并肩战“疫”，物理老师这样谈“疫情”

广州市第六中学物理科科长  王丽珍

抗“疫”期间宅在家里，又开始思考“为什么要学物理”这个问题。

高中阶段的学习（包括学习物理），对于人的成长起到了重要的奠基作用，然而谁都说不清究竟是哪些东西在起作用。

一个尖锐的事实是：绝大多数学生今后从事的都不会是物理专业，所学的物理知识在日后大都派不上直接的用场，而物理又那么难学，那为什么还要学物理呢？

一句话，学物理是有用的。

物理在生活中的应用事例俯拾皆是，下面就以本次新冠病毒抗“疫”过程中所应用的技术和设备为例来说说吧。

1

透射电子显微镜——电子光学的应用

新冠病毒来势汹汹，它究竟长什么样？在新冠病毒的认识、确认过程中，透射电子显微镜居功至伟。

冠状病毒的平均直径大约100nm，无法通过一般的光学显微镜看到，而透射电子显微镜的分辨力可达0.2nm。电子显微镜以电子束作为光源，以电磁场为透镜，它记录下的是个灰度图，上面显示的是电子的密度。我们看到的新冠病毒的黑白照，深色的地方表示电子密度高，反之，浅色的地方电子密度就低。后期科研人员根据图像中病毒不同的结构，不同的灰度，添上不同的颜色，得到高清彩色照片，从而揭开了新冠病毒的面纱。2003年的SARS病毒刚刚暴发时，也是通过透射电子显微镜的仔细观察，从形态上可以认定它属于冠状病毒，从而帮助CDC的专家迅速展开有针对性的冠状病毒实验。    

由此可见物理学的研究范围之广：从空间来说，它涉及的尺度大小从10⁻¹⁵m到整个宇宙，分辨率已高达10⁻¹¹m；从时间来说，它涉及的尺度是宇宙的年龄（137亿年），分辨率已经进入10⁻¹⁸s。面对这样至大至微的空间与时间尺度，面对宇宙中无穷无尽的、更多是超出人类理解力与想象力的复杂现象，物理人从自己的心灵里彻底消除了傲慢，从而变得敬畏自然、谦逊、平和。

2

X射线CT影像、钴60辐照灭菌

——核物理的应用

在当前的“新冠肺炎”中的诊断，影像学检查尤其是HRCT举足轻重，其主要的作用是早期发现病灶，筛查疑似病例，为病情的发展提供影像证据。

X光应用于医学诊断，主要依据X光的穿透作用、差别吸收、感光作用和荧光作用。X射线束对人体某部一定厚度的层面进行扫描时，受到不同程度的吸收，则通过层面后的X光量就不一样，在荧光屏上或摄影胶片上引起的荧光作用或感光作用的强弱就有较大差别，因而在荧光屏上或摄影胶片上（经过显影、定影）将显示出不同密度的阴影。根据阴影浓淡的对比，结合临床表现、化验结果和病理诊断，即可判断人体某一部分是否正常。

除了在医学上的应用外，X射线在工业中用来探伤，X射线衍射法已成为研究晶体结构、形貌和各种缺陷的重要手段；而在公共安全方面，又专为车站、机场、码头等场所安检使用。

说起核物理在抗“疫”中的应用，就绕不过钴60。钴60什么东西？学物理的童鞋么，下面这道题是不是很眼熟？（敲黑板，这是考点哟!!!）就是这个钴60！

新冠肺炎疫情发生以来，医用口罩、防护服的灭菌处理也是一个大难题。传统的杀毒环节周期相对较长,而采用辐照灭菌处理，将防疫物资供应周期由“周”缩短至“秒”级，为抗疫工作赢得了宝贵的时间。

辐照灭菌的原理是利用放射源（Co-60）产生的γ射线及加速器产生的高能电子束或X射线照射被灭菌物品。射线会破坏物品中微生物的结构（直接或间接破坏微生物的核糖核酸、蛋白质和酶），从而发挥杀灭微生物的作用。

除了速度快效率高外，辐照灭菌还具有四大优势：没有化学残留；使用过程中无明显升温，对热敏性材料消杀效果较好；穿透力强，可在不破坏原材料包装的情况下进行杀菌消毒；不需后期处理，灭菌后即可直接使用。

3

人体红外测温仪——热辐射的应用

抗“疫”期间，进出小区、超市等公共场所，首先都得挨上一“枪”。测温枪是怎样测温度的？被这玩意打多了会不会影响健康？回答这两个问题，首先得搞清楚测温枪的测温原理。

测温枪，学名是“红外线测温仪”或者“红外线辐射测温仪”。人体的热量会通过热辐射的形式散发到环境中，且高温度下的辐射强度，在任何一个波长范围内，都高于低温度下的辐射强度。如果我们测出某段光的热辐射强度和波长，也可以算出其代表的“温度”是多少了。

红外测温仪就是根据这一特性设计出来的。人体红外测温仪通过内置传感器探测人体的热辐射，再结合大量的实验数据，通过一定的数学模型推算出人体相应实际体温，从而达到测量体温的目的。

所以，测温枪虽然名头上冠着“辐射”和“红外”，但不会对你的身体施加任何哪怕一丁点的影响。因为它只是个接收器，而不是发射器。

而体温筛查服务信息化平台的投入使用，热成像技术+人脸识别等技术，结合5G网络，实现在人群密集区域，快速完成大量人员的测温及体温监控，识别出温度异常的个体，更是帮助政府和企业筑起疫情防控第一道防线。

4

无人机——空气动力学的应用

无人机怎么抗疫？

首先让我们把目光聚焦深圳：

2月8日，大疆出动多架无人机，对深圳龙岗工业园区进行消杀，覆盖面积超300万平方米。2小时，搞定60万平方米。而在深圳的街头，交警遥控无人机给往来车辆提供扫码登记服务，既减少了人工，又避免了交叉感染，还大大提高了效率。

再把目光转到乡村抗“疫”现场：那些爱乱跑的人民群众，真是太难管了！但是，再不老实，也逃不过无人机！

在武汉的农村，家长带孩子在麦地挖野菜，被无人机发现，抓走学习！

在内蒙古的一个偏远村子里，一位老奶奶没戴口罩出门，就被无人机盯上了。这货还会说话：“老奶奶别看了，这是咱们村的无人机啊！ 你不戴口罩就不要出去、不要乱跑！记得赶紧回家洗洗手！”

不得不感慨一句，无人机堪称是一支抗“疫”奇兵啊！

无人机所包含的科技原理并非高深莫名，与普通高中课本上的物理知识相关性就很大，如电动机、缓冲装置、平衡问题、气压定高、遥感技术、无线电通讯等方面。其中飞行原理主要涉及到空气动力学：相对运动原理、连续性假设、连续性定理、伯努利定理。

根据相对运动原理，飞行速度越大，就等效于空气的流速越大。

根据伯努利定理可知，流速越大，气压越小，当升力超过重力，飞机就可以上升。

细数抗“疫”战场上物理学成果的应用还有许多......物理学的成果促进科技的进步，科技改变生活，科技守护生命!

你说要不要学物理呢？？？

参考资料：

1. 《物理学：A Source of Power for Man》  曹则贤  中国科学院物理研究所

2. 《测量体温》卓晴 TsinghuaJoking 

3. 《无人机中蕴含的高中物理知识》徐金杰 《湖南中学物理》2018年第02期　

4. 《无人机概论/高等教育“十三五”规划教材.无人机应用技术》严月浩 西北工业大学出版社

说明：部分素材摘自网络

来       源 | 物理科

图       文 | 王丽珍

整理组稿 | 校办公室

往期回顾

六行六艺中正中和  允文允武惟德惟才

官方网站 : http://www.gz6hs.cn/

新浪微博：@广州六中_亲爱精诚