阳光健康幸福绽放

科学防疫有“理”景博高中物理学习小组学生作品展

突如其来的新冠病毒，不仅影响了人们的身体健康，也严重影响了人们生活、工作、出行。全体中国人民以严格的自律性和坚强的战斗意志打响战“疫”，消灭新冠病毒，阻止其传播。

在抗疫这场看不见硝烟的战争中，病毒已经无情的带走了我们许多挚爱的同胞，为了不再让病肆意侵略，我们要去用自己所学去了解、去防范这个突如其来的新型冠状病毒，这其中许多的解决方案都离不开物理这一充满知识与智慧的学科。

景博高中物理组老师们引导学生从此次新冠肺炎中如何检验检查病毒，检查病毒时所利用的物理原理，多方面、多角度结合新冠肺炎，挖掘其中的奥妙，带领同学们走进一个新冠肺炎的物理世界。

从物理的角度看病毒

病毒没有细胞结构，它的结构比较简单，外面是一层由蛋白质构成的保护壳，内部是核糖核酸（RNA）或脱氧核糖核酸（DNA）。病毒自身无法繁殖，需要侵入到宿主的细胞中借助宿主细胞中的设备完成复制。病毒根本就没有新陈代谢，在它侵入细胞之前是惰性的。它们只不过是一些不能复制的大分子而已。把病毒模型化为一些大分子后就能从物理的角度理解为什么它们怕热了。分子是由原子构成的，原子间有相互作用，相互作用使得原子间或者整个分子体系中存在与原子间距离有关的势能，当这个体系的势能最小时这个体系就是最稳定的。就好比有一只熟透的苹果，如果它还挂在树上，它就是不稳定的，随时有可能掉下来砸着你。当苹果掉到了地面上，引力势能就变小了，系统也就比之前稳定了。在苹果下落的过程中除了势能变化，苹果的动能也跟着变化，因为势能转化成了动能。同样在分子的体系中不仅有势能也有分子的动能，这两种能量也会相互转化。常见的氧气、氮气是由两个原子通过共价键牢固地结合在一起，要把两个原子分开就相当于把地上的苹果再扔到高空，这需要给苹果一定的动能才能让引力势能增大。从宏观上看，分子热运动的平均动能只与温度有关，温度升高后分子的平均动能就会增大。将氧气、氮气加热到上千摄氏度后，就会有一些气体分子被拆成了两半。消灭病毒不需要上千摄氏度的高温，因为蛋白质分子是大分子，组成蛋白质分子的原子越多，一般而言这个分子体系就越难保持稳定。原子间的相互作用也参差不一，有的比较大，不容易在那个地方断开；有的比较小，分子热运动的动能只要稍微一大就很容易破坏那个地方的共价键，这样蛋白质的结构也就被破坏了。病毒的外壳是由蛋白质组成的，蛋白质被破坏掉了病毒也就失去了活性，这就是病毒怕热的原因。

透射电子显微镜，可以看到在光学显微镜下无法看清的小于0.2um的细微结构，这些结构称为亚显微结构或超微结构。要想看清这些结构，就必须选择波长更短的光源，以提高显微镜的分辨率。年Ruska发明了以电子束为光源的透射电子显微镜，电子束的波长要比可见光和紫外光短得多，并且电子束的波长与发射电子束的电压平方根成反比，也就是说电压越高波长越短。目前TEM的分辨力可达0.2nm。放大倍数较低的时候，TEM成像的对比度主要是由于材料不同的厚度和成分造成对电子的吸收不同而造成的。而当放大率倍数较高的时候，复杂的波动作用会造成成像的亮度的不同，因此需要专业知识来对所得到的像进行分析。通过使用TEM不同的模式，可以通过物质的化学特性、晶体方向、电子结构、样品造成的电子相移以及通常的对电子吸收对样品成像。

据香港《东方日报》2月1日报道称，香港大学病理学系临床医学教授黎国思(JohnNicholls)与香港大学医学院公共卫生学院教授潘烈文和裴伟士(MalikPeiris)通过培养受感染细胞，观察新型冠状病毒的生长过程。

新型冠状病毒的薄片电子显微图像显示，病毒粒子从受感染细胞的表面释放出来。

测温仪器

在新型冠状病毒蔓延的时候，根据医生，专家等一些人的分析下，会出现发烧、干咳、肺炎等一些症状。于是一个个测温仪器出现在了我们的视野中。

1、水银温度计

水银体温计，由玻璃制成，内有随体温升高的水银柱。水银储存在末端的水银球内。当水银被加热时，它会发生膨胀，沿着非常狭窄的玻璃管上升。热平衡时，水银柱恒定。水银体温计是一种最高温度计，它可以记录这温度计曾测定过的最高温度。用后的体温计应“回表”，即拿着体温计的上部用力往下猛甩，可使已升入管内的水银重新回到液泡里。用它来测量温度，不仅比较简单直观，而且还可以避免外部远传温度计的误差。

2、测温枪

学名是“红外线测温仪”或者“红外线辐射测温仪”。它的工作原理是：被动吸收目标的红外辐射能量，从而获得物体温度数值。人的身体无时无刻在向外扩散辐射能量，而测温枪的作用，是接收人身体某区域的辐射能量。红外测温枪能接收到的，只是各种波段的电磁波，绝不是直接的温度传导。而这其中的关键是黑体辐射定律（自然界中一切高于绝对零度（-.15℃）的物体都在不停向外辐射能量）物体的向外辐射能量的大小及其按波长的分布与它的表面温度有着十分密切的联系，物体的温度越高，所发出的红外辐射能力越强。

医疗测温枪应用于传染性疾病发生地区，采用远红外线发射光讯号，使用非常简单、方便。1秒可准确测温，不需接触人体皮肤，避免交叉感染，一键测温，排查流感。适合家庭用户、宾馆、图书馆、大型企事业单位，医院、学校、海关、机场等综合性场所，还可以提供给医务人员在诊所使用。在非典时期、禽流感时期等具有特殊用途。温度设计为-50~℃，零下50度的低温测量轻松实现，并且在东北西北等温度偏低的地域也可以正常使用。

热成像

自然界中的一切物体，无论是北极冰川，还是火焰、人体，甚至极寒冷的宇宙深空，只要它们的温度高于绝对零度-℃，都会有红外辐射，这是由于物体内部分子热运动的结果。其辐射能量正比于自身温度的四次方成正比，辐射出的波长与其温度成反比。红外成像技术就是根据探测到的物体的辐射能量的高低。经系统处理转变为目标物体的热图像，以灰度级或伪彩色显示出来，即得到被测目标的温度分布从而判断物体所处的状态。因此探测物体发射的热量的高低是红外热成像技术的与生俱来的基因。

热成像是通过非接触探测红外能量（热量），并将其转换为电信号，进而在显示器上生成热图像和温度值，并可以对温度值进行计算的一种检测设备。

热成像的作用有：炎症的提示、肿瘤的早期预警、周围神经疾病的提示、其他疑难病症分析、疗效跟踪。

1.热成像有什么用

（1）炎症的提示：鼻炎、副鼻窦炎、口腔炎症、咽喉炎、甲状腺炎、肺炎、胆囊炎、阑尾炎、胃肠炎、前列腺炎、附件炎等全身各部位的炎症。

（2）肿瘤的早期预警：

鼻咽癌、甲状腺癌、肺癌、乳腺癌、肝癌、胃癌、肠癌、皮肤癌等癌症的预警作用。

（3）周围神经疾病的提示：

面瘫、面肌痉挛、偏头痛、三叉神经痛的提示。

皮肤疾病的提示与研究，烧伤与冻伤面积与深度的测定，植皮疗效的观察。

（4）其他疑难病症分析、疗效跟踪。

2.热成像检查的优点

（1）全面系统。

专业医生可以结合临床对患者全身情况进行全面系统的分析，克服了其他诊断技术局限于某个局部的片面性。应用远红外热像技术已经能够检测炎症、肿瘤、结石、血管性疾病、神经系统、亚健康等余种病症，涉及人体各个系统的常见病和多发病。

（2）“绿色”无创。

许多影像学仪器或多或少对人体都有不同程度的伤害，而远红外热成像诊断不会产生任何射线，无需标记药物。因此，对人体不会造成任何伤害，对环境不会造成任何污染，而且简便经济。远红外热成像技术实现了人类追求绿色健康的梦想，人们形象地将该技术称为“绿色体检”。

（3）有利于疾病早期发现。

与X光、B超、CT等影像技术相比，远红外热成像检测最重要的一个优势就是早期预警。X光、B超、CT等技术虽各具特点，但它们只有在疾病形成之后才能发现，而疾病在出现组织结构和形态变化之前，细胞代谢会发生异常，人体会发生温度的改变，温度的高低、温场的形状、温差的大小可反映疾病的部位、性质和程度。远红外热成像技术根据人体温度的异常发现疾病，因此能够在肌体没有明显体征情况下解读出潜在的隐患，更早地发现问题。有资料显示，远红外热图比结构影像可提前半年乃至更早发现病变，为疾病的早期发现与防治赢得宝贵的时间。

人体热辐射形成的虚拟体外图像热成像技术，也就是我们常说的红外线辐射成像技术。根据自然界物体成像的光学理论知识，凡能够被光线所捕获的物体，都可生成背景物体感光成像状态。在科技高度发达的现代化社会里，具有红外线热成像的夜景拍照附加装置已经得到普及。关于红外线成像原理，主要是依据物体高于空间绝对温度-.15度的红外辐射原理研制而成的照相器材，也就是说，凡是高于空间绝对温度的物体，都会形成热红外线辐射状态，而低于空间绝对温度-.15度的物体不存在热红外线辐射。人体在处于特殊状态下时，其体温与静态是不一样的，尤其是在参加剧烈活动之后体温更高。还有在饭后以及饮入大量的热水或者高浓度酒之后，其体温也是较高的。有些人在作完意念气功之后，体温也会升高。而人与人之间，男女之间，其体温差也会表现出不同的状态。人的体温在上述状态下其热（红外线）辐射强度会高于常态。

诊断—肺部CT

医生们通过肺部ct可以判断一些疾病，可以对肺部进行一个初步的判断来分析患有哪些疾病，运用了一项叫做医学影像的技术。

年德国的物理学家伦琴发现了X线，不久即被用于人体的疾病检查，并由此形成了放射诊断学。近30年来，CT、MRI、超声和核素显像设备在不断地改进完善，检查技术方法也在不断地创新，影像诊断已从单一依靠形态变化进行诊断发展成为集形态、功能、代谢改变为一体的综合诊断体系。与此同时，一些新的技术如心脏和脑的磁源成像和新的学科分支如分子影像学在不断涌现，影像诊断学的范畴仍在不断发展和扩大之中。仪器主要包括X光成像仪器、CT(普通CT、螺旋CT)、正子扫描(PET)、超声(分B超、彩色多普勒超声、心脏彩超、三维彩超)、核磁共振成像(MRI)、心电图仪器、脑电图仪器等。医学影像学中的许多技术已经在科学研究的工业中获得了广泛的应用。医学影像学的发展受益于现代计算机技术的突飞猛进，其与图像处理，计算机视觉，模式识别技术的结合产生了一个新的计算机技术分支--医学图像处理。

防护用品—口罩

1、口罩

过滤原理是：过滤微尘主要靠中间的过滤布，熔喷无纺布主要材质是聚丙烯，是一种超细静电纤维布，可以捕捉细小颗粒。含有肺炎病毒的飞沫靠近熔喷无纺布后，会被静电吸附在无纺布表面，无法透过。这就是这种材料隔绝病菌的原理。由于微尘吸附在过滤布上，而过滤布带静电不能水洗，所以口罩均是一次性的。N95口罩之所以叫做“N95”，是因为它是美国国家职业安全卫生研究所（NIOSH）认证的9种防颗粒物口罩中的一种，名字代表了它的过滤等级：“N”指的口罩中间的滤网材质，N系列滤网可防护非油性悬浮颗粒，累计使用8小时以上应予以更换。而“95”代表的是最低过滤效率为95%。经美国NIOSH认证，非油性颗粒物过滤效率≥95%。

2、防护服

防护服种类包括消防防护服、工业用防护服、医疗款防护服、军用防护服和特殊人群使用防护服。医用防护服，是医护人员工作着装，隔离病菌、有害超细粉尘、酸性溶液、盐溶液，保持环境清洁。采用PP(聚丙烯，占总数的62%)无纺布材料，外覆防护服专用透气膜，透气性强，防静电;较佳的防渗透性，在抗多种有机溶剂、酸碱腐蚀的同时，具有较高的耐冲击性。机械性质强韧，质地柔软舒适。不助燃、无毒无刺激性，对皮肤无害。

智能防疫机器人

自从新型冠状病毒感染肺炎的疫情爆发以来，多家公司都推出各种AI智能防疫机器人，来帮助这次新型冠状病毒防疫的工作，这很大的程度缓解了人们的工作压力和感染的几率。对于在抗击新型冠状病毒疫情的特殊时间里，各地卫健委机构的社区防疫工作人员。需要每天对新型冠状病毒疫情隔离人员进行体温的测量，并且工作非常的繁重，交叉感染的风险又比较高，为此浙江移动团队依托有智能云通信能力，紧急研发了AI智能机器人，通过对医学观察随访。而交由AI智能机器人来检查，防疫人员只需将社区防疫隔离人员的电话清单输入电脑，机器人就可以完成任务，并且对医学隔离人员进行电话呼叫和语音交谈。在医院里，AI智能机器人承担着运送药物，食品，医用设备和医疗废物等工作，进而降低医护工作人员交叉感染的风险。随着新型冠状病毒的确诊和疑似病例的增多，接触者也在不断的增多，相关的管理和摸排工作也逐渐加大，而人工AI智能正在加入防疫战队，为各大领域输送AI智能防疫的力量。为应对新型冠状病毒疫情的防控，全国首款搭载人群远红外探测仪，自主巡逻，预警防控，智能疏散，大数据分析平台等功能的AI智能机器人，已奔赴抗击新型冠状病毒防疫的第一线。它承担着运送药物，食品，医用设备和医疗废物等工作，进而降低医护工作人员交叉感染的风险，机器人从准备区开始运送食品和卫生用品，并将它们自动送到隔离区病房，这样的尝试目的是阻止新冠状病毒人传人的传播链，并通过自动无接触传送降低隔离区传播的可能性。除此之外，还有一些快递无人机在收到着陆请求应答之后，装卸快递，投放物资。在疫情中，防疫人员只需将社区防疫隔离人员的电话清单输入电脑，AI智能机器人就可以完成任务，并且对医学隔离人员进行电话呼叫和语音交谈，生成统计表格并输出。

工作原理：

1、因为它有相当发达的“大脑”。在脑中起作用的是中央处理器，这种计算机跟操作它的人有直接的联系。最主要的是，这样的计算机可以进行按目的安排的动作。

2.智能机器人具备形形色色的内部信息传感器和外部信息传感器，如视觉、听觉、触觉、嗅觉。除具有感受器外，它还有效应器，作为作用于周围环境的手段。

3.智能机器人功能可以利用诸如摄像机、图像传感器、超声波传成器、激光器、导电橡胶、压电元件、气动元件、行程开关等机电元器件来实现。医疗废水物理处理

1.沉淀过滤法

沉淀过滤法是医疗废水物理处理的重要方面，其主要原理是利用医疗废水中悬浮污水的密度和污染物不同，按照重力沉浮的原理，把医疗污水中的悬浮物分离出来，利用过滤介质截流污水中的悬浮物。过滤法的过滤介质有钢条、筛网、砂布、塑料、微孔管等，常用的过滤设备有格栅、栅网、微滤机、砂滤机、真空滤机、压滤机等。

2.离心分离方法

离心分离方法是将含有悬浮污染物质的污水高速旋转，悬浮颗粒(如乳化油)和污水受到的离心力大小不同而被分离。根据离心力产生的方式，立新设备可分为两种：由水流本身旋转产生离心力的为旋流分离器，由设备旋转同时也带动液体旋转产生离心力的为离心分离机。旋流分离器分为压力式和重力式两种。由于离心机具有体积小、单位容积处理能力高的优点，近几十年来广泛用于轧钢污水处理及高浊度河水的预处理。离心机的种类很多，按分离因素分有常速离心机和高速离心机。

物理方法预防疫情

1、如果在通风不良、密闭环境内工作，上班建议戴口罩。食堂也是人群密集的场所，建议各个单位可以错峰吃饭，减少人员的密度。

2、用消毒剂对空气进行消毒时，一定是无人的环境。因为如果人吸入了消毒剂，或是往人的身上反复喷洒消毒剂，都有潜在风险。

3、“病毒在电梯按钮、门把手易存活”是个误区，这些地方风险较高，不是因为病毒在上面存活时间长，而是因为高频接触导致交叉感染风险大。对应策略有三条：一是适当的增加消毒频次，可以一天多次;二是用面巾纸或消毒纸巾隔开，手不直接去碰它;三是在接触以后用手消毒剂揉搓双手，做好手卫生。

殷忧启圣，多难兴邦。中国自古就不缺乏为民请命、大济苍生的人，面对疫情无数英勇高尚的医疗卫生工作者和科研人员上演“最美逆行”，他们在疫情防控一线无私奉献、忘我付出。正如基辛格在《论中国》中所说：“中国人总是被他们之中最勇敢的人保护得很好。”我们坚信，有中国共产党的坚强领导，伟大的中国人民团结一心，众志成城，就一定能够汇聚攻坚克难的强大力量，打赢疫情防控阻击战。

参与此次活动的学生：

高二（1）班蒯娅君施雅轩樊思哲张倩郑圣杰刘译蔓戴宇奇朱子薇

高二（2）班左浩王嘉良麻慧宇李昭运马熙冉马宸坤闫曦凯严坤魏紫洋王茜雅张若玮闫芝杉高泽慧白如玉马鸣梓马子雄陈籽东

高二（3）班董姝君李心凯

高二（5）班闫博孟雪蓉赵嘉璐马祎琳薛凯丽段怡天赫梓先杨瑞

指导教师

何晓军白文珍冯艳

图文编辑：王芮

审核：何晓军

贺兰县景博中学

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