爱华网生活中的物理_生活中的物理 -生活中的物理之共振
古希腊的学者阿基米德曾豪情万丈地宣称：给我一个支点，我能撬动地球。而现代的美国发明家特士拉更是“牛气”，他说：用一件共振器，我就能把地球一裂为二！
他来到华尔街，爬上一座尚未竣工的钢骨结构楼房，从大衣口袋里掏出一件小物品，把它夹在其中一根钢梁上，然后按动上面的一个小钮。数分钟后，可以感觉到这根钢梁在颤抖。慢慢地，颤抖的强度开始增加，延伸到整座楼房。最后，整个钢骨结构开始吱吱嘎嘎 地发出响声，并且摇摆晃动起来。惊恐万状的钢架工人以为建筑出现了问题，甚至是闹地震了，于是纷纷慌忙地从高架上逃到地面。眼见事情越闹越大，他觉得这个恶作剧该收场了，于是，把那件小物品收了回来，然后从一个地下通道悄悄地溜开了，留下工地上的那些惊魂甫定、莫名其妙的工人。
上面这一段是一本书中有关美国著名发明家特士拉进行共振器发明的描写，里面所说的“小物品”便是一个共振器。可以预见，若是他把这个小物品再开上那么十来分钟，这座建筑物准会轰然倒地。书中说，用同样的这个小物品，在一小时不到的时间内，也能把布鲁克林大桥(连接纽约曼哈坦岛和长岛的大桥)摧毁，使之坠入幽深黑暗的海底。而且，在这本书里，特士拉甚至说：用这件小物品，我还能把地球一裂为二！
这该是一本科幻或者荒诞小说吧？否则，一件大不过拳头、重不过几斤的小东西，真的就有那么厉害，能把一座巍然耸立的大楼甚至是一座巨无霸似的大桥震垮？它是一件什么物品呢？
原来，它是一件共振器，它的威力主要在于它能发出各种频率的波，这些不同频率的波作用于不同的物体，就能够相应地产生出一种共振波，当这种共振波达到一定程度时，就能使物体被摧毁。
如果你对共振的威力还有怀疑，那就让我们一起来了解共振吧。
共振创造了世界
共振是物理学上的一个运用频率非常高的专业术语。共振的定义是两个振动频率相同的物体，当一个发生振动时，引起另一个物体振动的现象。
共振在声学中亦称“共鸣”，它指的是物体因共振而发声的现象，如两个频率相同的音叉靠近，其中一个振动发声时，另一个也会发声。
在电学中，振荡电路的共振现象称为“谐振”。
产生共振的重要条件之一，就是要有弹性，而且一件物体受外来的频率作用时，它的频率要与后者的频率相同或基本相近。从总体上来看，这宇宙的大多数物质是有弹性的，大到行星小到原子，几乎都能以一个或多个固有频率来振动。
共振不仅在物理学上运用频率非常高，而且，共振现象也可以说是一种宇宙间最普遍和最频繁的自然现象之一，所以在某种程度上甚至可以这么说，是共振产生了宇宙和世间万物，没有共振就没有世界。
我们都知道，宇宙是在一次剧烈的大爆炸后产生的。而促使这次大爆炸产生的根本原因之一，便是共振。当宇宙还处于浑沌的奇点时，里面就开始产生了振荡。最初的时候，这种荡振是非常微弱的。渐渐地，振荡的频率越来越高、越来越强，并引起了共振。最后，在共振和膨胀的共同作用下，导致了一阵惊天动地的轰然巨响，宇宙在瞬间急剧膨胀、扩张，然后，就产生了日月星辰，于是，在地球上便有了日月经天、江河行地，也有了植物蓬勃葳蕤、动物飞翔腾跃。
共振不仅创造出了宏观的宇宙，而且，微观物质世界的产生，也与共振有着密不可分的干系。从电磁波谱看，微观世界中的原子核、电子、光子等物质运动的能量都是以波动的形式传递的。宇宙诞生初期的化学元素，也可以说是通过共振合成和产生的。有一些粒子微小到简直无法想象，但它们可以在共振的作用之下，在100万亿分之一秒的瞬间，互相结合起来，于是新的化学元素便产生了。因为宇宙中这些粒子的生成与共振有着如此密切的关系，所以粒子物理学家经常把粒子称为“共振体”。
既然共振是宇宙间一切物质运动的一种普遍规律，人及其它的生物也是宇宙间的物质，当然共振也是普遍存在于这些生命中了。
人除了呼吸、心跳、血液循环等都有其固有频率外，人的大脑进行思维活动时产生的脑电波也会发生共振现象。类似的共振现象在其它动物身上也同样普遍地存在着。我们喉咙间发出的每个颤动，都是因为与空气产生了共振，才形成了一个个音节，构成一句句语言，才能使我们能够用这些语言来表达我们的情感和进行社会交往。
许多动物身上还存在着其它一些形式的共振现象。炎热的午间，蝉儿发出的“知了、知了”声；宁静的夜晚，蟋蟀发出的“叽―嘶”声；还有不知疲倦的大肚子蝈蝈的鸣叫声，尽管这些昆虫的声调大不相同，但其中的共同之处都是借助了共振的原理，都是靠摩擦身体的某一部位与空气产生共鸣而发声。除了昆虫之外，鸟类也是巧妙地运用着共振来演奏生命之曲的大师，它们运用共振所发出的圆润婉转的鸣叫声，是自然界生命大合唱中最为优美的声部和旋律。因此，可以这么说，如果没有共振，世界将会失去多少天籁、大地将会变得多么死寂！
其实更为重要的是，共振能充当地球生物的保护神。我们知道，紫外线是太阳发出的一种射线，它们如果大举入侵地球，人类及各种生物势必遭受极大的危害，因为过量的紫外线会使生物的机能遭到严重的破坏。不过不用担心，我们有大气层中的臭氧层，是它们借助于共振的威力，阻止了紫外线的长驱直入。当紫外线经过大气层时，臭氧层的振动频率恰恰能与紫外线产生共振，因而就使这种振动吸收了大部分的紫外线。所以，共振能使大气中的臭氧层变得如防晒油一样，保证我们不至于被射线的伤害。
另外，共振还能使地球维持在适当的温度，给地球生命创造出一个冷热适宜的生长环境。因为虽然经过臭氧层的堵截围追，但仍有少部分紫外线能够成功地突破层层防线，到达地球表面。这部分紫外线经过地球吸收后，能量减少，变为红外线，扩散回大气中。而红外线的热量，又恰好能和二氧化碳产生共振，然后被“挽留”在大气层中，使大气层保有一定温度，让万物在温暖和煦的环境中孕育成长。
俗话说万物生长靠太阳，其实也可以这么说：万物生长靠共振。因为我们所熟知的植物的光合作用，亦是叶绿素与某些可见光共振，才能吸收阳光，产生氧气与养分。所以没有共振，植物便不能生长，人类和许多动物也就因此会失去了食物的来源。也就是说，没有共振，地球上的生命便不能长期存在。
共振还是一个善于使用色彩和色调的魔幻绘画师，把我们所看到的每一件物体都神奇地染上了颜色，使我们这个世界变得五彩斑斓、艳丽缤纷。钠光是黄的，因为钠原子的振动产生所产生的是黄色的光。水银原子的振动发出蓝光。氖原子送出的振动到了你眼中，就成为了红色。在地面，共振也把所有的物体都染上了各式各样的颜色，从花卉到水果。红苹果把太阳光中我们称为蓝光和绿光的振动频率吸收了，因此我们看到的它就是红艳艳的、令人馋涎欲滴的样子。绿叶中的叶绿素分子的振动频率在太阳的红光及蓝光范围，所以共振把这两种颜色都“贪污”了，而只把绿的颜色反射入我们的眼里，因此树叶看上去便是生机盎然浓绿或嫩绿。也是这同一片叶子，到了秋天的时候，它被共振所“贪污”的却是绿光，因而这时反射出的是或黄或红的色彩，映衬出秋天的苍凉和凄美。就是那种很虚幻的彩虹也是因为有了共振，才有了赤橙黄绿青蓝紫。因此，我们的生活中有着如此美丽迷人的花红柳绿、斑斓烂漫，也无不是拜共振之所赐。
共振亦能毁灭世界
任何事物都是有两面性的，共振并非完完全全都是给我们带来福音，它也有着非常巨大的危害性。
说到共振的危害时，人们最为熟知和引用得最多的，便是下面这个例子：18世纪中叶，一队士兵在指挥官的口令下，迈着威武雄壮、整齐划一的步伐，通过法国昂热市一座大桥，快走到桥中间时，桥梁突然发生强烈的颤动并且最终断裂坍塌，造成许多官兵和市民落入水中丧生。后经调查，造成这次惨剧的罪魁祸首，正是共振！因为大队士兵齐步走时，产生的一种频率正好与大桥的固有频率一致，使桥的振动加强，当它的振幅达到最大限度直至超过桥梁的抗压力时，桥就断裂了。类似的事件还发生在俄国和美国等地。有鉴于此，所以后来许多国家的军队都有这么一条规定：大队人马过桥时，要改齐走为便步走。
对于桥梁来说，不光是大队人马厚重整齐的脚步能使之断裂，那些看似无物的风儿同样也能对之造成威胁。1940年，美国的全长860米的塔柯姆大桥因大风引起的共振而塌毁，尽管当时的风速还不到设计风速限值的1/3，可是因为这座大桥的实际的抗共振强度没有过关，所以导致事故的发生。每年肆虐于沿海各地的热带风暴，也是借助于共振为虎作伥，才会使得房屋和农作物饱受摧残。近几十年来，美国及欧洲等国家和地区还发生了许多起高楼因大风造成的共振而剧烈摇摆的事件。
也是由于共振的力量，巨大的冰川能被“温柔”的海洋波涛给拍裂开。甚至于美国阿拉斯加李杜牙湾经常出现的高达上百米的巨浪，也是由于共振在其中发挥了很大的“推波助澜”的作用。因为共振在这个海湾“作威作福”实在是太厉害了，所以许多航海人对这个海湾都是“敬”而远之。
给人类带来重大伤亡和财产损失的地震，其中亦有共振的“幢幢魔影”：当地壳里的某一板块发生断裂时，产生的波动频率传到地面上，与建筑物产生强烈的共振，于是，就造成了屋毁人亡的惨剧。
实际上，共振的危害程度和范围还无远远不止于此。持续发出的某种频率的声音会使玻璃杯破碎。机器的运转可以因共振而损坏机座。高山上的一声大喊，可引起山顶的积雪的共振，顷刻之间造成一场大雪崩。行驶着的汽车，如果轮转周期正好与弹簧的固有节奏同步，所产生的共振就能导致汽车失去控制，从而造成车毁人亡……
人们在生活和生产中会接触到各种振动源，这些振动都可能会对人体产生危害。由科学测试知道人体各部位有不同的固有频率，如眼球的固有频率最大约为60赫兹，颅骨的固有频率最大约为200赫兹等；把人体作为一个整体来看，如水平方向的固有频率约为3―6赫兹,竖直方向的固有频率约为48赫兹。因此，跟振动源十分接近的操作人员，如拖拉机驾驶员，风镐、风铲、电锯、镏钉机的操作工，在工作时应尽量避免这些振动源的频率与人体有关部位的固有频率产生共振。并且，为了保障工人的安全与健康，有关部门己作出了相应规定，要求用手工操作的各类振动机械的频率必须大于20赫兹。
对人危害程度尤为厉害的是次声波所产生的共振。次声波是一种每秒钟振动很少、我们耳朵听不到的声波。次声波的声波频率很低，一般均在20兆赫以下，波长却很长，不易衰弱。自然界的太阳磁暴、海浪咆哮、雷鸣电闪、气压突变、火山爆发；军事上的原子弹、氢弹爆炸试验，火箭发射、飞机飞行等等，都可以产生次声波。在我们工作、学习和生活的周围，能够产生次声波的小型动力设备很多，如鼓风机、引风机、压气机、真空泵、柴油机、电风扇、车辆发动机等。次声波的这种神奇的功能也引起了军事专家的高度重视，一些国家利用次声波的性质进行次声波武器的研制，目前已研制出次声波枪和次声波炸弹。不论是次声波枪还是次声波炸弹，都是利用频率为16―17赫兹的次声波，与人体内的某些器官发生共振，使受振者的器官发生变形、位移或出血，从而达到杀伤敌方的目的。现代科学研究已经证明，大量发射的频率为16―17赫兹的次声波会引起人体无法忍受的颤抖，从而产生视觉障碍、定向力障碍、恶心等症状，甚至还会出现可导致死亡的内脏损坏或破裂。这种次声波武器可以说是人类运用共振来危害人类自己的一种技术上的极致。
巧除共振的危害
共振给人们带来意想不到的灾难，那么，人们能不能消除这些灾难呢？为此，人们经过实践，总结出许多消除共振的办法。
据史籍记载，我国晋代就有人对共振现象作出了正确的解释，并已经能够完全认识到，防止共振的最好的方法是改变物体的固有频率，使之与外来作用力的频率相差越大越好。
古时还有一个有趣的故事，说的就是人们如何巧妙地消除共振的。唐朝时候，洛阳某寺一僧人房中挂着的一件乐器，经常莫名其妙地自动鸣响，僧人因此惊恐成疾，四处求治无效。他有一个朋友是朝中管音乐的官员，闻讯特去看望他。这时正好听见寺里敲钟声，那件乐器又随之作响。于是朋友说：你的病我可以治好，因为我找到你的病根了。只见朋友找到一把铁锉，在乐器上锉磨几下，乐器便再也不会自动作响了。朋友解释说这件乐器与寺院里的钟声的共振频率相合，于是敲钟时乐器也就会相应地鸣响，现在把乐器稍微锉去一点，也就改变了它的固有振动频率，它就不再能和寺里的钟声共鸣了。僧人恍然大悟，病也就随着痊愈了。
到了今天，人类对付共振危害的方法更是多种多样和更加先进。例如：人们在电影院、播音室等对隔音要求很高的地方，常常采用加装一些海绵、塑料泡沫或布帘的办法，使声音的频率在碰到这些柔软的物体时，不能与它们产生共振，而是被它们吸收掉。又如电动机要安装在水泥浇注的地基上，与大地牢牢相连，或要安装在很重的底盘上，为的是使基础部分的固有频率增加，以增大与电机的振动频率(驱动力频率)之差来防止基础的振动。
大街上的行人、车辆的喧闹声、机器的隆隆声――这些连绵不断的噪声不仅影响人们正常生活，还会损害人的听力。于是人们发明了一种消声器，它是由开有许多小孔的孔板和空腔所构成，当传来的噪声频率与消声器的固有频率相同时，就会跟小孔内空气柱产生剧烈共振。这样，相当一部分噪声能在共振时被“吞吃”掉，而且还能够转变为热能来进行使用。
利用共振能带来福祉
实际上，中国人对于共振的运用，还可以追溯到很久远的年代。
早在战国初期，当时的人就发明了各种各样的共鸣器，用来侦探敌情。《墨子・备穴》记载了其中的几种：
在城墙根下每隔一定距离挖一深坑，坑里埋置一只容量有七八十升的陶瓮，瓮口蒙上皮革，这样，实际上就做成了一个共鸣器。让听觉聪敏的人伏在这个共鸣器上听动静，遇有敌人挖地道攻城的响声，不仅可以发觉，而且根据各瓮瓮声的响度差可以识别来敌的方向和远近。另一种方法是：在同一个深坑里埋设两只蒙上皮革的瓮，两瓮分开一定距离，根据这两瓮的响度差来判别敌人所在的方向。
以上几种方法被历代军事家因袭使用。明代抗倭名将戚继光曾用上面的方法来侦听敌人凿地道的声音。甚至在本世纪的一些现代战争中，不少国家和民族还继续采用这些方法。
我国古时还发明出了另一种更加轻巧、简便、实用的共鸣器。如唐代的军队中就有一种用皮革制成的叫做“空胡鹿”的随军枕，让听觉灵敏和睡觉警醒的战士在宿营时使用，“凡人马行在三十里外，东西南北皆响闻”。当声音通过地面传播到空穴时，在空穴处产生交混回响，于是就能知道敌人的多寡远近。值得一提的是，这种用竹筒听地声的方法正是现代医用听诊器的滥觞。
宋代的科学家沈括就曾巧妙地利用共振原理设计出了在琴弦上跳舞的小人：先把琴或瑟的各弦按平常演奏需要调好，然后剪一些小小的纸人夹在各弦上。当弹动不夹纸人的某一弦线时，凡是和它共振的弦线上的纸人就会随着音乐跳跃舞动。这个发明比西方同类发明要早几个世纪。
到了现代，随着科技的发展和对共振研究的更加深入，共振在我们的社会和生活中“震荡”得更为频繁和紧密了。
弦乐器中的共鸣箱、无线电中的电谐振等，就是使系统固有频率与驱动力的频率相同，发生共振。我们在建筑工地经常可以看到，建筑工人在浇灌混凝土的墙壁或地板时，为了提高质量，总是一面灌混凝土，一面用振荡器进行震荡，使混凝土之间由于振荡的作用而变得更紧密、更结实。此外，粉碎机、测振仪、电振泵、测速仪等，也都是利用共振现象进行工作的。
进入20世纪以后，微波技术得到长足的发展，使我们人类的生活进入了一个全新的、更加神奇的领域。而微波技术正是一种把共振运用得非常精妙的技术。微波技术不仅广泛应用在电视、广播和通讯等方面，而且“登堂入室”，与人们的日常生活愈来愈密切相关，微波炉便是家庭应用共振技术的一个最好体现。具有2500赫兹左右频率的电磁波称为“微波”。食物中水分子的振动频率与微波大致相同，微波炉加热食品时，炉内产生很强的振荡电磁场，使食物中的水分子作受迫振动，发生共振，将电磁辐射能转化为热能，从而使食物的温度迅速升高。微波加热技术是对物体内部的整体加热技术，完全不同于以往的从外部对物体进行加热的方式，是一种极大地提高了加热效率、极为有利于环保的先进技术。
人的一生中，离不开音乐的“沐浴”和“滋润”，而优美曼妙的音乐里也无不蕴藏着共振的“精灵”。专家研究认为，音乐的频率、节奏和有规律的声波振动，是一种物理能量，而适度的物理能量会引起人体组织细胞发生和谐共振现象，这种声波引起的共振现象，会直接影响人们的脑电波、心率、呼吸节奏等，使细胞体产生轻度共振，使人有一种舒适、安逸感，音律的变化使人的身体有一种充实、流畅的感觉。它活化了体内的细胞，加快了血液的流动，激活了人的物理层次的生命潜能。人们还发现，当人处在优美悦耳的音乐环境中，可以改善精神系统、心血管系统、内分泌系统和消化系统的功能，促使人体分泌一种有利健康的活性物质，提高大脑皮层的兴奋性，振奋人的精神，让人们的心灵得到了陶冶和升华。所以，人们已经开始运用音乐产生的共振，来缓解人们由于各种因素造成的紧张、焦虑、忧郁等不良心理状态，而且还能用于治疗人的一些心理和生理上的疾病。
我们知道，粒子加速器对于物理学的研究和发展是至关重要的，而粒子加速器对于共振的运用，用“登峰造极”来形容也一点不为过。在粒子物理的基本小宇宙中，每一种能量都有对应的频率，反之亦然，这是很自然的物质互补原理，既有波又有粒子的特性。物质因为具有波的性质，也就有了频率。粒子加速器就是运用了这样的共振原理，把许多小小的“波纹”迭加起来，结果变成很大的“波峰”，可把电子或质子推到近乎光速，在高速的相撞下产生粒子来。
总而言之，共振不仅是一种客观存在，它也是有待于进一步开拓的科技领域。共振技术普遍应用于机械、化学、力学、电磁学、光学及分子、原子物理学、工程技术等几乎所有的科技领域。如音响设备中扬声器纸盆的振动，各种弦乐器中音腔在共鸣箱中的振动等利用了“力学共振”；电磁波的接收和发射利用了“电磁共振”；激光的产生利用了“光学共振”；医疗技术中则有已经非常普及的“核磁共振”等。在21世纪开始的正在蓬勃发展的信息技术、基因科学、纳米材料、航天高科学技术大发展的浪潮中，更是大量运用到共振技术。而且随着科学的发展，可以预见，共振将会对我们这个社会产生更加巨大的“震荡”。
大桥共振
生活中其他的共振现象
1.洗完衣服，要甩干的时候，往往在刚开动甩干机的时候呵快要停止转动的时候，洗衣机晃动比较厉害，这也是因为甩衣桶转动的频率很接近洗衣机的固有频率产生共振现象而造成的。
2.现在越来越多的人都在用手机，而手机的一种模式就是振动模式，手机中其实有个类似共振筛一样的共振器，它就是依靠共振原理使手机震动起来的。
3.有些人晕车，晕车的原因有多种，自身体质差，对气味敏感，对声音敏感都可能造成晕车，而其中还有一种原因就是车辆在行驶的过程中难免要上下震动，而震动的频率接近有些人内脏器官的固有频率而发生共振现象，使其感觉不舒服，有难受想呕吐的感觉。
4.次声波所引起的共振会对人体造成一定的危害。住在高层建筑里的人遇到大风天气，很容易产生头晕、恶心等不舒适的感觉，这是因为风声使高楼振动产生低频次声波，而人体器官固有频率也很低，这样二者当频率接近时导致人体器官发生低频共振，就会出现不舒服的感觉。
生活中的物理_生活中的物理 -生活中的物理之示波器
示波器（http://www.hudong.com/wiki/%E7%A4%BA%E6%B3%A2%E5%99%A8）是一种用途十分广泛的电子测量仪器。它能把肉眼看不见的电信号变换成看得见的图象，便于人们研究各种电现象的变化过程。示波器利用狭窄的、由高速电子组成的电子束，打在涂有荧光物质的屏面上，就可产生细小的光点。在被测信号的作用下，电子束就好像一支笔的笔尖，可以在屏面上描绘出被测信号的瞬时值的变化曲线。利用示波器能观察各种不同信号幅度随时间变化的波形曲线，还可以用它测试各种不同的电量，如电压、电流、频率、相位差、调幅度等等以图像形式在阴极射线管荧光屏上显示两个或两个以上参数间的函数关系的电子测量仪器。示波器根据对不同时域测量的要求有通用示波器、存储示波器和取样示波器三类。
有关示波器的详细介绍请见http://www.hudong.com/wiki/%E7%A4%BA%E6%B3%A2%E5%99%A8
示波器的使用视频
练习使用示波器
示波管
示波管原理图
示波管是电子示波器的心脏。示波管的主要部件有：电子枪，偏转板，后加速级，荧光屏，刻度格子。其简单工作原理如下。
电子枪产生了一个聚集很细的电子束，并把它加速到很高的速度。这个电子束以足够的能量撞击荧光屏上的一个小点，并使该点发光。电子束一离开电子工业枪，就在两副静电偏转板间通过。偏转板上的电压使电子束偏转，一副偏转板的电压使电子束上下运动；另一副偏转板的电压使电子左右运动。而这些运动都是彼此无关的。因此，在水平输入端和垂直输入端加上适当的电压，就可以把电子束定位到荧光屏的任何地方。
生活中的物理_生活中的物理 -生活中的物理之医学篇
医学中的CT
CT原理
全称：computed tomography
CT是一种功能齐全的病情探测仪器，它是电子计算机X射线断层扫描技术简称。
CT的工作程序是这样的：它根据人体不同组织对X线的吸收与透过率的不同，应用灵敏度极高的仪器对人体进行测量，然后将测量所获取的数据输入电子计算机，电子计算机对数据进行处理后，就可摄下人体被检查部位的断面或立体的图像，发现体内任何部位的细小病变。
CT的发明
自从X射线发现后，医学上就开始用它来探测人体疾病。但是，由于人体内有些器官对X线的吸收差别极小，因此X射线对那些前后重叠的组织的病变就难以发现。于是，美国与英国的科学家开始了寻找一种新的东西来弥补用X线技术检查人体病变的不足。1963年，美国物理学家科马克发现人体不同的组织对X线的透过率有所不同，在研究中还得出了一些有关的计算公式，这些公式为后来CT的应用奠定了理论基础。1967年，英国电子工程师亨斯费尔德在并不知道科马克研究成果的情况下，也开始了研制一种新技术的工作。他首先研究了模式的识别，然后制作了一台能加强X射线放射源的简单的扫描装置，即后来的CT，用于对人的头部进行实验性扫描测量。后来，他又用这种装置去测量全身，获得了同样的效果。1971年9月，亨斯费尔德又与一位神经放射学家合作，在伦敦郊外一家医院安装了他设计制造的这种装置，开始了头部检查。10月4日，医院用它检查了第一个病人。患者在完全清醒的情况下朝天仰卧，X线管装在患者的上方，绕检查部位转动，同时在患者下方装一计数器，使人体各部位对X线吸收的多少反映在计数器上，再经过电子计算机的处理，使人体各部位的图像从荧屏上显示出来。这次试验非常成功。1972年4月，亨斯费尔德在英国放射学年会上首次公布了这一结果，正式宣告了CT的诞生。这一消息引起科技界的极大震动，CT的研制成功被誉为自伦琴发现X射线以后，放射诊断学上最重要的成就。因此，亨斯费尔德和科马克共同获取1979年诺贝尔生理学或医学奖。而今，CT已广泛运用于医疗诊断上。 CT原理
CT的成像基本原理
CT是用X线束对人体某部一定厚度的层面进行扫描，由探测器接收透过该层面的X线，转变为可见光后，由光电转换变为电信号，再经模拟/数字转换器（analog/digital converter）转为数字，输入计算机处理。图像形成的处理有如对选定层面分成若干个体积相同的长方体，称之为体素（voxel），见图1-2-1。扫描所得信息经计算而获得每个体素的X线衰减系数或吸收系数，再排列成矩阵，即数字矩阵（digital matrix），数字矩阵可存贮于磁盘或光盘中。经数字/模拟转换器（digital/analog converter）把数字矩阵中的每个数字转为由黑到白不等灰度的小方块，即象素（pixel），并按矩阵排列，即构成CT图像。所以，CT图像是重建图像。每个体素的X线吸收系数可以通过不同的数学方法算出。
CT设备
CT设备主要有以下三部分：①扫描部分由X线管、探测器和扫描架组成；②计算机系统，将扫描收集到的信息数据进行贮存运算；③图像显示和存储系统，将经计算机处理、重建的图像显示在电视屏上或用多幅照相机或激光照相机将图像摄下。探测器从原始的1个发展到现在的多达4800个。扫描方式也从平移/旋转、旋转/旋转、旋转/固定，发展到新近开发的螺旋CT扫描（spiral CT scan）。计算机容量大、运算快，可达到立即重建图像。由于扫描时间短，可避免运动产生的伪影，例如，呼吸运动的干扰，可提高图像质量；层面是连续的，所以不致于漏掉病变，而且可行三维重建，注射造影剂作血管造影可得CT血管造影（Ct angiography，CTA）。超高速CT扫描所用扫描方式与前者完全不同。扫描时间可短到40ms以下，每秒可获得多帧图像。由于扫描时间很短，可摄得电影图像，能避免运动所造成的伪影，因此，适用于心血管造影检查以及小儿和急性创伤等不能很好的合作的患者检查。
CT图像特点
CT图像是由一定数目由黑到白不同灰度的象素按矩阵排列所构成。这些象素反映的是相应体素的X线吸收系数。不同CT装置所得图像的象素大小及数目不同。大小可以是1.0×1.0mm，0.5×0.5mm不等；数目可以是256×256，即65536个，或512×512，即262144个不等。显然，象素越小，数目越多，构成图像越细致，即空间分辨力（spatial resolution）高。CT图像的空间分辨力不如X线图像高。
CT图像是以不同的灰度来表示，反映器官和组织对X线的吸收程度。因此，与X线图像所示的黑白影像一样，黑影表示低吸收区，即低密度区，如含气体多的肺部；白影表示高吸收区，即高密度区，如骨骼。但是CT与X线图像相比，CT的密度分辨力高，即有高的密度分辨力（density resolutiln）。因此，人体软组织的密度差别虽小，吸收系数虽多接近于水，也能形成对比而成像。这是CT的突出优点。所以，CT可以更好地显示由软组织构成的器官，如脑、脊髓、纵隔、肺、肝、胆、胰以及盆部器官等，并在良好的解剖图像背景上显示出病变的影像。
x线图像可反映正常与病变组织的密度，如高密度和低密度，但没有量的概念。CT图像不仅以不同灰度显示其密度的高低，还可用组织对X线的吸收系数说明其密度高低的程度，具有一个量的概念。实际工作中，不用吸收系数，而换算成CT值，用CT值说明密度。单位为Hu（Hounsfield unit）。
水的吸收系数为10，CT值定为0Hu，人体中密度最高的骨皮质吸收系数最高，CT值定为+1000Hu，而空气密度最低，定为-1000Hu。人体中密度不同和各种组织的CT值则居于-1000Hu到+1000Hu的2000个分度之间。
CT图像是层面图像，常用的是横断面。为了显示整个器官，需要多个连续的层面图像。通过CT设备上图像的重建程序的使用，还可重建冠状面和矢状面的层面图像，可以多角度查看器官和病变的关系。
CT检查技术
分平扫（plain CT scan）、造影增强扫描（contrast enhancement,CE）和造影扫描。
（一）平扫是指不用造影增强或造影的普通扫描。一般都是先作平扫。
（二）造影增强扫描是经静脉注入水溶性有机碘剂，如60%～76%泛影葡胺60ml后再行扫描的方法。血内碘浓度增高后，器官与病变内碘的浓度可产生差别，形成密度差，可能使病变显影更为清楚。方法分团注法、静滴法和静注与静滴法几种。
（三）造影扫描是先作器官或结构的造影，然后再行扫描的方法。例如向脑池内注入碘曲仑8～10ml或注入空气4～6ml行脑池造影再行扫描，称之为脑池造影CT扫描，可清楚显示脑池及其中的小肿瘤。
6、CT诊断的临床应用
CT诊断由于它的特殊诊断价值，已广泛应用于临床。但CT设备比较昂贵，检查费用偏高，某些部位的检查，诊断价值，尤其是定性诊断，还有一定限度，所以不宜将CT检查视为常规诊断手段，应在了解其优势的基础上，合理的选择应用。
CT诊断的特点及优势
CT检查对中枢神经系统疾病的诊断价值较高，应用普遍。对颅内肿瘤、脓肿与肉芽肿、寄生虫病、外伤性血肿与脑损伤、脑梗塞与脑出血以及椎管内肿瘤与椎间盘脱出等病诊断效果好，诊断较为可靠。因此，脑的X线造影除脑血管造影仍用以诊断颅内动脉瘤、血管发育异常和脑血管闭塞以及了解脑瘤的供血动脉以外，其他如气脑、脑室造影等均已少用。螺旋CT扫描，可以获得比较精细和清晰的血管重建图像，即CTA，而且可以做到三维实时显示，有希望取代常规的脑血管造影。
CT对头颈部疾病的诊断也很有价值。例如，对眶内占位病变、鼻窦早期癌、中耳小胆指瘤、听骨破坏与脱位、内耳骨迷路的轻微破坏、耳先天发育异常以及鼻咽癌的早期发现等。但明显病变，X线平片已可确诊者则无需CT检查。
对胸部疾病的诊断，CT检查随着高分辨力CT的应用，日益显示出它的优越性。通常采用造影增强扫描以明确纵隔和肺门有无肿块或淋巴结增大、支气管有无狭窄或阻塞，对原发和转移性纵隔肿瘤、淋巴结结核、中心型肺癌等的诊断，均很在帮助。肺内间质、实质性病变也可以得到较好的显示。CT对平片检查较难显示的部分，例如同心、大血管重叠病变的显圾，更具有优越性。对胸膜、膈、胸壁病变，也可清楚显示。
心及大血管的CT检查，尤其是后者，具有重要意义。心脏方面主要是心包病变的诊断。心腔及心壁的显示。由于扫描时间一般长于心动周期，影响图像的清晰度，诊断价值有限。但冠状动脉和心瓣膜的钙化、大血管壁的钙化及动脉瘤改变等，CT检查可以很好显示。
腹部及盆部疾病的CT检查，应用日益广泛，主要用于肝、胆、胰、脾，腹膜腔及腹膜后间隙以及泌尿和生殖系统的疾病诊断。尤其是占位性病变、炎症性和外伤性病变等。胃肠病变向腔外侵犯以及邻近和远处转移等，CT检查也有很大价值。当然，胃肠管腔内病变情况主要仍依赖于钡剂造影和内镜检查及病理活检。
骨关节疾病，多数情况可通过简便、经济的常规X线检查确诊，因此使用CT检查相对较少。
CT检查范围
CT可以做哪些检查吗？
1）头部：脑出血，脑梗塞，动脉瘤，血管畸形，各种肿瘤，外伤，出血，骨折，先天畸形等；
2）胸部：肺、胸膜及纵隔各种肿瘤，肺结核，肺炎，支气管扩张，肺脓肿，囊肿，肺不张，气胸，骨折等；
3）腹、盆腔：各种实质器官的肿瘤、外伤、出血，肝硬化，胆结石，泌尿系结石、积水，膀胱、前列腺病变，某些炎症、畸形等；
4）脊柱、四肢：骨折，外伤，骨质增生，椎间盘病变，椎管狭窄，肿瘤，结核等；
5）骨骼、血管三维重建成像；各部位的MPR、MIP成像等；
6）CTA（CT血管成像）：大动脉炎，动脉硬化闭塞症，主动脉瘤及夹层等；
7）甲状腺疾病：甲状腺腺瘤、甲状腺腺癌等；
其他：眼科及眼眶肿瘤，外伤；副鼻窦炎、鼻息肉、肿瘤、囊肿、外伤等。
由于CT的高分辨力，可使器官和结构清楚显影，能清楚显示出病变。在临床上，神经系统与头颈部CT诊断应用早，对脑瘤、脑外伤、脑血管意外、脑的炎症与寄生虫病、脑先天畸形和脑实质性病变等诊断价值大。在五官科诊断中，对于框内肿瘤、鼻窦、咽喉部肿瘤，特别是内耳发育异常有诊断价值。
在呼吸系统诊断中，对肺癌的诊断、纵隔肿瘤的检查和瘤体内部结构以及肺门及纵隔有无淋巴结的转移，做CT检查做出的诊断都是比较可靠的。
在心脏大血管和骨骼肌肉系统的检查中也是有诊断价值的。
9、CT的几个重要概念
1）分辨率：是图象对客观的分辨能力，他包括空间分辨率，密度分辨率，时间分辨率。
2）CT值：在CT的实际应用中，我们将各种组织包括空气的吸收衰减值都与水比较，并将密度固定为上限＋1000。将空气定为下限－1000，其它数值均表示为中间灰度，从而产生了一个相对的吸收系数标尺。
3）窗宽和窗位，窗位是指图像显示所指的CT值范围的中心。例如观察脑组织常用窗位为＋35HU，而观察骨质则用＋300－＋600HU。窗宽指显示图像的CT值范围。例如观察脑的窗宽用100，观察骨的窗宽用1000。这样，同一层面的图像数据，通过调节窗位和窗宽，便可分别得到适于显示脑组织与骨质的两种密度图像。
4）部分容积效应：：CT图像上各个像素的数值代表相应单位组织全体的平均CT值，它不能如实反映该单位内各种组织本身的CT值。在CT扫描中，凡小于层厚的病变，其CT值受层厚的病变，其CT值受层厚内其它组织的影响，所测出的CT值不能代表病变的真正的CT值：如在高密度组织中较小的低密度病灶，其CT值偏高；反之，在低密度组织中的较小的高密度病灶，其CT值偏低，这种现象称为部分容积效应。
5）噪声：一个均匀物体被扫描。在一个确定的R0I(感兴趣区)范围内，每个象素的CT值[HU]并不相同而是围绕一个平均值波动，CT值的变化就是噪音。轴向（断层）图像的CT值呈现一定的涨落。即是说CT值仅仅作为一个平均值来看，它可能有上下的偏差，此偏差即为噪音。噪音是由辐射强度来决定的。也即是由达到探测器的X-Ray量子数来决定的。强度越大，噪音越低。图象噪音依赖探测器表面之光子通量的大小。它取决于X线管的管电压，管电流，予过滤及准直器孔径等。重建算法也影响噪音。
因此，在日常生活中的人群里，如感觉到身体不适，还是应该及早到医院做检查，以明确诊断。做到早检查，早发现，早诊断，早治疗。
CT和磁共振的区别
计算机断层扫描(CT)能在一个横断解剖平面上，准确地探测各种不同组织间密度的微小差别，是观察骨关节及软组织病变的一种较理想的检查方式。在关节炎的诊断上，主要用于检查脊柱，特别是骶髂关节。CT优于传统X线检查之处在于其分辨率高，而且还能做轴位成像。由于CT的密度分辨率高，所以软组织、骨与关节都能显得很清楚。加上CT可以做轴位扫描，一些传统X线影像上分辨较困难的关节都能在叮图像上“原形毕露”。如由于骶髂关节的关节面生来就倾斜和弯曲，同时还有其他组织之重叠，尽管大多数病例的骶髂关节用x线片已可能达到要求，但有时X线检查发现骶髂关节炎比较困难，则对有问题的病人就可做CT检查。
磁共振成像(MRI)是根据在强磁场中放射波和氢核的相互作用而获得的。磁共振一问世，很快就成为在对许多疾病诊断方面有用的成像工具，包括骨骼肌肉系统。肌肉骨骼系统最适于做磁共振成像，因为它的组织密度对比范围大。在骨、关节与软组织病变的诊断方面，磁共振成像由于具有多于CT数倍的成像参数和高度的软组织分辨率，使其对软组织的对比度明显高于CT。磁共振成像通过它多向平面成像的功能，应用高分辨的毒面线圈可明显提高各关节部位的成像质量，使神经、肌腱、韧带、血管、软骨等其他影像检查所不能分辨的细微结果得以显示。磁共振成像在骨关节系统的不足之处是，对于骨与软组织病变定性诊断无特异性，成像速度慢，在检查过程中。病人自主或不自主的活动可引起运动伪影，影响诊断。
X线摄片、CT、磁共振成像可称为三驾马车，三者有机地结合，使当前影像学检查既扩大了检查范围，又提高了诊断水平。
X射线机
1895年11月8日是一个星期五。晚上，德国慕尼黑伍尔茨堡大学的整个校园都沉浸在一片静悄悄的气氛当中，大家都回家度周末去了。但是还有一个房间依然亮着灯光。灯光下，一位年过半百的学者凝视着一叠灰黑色的照相底片在发呆，仿佛陷入了深深的沉思……
他在思索什么呢？原来，这位学者以前做过一次放电实验，为了确保实验的精确性，他事先用锡纸和硬纸板把各种实验器材都包裹得严严实实,并且用一个没有安装铝窗的阴极管让阴极射线透出。可是现在，他却惊奇地发现，对着阴极射线发射的一块涂有氰亚铂酸钡的屏幕(这个屏幕用于另外一个实验)发出了光.而放电管旁边这叠原本严密封闭的底片，现在也变成了灰黑色―这说明它们已经曝光了！
这个一般人很快就会忽略的现象，却引起了这位学者的注意，使他产生了浓厚的兴趣。他想：底片的变化，恰恰说明放电管放出了一种穿透力极强的新射线，它甚至能够穿透装底片的袋子！一定要好好研究一下。不过―既然目前还不知道它是什么射线，于是取名“X射线”。
于是，这位学者开始了对这种神秘的X射线的研究。
他先把一个涂有磷光物质的屏幕放在放电管附近，结果发现屏幕马上发出了亮光。接着，他尝试着拿一些平时不透光的较轻物质―比如书本、橡皮板和木板―放到放电管和屏幕之间去挡那束看不见的神秘射线，可是谁也不能把它挡住，在屏幕上几乎看不到任何阴影，它甚至能够轻而易举地穿透15毫米厚的铝板！直到他把一块厚厚的金属板放在放电管与屏幕之间，屏幕上才出现了金属板的阴影―看来这种射线还是没有能力穿透太厚的物质。实验还发现,只有铅板和铂板才能使屏不发光,当阴极管被接通时,放在旁边的照相底片也将被感光,即使用厚厚的黑纸将底片包起来也无济于事。
接下来更为神奇的现象发生了， 一天晚上伦琴很晚也没回家，他的妻子来实验室看他，于是他的妻子便成了在那不明辐射作用下在照相底片上留下痕迹的第一人。伦琴拍摄的第一张X线片当时伦琴要求他的妻子用手捂住照相底片。当显影后，夫妻俩在底片上看见了手指骨头和结婚戒指的影象。
这一发现对于医学的价值可是十分重要的，它就像给了人们一副可以看穿肌肤的“眼镜”，能够使医生的“目光”穿透人的皮肉透视人的骨骼，清楚地观察到活体内的各种生理和病理现象。根据这一原理，后来人们发明了X光机，X射线已经成为现代医学中一个不可缺少的武器。当人们不慎摔伤之后，为了检查是不是骨折了，不是总要先到医院去“照一个片子”吗？这就是在用X射线照相啊！
这位学者虽然发现了X射线，但当时的人们―包括他本人在内，都不知道这种射线究竟是什么东西。直到20世纪初，人们才知道X射线实质上是一种比光波更短的电磁波，它不仅在医学中用途广泛，成为人类战胜许多疾病的有力武器，而且还为今后物理学的重大变革提供了重要的证据。正因为这些原因，在1901年诺贝尔奖的颁奖仪式上，这位学者成为世界上第一个荣获诺贝尔奖物理奖的人。
人们为了纪念伦琴，将X射线命名为伦琴射线。
X射线机原理及构造
有关X射线
波长介于紫外线和γ射线间的 电磁辐射 。由德国物理学家W.K.伦琴[3]于1895年发现，故又称伦琴射线。波长小于0.1埃的称超硬X射线，在0.1～1埃范围内的称硬X射线，1～10埃范围内的称软X射线。实验室中X射线由X射线管产生，X射线管是具有阴极和阳极的真空管，阴极用钨丝制成，通电后可发射热电子，阳极（就称靶极）用高熔点金属制成（一般用钨，用于晶体结构分析的X射线管还可用铁、铜、镍等材料）。用几万伏至几十万伏的高压加速电子，电子束轰击靶极，X射线从靶极发出。电子轰击靶极时会产生高温，故靶极必须用水冷却，有时还将靶极设计成转动式的。
特点
X射线的特征是波长非常短，频率很高，其波长约为（20～0.06）×10-8厘米之间。因此X射线必定是由于原子在能量相差悬殊的两个能级之间的跃迁而产生的。所以X射线光谱是原子中最靠内层的电子跃迁时发出来的，而光学光谱则是外层的电子跃迁时发射出来的。X射线在电场磁场中不偏转。这说明X射线是不带电的粒子流，因此能产生干涉、衍射现象。
X射线谱由连续谱和标识谱两部分组成 ，标识谱重叠在连续谱背景上，连续谱是由于高速电子受靶极阻挡而产生的 轫致辐射 ，其短波极限λ 0 由加速电压V决定：λ 0 = hc /( ev )为普朗克常数， e 为电子电量， c 为真空中的光速。标识谱是由一系列线状谱组成，它们是因靶元素内层电子的跃迁而产生，每种元素各有一套特定的标识谱，反映了原子壳层结构。同步辐射源可产生高强度的连续谱X射线，现已成为重要的X射线源。
X射线具有很高的穿透本领，能透过许多对可见光不透明的物质，如墨纸、木料等。这种肉眼看不见的射线可以使很多固体材料发生可见的荧光，使照相底片感光以及空气电离等效应，波长越短的X射线能量越大，叫做硬X射线，波长长的X射线能量较低，称为软X射线。当在真空中，高速运动的电子轰击金属靶时，靶就放出X射线，这就是X射线管的结构原理。
分类
放出的X射线分为两类：
（1）如果被靶阻挡的电子的能量，不越过一定限度时，只发射连续光谱的辐射。这种辐射叫做轫致辐射，连续光谱的性质和靶材料无关。
（2）一种不连续的，它只有几条特殊的线状光谱，这种发射线状光谱的辐射叫做特征辐射，特征光谱和靶材料有关。
一、X射线的发现
1895年11月8日是一个星期五。晚上，德国慕尼黑伍尔茨堡大学的整个校园都沉浸在一片静悄悄的气氛当中，大家都回家度周末去了。但是还有一个房间依然亮着灯光。灯光下，一位年过半百的学者凝视着一叠灰黑色的照相底片在发呆，仿佛陷入了深深的沉思……
他在思索什么呢？原来，这位学者以前做过一次放电实验，为了确保实验的精确性，他事先用锡纸和硬纸板把各种实验器材都包裹得严严实实,并且用一个没有安装铝窗的阴极管让阴极射线透出。可是现在，他却惊奇地发现，对着阴极射线发射的一块涂有氰亚铂酸钡的屏幕(这个屏幕用于另外一个实验)发出了光.而放电管旁边这叠原本严密封闭的底片，现在也变成了灰黑色―这说明它们已经曝光了！
这个一般人很快就会忽略的现象，却引起了这位学者的注意，使他产生了浓厚的兴趣。他想：底片的变化，恰恰说明放电管放出了一种穿透力极强的新射线，它甚至能够穿透装底片的袋子！一定要好好研究一下。不过―既然目前还不知道它是什么射线，于是取名“X射线”。
于是，这位学者开始了对这种神秘的X射线的研究。
他先把一个涂有磷光物质的屏幕放在放电管附近，结果发现屏幕马上发出了亮光。接着，他尝试着拿一些平时不透光的较轻物质―比如书本、橡皮板和木板―放到放电管和屏幕之间去挡那束看不见的神秘射线，可是谁也不能把它挡住，在屏幕上几乎看不到任何阴影，它甚至能够轻而易举地穿透15毫米厚的铝板！直到他把一块厚厚的金属板放在放电管与屏幕之间，屏幕上才出现了金属板的阴影―看来这种射线还是没有能力穿透太厚的物质。实验还发现,只有铅板和铂板才能使屏不发光,当阴极管被接通时,放在旁边的照相底片也将被感光,即使用厚厚的黑纸将底片包起来也无济于事。
伦琴拍摄的第一张X射线片
接下来更为神奇的现象发生了， 一天晚上伦琴很晚也没回家，他的妻子来实验室看他，于是他的妻子便成了在那不明辐射作用下在照相底片上留下痕迹的第一人。伦琴拍摄的第一张X线片当时伦琴要求他的妻子用手捂住照相底片。当显影后，夫妻俩在底片上看见了手指骨头和结婚戒指的影象。
这一发现对于医学的价值可是十分重要的，它就像给了人们一副可以看穿肌肤的“眼镜”，能够使医生的“目光”穿透人的皮肉透视人的骨骼，清楚地观察到活体内的各种生理和病理现象。根据这一原理，后来人们发明了X光机，X射线已经成为现代医学中一个不可缺少的武器。当人们不慎摔伤之后，为了检查是不是骨折了，不是总要先到医院去“照一个片子”吗？这就是在用X射线照相啊！
这位学者虽然发现了X射线，但当时的人们―包括他本人在内，都不知道这种射线究竟是什么东西。直到20世纪初，人们才知道X射线实质上是一种比光波更短的电磁波，它不仅在医学中用途广泛，成为人类战胜许多疾病的有力武器，而且还为今后物理学的重大变革提供了重要的证据。正因为这些原因，在1901年诺贝尔奖的颁奖仪式上，这位学者成为世界上第一个荣获诺贝尔奖物理奖的人。
人们为了纪念伦琴，将X射线命名为伦琴射线。
二、X射线的性质
(一)物理效应
1．穿透作用穿透作用是指X射线通过物质时不被吸收的能力。X射线能穿透一般可见光所不能透过的物质。可见光因其波长较长，光子其有的能量很小，当射到物体上时，一部分被反射，大部分为物质所吸收，不能透过物体；而X射线则不然，咽其波长短，能量大，照在物质上时，仅一部分被物质所吸收，大部分经由原子间隙而透过，表现出很强的穿透能力。X射线穿透物质的能力与X射线光子的能量有关，X射线的波长越短，光子的能量越大，穿透力越强。X射线的穿透力也与物质密度有关，密度大的物质，对X射线的吸收多，透过少；密度小者，吸收少，透过多。利用差别吸收这种性质可以把密度不同的骨骼、肌肉、脂肪等软组织区分开来。这正是X射线透视和摄影的物理基础。
2．电离作用物质受X射线照射时，使核外电子脱离原子轨道，这种作用叫电离作用。在光电效应和散射过程中，出现光电子和反冲电子脱离其原子的过程叫一次电离，这些光电子或反冲电子在行进中又和其它原子碰撞，使被击原子逸出电子叫二次电离。在固体和液体中。电离后的正、负离子将很快复合，不易收集。但在气体中的忘离电荷却很容易收集起来，利用电离电荷的多少可测定X射线的照射量：X射线测量仪器正是根据这个原理制成的。由于电离作用，使气体能够导电；某些物质可以发生化学反应；在有机体内可以诱发各种生物效应。电离作用是X射线损伤和治疗的基础。
3．荧光作用由于X射线波长很短，因此是不可见的。但它照射到某些化合物如磷、铂氰化钡、硫化锌镉、钨酸钙等时，由于电离或激发使原子处于激发状态，原子回到基态过程中，由于价电子的能级跃迁而辐射出可见光或紫外线，这就是荧光。X射线使物质发生荧光的作用叫荧光作用。荧光强弱与X射线量成正比。这种作用是X射线应用于透视的基础。在X射线诊断工作中利用这种荧光作用可制成荧光屏，增感屏，影像增强器中的输入屏等。荧光屏用作透视时观察X射线通过人体组织的影像，增感屏用作摄影时增强胶片的感光量。
4．热作用物质所吸收的X射线能，大部分被转变成热能，使物体温度升高，这就是热作用。
5．干涉、衍射、反射、折射作用这些作用与可见光一样。在X射线显微镜、波长测定和物质结构分析中都得到应用。
(二)化学效应
1．感光作用 同可见光一样，X射线能使胶片感光。当X射线照射到胶片上的溴化银时，能使银粒子．沉淀而使胶片产生“感光作用”。胶片感光的强弱与X射线量成正比。当X射线通过人体时，囡人体各组织的密度不同，对X射线量的吸收不同，致绽胶片上所获得的感光度不同，从而获得X射线的影像。这就是应用X射线作摄片检查的基础。
2．着色作用 某些物质如铂氰化钡、铅玻璃、水晶等，经X射线长期照射后，其结晶体脱水而改变颜色，这就叫做着色作用。
(三)生物效应
当X射线照射到生物机体时，生物细胞受到抑制、破坏甚至坏死，致使机体发生不同程度的生理、病理和生化等方面的改变，称为X射线的生物效应。不同的生物细胞，对X射线有不同的敏感度。枫X射线可以治疗人体的某些疾病，如肿瘤等。另一方面，它对正常机体也有伤害，因此要嘞人体的防护。X射线的生物效应『臼根结底是由X射线的电离作用造成的。 由于X射线具有如上种饿!因而在工业、农业、科学研究等客_爪领域，获得了广泛 的应用，如工业探伤，晶体分析等。在医学上，X射线技术已成为对疾病进行诊断和治疗的专门学科，在医疗卫生事业中占有重要地位。
三、X射线在医学中的应用。
医用X射线机
(一)X射线诊断
X射线应用于医学诊断，主要依据X射线的穿透作用、差别吸收、感光作用和荧光作用。由于X射线穿过人体时，受到不同程度的吸收，如骨骼吸收的X射线量比肌肉吸收的量要多，那么通过人体后的X射线量就不一样，这样便携带了人体各部密度分布的信息，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。于是，X射线诊断技术便成了世界上最早应用的非刨伤性的内脏检查技术。
(二)X射线治疗
X射线应用于治疗，主要依据其生物效应，应用不同能量的X射线对人体病灶部分的细胞组织进行照射时，即可使被照射的细胞组织受到破坏或抑制，从而达到对某些疾病，特别是肿瘤的治疗目的。
(三)X射线防护
在利用X射线的同时，人们发现了导致病人脱发、皮肤烧伤、工作人员视力障碍，白血病等射线伤害的问题，为防止X射线对人体的伤害，必须采取相应的防护措施。以上构成了X射线应用于医学方面的三大环节――诊断、治疗和防护。
四、医用X射线设备的发展简史
自1895年以来，X射线诊断与治疗技术有了飞速的发展，主要进展可分为以下几个阶段：
(一)离子X射线管阶段(1895～1912)
这是X射线设备的早期阶段。当时X射线机的结构非常简单，使用效率很低的含气式冷阴极离子X射线管，运用笨重的感应线圈发生高压，裸露式的高压机件，更没有精确的控制装置。X射线机装置容量小、效率低、穿透力弱、影像清晰度不高、缺乏防护0据资料记载，当时拍摄一张X射线骨盆像，需长达40～60min的曝光时间，结果照片拍成之后，受检者的皮肤却被X射线烧伤。
(二)电子X射线管阶段(1913～1928)
随着电磁学、高真空技术及其他学科的发展，1910年美国物理学家W．D．Coolidge发表了钨灯丝X射线管制造成功的报告。1913年开始实际使用，它的最大特点是*钨灯丝加热到白炽状态以提供管电流所需的电子，所以调节灯丝的加热温度就可以控制管电流，从而使管电压和管电流可以分别独立调节，而这正是提高影像质量所需要的。
1913年滤线栅的发明，部分地消除了散射线，提高了影像的质量。1914年制成了钨酸镉荧光屏，开始了X射线透视的应用。1923年发明了双焦点X射线管，解决了X射线摄影的需要。X射线管的功率可达几千瓦，矩形焦点的边长仅为几毫米，X射线影像质量大大提高。同时，造影剂的逐渐应用，使X射线的诊断范围也不断扩大。它不再是一件单纯拍摄骨骼影像的简单工具，却已成为对人体组织器官中那些自然对比差(对X射线吸收差小)的胃肠道、支气管、血管、脑室、肾、膀胱等也能检查的重要的医学诊断设施了。与此同时，X射线在治疗方面也开始得到应用。
生活中的物理_生活中的物理 -生活中的物理之日光灯
日光灯
又称荧光灯。
日光灯的样子：细细的，长长的，不像有些灯泡，是圆形的。
日光灯构造及作用：日光灯两端各有一灯丝，灯管内充有微量的氩和稀薄的汞蒸气，灯管内壁上涂有荧光粉，两个灯丝之间的气体导电时发出紫外线，使荧光粉发出柔和的可见光。
日光灯工作特点：灯管开始点燃时需要一个高电压，正常发光时只允许通过不大的电流，这时灯管两端的电压低于电源电压。 灯管里面装入一些特殊的气体，又在灯管的管壁上涂上荧光粉，通电之后由于放电而产生光。它不含红外线，所以它的光是很温和的，不伤眼睛；因为不含有热线，用起来比较省电；它也会发出许多美丽有色的光。这就是由荧光粉里所含的化学药品的性质来定了，例如涂上钨酸镁的，发蓝白色光，涂上硼酸镉的发淡红色光。
现在的日光灯越来越多的采用电子镇流器。荧光灯电子镇流器问世于八十年代初，由荷兰飞利浦公司首先研制成功。由于它与传统的电感式镇流器相比，特别在电性能上更有独特之处。实际上是一个高频谐振逆变器，它体积小，重量轻，能耗低，低电压下仍能起动和工作，无频闪和噪声。但是，该电路的工作频率高达20～30kHz，因此有较严重的射频干扰和电磁辐射干扰，影响其他电子仪器的正常工作，还容易对电网造成污染，对人体造成伤害。经过实际使用，它的寿命(和对灯管寿命的影响)，都不如电感式流器。
随着时代的发展，日光灯正逐渐被原理相似但体积更小效率更高的节能灯（三基色荧光灯）取代。
日光灯的色温和显色性选择
（一） 荧光灯的显色性关系视觉效果，对辨别颜色、以及视看对象的真实、清晰和生动感受，影响很大；色温相宜，将产生舒适的光环境，也可以营造各种特别的气氛。
（二） 使用稀土三基色荧光粉的灯管，具有显色性、光效、寿命三大好处，虽然价贵，其综合费用反而更低。
（三） 用实例说明和进行比较
以飞利浦3种不同类型的T8型36W灯管为例比较列于表3（欧司朗、松下、GE和佛山照明电器公司的产品大体相同，参数略有差异）。
三个主要部件
1、 日光灯
结合碎日光灯管向学生介绍灯管的构造及发光原理。
日光灯开始点燃时需要一个高电压，正常发光时为管只允许通过不大的电流，这时要求加在灯客上的电压低于电源电压。
2、镇流器
镇流器是一个带铁芯的线圈，自感系数很大。（打开，让学生观察构造）
3、起动器主要是一个充有氖气的小氖泡，里面装有两个电极，一个是静触片，一个是由两个膨胀系数不同的金属制成的U型动触片。（打开起动器，让学生观察构造）结合实验向学生讲述温度升高，动触片与静触片接通的原理。
日光灯工作原理
日光灯工作原理图
日光灯管两端装有灯丝，玻璃管内壁涂有一层均匀的薄荧光粉，管内被抽成真空度10-3-10-4毫米汞柱以后，充入少量惰性气体，同时还注入微量的液态水银。电感镇流器是一个铁芯电感线圈，电感的性质是当线圈中的电流发生变化时，则在线圈中将引起磁通的变化，从而产生感应电动势，其方向与电流的方向相反，因而阻碍着电流变化。
起辉器在电路中起开关作用，它由一个氖气放电管与一个电容并联而成，电容的作用为消除对电源的电磁的干扰并与镇流器形成振荡回路，增加启动脉冲电压幅度。放电管中一个电极用双金属片组成，利用氖泡放电加热，使双金属片在开闭时，引起电感镇流器电流突变并产生高压脉冲加到灯管两端。
当日光灯接入电路以后，起辉器两个电极间开始辉光放电，使双金属片受热膨胀而与静触极接触，于是电源、镇流器、灯丝和起辉器构成一个闭合回路，电流使灯丝预热，当受热时间1-3秒后，起辉器的两个电极间的辉光放电熄灭，随之双金属片冷却而与静触极断开，当两个电极断开的瞬间，电路中的电流突然消失，于是镇流器产生一个高压脉冲，它与电源叠加后，加到灯管两端，使灯管内的惰性气体电离而引起弧光放电，在正常发光过程中，镇流器的自感还起着稳定电路中电流的作用。
日光灯工作原理视频
高中物理教案--日光灯原理
教学目标
知识目标
1、知道普通日光灯的组成和电路图，知道日光灯管在电亮和正常发光时对电压和电流的不同要求．
2、知道起动器和镇流器的构造和工作原理．
能力目标
通过学生动手安装日光灯，培养学生的动手能力．
情感目标
通过分析事例，培养学生全面认识和对待事物的科学态度．
教学建议
教材分析
本两节的内容可以安排学生自学为主完成．由于日光灯是学生们经常接触的简单电器，容易引起学生的兴趣．镇流器的作用是本节课的重点内容．
教法建议
本节课后的思考和讨论，对深入理解所学的知识是十分有益的，建议教师引导学生思考和讨论，这样可以培养学生对实际问题的理解能力．有条件的学校，建议教师可以在课外知道学生自己动手安装日光灯，但是必须要在教师的指导下进行，注意安全用电．
教学设计方案
教学过程：
一、引入部分：上节课我们已经学过自感现象，自感现象是广泛存在的，利用自感现象的一个常见的例子――日光灯
二、新课教学：
①结合日光灯工作原理的示教板，说明日光灯电路结构．接通电路让学生观察日光灯的启辉过程．
②提出问题，安排学生阅读课本共整理笔记，进行自学．
回答以下问题：
A、灯管、起动器、镇流器的构造及它们的连接特点．
B、起动器中双金属片的工作原理．
C、激发灯管中的水银蒸汽导电的高电压是怎么获得的？
D、目光灯的“白光”是哪里发出的？
E、日光灯正常发光时，镇流器起什么作用．
教师归纳总结：
日光灯的镇流器就是利用自感现象的一个例子．如下所示的电路图，日光灯主要由灯管 、起动器 、镇流器 组成．灯管工作原理：灯管内水银蒸汽导电，发出紫外线，使管壁上荧光粉发出白光，要激发水银蒸汽导电需要很高的电压，日光灯正常工作时又需要比220V低很多的电压．
为满足这些要求设置了镇流器和起动器，起动器的作用是开关闭合后把连接灯管两端灯丝的电路接通，电路接通后经过一小段时间又使电路自动断开．
镇流器在起动器把电路突然中断的瞬间，由于自感现象而产生一个瞬时高压加在灯管上，满足激发水银蒸汽导电需要高压的要求，使日光灯管成为通路开始发光．日光灯正常工作时，从图中可以看出交流电不断通过镇流器和灯管（不经过起动器），由于自感现象镇流器的线圈中产生自感电动势阻碍电流变化，起到降压作用，灯管两端电压比220V低很多，满足正常工作要求．
（讲解过程中可以配合日光灯电路原理模拟演示）
讨论：课后思考题讨论
日光灯的启动器是装在专用插座上的，当日光灯正常发光后，取下启动器，会影响灯管发光吗？为什么？如果启动器丢失，作为应急措施，可以用一小段带绝缘外皮的导线启动日光灯吗？怎样做？请简述道理．
如果电容器两端电压过高．电容器的绝缘层就会变成导体将两极连在一起，这种情况叫做电容器的击穿，日光灯启动器的电容击穿是常出现的故障，为什么常出现这种故障呢？启动器击穿后，就不能使日光灯管发光了，为什么？
作业：组织学生利用课外时间动手安装日光灯．
