物理开阔视野:开阔视野

物理开阔视野

生命科学学院 1102班

宋瑞鑫

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物理开阔视野

这学期学习了普通物理，两册书涉及四方面知识：力学，电学，热学，光学。

1、 力学：介绍了如何描述物体的运动状态，运动的核心是运动的方程，力和运动的关系，经典力学的时空观是和牛顿运动定律、伽利略坐标交织在一起

的，通过将研究对象转向质点的角动量和角动量守恒定律.将牛顿力学应用

于刚体和流体运动,最后介绍了相对论力学,即适用于高速运动,又适用于低

俗运动的情况。

2、 热学：根据所假定的气体分子模型，运用统计方法，研究气体的宏观性质和规律，其中熵是个很重要的概念，气体动理论在热学的研究中也得当了论证。

3、 电学：这一部分是从电场力和电荷在电场中对电荷做功两方面引入了.Ε和Φ导体中电荷的定向移动产生恒定电流并在导体周围激发磁场，然后进一步

讨论电磁感应现象及其基本规律。进而研究磁场的现象。论述了电磁场理论

并对电磁场物质性质及电磁场的统一性和相对性作简单介绍。

4、 机械波：通过研究谐运动的特征，描述和规律进一步对谐运动的合成和分解。除此之外，又从机械波的特征和基本规律，介绍电磁波的发射和传播过程中

的规律。

5、 光学：光学是物理学又一重要分支，本部分中通过的光的干涉，衍射和偏振现象讨论光的波动性。

通过普通物理的学习，不仅巩固了高中的物理知识而且又学会了用微积分和

矢量来研究物理问题，本书中有一些知识和中学是形成的观念有些不同，并且

更注重物理与其他学科的联系，如将从正负电荷的静电力入手研究DNA的双链。还可以利用超声波的定向性好的特点来探测鱼群，潜艇等，同时可以应用于医 学的B超。以及利用空气劈尖的等厚干涉条纹可以检测工件表面存在的细小的

加工纹路。

老师结合视频教学的方式也很吸引我，视频为我们揭开了一些物理中的奥

秘，通过视频的播放让我们对物理更感兴趣，对典型例题的剖析，让我们加

深了物理的公式和定律的理解，这门课真正的将物理的范围扩大到现实生活

中，物理方便了我们的生活，同时锻炼了我的观察思维能力，会增加我们看

待和处理事物时的理性成分，总之学习物理使我受益匪浅。

生活中处处有物理，这可是有根据的，在昆虫上就可以体现，蜜蜂有五只眼，三只单眼，两只复眼，这些小眼能根据太阳的偏光确定太阳的方位，然后以太阳为定向标来判断方向，所以蜜蜂可以准确无误地把它的同类引到它所找到的花丛，再比如沙漠中的一种蚂蚁可以利用天空中的紫外偏光导航，因而不会在沙漠中迷路。这些现象背后的物理原理是光的偏振性和偏振规律。振动方向对传播方向的不对称叫做偏振，它是横波区别于其他纵波的一个明显标志。光波电矢量振动的空间分布对于光的传播方向失去对称性的现象叫做光的偏振。偏振是光的波动性的又一例证。

光的偏振现象在生活中还有更多应用：

1、汽车车灯：汽车夜间在公路上行驶于对面的车辆相遇时，为了避免双方车灯的眩目，司机都关闭车灯。只开小灯，放慢车速，以免发生车祸，如果在车灯的前面和司机的当放玻璃前都加一个偏振片，其偏振化与水平方向夹角为45度，这样，对迎面相遇的两车，司机眼前的偏振片和对面车灯前的偏振片的偏振化与水平方向夹角相互垂直，司机从窗前只看到自己车灯发出的光，而看不到对面车灯的光，也可以看到前方的物体，这样，汽车在夜间行驶时，不熄灯，也不减速。也可以保证行车安全，另外在阳光充足的白天驾驶汽车，从路面或周围建筑物的玻璃上反射过来的耀眼的阳光，常会使眼睛睁不开，由于光是横波，所以这些强烈的来自上空的散射光基本是水平方向振动的，因此只需一副只能透射竖直方向偏振光的偏振太阳镜便可挡住部分散射光。

2、最近几天上映了很多立体电影，如泰坦尼克号，看过三D版的泰坦尼克号后，仿佛身临其境，非常的震撼，那么立体效果是如何做到的呢？

其实立体视觉效果是利用偏振来形成双眼视觉差效应产生的。立体影片拍摄时是利用并排的两架摄影机摄下统一立体景物的两个不同视角的两部影片，如同双眼看同一立体景物时各眼所分别看到的两个画面，放映时用两架放映机同步放映这两部影片，银幕上出现的两个稍有差异的画面，放映机的镜头前分别放置了偏振化与水平方向成±45度角的偏振镜。观众通过偏振化与水平方向成45度角的偏振镜制成的立体镜来看画面，由于放映机镜头前的偏振镜的起偏作用，两个画面的光是光偏振方向分别与水平方向成±45度的

线偏振光，它们相互垂直，只能分别通过立体眼镜中的一个偏振镜片，因此观众的一个眼睛只能看到一个画面，双眼看到两个不同的画面，因为拍摄到的这两个画面就如同双眼看到同一立体景物时的两个画面，所以又看立体景物同样的双眼视差效应，视神经将这两个图像传到大脑，经过脑的处理就看到了形象逼真的立体景象。

3、说过立体电影我们再来看看偏振滤光镜，照相机镜头前附加的偏振片拍摄有强烈反光背景的景物时，可附加这种偏振片，如有水面，路面的反光，其偏振化方向旋转到竖直方向，如有墙面反光，其偏振化方向应旋转到水平方向，在拍摄有散射光的场景，加上偏振片可减弱散射光的影响。如拍摄蓝天白云，为使白云更加明显，在拍摄黑白照片时可加黄色滤光片，吸收蓝光，但在拍摄彩照时加黄色滤光片会使景物变黄，如考虑到蓝天的蓝光是太阳光的散射光，而散射光是部分偏振光，所以在镜头前附加偏振片，并适当选择其偏振化的方向，就可减弱来自蓝天的蓝光，此外，在空气中有烟、尘等微粒时，散射光会使景物色彩暗淡，层次不清，这些尘埃的散射光也具有偏振特性，在镜头前加偏振片，也可以适当的消除散射光的上述影响。

4、偏振光在医学上的应用人体组织的偏振性质人体组织，多数也不是各向同向性的物质，在一些透明的组织，这种各向异向的特点表现得更为明显。角膜的双折射几乎是线性的，对偏振光相位的延迟量在中心处近似为常数，沿半径方向向边缘逐渐增大，左右眼的延迟性对称。角膜基本上不会对入射的完全偏振光去偏。晶状体的延迟非常小，并且从晶状体的中心到边缘逐渐减小。晶状体的双折射是线性的，但是具有沿半径向外减小的空间相关性。对于视网膜的偏振特性是研究最多的，视网膜的双折射主要来自于视网膜神经纤维层（RNFL），平行和垂直于RNFL偏振反射光由于RNFL的双折射特性而具有相位差，也就是偏振光相位的延迟量，这一延迟量与RNFL的厚度成正比。房水作为一种生物体内的溶液，也具有旋光性，旋光率与溶液的浓度成正比。对于房水，主要的可变溶质是葡萄糖，所以房水的延迟量是与葡萄糖浓度相关的。

眼科方面：在眼科中的应用偏振光的各种性质最早被应用于眼科，其中最常用的是利用视网膜神经纤维层的双折射性质来测量其厚度。视网膜的双折

射主要来自于视网膜神经纤维层（RNFL），平行和垂直于RNFL偏振反射光由于RNFL的双折射特性而具有相位差，也就是偏振光相位的延迟量，这一延迟量与RNFL的厚度成正比。Weinreb等人改进了扫描激光偏振检眼镜，测量了猴眼的眼底，并其视网膜神经纤维层做了组织学切片，对照其厚度与偏振延迟度，Weinreb发现1度的延迟对应于约7.4μm的RNFL厚度，并且有很好的线性相关性。相应的结果在人体也存在。于是基于双折射的RNFL厚度分析开始了大规模的研究，到目前已经有实用的设备应用于临床，例如GDx和RTA。对于角膜的偏振特性的研究使角膜的厚度分析也成为可能，由于角膜屈光手术的飞速发展，这一类的研究正逐渐成为偏振光研究的热点。眼球作为一个透明组织，可以表现许多的全身疾病症状，也可以成为检测全身疾病指标的一个窗口。房水也具有旋光性，旋光率的变化主要由溶解的葡萄糖浓度决定，所以房水的延迟量是与葡萄糖浓度相关的，通过测量房水的延迟量可以推算出房水中葡萄糖浓度，也就可以间接测量血糖浓度。这是一个完全非侵入性的检查手段，也为各种生化检查打开了新的思路。未来的应用 可以看出偏振光还有许多诱人的特性没有应用在眼科领域。从偏振片的遮光作用到场致双折射性质，以及液晶这一受控偏振材料。偏振的研究在眼科还是大有所为。

光的偏振兴和偏振规律不断地被人们发现和掌握。更多偏振光常出现在科学技术中如在化学工业中，利用偏振光测量溶液的浓度。在航海，航空方面制出了偏光天文罗盘。

总之，物理为我们开阔了视野，锻炼了我们的思维，同时很多物理现象被应用在了各个领域，为我们的生活提供了方便。