淺談物理的應(yīng)用

物理學(xué)是最早形成的自然科學(xué)之一，它是一座知識(shí)的寶塔，基礎(chǔ)雄厚。隨著科技的發(fā)展和人類的進(jìn)步，物理學(xué)研究的范圍也越來越廣。物理學(xué)可細(xì)分為力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、光學(xué)及相對(duì)論，還出現(xiàn)了量子力學(xué)、核物理、粒子物理學(xué)、凝聚態(tài)物理學(xué)和天體物理學(xué)等，它像一座建造中的大廈，愈加宏偉和龐大。生活中我們也處處可以看到物理的影子，從簡單到復(fù)雜，從科學(xué)領(lǐng)域到生活，都離不開物理。它在生活中發(fā)揮著巨大的作用，推動(dòng)著社會(huì)的發(fā)展。可以說，物理與生活同行。

一、力學(xué)在生活中的應(yīng)用

從側(cè)面看，汽車車輪的位置既不在車子的最邊上，又不是靠近車子的中間，這是為什么呢？這跟結(jié)構(gòu)力學(xué)有關(guān)，當(dāng)車的輪子分別位于車子左右的四分之一處時(shí)，可以使車身在同樣的荷載下彎矩最小，也就是內(nèi)力最小，這樣可以使車身材料得到充分利用，同時(shí)也更加安全，這就是力學(xué)的應(yīng)用。當(dāng)然，一輛小汽車涉及的力學(xué)知識(shí)遠(yuǎn)不止這些，還有流體力學(xué)，比如如何減小空氣阻力等。

我們?cè)賮砜纯戳W(xué)在液壓千斤頂中的應(yīng)用。如圖是液壓千斤頂?shù)墓ぷ髟韴D。千斤頂由外殼、大活塞、小活塞、扳手、油箱等部件組成。工作原理是扳手往上走帶動(dòng)小活塞向上，油箱里的油通過油管和單向閥門被吸進(jìn)小活塞下部，扳手往下壓時(shí)帶動(dòng)小活塞向下，油箱與小活塞下部油路被單向閥門堵上，小活塞下部的油通過內(nèi)部油路和單向閥門壓進(jìn)大活塞下部，因杠桿作用小活塞下部壓力增大數(shù)十倍，大活塞面積又是小活塞面積的數(shù)十倍，手動(dòng)產(chǎn)生的油壓將油擠進(jìn)大活塞，由帕斯卡原理知大小活塞面積比與壓力比相反。這樣一來，手上的力通過扳手到小活塞上增大了十多倍（暫按15倍），小活塞到大活塞力又增大十多倍（暫按15倍），到大活塞（頂車時(shí)伸出的活動(dòng)部分）力量=15×15=225倍的力量了。手上每用200牛力，就可以產(chǎn)生200×225=45000牛的力量，這樣就可以托起4.5噸的重物了。用完后，有一個(gè)平時(shí)關(guān)閉的閥門被手動(dòng)打開，油就被汽車重量擠回油箱了。

二、光學(xué)在生活中的應(yīng)用

一部單反相機(jī)涉及哪些光學(xué)原理呢？除了簡單的凸透鏡成像原理、半導(dǎo)體光點(diǎn)感應(yīng)原理及信息捕獲原理外，還涉及偏振濾鏡。偏振濾鏡是一種選擇性透過的透鏡，由于它內(nèi)部分子排列規(guī)則的特殊性，會(huì)阻擋一部分偏振光進(jìn)入鏡頭，從而提高畫面的飽和度和反差。此外單反相機(jī)還涉及降噪、減噪原理和鏡頭偏振等。降噪依靠的是圖像處理器及降噪軟件，這屬于軟件，但也與物理脫不了關(guān)系。所以數(shù)碼單反是集光、機(jī)、電為一提的高科技綜合技術(shù)產(chǎn)品，用到的知識(shí)和原理相當(dāng)多，不勝枚舉。

光纖是光導(dǎo)纖維的簡寫，是一種利用光在玻璃或塑料制成的纖維中的全反射原理而制成的光傳導(dǎo)工具。它涉及許多復(fù)雜的光學(xué)知識(shí)。光纖實(shí)際是指由透明材料做成的纖芯和在它周圍采用比纖芯的折射率稍低的材料做成的包層，并將射入纖芯的光信號(hào)經(jīng)包層界面反射，使光信號(hào)在纖芯中傳播前進(jìn)的媒體。光纖通信的原理是：在發(fā)送端首先把傳送的信息（如話音）變成電信號(hào)，然后調(diào)制到激光器發(fā)出的激光束上，使光的強(qiáng)度隨電信號(hào)的幅度（頻率）變化而變化，并通過光纖發(fā)送出去；在接收端，檢測(cè)器收到光信號(hào)后把它變換成電信號(hào)，經(jīng)解調(diào)后恢復(fù)成原信息。光纖通信中的光波主要是激光，由于激光具有高方向性、高相干性、高單色性等顯著優(yōu)點(diǎn)，因此又叫做激光—光纖通信。如今，光纖通信已經(jīng)成為現(xiàn)代通信網(wǎng)的主要傳輸手段。

三、熱能在軍事中的應(yīng)用

紅外制導(dǎo)是利用紅外探測(cè)器捕獲和跟蹤目標(biāo)自身輻射的能量實(shí)現(xiàn)尋地制導(dǎo)的技術(shù)。紅外制導(dǎo)技術(shù)是精確制導(dǎo)武器一個(gè)十分重要的技術(shù)手段，紅外制導(dǎo)技術(shù)分為紅外成像制導(dǎo)技術(shù)和紅外非成像制導(dǎo)技術(shù)兩大類。

紅外成像制導(dǎo)是利用紅外探測(cè)器探測(cè)目標(biāo)的紅外輻射，捕獲目標(biāo)紅外圖像的制導(dǎo)技術(shù)，其圖像質(zhì)量與電視相近，卻可在電視制導(dǎo)系統(tǒng)難以工作的夜間和低能見度下作戰(zhàn)。紅外成像制導(dǎo)技術(shù)已成為制導(dǎo)技術(shù)的主要發(fā)展方向。紅外成像探測(cè)器從70年代以來已由多元線陣發(fā)展到面陣，從近紅外發(fā)展到遠(yuǎn)紅外。紅外凝視焦面陣列探測(cè)器的元件數(shù)，對(duì)近紅外已達(dá)107個(gè)，對(duì)遠(yuǎn)紅外已達(dá)到105個(gè)，探測(cè)率已達(dá)到1012～1014量級(jí)。紅外成像制導(dǎo)系統(tǒng)的靈敏度和空間分辨率都很高，動(dòng)態(tài)跟蹤范圍大，可達(dá)1500～1800，有效作用距離遠(yuǎn)，抗干擾性好，具有更高的目標(biāo)識(shí)別能力和制導(dǎo)精度。新的精確制導(dǎo)技術(shù)如紅外成像制導(dǎo)、毫米波制導(dǎo)、合成孔徑雷達(dá)制導(dǎo)、激光成像制導(dǎo)及雙色紅外、紅外與毫米波復(fù)合、多摸導(dǎo)引頭等成為目前精確制導(dǎo)武器制導(dǎo)系統(tǒng)主要的發(fā)展方向，具有廣泛的應(yīng)用前景。

四、物理在無人駕駛汽車中的應(yīng)用

無人駕駛汽車技術(shù)設(shè)備包括雷達(dá)、車道保持系統(tǒng)、激光測(cè)距系統(tǒng)、紅外攝像頭、立體視覺、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、車輪角度編碼器，當(dāng)車輛行駛時(shí)，車內(nèi)通過整個(gè)環(huán)境識(shí)別系統(tǒng)識(shí)別出道路狀況，測(cè)量前方車輛的距離和速度，相當(dāng)于駕駛員的眼睛；然后，車載主控計(jì)算機(jī)和相應(yīng)的路徑規(guī)劃軟件根據(jù)計(jì)算機(jī)視覺提供的道路信息、車前車輛情況及自身的行駛狀態(tài)，決定是沿道路前進(jìn)還是換道準(zhǔn)備超車，相當(dāng)于駕駛員的大腦；接著，自動(dòng)駕駛控制軟件按照需要跟蹤的路徑和汽車行駛動(dòng)力學(xué)，向方向盤控制器、油門控制器和剎車控制器發(fā)出動(dòng)作指令，操縱汽車按規(guī)劃好的路徑前進(jìn)，起到駕駛員的手和腳的作用。可以說無人駕駛汽車集自動(dòng)控制、體系結(jié)構(gòu)、人工智能、視覺計(jì)算等眾多技術(shù)于一體，是計(jì)算機(jī)科學(xué)、模式識(shí)別和智能控制技術(shù)、物理學(xué)高度發(fā)展的產(chǎn)物。

總之，物理與工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、日常生活有極為密切的聯(lián)系。物理規(guī)律本身就是對(duì)自然現(xiàn)象的總結(jié)、抽象和應(yīng)用。生活中只要勤于觀察，善于思考，勇于實(shí)踐，敢于創(chuàng)新，就會(huì)發(fā)現(xiàn)物理就在身邊。今后教學(xué)中我們要促使學(xué)生樹立科學(xué)意識(shí)，大處著眼，小處著手，經(jīng)歷觀察、思考、實(shí)踐、創(chuàng)新等活動(dòng)，逐步掌握科學(xué)的學(xué)習(xí)方法，訓(xùn)練科學(xué)的思維方式，讓學(xué)生擁有科學(xué)家的頭腦，為今后美好的生活打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。