淺談物理的應用

物理學是最早形成的自然科學之一，它是一座知識的寶塔，基礎雄厚。隨著科技的發展和人類的進步，物理學研究的范圍也越來越廣。物理學可細分為力學、熱學、電學、光學及相對論，還出現了量子力學、核物理、粒子物理學、凝聚態物理學和天體物理學等，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，從簡單到復雜，從科學領域到生活，都離不開物理。它在生活中發揮著巨大的作用，推動著社會的發展。可以說，物理與生活同行。

一、力學在生活中的應用

從側面看，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？這跟結構力學有關，當車的輪子分別位于車子左右的四分之一處時，可以使車身在同樣的荷載下彎矩最小，也就是內力最小，這樣可以使車身材料得到充分利用，同時也更加安全，這就是力學的應用。當然，一輛小汽車涉及的力學知識遠不止這些，還有流體力學，比如如何減小空氣阻力等。

我們再來看看力學在液壓千斤頂中的應用。如圖是液壓千斤頂的工作原理圖。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小活塞向上，油箱里的油通過油管和單向閥門被吸進小活塞下部，扳手往下壓時帶動小活塞向下，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部油路和單向閥門壓進大活塞下部，因杠桿作用小活塞下部壓力增大數十倍，大活塞面積又是小活塞面積的數十倍，手動產生的油壓將油擠進大活塞，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（頂車時伸出的活動部分）力量=15×15=225倍的力量了。手上每用200牛力，就可以產生200×225=45000牛的力量，這樣就可以托起4.5噸的重物了。用完后，有一個平時關閉的閥門被手動打開，油就被汽車重量擠回油箱了。

二、光學在生活中的應用

一部單反相機涉及哪些光學原理呢？除了簡單的凸透鏡成像原理、半導體光點感應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，由于它內部分子排列規則的特殊性，會阻擋一部分偏振光進入鏡頭，從而提高畫面的飽和度和反差。此外單反相機還涉及降噪、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系。所以數碼單反是集光、機、電為一提的高科技綜合技術產品，用到的知識和原理相當多，不勝枚舉。

光纖是光導纖維的簡寫，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工具。它涉及許多復雜的光學知識。光纖實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經包層界面反射，使光信號在纖芯中傳播前進的媒體。光纖通信的原理是：在發送端首先把傳送的信息（如話音）變成電信號，然后調制到激光器發出的激光束上，使光的強度隨電信號的幅度（頻率）變化而變化，并通過光纖發送出去；在接收端，檢測器收到光信號后把它變換成電信號，經解調后恢復成原信息。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、高單色性等顯著優點，因此又叫做激光—光纖通信。如今，光纖通信已經成為現代通信網的主要傳輸手段。

三、熱能在軍事中的應用

紅外制導是利用紅外探測器捕獲和跟蹤目標自身輻射的能量實現尋地制導的技術。紅外制導技術是精確制導武器一個十分重要的技術手段，紅外制導技術分為紅外成像制導技術和紅外非成像制導技術兩大類。

紅外成像制導是利用紅外探測器探測目標的紅外輻射，捕獲目標紅外圖像的制導技術，其圖像質量與電視相近，卻可在電視制導系統難以工作的夜間和低能見度下作戰。紅外成像制導技術已成為制導技術的主要發展方向。紅外成像探測器從70年代以來已由多元線陣發展到面陣，從近紅外發展到遠紅外。紅外凝視焦面陣列探測器的元件數，對近紅外已達107個，對遠紅外已達到105個，探測率已達到1012～1014量級。紅外成像制導系統的靈敏度和空間分辨率都很高，動態跟蹤范圍大，可達1500～1800，有效作用距離遠，抗干擾性好，具有更高的目標識別能力和制導精度。新的精確制導技術如紅外成像制導、毫米波制導、合成孔徑雷達制導、激光成像制導及雙色紅外、紅外與毫米波復合、多摸導引頭等成為目前精確制導武器制導系統主要的發展方向，具有廣泛的應用前景。

四、物理在無人駕駛汽車中的應用

無人駕駛汽車技術設備包括雷達、車道保持系統、激光測距系統、紅外攝像頭、立體視覺、慣性導航系統、車輪角度編碼器，當車輛行駛時，車內通過整個環境識別系統識別出道路狀況，測量前方車輛的距離和速度，相當于駕駛員的眼睛；然后，車載主控計算機和相應的路徑規劃軟件根據計算機視覺提供的道路信息、車前車輛情況及自身的行駛狀態，決定是沿道路前進還是換道準備超車，相當于駕駛員的大腦；接著，自動駕駛控制軟件按照需要跟蹤的路徑和汽車行駛動力學，向方向盤控制器、油門控制器和剎車控制器發出動作指令，操縱汽車按規劃好的路徑前進，起到駕駛員的手和腳的作用。可以說無人駕駛汽車集自動控制、體系結構、人工智能、視覺計算等眾多技術于一體，是計算機科學、模式識別和智能控制技術、物理學高度發展的產物。

總之，物理與工農業生產、日常生活有極為密切的聯系。物理規律本身就是對自然現象的總結、抽象和應用。生活中只要勤于觀察，善于思考，勇于實踐，敢于創新，就會發現物理就在身邊。今后教學中我們要促使學生樹立科學意識，大處著眼，小處著手，經歷觀察、思考、實踐、創新等活動，逐步掌握科學的學習方法，訓練科學的思維方式，讓學生擁有科學家的頭腦，為今后美好的生活打下扎實的基礎。