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人体中的物理知识一、人体与光学1. 眼睛:眼球好像一架照相机,晶状体和角膜的共同作用相当于一个焦距可以改变的凸透镜, 它把来自物体的光会聚在视网膜上,视网膜就像“胶卷”。接收物体的像。眼睛的瞳孔就像照相机 的光圈,光的强弱不同,它的大小会改变。对于正常的眼睛,当人看较远的物体时,晶状体曲度减 小,焦距变大;看近处的物体时,晶状体曲度又变大,焦距变小,可以始终使像清晰地成在视网膜 上。2. 体温:人体各个部位、早晚及男女之间的体温均存在着差异。人体正常体温有一个较稳定 的范围,但并不是恒定不变的。正常人口腔温度(又称口温)为36. 3C37. 2C,腋窝温度较口 腔温度低0. 3C0. 6C,直肠温度(也称肛温)较口腔温度高0. 3C0. 5C。一天之中,清 晨25时体温最低,下午57时最高,但一天之内温差应小于1C。另外,女子体温一般较男子 高0. 3C左右。女子体温在经期亦有些许变化。人体辐射红外线,身体部位不同,辐射红外线的强 弱不同。但如果人体某处有炎症,温度局部增高时,局部散发的红外线强度会发生变化,因此,医 学上可以通过拍摄红外照片进行辅助诊断。3. 头发:头发对人的大脑具有一定的保护作用。头发能调节体温保护大脑的作用。冬天,血 管收缩,头发能使头部保持一定的热量;夏天,头发可以遮挡日光的直射对头皮的伤害,同时,血 管扩张,又能外散发热量。因此,头发具有既能保温又能散热的双重功能。二、人体与力学1. 肌肉、骨和关节:人的运动是在神经系统的支配下由肌肉、骨和关节共同协作完成的,肌 肉收缩是人体运动的动力,骨是杠杆中的硬棒,关节是支点。关节表面有一层软骨,关节腔内有滑 液,这样的结构可以减少摩擦和冲击。手臂是一个费力杠杆。上端与肩胛骨和肱骨相连接,下端与 桡骨相连接的肱二头肌收缩。动力臂小于阻力臂是费力杠杆。2. 牙齿:人体的牙齿,牙齿的功能是咀嚼食物。门牙的功能是切断食物,宽而薄利于它的功 能发挥;尖牙的作用是撕裂食物,尖而小,利于增大压强。臼牙的功能是磨碎食物,其表面凹凸不 平,能增大摩擦力。3. 呼吸:吸气时,胸部扩张,胸内肺泡跟着扩张,于是肺的容积增大,肺内空气压强减小, 小于体外的压强,大气压将新鲜空气经鼻腔,气管压入肺中;吸气时,胸部收缩,肺的容积缩小, 肺内空气压强增大,大于体外的大气压强,肺中的一部分空气经气管,鼻腔排出体外。4. 脚掌:人体的脚掌着地面积大,减小压强,走路时不易陷入泥里。一般规律是体型高大的 人的脚也较大,这样保证体重不同的人走路时对地的压强基本相同。5.心脏:心脏是人体血液流 动的动力器官,收缩时心脏内压强增大,使血液射向动脉血管,舒张时心脏内压强降低,血液流回 心脏。心脏的一收一舒推动着血液在血管中不停的流动,心脏不停地跳动对血液做功。6.脊柱:人体的脊柱有四个生理弯曲(颈曲、胸曲、腰曲和骶曲)和脚弓、股骨和胫骨的弯 曲,这些弯曲可以增加脊柱本身的弹性,缓冲剧烈运动对脑的震荡。就像自行车车座下的弹簧一样, 能把人彳丁走或跳跃过程中上下运动的动能转化为弹性势能,能有效减小彳丁走过程中的振动对大脑的 影响。8. 足弓:人体的足弓象三脚架一样,增加了人站立时的稳定性。同时足弓的弓型结构能对力 进行分解,能减轻人在行走和运动时对脑的震荡。9. 口腔:在人的口腔中,舌头表面是粗糙的,还有上颚上也有纹路,增大了与食物的摩擦, 便于搅动食物或者把事物送入食道。10. 掌纹:人的手掌和脚掌上都有特殊的掌纹。在握力一定时,手掌上的指纹和掌纹可以增大 与接触物的摩擦,便于人抓紧要拿的东西。脚掌上的花纹,可以增大摩擦,使人走起路来脚不和袜 子、鞋子打滑,更省劲。11. 走路:人走路时,脚和地面之间产生摩擦,脚用力向后蹬地,相对于地有向后运动的趋势, 地面对鞋底就产生了阻碍脚相对于地向后运动的摩擦阻力,这个力向前,正是这个力使人前进。12. 平均密度:人的平均密度约为930千克/米3这个密度和水的密度差不多。三、人体与电学1. 电流:人体内有电流,人体心脏的跳动就是由电流来控制的。在人的胸部和四肢连上电极, 就可以在仪器上看到控制心脏跳动的电流随时间变化的曲线,这就是通常说的心电图。通过心电图 可以了解心脏的工作是否正常。还有脑电图也是根据这一现象制成的。测谎仪也是根据人体电流情 况做出判断的。人在撒谎时,人体的生物电流会发生异常变化,根据生物电流情况可以做出是否在 撒谎的判断。四、人体与磁学1. 心磁图:70年代以来,用低温超导量子干涉仪技术进行了更细致的研究。心脏磁图和电图 有一定相关性,但心磁图能提供更多的信息,如心脏受伤供血不足或出现心肌梗死时,可检测到出 现的恒定磁场成分并能对病变部位定位,用心电图无法检测出的2436周胎儿的心率可用磁强计 检测到。2. 脑磁图和神经磁场:1968年,D.科恩首次记录到脑的a节律磁图。研究表明,a节律的 源定向与皮层表面垂直。在临床上利用记录发作期癫痫样放电对应的脑磁图,可对癫痫病灶作精确 的三维空间定位。另一类脑磁场是测量感觉诱发磁场,对闪光刺激引起的视觉诱发脑磁场、声音刺 激诱发的听觉脑磁场等的研究表明,其磁场峰值部位与生理学对视觉和听觉的脑皮层定位有很好的 对应关系。1980年J. P.威克斯沃等在蛙离体坐骨神经上成功地测量了神经磁场,同时测定的由电 刺激诱发的双向动作电位和磁场之间有很好的一致性,只是磁场变化时相稍为滞后。3. 肺磁图:1973年,D.科恩首次检测了肺磁场。用探测器在人胸或背部表面扫描,或按规 定的网格分别定点测量磁化后的剩磁场,得到的肺各部位磁场分布即是肺磁图。通过分析,可推算出 人肺内各部位沉积的铁磁性物质的含量和与之混合的其他粉尘含量,是对粉尘环境下作业工人的劳动防护监测的精确和方便的技术,同时也可了解吸烟者或其他肺部疾病患者的肺泡清除功能。五、人体与声学1. 声带:声带是人的发声器官,当气体冲出时引起声带振动而发出声音。说话声、笑声、哭 声、叫声等都是声带的振动而产生的。男女声带的结构略有不同,所以音调也不同。渐老后,声带 会略有松弛,所以老年人的音调一般都较低。2. 耳朵:人体的耳朵,耳道内有鼓膜,外界传来的声音引起鼓膜振动,这种振动经过听小骨 及其他组织传给听觉神经,听觉神经把信号传给大脑,这样人就听到了声音。人类的发声频率范围 大约在851100Hz之间,人耳能听到的声音频率范围大约在2020000Hz之间,对于低于20Hz 的次声波与高于20000Hz的超声波人耳都不能听见;如果人耳的传导系统的鼓膜、听小骨因病损坏 时,声波还可以骨传导(头骨、颌骨)传到听觉神经,从而产生听觉;“闻其声便知其人”是靠音 色不同来识别熟悉的人;人耳能区分两次声音(或回声)的间隔应大于0. 17s,人所处的理想环境 是 15-40dB。3. 双耳效应:双耳效应是人们依靠双耳间的音量差、时间差和音色差判别声音方位的效应, 帮助人判断声源的位置。五、人体与热学1. 体温:人体正常的体温(口腔温度)大约是37C,体表温度(如腋下)要略低些。当人体 的汗水蒸发时,由于蒸发吸热会使我们的体表温度降低。根据这一原理,在我们感冒发烧时,可以 采取在自己的身体上涂抹些酒精或白酒的蒸发吸热来降温。2. 皮肤:皮肤是人的体温调节器。当外界气温较高时,皮肤内的大多数血管扩张,血流量增 加,皮肤的温度会升高,因而由皮肤直接散发的热量增多,与此同时汗液分泌增多,通过汗液的蒸 发吸热,使体温不致过高。当外界的气温较低时,皮肤内的大多数血管收缩,血流量减少,皮肤的 温度降低,由皮肤直接散发的热量减少。与此同时,汗液分泌减少人体散热少,使体温不至于过低。 正是皮肤的调节作用才使人的体温保持稳定。
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