物理知識在現(xiàn)代科技中的應(yīng)用探究

郝若宸

物理知識在現(xiàn)代科技中的應(yīng)用探究

郝若宸

（西安北大科技園創(chuàng)新基地，陜西 西安 710061）

結(jié)合現(xiàn)代科技的發(fā)展?fàn)顩r，對物理知識在現(xiàn)代科技中的運用現(xiàn)狀進(jìn)行分析，認(rèn)識到物理知識在現(xiàn)代科技運用中存在的不足之處，并通過技術(shù)的優(yōu)化以及使用技術(shù)的創(chuàng)新，提升物理技術(shù)使用的價值，并有效探索物理電子技術(shù)的運用途徑，推動現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展。

物理知識；現(xiàn)代科技；應(yīng)用探究；物理學(xué)

在當(dāng)前科學(xué)技術(shù)逐漸發(fā)展的背景下，科學(xué)技術(shù)水平有了明顯提升，促進(jìn)了中國經(jīng)濟(jì)體系的迅猛發(fā)展。對于物理學(xué)而言，其作為一種自然學(xué)科，通過對物質(zhì)與運動規(guī)律的探究，研究宇宙物質(zhì)的各類形態(tài)、性質(zhì)以及運動狀態(tài)等，以提高人們對運動以及轉(zhuǎn)化規(guī)律的認(rèn)識。但是，在物理知識與現(xiàn)代科技融合中，存在著較多限制因素，導(dǎo)致物理知識面臨著消極的發(fā)展?fàn)顟B(tài)，影響物理知識以及相關(guān)技術(shù)的創(chuàng)新。

因此，為了推動現(xiàn)代科技的穩(wěn)步發(fā)展，應(yīng)該結(jié)合光電子學(xué)、量子電子學(xué)以及電子學(xué)等多種知識，將物理知識與現(xiàn)代科技進(jìn)行融合，以創(chuàng)新科學(xué)技術(shù)研究途徑，實現(xiàn)現(xiàn)代科技的穩(wěn)步創(chuàng)新。

1 物理學(xué)的概念

1.1 概念分析

物理學(xué)是一門非常重要的基礎(chǔ)自然學(xué)科，涵蓋范圍極其廣泛，主要包含了力學(xué)、熱學(xué)以及電磁學(xué)、量子學(xué)等多種學(xué)科，將這些知識運用在現(xiàn)代科技之中，可以使人們的生活發(fā)生巨大的改變，推動現(xiàn)代科技的創(chuàng)新發(fā)展。例如力學(xué)在現(xiàn)代科技中的應(yīng)用，其涉及的內(nèi)容很廣泛。一般而言，力學(xué)在應(yīng)用層面就可劃分為理論、統(tǒng)計、電子和量子等四個主要學(xué)科方向，理論力學(xué)通常被認(rèn)為是狹義上的力學(xué)，力、能、工程技術(shù)的應(yīng)用均屬于理論力學(xué)；電動力學(xué)對應(yīng)的是電磁學(xué)，環(huán)境科學(xué)、納米技術(shù)、生化材料等都是電動力學(xué)的應(yīng)用范疇；統(tǒng)計力學(xué)對應(yīng)熱學(xué)，可多見于航空航天、冶金、動力等領(lǐng)域；量子力學(xué)對應(yīng)量子物理，比較典型的是芯片、半導(dǎo)體等電子產(chǎn)品。

1.2 國外研究現(xiàn)狀

在物理學(xué)研究中，對科學(xué)技術(shù)的研究是較為重視的。美國在物理知識與現(xiàn)代科技融合中認(rèn)識到實驗場地設(shè)計的重要性，在各個學(xué)習(xí)場館中都會建立基礎(chǔ)教育部，通過與院校之間的密切聯(lián)系，保證各項物理實驗項目的穩(wěn)步進(jìn)行。在這種技術(shù)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(xué)技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展需求。國外學(xué)者JANICE提出了視頻游戲技術(shù)內(nèi)容，引導(dǎo)研究人員通過視頻游戲技術(shù)的運用，了解物理學(xué)中的電磁現(xiàn)象，并在實驗設(shè)計中研究潛力增壓的現(xiàn)象，通過這種研究，可以提高物理學(xué)知識的運用效率[1]。

1.3 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

在對物理知識的研究中，很多國內(nèi)高等院校認(rèn)識到物理知識在現(xiàn)代科技中的運用價值，積極增加了對物理實驗室的教學(xué)投入，通過這種投入使實驗室的條件發(fā)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(xué)科的認(rèn)識。一些物理知識與現(xiàn)代科技融合中，雖然經(jīng)典實驗較多，但是內(nèi)容相對陳舊，無法實現(xiàn)與當(dāng)代科學(xué)以及技術(shù)熱點融合，影響現(xiàn)代科技的運用價值。而且，在先進(jìn)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(nèi)容不了解，限制人們的思維開發(fā)。所以，在物理知識與現(xiàn)代科技融合中，為了保證項目實驗的科學(xué)性，應(yīng)該將實驗的設(shè)計性、研究性作為重點，以促進(jìn)現(xiàn)代科技的穩(wěn)步創(chuàng)新，為當(dāng)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展提供支持。

2 物理知識在現(xiàn)代科技中的應(yīng)用

2.1 力學(xué)在現(xiàn)代科技中的運用

在物理知識研究中，力學(xué)作為工程學(xué)、天文學(xué)中的基礎(chǔ)學(xué)科，被廣泛運用在現(xiàn)代科技領(lǐng)域中的建筑、機(jī)械以及航天器的工程項目設(shè)計中。具體的技術(shù)運用體現(xiàn)在以下幾個方面：①工程力學(xué)。主要表現(xiàn)為物理知識在建筑、土木、交通、能源等工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用。譬如，在土木工程領(lǐng)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(xué)。②在能源技術(shù)創(chuàng)新中，風(fēng)能發(fā)電、水能發(fā)電等就是利用風(fēng)帶動風(fēng)車的轉(zhuǎn)動、從高到低的水位變化來促進(jìn)動能和勢能的相互轉(zhuǎn)化。物理學(xué)可以促進(jìn)新能源的開發(fā)和利用，為現(xiàn)代科技的創(chuàng)新提供支持。③摩擦力的應(yīng)用。摩擦力與人們的生活存在著緊密的關(guān)聯(lián)，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(dǎo)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(jī)械的運行效率[2]。

2.2 光學(xué)在現(xiàn)代科技中的運用

光學(xué)作為當(dāng)前物理知識領(lǐng)域中較為前沿的知識內(nèi)容，隨著激光、全息等技術(shù)的興起，更加突出了光學(xué)的重要地位。對電子與光子之間的特點進(jìn)行對比，結(jié)果如表1所示?？茖W(xué)研究中可以發(fā)現(xiàn)，光學(xué)中的光子運用優(yōu)勢體現(xiàn)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(xué)優(yōu)勢的分析，對其在現(xiàn)代科技中的運用進(jìn)行了如下研究：①光機(jī)電算高度一體化。這一技術(shù)主要是將光子學(xué)機(jī)器相關(guān)技術(shù)運用在生產(chǎn)實踐之中，通過自動監(jiān)控、圖像分析以及精密測算等，推動現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的穩(wěn)步發(fā)展。 ②光學(xué)超快速技術(shù)的運用。所謂超快速，主要是在技術(shù)運用中產(chǎn)生一個皮秒（10﹣12s）或是飛秒（10﹣15s）的數(shù)量級超短激光脈沖，將其運用在鋼鐵或是其他微型機(jī)械材料中，可以不引起機(jī)械的損傷，但是，這一技術(shù)作為全新的應(yīng)用領(lǐng)域，仍然需要進(jìn)一步探索[4]。③光學(xué)顯示技術(shù)的運用。在光學(xué)顯示技術(shù)運用中，可以通過全息技術(shù)的運用形成動態(tài)圖像的三維顯示模式，例如，在當(dāng)前科技領(lǐng)域中，通過全彩色現(xiàn)實技術(shù)的運用，將紅、綠、藍(lán)輸出顯示在二極管上，實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)技術(shù)的創(chuàng)新，同時也為行業(yè)的商業(yè)化發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。④光計算機(jī)技術(shù)的使用。在光計算機(jī)技術(shù)運用中，系統(tǒng)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(dǎo)線，將其運用在光計算機(jī)技術(shù)之中，可以避免交互現(xiàn)象的發(fā)生，提高運算能力[5]。

2.3 電磁學(xué)在現(xiàn)代科技中的運用

電磁學(xué)作為電與磁的共同性內(nèi)容，主要研究電學(xué)、磁學(xué)等相關(guān)知識。洛倫茨對磁學(xué)和電子的形成關(guān)系機(jī)制給予了明確解釋，包括磁、電以及光學(xué)現(xiàn)象等，通過這一研究，為電磁學(xué)的技術(shù)創(chuàng)新提供支持。在當(dāng)前科技領(lǐng)域中，電磁學(xué)的技術(shù)運用十分廣泛，目前主要集中于交通、國防、金融、電器設(shè)備等相關(guān)行業(yè)，特別是速度選擇器和質(zhì)譜儀的使用，充分體現(xiàn)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(zhì)量之間差異，形成檢測儀器。又如，在磁懸浮列車設(shè)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(yè)的發(fā)展作出了貢獻(xiàn)。而且，通過比較磁懸浮列車與高速列車可以發(fā)現(xiàn)，磁懸浮列車存在著不與軌道接觸、維修便利、成本低等優(yōu)點，是一種綠色化的交通工具[6]。

2.4 量子力學(xué)在現(xiàn)代科技中的運用

量子力學(xué)作為物理知識領(lǐng)域中的微觀知識，讓人們通過研究更系統(tǒng)地掌握微觀世界的運動規(guī)律，同時也對微觀世界的發(fā)展有了正確性的認(rèn)識。在當(dāng)前科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新中，激光、原子能、半導(dǎo)體等先進(jìn)科技產(chǎn)品的開發(fā)應(yīng)用都應(yīng)歸功于量子力學(xué)，通過這些技術(shù)的使用為科學(xué)領(lǐng)域中新材料以及計算機(jī)的運用提供參考。如在半導(dǎo)體技術(shù)使用中，其存在于導(dǎo)電型介質(zhì)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(zhuǎn)化為電能，有效提高太陽能的利用效率，滿足當(dāng)前生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)性發(fā)展需求。又如，在量子信息技術(shù)使用中，通過量子力學(xué)基礎(chǔ)技術(shù)的使用，會利用波函數(shù)表示量子客體的運行狀態(tài)，對于這一運行狀態(tài)而言，不僅可以形成穩(wěn)定的狀態(tài)，而且也可以形成疊加狀態(tài)，避免信息傳送過程中發(fā)生破譯，提高信息傳輸?shù)陌踩訹7]。

3 結(jié)束語

總而言之，在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的背景下，通過物理知識的利用，可以推動各個行業(yè)的發(fā)展，提升產(chǎn)業(yè)的核心競爭力。由于物理學(xué)作為一種基礎(chǔ)性的理論學(xué)科，在未來社會的發(fā)展中占據(jù)著十分重要的地位，因此，在物理知識研究中，應(yīng)該結(jié)合當(dāng)前物理知識與現(xiàn)代科技的特點，進(jìn)行物理技術(shù)使用方法的創(chuàng)新，以全面提升物理知識使用的價值，為現(xiàn)代科技產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新注入新鮮血液。

［1］戴俊，王穎.留學(xué)生大學(xué)物理課程教學(xué)實踐——以江蘇科技大學(xué)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(dāng)代展覽中的“科技+藝術(shù)”——中國科學(xué)院物理研究所“科技與藝術(shù)”主題討論側(cè)記［J］.物理，2019，48（8）：537-538.

［3］卞望來.科學(xué)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(xué)為例［J］.物理教師，2019，40（7）：66-68.

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

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G633.7

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.02.066

2095－6835（2020）02－0158－02

〔編輯：嚴(yán)麗琴〕