物理知識在現代科技中的應用探究

郝若宸

物理知識在現代科技中的應用探究

郝若宸

（西安北大科技園創新基地，陜西 西安 710061）

結合現代科技的發展狀況，對物理知識在現代科技中的運用現狀進行分析，認識到物理知識在現代科技運用中存在的不足之處，并通過技術的優化以及使用技術的創新，提升物理技術使用的價值，并有效探索物理電子技術的運用途徑，推動現代科學技術的創新發展。

物理知識；現代科技；應用探究；物理學

在當前科學技術逐漸發展的背景下，科學技術水平有了明顯提升，促進了中國經濟體系的迅猛發展。對于物理學而言，其作為一種自然學科，通過對物質與運動規律的探究，研究宇宙物質的各類形態、性質以及運動狀態等，以提高人們對運動以及轉化規律的認識。但是，在物理知識與現代科技融合中，存在著較多限制因素，導致物理知識面臨著消極的發展狀態，影響物理知識以及相關技術的創新。

因此，為了推動現代科技的穩步發展，應該結合光電子學、量子電子學以及電子學等多種知識，將物理知識與現代科技進行融合，以創新科學技術研究途徑，實現現代科技的穩步創新。

1 物理學的概念

1.1 概念分析

物理學是一門非常重要的基礎自然學科，涵蓋范圍極其廣泛，主要包含了力學、熱學以及電磁學、量子學等多種學科，將這些知識運用在現代科技之中，可以使人們的生活發生巨大的改變，推動現代科技的創新發展。例如力學在現代科技中的應用，其涉及的內容很廣泛。一般而言，力學在應用層面就可劃分為理論、統計、電子和量子等四個主要學科方向，理論力學通常被認為是狹義上的力學，力、能、工程技術的應用均屬于理論力學；電動力學對應的是電磁學，環境科學、納米技術、生化材料等都是電動力學的應用范疇；統計力學對應熱學，可多見于航空航天、冶金、動力等領域；量子力學對應量子物理，比較典型的是芯片、半導體等電子產品。

1.2 國外研究現狀

在物理學研究中，對科學技術的研究是較為重視的。美國在物理知識與現代科技融合中認識到實驗場地設計的重要性，在各個學習場館中都會建立基礎教育部，通過與院校之間的密切聯系，保證各項物理實驗項目的穩步進行。在這種技術研究及資源利用中，可以提升物理知識的運用價值，滿足科學技術的創新發展需求。國外學者JANICE提出了視頻游戲技術內容，引導研究人員通過視頻游戲技術的運用，了解物理學中的電磁現象，并在實驗設計中研究潛力增壓的現象，通過這種研究，可以提高物理學知識的運用效率[1]。

1.3 國內研究現狀

在對物理知識的研究中，很多國內高等院校認識到物理知識在現代科技中的運用價值，積極增加了對物理實驗室的教學投入，通過這種投入使實驗室的條件發生了一定的改善，而且在研究中通過物理前沿知識的利用，提高了研究者對新理論、新學科的認識。一些物理知識與現代科技融合中，雖然經典實驗較多，但是內容相對陳舊，無法實現與當代科學以及技術熱點融合，影響現代科技的運用價值。而且，在先進的實驗室中，一些研究人員對實驗室的運作模式以及實驗內容不了解，限制人們的思維開發。所以，在物理知識與現代科技融合中，為了保證項目實驗的科學性，應該將實驗的設計性、研究性作為重點，以促進現代科技的穩步創新，為當代科學技術的發展提供支持。

2 物理知識在現代科技中的應用

2.1 力學在現代科技中的運用

在物理知識研究中，力學作為工程學、天文學中的基礎學科，被廣泛運用在現代科技領域中的建筑、機械以及航天器的工程項目設計中。具體的技術運用體現在以下幾個方面：①工程力學。主要表現為物理知識在建筑、土木、交通、能源等工業領域的應用。譬如，在土木工程領域，人們常常通過重錘線檢驗墻體是否垂直，這一原理就使用了重力學。②在能源技術創新中，風能發電、水能發電等就是利用風帶動風車的轉動、從高到低的水位變化來促進動能和勢能的相互轉化。物理學可以促進新能源的開發和利用，為現代科技的創新提供支持。③摩擦力的應用。摩擦力與人們的生活存在著緊密的關聯，如人們行走在路上，若遇到十分光滑的地面，行走十分困難，主要是接觸摩擦力較小導致的。通過對摩擦力的研究，人們利用這一特點，保證齒輪的潤滑度，減輕摩擦損耗，以有效提高機械的運行效率[2]。

2.2 光學在現代科技中的運用

光學作為當前物理知識領域中較為前沿的知識內容，隨著激光、全息等技術的興起，更加突出了光學的重要地位。對電子與光子之間的特點進行對比，結果如表1所示。科學研究中可以發現，光學中的光子運用優勢體現在以下幾個方面：①光子較短的波長決定了其較高的頻率，因此也具有較高的分辨率；②光子的傳播速度較快，具有較為快速的處理能力；③光具有平行性、空間性以及抗干擾性的特點[3]。電子與光子的對比如表1所示。

表1 電子與光子的對比

屬性電子光子 波長3 cm～30 m500 nm 頻率10 MHz～10 GHz500 THz 速度593 km/s300 000 km/s 能量40 enV～40 μeV2 eV 粒子相互作用高無

通過對光學優勢的分析，對其在現代科技中的運用進行了如下研究：①光機電算高度一體化。這一技術主要是將光子學機器相關技術運用在生產實踐之中，通過自動監控、圖像分析以及精密測算等，推動現代科學技術的穩步發展。 ②光學超快速技術的運用。所謂超快速，主要是在技術運用中產生一個皮秒（10﹣12s）或是飛秒（10﹣15s）的數量級超短激光脈沖，將其運用在鋼鐵或是其他微型機械材料中，可以不引起機械的損傷，但是，這一技術作為全新的應用領域，仍然需要進一步探索[4]。③光學顯示技術的運用。在光學顯示技術運用中，可以通過全息技術的運用形成動態圖像的三維顯示模式，例如，在當前科技領域中，通過全彩色現實技術的運用，將紅、綠、藍輸出顯示在二極管上，實現了產業技術的創新，同時也為行業的商業化發展奠定了基礎。④光計算機技術的使用。在光計算機技術運用中，系統的運行能力以及處理能力明顯高于電腦。而且光子不需要導線，將其運用在光計算機技術之中，可以避免交互現象的發生，提高運算能力[5]。

2.3 電磁學在現代科技中的運用

電磁學作為電與磁的共同性內容，主要研究電學、磁學等相關知識。洛倫茨對磁學和電子的形成關系機制給予了明確解釋，包括磁、電以及光學現象等，通過這一研究，為電磁學的技術創新提供支持。在當前科技領域中，電磁學的技術運用十分廣泛，目前主要集中于交通、國防、金融、電器設備等相關行業，特別是速度選擇器和質譜儀的使用，充分體現了電磁場中帶電粒子的運動特征，從而形成高能電子流，分子質量之間差異，形成檢測儀器。又如，在磁懸浮列車設計中，采用了磁鐵“同性相斥、異性相吸”的原則，提高了列車的運行效率，為交通行業的發展作出了貢獻。而且，通過比較磁懸浮列車與高速列車可以發現，磁懸浮列車存在著不與軌道接觸、維修便利、成本低等優點，是一種綠色化的交通工具[6]。

2.4 量子力學在現代科技中的運用

量子力學作為物理知識領域中的微觀知識，讓人們通過研究更系統地掌握微觀世界的運動規律，同時也對微觀世界的發展有了正確性的認識。在當前科學技術創新中，激光、原子能、半導體等先進科技產品的開發應用都應歸功于量子力學，通過這些技術的使用為科學領域中新材料以及計算機的運用提供參考。如在半導體技術使用中，其存在于導電型介質與絕緣體之間，作為光伏板的組件，可以將收集到的太陽能轉化為電能，有效提高太陽能的利用效率，滿足當前生態環境的可持續性發展需求。又如，在量子信息技術使用中，通過量子力學基礎技術的使用，會利用波函數表示量子客體的運行狀態，對于這一運行狀態而言，不僅可以形成穩定的狀態，而且也可以形成疊加狀態，避免信息傳送過程中發生破譯，提高信息傳輸的安全性[7]。

3 結束語

總而言之，在現代科學技術不斷發展的背景下，通過物理知識的利用，可以推動各個行業的發展，提升產業的核心競爭力。由于物理學作為一種基礎性的理論學科，在未來社會的發展中占據著十分重要的地位，因此，在物理知識研究中，應該結合當前物理知識與現代科技的特點，進行物理技術使用方法的創新，以全面提升物理知識使用的價值，為現代科技產業的創新注入新鮮血液。

［1］戴俊，王穎.留學生大學物理課程教學實踐——以江蘇科技大學為例［J］.物理通報，2019（9）：22-24.

［2］曹筱，成蒙，魏紅祥.從世園會中國館看當代展覽中的“科技+藝術”——中國科學院物理研究所“科技與藝術”主題討論側記［J］.物理，2019，48（8）：537-538.

［3］卞望來.科學探究視角下的中美高中主流物理教材比較研究——以“萬有引力與航天”單元教學為例［J］.物理教師，2019，40（7）：66-68.

［4］楊秀芬.基于物理核心素養的科技創新實踐研究——“探究新能源發電”活動方案的設計與實施［J］.中學理科園地，2019，15（2）：10-11.

［5］HUA X，RONG T W，QING M W.The research on the checking experiment scheme of the digital simulation of the toroidal worm and the manufacture of the tested worm［J］.Advanced Materials Research，2014（3382）：1006.

［6］CARLA H，JORIS G.The effect of individualized digital practice at home on math skills-Evidence from a two-stage experiment on whether and why it works［J］.Computers & Education，2017（5）：113.

［7］ANDERS K.Combining Laboratory experiments with digital tools to do scientific inquiry［J］.International Journal of Science Education，2014，36（13）：12.

G633.7

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.02.066

2095－6835（2020）02－0158－02

〔編輯：嚴麗琴〕