，磁化和磁场（磁感线），地磁场. 2. 电磁三现象是： ① 电流磁效应：奥斯特实验，安培定则，电磁铁和电磁继电器.
② 磁场对电流的作用：通电导体在磁场中受力，左手定则，电动机.
③ 电磁感应：感应电流产生条件，右手定则，发电机及电能的输送.
3. 电磁波的形成，波速计算.
4. 微波通信，光纤通信，卫星通信和互联网络.
5. 能源分常规能源和新能源，一次能源和二次能源，可再生能源和不可再生能源，非清洁能源和清洁能源.
6. 能量守恒定律和能量转化具有方向性.能量转化和利用时的效率.
【考题精讲】
例1 如图8-1所示，用一根条形磁铁的S极在一根钢条上由A端移向B端而使钢条磁化，则钢条磁化后的磁性是（ ）.
A. A端是N极
B. A端是S极
C. 钢条不具有磁性
D. 磁极不好判断
［分析］ 磁化是原来没有磁性的物体获得磁性的过程，钢是硬磁物质，在外界磁场的影响下，能被磁化且能保留磁性，因此选项C是错误的.磁铁的S极在钢条上由A→B摩擦的过程中，钢条内物质排列变为定向排列，而这种改变终止于磁铁离开的位置B，只要分析离开B端的情况就可判定钢条所带的磁性，此类问题均是以离开时的状态分析为依据.
［解答］ 本题应选B.
例2 图8-2所示的A、B为两个通电螺线管，ab处是电源，通电时小磁针P能在图示位置静止.标出电源ab的正负极及通电螺线管A的线圈绕法.
［分析］ 由磁极相互作用的性质异名磁极相吸，可得通电螺线管A的右端和B的左端都应该是S极.再根据右手螺旋法则可判断通电螺线管A上的电流方向是向上，而通电螺线管B上的电流方向是向下，因此可根据图示得电流应该由电源b端流出，a端流进而判定正、负极.通电螺线管A的线圈右端引入线在线圈正面（可见的一侧），左端引出线在线圈背面（不可见的一侧）.
［解答］ 电源b端正极，a端负极.螺线管A的绕线如图8-3所示.
例3 如图8- 4所示，a、b是两个线圈示意图，均处于图示的磁场里，小磁针P在直导线上方静止.当让线圈a绕中轴线O1O1′由上至下做逆时针转动一小角度时，判断小磁针N极转动的方向及线圈b绕中轴线O2O2′转动的方向.
［分析］ 线圈a如图示方向转动一小角度时，左右两侧线圈边要切割磁感线而产生感应电流.根据右手定则可判断线圈a的左边框向外时会产生向下方向的电流，而右边框向里时会产生向上的电流，这样就使下方两根直导线上面一根电流方向是向左，下面一根电流方向是向右；线圈b右边框上电流方向向上而左边框上电流方向向下.在判定电流方向的基础上，根据右手螺旋法则可判断上面一根通电导线的周围存在着圆形磁场，其方向是导线上方垂直纸面向里，而磁场方向又是小磁针静止时N极所示的方向，由此可判定小磁针P的N极转动方向.线圈b由于通了电，将受到磁场的作用力，根据左手定则判断线框b的右边框受到垂直纸面向外的力而左边框受到垂直纸面向里的力，因此线圈b将会绕中轴线O2O2′转动，由上向下看应该是顺时针转动方向.
［解答］ 小磁针P的N极应垂直纸面向里转动，而线圈b应绕中轴线由上向下看作顺时针转动.
例4 在光滑的绝缘水平面上，有一根固定的直导线l，通以向上方向的电流，其右侧置有一个正方形通电线圈ABCD，AB和CD边均与导线l平行且通以顺时针方向电流，如图8-5所示.导线框可自由运动，由上述条件可判断线圈ABCD将（ ）.
A. 向上运动 B. 向下运动
C. 向左运动 D. 向右运动
［分析］ 由于直导线l上有向上的电流，因此导线周围就产生磁场.根据右手螺旋法则可得在导线的右侧应产生垂直纸面向右的磁场，且磁场的强度由强至弱变化.根据左手定则可判断通电线圈在直线电流l形成的磁场中受力方向是：AB边向左而CD边向右；AD边向上而BC边向下.由于电流磁场强度向右而变弱，因此导线框各边受力大小不同，由磁性强弱可得FAB＞FCD，FAD=FBC .即线框上、下受力平衡，而左、右受力不平衡，合力方向与AB边受力方向相同，因此线框也将向合力方向移动.
［解答］ 本题应选C.
例5 利用电磁继电器来安装自动排水和报警装置.如图8-6所示的器材示意图中，容器表示实际情况中的水位，要求水位达到1位置时，绿灯灭，红灯亮同时抽水机（M）起动开始抽水；当水位降至2位置时，绿灯亮，红灯灭同时抽水机停止工作.图示中A、A′、B、B′为电磁继电器中固定的静触点，C、C′为受电磁继电器衔铁控制的动触点（上、下两侧）.电磁继电器未通电时，由于弹簧作用衔铁向上而使C、C′与A、A′接触；电磁继电器通电时，由于磁性吸引衔铁向下而使C、C′与B、B′接触.请按要求将其连接成电路（水位上升过2位置时抽水机并未工作，水位由超过1位置下降并未到2位置前，抽水机依然工作）.请指出图中两灯L1、L2中红灯是哪一盏.
［分析］ 水是导电的，因此在容器的底部、水位1和2处应分别装置一个金属导片以连通电磁继电器电路及抽水机电路.由于水位在上升过程中即使超过2位置，抽水机也不工作（即电磁继电器处于断开），因此1位置金属导片在与动触点C、C′相连时，静触点A′应与绿灯相连，当水位达到1位置电磁继电器电路接通，说明2位置的金属导片应与电磁铁、控制电源（电源2）及1位置的金属导片形成通路而使电磁铁有磁性吸引衔铁而使动触点向下，因此红灯与抽水机应并联并与静触点B′，电源1（工作电源）相连.由于抽水而水位下降至2位置时，抽水机依然工作，要求电磁铁电路依然相通（此时动触点是向下的），所以要让容器底的金属导片与静触点B相连，这样保证了水位降至2位置前控制电路依然相通.反之，当水位上升超过2位置而尚未达到1位置时，由于此时动触点是处于向上的位置，因此电磁铁依然处于断开的状态.
［解答］ 电路如图8-7所示.当水位未达1位置，电磁铁断开C、C′与A、A′相接，工作电路中只有绿灯亮（L1）；过1位置时电磁铁电路接通而使C、C′与B、B′相接使红灯亮（L2）和抽水机（M）工作.抽水后，当水位降至1位置但未达2位置时，尽管P1、P2断开，但通过底部导片及C、B接触的原因，电磁铁依然保持通路.其中L2是红灯.
例6 在现代通信方式中，覆盖面最大、传播信息最快捷的方式是卫星通信.卫星通信必需依靠通信卫星来完成.回答下述问题：
（1） 通信卫星需要满足什么条件？
（2） 想实现全球同步转播，至少需要多少颗通信卫星，它们之间有什么关系？
（3） 通信卫星的作用是什么？
［分析］ 通信卫星绕地球旋转时，与地球上的每一位置都应该保持相对静止，因此也称为“同步卫星”.由于地球自转方向是自西向东而行，为保持与地球同步，卫星也必须自西向东绕地球转动；由于地球自转周期是24h，因此卫星绕地球转动的周期也应该是24h（即绕地球转动的角速度与地球自转的角速度相同）.由于卫星绕地球时必须与地球各点相对静止，因此卫星的转动面应与地球转动共轴，即卫星的转动面应与地球赤道面处于同一平面，说明通信卫星必须在赤道的正上方某位置.根据万有引力等知识可知，卫星转动周期与卫星与地球的距离（即卫星的高度）有关.
通信卫星是利用微波通信，传播时是直线形式，包含区域是以卫星为顶点的一个圆锥形区域底部，从理论上讲覆盖面要小于地球表面积的一半，因此需要三颗互成120°放置在同步卫星轨道上的通信卫星，它们各自也保持相对静止.每颗卫星覆盖大于1/3而小于1/2的地球表面.
通信卫星在工作时，既是一个电磁波信号的接收站，同时又负责发送电磁波信号，相当于一个电磁波信号的中转站.
［解答］ （1） 自西向东绕地球转动；转动周期为24h；必须在地球赤道正上方的某一高度.（2） 三颗互成120°的同步卫星，相互保持相对静止.（3） 电磁波信号的接收和发送.
例7 如图8-8所示，MN和PQ为两根水平放置的金属导轨，ad和cd是搁放在导轨上平行相隔的金属棒.整个装置处于竖直向上的匀强磁场中.当用水平向右的力F拉动金属棒ab时，金属棒cd会发生什么现象？生活中此现象应用于什么机械上？（不计导轨摩擦影响）
［分析］ 当金属棒ab受力而运动时，ab将切割磁感线而产生感应电流，用右手定则可得ab上电流方向为b→a，因此金属棒cd上形成的电流方向为d→c.此时cd也处在磁场中，因此cd棒要受到磁场对它的作用力，用左手定则可知受力方向水平向右，因此金属棒cd要运动.生活中由磁场变化使线圈受力转动的应用就是异步电动机.
［解答］ 金属棒cd上也有电流并同时向右运动，但运动速度比ab慢一些.生活中应用实例是异步电动机.
【夺标训练】
1. 如图8-9所示，L为一个大通电螺线管，三个小磁针a、b、c分别置于其左端、上方和内部.请在图上标出小磁针的N、S极（用涂黑表示N极）.
2. 图8-10所示是一个电动充气泵的结构示意图.图中电源E为电流大小、方向都不断发生变化的交流电.
（1） 当某瞬间电磁铁线圈上电流是从a端流进，则电磁铁的上端是什么极？
（2） 电动充气泵工作时，应用了哪些物理的相关知识？（至少写三条）
3. 电磁波给人类生活带来方便的同时，也造成了一定的电磁污染.图8-11所示的四种通信器材中利用电磁波工作的是（ ）.
4. 在马蹄型磁铁的正上方置有一根水平放置通电硬直导线l，导线可自由运动，如图8-12所示.若从导线上方向下看导线，则下述表述导线状况正确的是（ ）.
A. 可能静止
B. 可能向上运动
C. 作顺时针转动
D. 作逆时针转动
5. 我们知道通常广播电台使用的电磁波有长波、中波、短波的区分.下述关于波长不同的电磁波结论中正确的是（ ）.
A. 在空中传播时短波的速度最慢
B. 在空中传播时短波的频率最小
C. 在空中传播时短波的能量最大
D. 上述结论都是错误的
6. 原子能发电站越来越广泛地应用到社会中，原子能发电站工作时，其能量转换的正确途径是（ ）.
A. 核能→电能
B. 核能→内能→电能
C. 核能→机械能→电能
D. 核能→内能→机械能→电能
7. 在一个竖直放置的导线圈内有一个原来静止可自由转动的小磁针，如图8-13所示位置静止.当导线圈外接电源的开关S合上时，线圈内的小磁针（涂黑端表示小磁针N极）将发生（ ）.
A. 仍保持静止
B. N极向里转动
C. S极向里转动
D. 不好判断
8. 图8-14所示的电路是空调自动温控装置示意图.M表示空调压缩机，使用交流电源，电磁继电器使用稳恒电源.已知电磁铁上的线圈电阻为10Ω，稳恒电源电压恒为6V.所接入电流表为0~30mA量程，R为一个热敏电阻，其阻值随温度升高减小，具体变化如表所示.设计时当电流表示数大于或等于15mA时，空调压缩机将工作；小于15mA时，空调压缩机将自动停止工作.
（1） 简述空调电路自动控制的原理；
（2） 空调原设定的起动温度是多少？
（3） 为了省电，重新设定当温度为30℃时，空调才会自动工作，则应采用什么措施进行简单改装？
（4） 若为了能较方便地调节空调起动温度的控制，你有什么方便可行的措施（改变电阻的方法除外）.
9. M为上边串有一个电阻的金属冂型框，与地面成30°倾角放置，冂型框下边足够长.其上部搁有一根金属棒ab，可在冂型框边上自由下滑（不计轨道摩擦及电阻影响），整个装置处于一个竖直向上的匀强磁场中，如图8-15所示.当ab棒从上部静止起下滑时，请回答（电路中电阻R=20Ω，导体金属棒ab质量为200g，计算时g取10N/kg）：
（1） ab棒的运动状态直至稳定前是如何变化的？（简要说明理由）
（2） 若ab棒最终在轨道上稳定的运动速度是2m/s，则此时电阻上释放的电功率为多大？
10. 微波炉是一种新型的电加热器具.对此有两种截然不同的说法.
甲：微波炉功率很大，而微波输出功率仅占2/3左右，所以是一个低效率产品，不宜推广.
乙：微波炉采用了新型的加热方式，在同等条件下可大大减少加热时间，所以是一个节能产品，应该大力推广.
你是怎么看的？请说出自己的意见和理由.
参考答案：1. a、c左端N极，b右端N极 2. （1） S （2） 电流磁效应，磁性，杠杆，压强等 3. C 4. C 5. D 6. D 7. B 8. （1） 电流大于15mA时电磁铁磁性加强，吸引力克服弹簧弹力而使动触点向下，使空调电路工作； （2） 25℃；
（3） 热敏电阻旁串联一个30Ω电阻； （4） 改变电源电压 9. （1） 先加速后匀速（提示：重力大于磁场力时加速）； （2） 2W 10. 同意乙的看法，用微波炉与普通电热炉加热同一样物品时，若达到同样加热效果则微波炉总耗电能少.
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