新冠肺炎疫情防護中的物理知識

丁曉慶

(江蘇省南京市金陵中學西善分校，江蘇 南京 210041)

1 引言

筆者從物理的視角分析新型冠狀病毒與相關疫情防護中的知識，并挖掘其在中考物理中可能出現的以新冠疫情為背景的考點。

2 口罩中的物理知識

口罩在新冠肺炎疫情防護中起到了非常關鍵的作用，以普通的醫用外科口罩為例，其主要材料為三層熔噴無紡布。

熔噴布以聚丙烯為主要原料，纖維直徑可以達到0.5-10微米，這些具有獨特的毛細結構的超細纖維增加了單位面積纖維的數量和表面積，從而使熔噴布具有很好的過濾性、屏蔽性、絕熱性和吸油性,可作為過濾材料、隔離材料、吸納材料、口罩材料、保暖材料及擦試布等。

紡粘無紡布是在聚合物已被擠出、拉伸而形成連續長絲后，用長絲鋪設成網，纖網再經過自身粘合、熱粘合、化學粘合或機械加固方法，使纖網變成無紡布。無紡布具有強度高、耐高溫性能好(可在150℃環境中長期使用)、耐老化、抗紫外線、延伸率高、穩定性和透氣性好、耐腐蝕、隔音、防蛀、無毒等特點。

對比上面的資料，新冠肺炎病毒的大小約為80納米，比熔噴布的纖維直徑和孔徑小得多，就算口罩面料有三層，對該病毒的過濾作用其實很有限！在中考物理中可創設與口罩相關的情景，編制長度單位換算的考題。

醫用外科口罩主要利用熔噴布的靜電吸附作用，因為帶電體可以吸引輕小物體，人們在佩戴口罩呼吸時，很容易通過靜電吸附作用將新冠肺炎病毒攔截下來。但靜電作用的長期保持需要一個干燥的環境，所以口罩的外面兩層為具有防水性能的無紡布，可起到保護靜電吸附作用的目的。由于人們在呼吸過程中會不斷產生水汽，增加了口罩的濕度，所以一次性外科口罩一般在連續使用4個小時后就需要丟棄。

中考物理中可以針對延長口罩使用時間的問題，編制考試題，如：小明外出取快遞，醫用外科口罩只戴了20分鐘，他為了以后可以多次使用該口罩，用洗衣液和清水將口罩清洗干凈后掛在陽臺進行晾曬，以備繼續使用。在這一情景中，清洗口罩的過程會使熔噴布的靜電吸附作用消失，所以不能這樣操作。再比如說將使用過的醫用外科口罩在沸水中燙煮，這一方法也是行不通的。正確的做法是在平時生活中可以將使用時間較短的一次性外科口罩掛在陽臺通風處晾曬幾日后繼續使用，或直接用紫外線殺滅病毒后使用。當然，如果佩戴口罩去過醫院等高危地方后，口罩還是要及時丟棄，不要重復使用。對于這一類開放性問題，我們可以編制閱讀材料題考查相關物理知識。

3 N95口罩中的物理原理

防護效果更好、使用時間更長的口罩要數N95口罩了，3M的N95口罩上裝有一個呼氣閥(圖1)，這個呼氣閥只有在呼氣時才能打開，吸氣時關閉，呼吸更為順暢，這種口罩的呼氣閥利用負壓原理工作，對病毒的防護是防外不防內，所以對于健康者有保護意義，但如果是病毒攜帶者佩戴，則會隨著每次呼氣對周圍環境造成污染，無法阻斷病毒的傳播。

圖1

4 利用負壓原理有效防止隔離病區的病毒擴散

為有效防止隔離病區的病毒擴散、污染醫院周圍的環境，在病房的設計上利用負壓原理，即利用風機在隔離病區制造一個低于外界大氣壓的負壓環境，這樣在進入隔離病區時，病毒就無法借力從通道口擴散出去了。這一利用內外壓強差進行隔離防護的方法，普通的病房是無法做到的。

5 疫情防護中的其他物理知識

另外還有許多物理知識可以應用到疫情防護當中。

(1) 紫外線有殺菌消毒的作用。

(2) 醫用防護服應使用什么樣特性的面料制作效果比較好?

要耐磨、不易破損、氣密性好，否則起不到防護的作用。

(3) 穿上防護服后，由于呼吸的原因，在隔離面罩上的水汽會越積越多，會影響到使用者的視線，這些小水滴是如何形成的？又該如何消除它呢？

這一情景可用來考查物態變化中的液化知識，引導學生運用物理知識提出改進意見。

(4) 醫用橡膠手套的內外兩面如何區分？

橡膠手套內外兩個面外觀差不多，正反不易區分，在佩戴時可以從摩擦力的角度去區分，橡膠手套內側要比外側要光滑一些，這樣易于佩戴，外側更粗糙一些，這樣戴上手套后抓握物品時摩擦力會大一些。

6 結語

以疫情防護這一事件為素材，我們可以從中挖掘出許多中考物理考點，有長度的單位、物質的物理屬性、靜電的吸附作用、紫外線的作用、增大或減小摩擦力的方法、物態變化、內外壓強差等，充分反映生活、物理、社會的互動關系，讓初中生能夠認識到物理的實用性。