導(dǎo)語(yǔ)：如何才能寫好一篇生物電磁學(xué)技術(shù)，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公文云整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

關(guān)鍵詞雙語(yǔ)教學(xué);MIT開放式課程;工程電磁學(xué)

中圖分類號(hào)G434文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼B文章編號(hào) 1007-5739(2009)11-0272-02

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)逐步納入全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展軌道,特別是在加入WTO以后,中國(guó)與外部世界的政治、經(jīng)濟(jì)、文化交往越來(lái)越頻繁,各行各業(yè)與國(guó)際接軌的步伐逐步加快,我國(guó)迫切需要既掌握專業(yè)知識(shí)又掌握專業(yè)外語(yǔ)的高素質(zhì)、復(fù)合型人才。培養(yǎng)這種人才是現(xiàn)階段中國(guó)高等教育發(fā)展的重要目標(biāo)之一。因此,教育部于2001年9月頒布了《關(guān)于加強(qiáng)高等學(xué)校本科教學(xué)工作提高教學(xué)質(zhì)量的若干意見》的4號(hào)文件,要求全國(guó)各高等院校積極推廣使用英語(yǔ)等外語(yǔ)進(jìn)行專業(yè)課教學(xué),以培養(yǎng)高素質(zhì)、復(fù)合型人才,實(shí)現(xiàn)我國(guó)高等教育的可持續(xù)發(fā)展。至此,全國(guó)已有不少高校開始嘗試、探索雙語(yǔ)教學(xué)[1]。

山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院電氣工程系主任、博士生導(dǎo)師左月明教授,曾2次出國(guó)赴美留學(xué),英語(yǔ)功底深厚,專業(yè)扎實(shí),主講了山西農(nóng)業(yè)大學(xué)電磁學(xué)(雙語(yǔ))課程。他在制作該課程的電子課件過程中發(fā)現(xiàn)可以充分利用網(wǎng)絡(luò)資源,尤其是MIT開放式課程中由Walter H.G. Lewin教授主講的物理電磁學(xué)資源,很適合雙語(yǔ)教學(xué)的要求。一方面,純英文講授可以讓學(xué)生充分感受國(guó)外教學(xué)的魅力;另一方面,豐富的實(shí)驗(yàn)演示對(duì)于缺乏實(shí)踐操作能力的學(xué)生提供了很好的平臺(tái)。因此,應(yīng)該鼓勵(lì)學(xué)生多利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源,在網(wǎng)上進(jìn)行學(xué)習(xí)。作為授課者,也應(yīng)多收集優(yōu)秀的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源,作為對(duì)課程教學(xué)的補(bǔ)充,以提高教學(xué)水平。

1雙語(yǔ)電磁學(xué)課程的特點(diǎn)

雙語(yǔ)教學(xué)是指將母語(yǔ)外的另一種外國(guó)語(yǔ)直接應(yīng)用于非語(yǔ)言類課程教學(xué),并使外語(yǔ)與學(xué)科知識(shí)同步獲取的一種教學(xué)模式。經(jīng)過近幾年的快速發(fā)展,雙語(yǔ)教學(xué)已經(jīng)成為我國(guó)高校培養(yǎng)“專業(yè)+外語(yǔ)”復(fù)合型人才的重要手段。研究顯示,實(shí)行雙語(yǔ)教學(xué)在一定程度上有助于培養(yǎng)學(xué)生的國(guó)際視野和競(jìng)爭(zhēng)能力,有助于激發(fā)和調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性,促進(jìn)學(xué)生外語(yǔ)水平提高和學(xué)習(xí)能力的發(fā)展[2]。

1831年法拉第發(fā)現(xiàn)并確立電磁感應(yīng)定律,開創(chuàng)了人類應(yīng)用電力,實(shí)現(xiàn)電氣化的新紀(jì)元;他對(duì)電磁現(xiàn)象所提出的“場(chǎng)”及其“場(chǎng)線”概念被公認(rèn)為物理學(xué)中開創(chuàng)性的見解。1865年麥克斯韋奠定了宏觀電磁理論基礎(chǔ),預(yù)言了電磁波的存在,展示了當(dāng)今信息時(shí)代的前景。電磁場(chǎng)理論是在物理電磁學(xué)的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步研究宏觀電磁現(xiàn)象和電磁過程的基本規(guī)律及其分析計(jì)算的方法。它作為一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)學(xué)科,是日趨發(fā)展的電工、電子和信息技術(shù)的理論基礎(chǔ)?，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展日益呈現(xiàn)出各學(xué)科間相互交叉、滲透,工程技術(shù)日趨綜合集成化的特點(diǎn),又進(jìn)一步推動(dòng)了電磁場(chǎng)學(xué)科的發(fā)展,并為電磁場(chǎng)理論的工程應(yīng)用提供了更為廣闊的空間[3]。

通過教學(xué)發(fā)現(xiàn),雙語(yǔ)電磁學(xué)課程對(duì)高等數(shù)學(xué)、物理概念的理解和工程應(yīng)用的要求很高,課程抽象,加之課程為雙語(yǔ)形式,對(duì)學(xué)生的英語(yǔ)水平也有較高要求。

2課程的教學(xué)現(xiàn)狀與存在的問題

雙語(yǔ)電磁學(xué)教材采用了科學(xué)技術(shù)出版社出版的國(guó)外高校電子信息類優(yōu)秀教材《Engineering Electromagnetics》(工程電磁學(xué)),由Kenneth R.Dearest主編。該書論證充分,例題也相對(duì)較多,充分展示了國(guó)外教學(xué)實(shí)踐成果。全英文版的課本讓英語(yǔ)基礎(chǔ)不是很好的學(xué)生感到力不從心,但是英語(yǔ)基礎(chǔ)好的同學(xué)對(duì)課本興趣濃厚。

教師參考書為高等教育出版社出版的倪光正主編的《工程電磁場(chǎng)原理》。該書在體系上力求突出強(qiáng)電與弱電的結(jié)合、電磁理論與工程實(shí)踐的結(jié)合,以及電磁理論與相關(guān)學(xué)科交叉、滲透的結(jié)合。在課程內(nèi)容的編排上,全書貫穿數(shù)學(xué)建模思想,以第一章作為承接學(xué)生已有的數(shù)學(xué)、物理知識(shí),進(jìn)而導(dǎo)引入門的基礎(chǔ),然后第二章至第五章,分別以各類工程電磁場(chǎng)問題為背景,對(duì)各種特定電磁場(chǎng)的基本特性、分析計(jì)算方法以及有關(guān)基本問題與實(shí)際應(yīng)用原理等展開系統(tǒng)的闡述,并精選、充實(shí)例題,引入有啟發(fā)性的典型問題。

雙語(yǔ)電磁學(xué)自2001年開設(shè)以來(lái),因前續(xù)課程銜接不好,特別是數(shù)學(xué)中的場(chǎng)量分析基礎(chǔ)不夠;以及學(xué)生其他相關(guān)知識(shí)儲(chǔ)備不足,英語(yǔ)水平差,導(dǎo)致課堂教學(xué)采用多漢語(yǔ)少用英語(yǔ)的教學(xué)方式。學(xué)生普遍反映課程難。加之該課程多為理論,沒有實(shí)驗(yàn)與之配套,學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新意識(shí)不能得到很好的鍛煉和培養(yǎng)。

3國(guó)外相關(guān)課程的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)

通過網(wǎng)絡(luò)檢索,發(fā)現(xiàn)美國(guó)麻省理工的開放式課程中有物理電磁學(xué)的教學(xué)內(nèi)容,由Walter H.G. Lewin(lewin@space.mit.edu)教授上課視頻,而且完全公開,在網(wǎng)上可以下載。Lewin教授是美國(guó)麻省理工知名的物理學(xué)教授,他講課風(fēng)格獨(dú)特,每節(jié)課都有很多的演示實(shí)驗(yàn)(如圖1),讓學(xué)生們?cè)谟^察現(xiàn)象中發(fā)現(xiàn)問題,思考問題。

以實(shí)驗(yàn)為主導(dǎo),以公式推導(dǎo)為輔助是他們教學(xué)的一大特色。國(guó)外教授在上電磁學(xué)的課程時(shí),更加注重感性認(rèn)識(shí)和學(xué)生的動(dòng)手能力,在實(shí)驗(yàn)的觀察和思考中學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí),更注重了工程應(yīng)用。

與國(guó)外的教學(xué)效果相比,山西農(nóng)業(yè)大學(xué)教學(xué)突出的是抽象思維,而國(guó)外突出的是生動(dòng)的直觀印象。但是,我們可以充分利用網(wǎng)絡(luò)資源,搜集相關(guān)的視頻、講義和作業(yè),通過借鑒國(guó)外的先進(jìn)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和成果,加強(qiáng)雙語(yǔ)教學(xué)效果。

4應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)資源,提升雙語(yǔ)教學(xué)水平

創(chuàng)新能力是山西農(nóng)業(yè)大學(xué)開設(shè)這門課程的初衷之一,主要通過讓學(xué)生觀看國(guó)外教學(xué)的視頻,提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣的同時(shí),增強(qiáng)對(duì)雙語(yǔ)教學(xué)的認(rèn)同,增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)意識(shí),在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)并解決問題,以提高能力和創(chuàng)新意識(shí)。

實(shí)驗(yàn)對(duì)創(chuàng)新能力的提升具有舉足輕重的作用。學(xué)生現(xiàn)在的問題是只想好好學(xué)習(xí)課本知識(shí),不想動(dòng)手去發(fā)現(xiàn)并解決問題。實(shí)驗(yàn)課不認(rèn)真,不去仔細(xì)追究實(shí)驗(yàn)的問題所在,更有甚者,不愿動(dòng)手?；局R(shí)充足與動(dòng)手能力太差之間的矛盾導(dǎo)致了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)差,創(chuàng)新能力更差。因此,山西農(nóng)業(yè)大學(xué)準(zhǔn)備在將來(lái)的教學(xué)中開展一定量的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,突出強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)對(duì)增強(qiáng)工科大學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)和創(chuàng)新能力的提升。讓學(xué)生在基本的實(shí)驗(yàn)中探索電磁學(xué)的奧秘,并樂于去做實(shí)驗(yàn),同時(shí)培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)、求是、創(chuàng)新的實(shí)驗(yàn)作風(fēng)。

網(wǎng)絡(luò)資源也是學(xué)生應(yīng)該充分利用的一個(gè)寶貴資源。如MIT開放式電氣工程類課程、全國(guó)高校的精品課程資源、各大學(xué)術(shù)論壇等,可讓學(xué)生身在農(nóng)大而放眼全球,利用好網(wǎng)絡(luò)資源,結(jié)合講授的課程,在網(wǎng)絡(luò)世界里學(xué)習(xí),提高雙語(yǔ)課程學(xué)習(xí)的效果。

鑒于處于農(nóng)科大背景下,山西農(nóng)業(yè)大學(xué)希望通過突出農(nóng)科優(yōu)勢(shì),讓學(xué)生在生物傳感器和生物電磁學(xué)方面有所涉獵,充分利用農(nóng)科優(yōu)勢(shì),發(fā)揮電學(xué)專業(yè)的特長(zhǎng),使學(xué)生在多學(xué)科的學(xué)習(xí)中擴(kuò)大知識(shí)面,提高創(chuàng)新能力。

5結(jié)語(yǔ)

為了充分利用網(wǎng)絡(luò)資源,提高學(xué)生學(xué)習(xí)雙語(yǔ)課程的積極性和主動(dòng)性,增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力,培養(yǎng)學(xué)生敢于鉆研的品質(zhì),筆者認(rèn)為,在今后的教學(xué)中可以適當(dāng)增加MIT開放式課程的相關(guān)內(nèi)容,做好網(wǎng)絡(luò)資源與課堂教學(xué)之間的銜接,引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí),開拓眼界,以此提高本課程的教學(xué)水平。

6致謝

感謝博士生導(dǎo)師左月明教授的悉心指導(dǎo)和大力幫助,同時(shí)感謝楊欣琳老師對(duì)網(wǎng)絡(luò)信息檢索提供的幫助。

7參考文獻(xiàn)

[1] 胡拖平.工科大學(xué)雙語(yǔ)教學(xué)的實(shí)踐與研究[J].中北大學(xué)學(xué)報(bào)(社會(huì)科學(xué)版),2008(S1):6.

[2] 胡玉萍.少數(shù)民族女童與雙語(yǔ)教育[J].中華女子學(xué)院學(xué)報(bào),2004(3):19-24.

篇2

關(guān)鍵詞：物理學(xué)，人體，醫(yī)學(xué)，醫(yī)療技術(shù)

 

物理學(xué)是研究物質(zhì)運(yùn)動(dòng)形式的，具有最基本最普遍的性質(zhì)。醫(yī)學(xué)是以人體為研究對(duì)象的生命科學(xué)，生命現(xiàn)象屬于物質(zhì)的高級(jí)運(yùn)動(dòng)形式。因此生命現(xiàn)象在物理學(xué)的研究范疇之內(nèi)，二者之間必有一定的聯(lián)系。

一、人體時(shí)時(shí)刻刻處在各種物理場(chǎng)的包圍之中，地球物理場(chǎng)的巨大變化及大量人工物理場(chǎng)的產(chǎn)生，給人類健康帶來(lái)了嚴(yán)重的危害，成為很多疾病的誘因。

1、重力場(chǎng)

地球周圍是一個(gè)充滿重力作用的空間，即重力場(chǎng)。它是人類生存的基本環(huán)境因素。但是重力的改變，會(huì)使人感到難受。長(zhǎng)時(shí)間的失重，會(huì)嚴(yán)重破壞生理過程，耳內(nèi)的耳石器會(huì)失去常有的重力刺激。耳石重量的喪失，又解除了對(duì)半規(guī)管感受器的正常抑制作用，于是引起前庭系統(tǒng)穩(wěn)定性喪失，從而導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)病的發(fā)生。

2、地磁場(chǎng)

地球是一個(gè)磁化球體，周圍存在著相當(dāng)強(qiáng)的磁場(chǎng)，即地磁場(chǎng)。地磁場(chǎng)在人體心血管系統(tǒng)的活動(dòng)中起著重要的作用。地磁場(chǎng)的突然變化，是造成心血管意外事故的直接原因之一。磁暴期間，老年人脈搏會(huì)加速，動(dòng)脈壓增高，心血管意外事故的發(fā)生和死亡率顯著上升。地震也引起地磁場(chǎng)的快速變化，并與人體生物磁場(chǎng)產(chǎn)生共鳴，使人感到不適、頭痛。

3、天然電場(chǎng)

地球表面存在著各種電場(chǎng)。地殼為一較強(qiáng)的負(fù)電場(chǎng)，大氣層則為一非常活躍的正電場(chǎng)。電場(chǎng)的波動(dòng)對(duì)人體產(chǎn)生各種有害影響并出現(xiàn)一些癥狀，如頭痛，癲癇發(fā)作等。高壓雷電可以損傷人體細(xì)胞染色體；局部地區(qū)的電場(chǎng)強(qiáng)度增大，這些地區(qū)膽結(jié)石，腎結(jié)石的患者就會(huì)增多。

4、放射性場(chǎng)

地球表面層存在著許多天然放射性核素，它們?cè)谒プ兊耐瑫r(shí)放出射線，構(gòu)成放射性場(chǎng)。當(dāng)天然放射線強(qiáng)度超過一定限度時(shí)，就會(huì)對(duì)人的骨髓、肝、腎等生理功能及生化過程產(chǎn)生破壞性作用。

5、各種人工物理場(chǎng)

近幾十年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電子工業(yè)迅速發(fā)展，使電磁輻射廣泛應(yīng)用。各種電子設(shè)備無(wú)時(shí)無(wú)刻地不在向周圍地區(qū)發(fā)射不同頻率、不同能量的電磁波。電磁污染是無(wú)形的，它危害人體的中樞神經(jīng)系統(tǒng)，促進(jìn)心血管疾病的發(fā)生和發(fā)展，損傷視覺系統(tǒng)。

二、隨著現(xiàn)代物理學(xué)的迅速發(fā)展，人類對(duì)生命現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)逐步深入，生命科學(xué)和醫(yī)學(xué)已從宏觀形態(tài)的研究進(jìn)入微觀機(jī)制的研究，從細(xì)胞水平的研究上升到分子水平的研究，并日益將其理論建立在精確的物理學(xué)基礎(chǔ)上。任何生命過程都是和物理過程密切相聯(lián)系的，如能量的交換、信息的傳遞、體內(nèi)控制和調(diào)節(jié)、疾病發(fā)生機(jī)制、物理因素對(duì)機(jī)體的作用等。物理知識(shí)成為了揭示生命現(xiàn)象不可缺少的基礎(chǔ)。

1、力學(xué)

力學(xué)研究的物體運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其相互作用，也適用于人體骨骼、肌肉、血液循環(huán)和臟器活動(dòng)。人的骨骼是高強(qiáng)度且靈活的機(jī)械。通過不同方向的力作用在骨骼時(shí)骨骼的應(yīng)力和應(yīng)變，可以得到骨骼在某個(gè)方向上的剛度和強(qiáng)度最大，在某個(gè)方向上的剛度和強(qiáng)度最小。通過建立肌肉的物理模型（三單元模型），可以解釋肌肉長(zhǎng)度的增加，對(duì)其收縮速度有良好影響以及肌肉生理橫斷面的增加會(huì)導(dǎo)致肌肉收縮力的增加。

2、流體力學(xué)

流體力學(xué)是研究流體在流動(dòng)時(shí)的性質(zhì)。人體中的血液作為一種流體，其特點(diǎn)也可以通過流體力學(xué)中的定律和定理來(lái)研究。研究血液流變的性質(zhì)，已經(jīng)形成了一門新的學(xué)科—血液流變學(xué)。它研究血液流變因素對(duì)血液流變特性的影響，不僅對(duì)心血管疾病和癌癥等病因?qū)W十分重要，而且可為診斷、預(yù)防和治療提供關(guān)鍵性的手段。血沉就是利用血細(xì)胞沉降速度來(lái)判斷病情。通過研究狹窄血管內(nèi)偶應(yīng)力流體流動(dòng)阻抗、流量和壁切應(yīng)力及紅細(xì)胞變形能力，可以為心血管系統(tǒng)病理提供診斷依據(jù)。

3、分子動(dòng)理論

分子動(dòng)理論是從物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)出發(fā)來(lái)了解物質(zhì)宏觀規(guī)律的本質(zhì)。通過分子動(dòng)理論中的表面張力系數(shù)，可以清楚地解釋肺泡表面液層中分布一定量的，由飽和卵磷脂和脂蛋白組成的表面活性物質(zhì)的作用，即使大小不同的肺泡具有不同的表面張力系數(shù)值，起到穩(wěn)定大小肺泡，減小了呼吸功的作用。新生兒通過借以大聲啼哭來(lái)進(jìn)行第一次呼吸就是以克服肺泡的表面張力而獲得生存。

4、電磁學(xué)

人體內(nèi)存在生物電，如心電、腦電、肌電、胃電等。生物電流是否正常與生理功能是否正常相一致。廣泛使用的心電儀、腦電儀，就是用來(lái)探明腦、心的生理功能。人是電導(dǎo)體，由此產(chǎn)生了電療這個(gè)重要的治療方法。磁場(chǎng)產(chǎn)生生物效應(yīng)，影響人體的生理病理過程?？梢哉{(diào)節(jié)人體的生物電和生物磁場(chǎng)，以達(dá)到治病保健的作用。60年代以來(lái)，已逐步形成了一門新的學(xué)科—生物磁學(xué)，它研究磁場(chǎng)對(duì)生物分子、細(xì)胞組織、器官和生物整體的作用。

5、光學(xué)

人眼就是一個(gè)光學(xué)儀器。正常眼可看清十幾厘米到無(wú)窮遠(yuǎn)的物體。當(dāng)有眼疾時(shí)，如屈光不正，其發(fā)病機(jī)制和矯正方法，都要有光學(xué)知識(shí)來(lái)計(jì)算。最新醫(yī)療技術(shù)科用車削角膜內(nèi)半徑來(lái)調(diào)節(jié)屈光度。

三、隨著近代物理和計(jì)算機(jī)科學(xué)的迅速發(fā)展，人們對(duì)生命現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)逐步深入，物理學(xué)的技術(shù)和方法，在醫(yī)學(xué)研究和醫(yī)療實(shí)踐中的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，并且不斷更新。

1、X射線

1895年倫琴在研究稀薄氣體放電時(shí)發(fā)現(xiàn)了X射線，之后僅三個(gè)月就應(yīng)用于醫(yī)學(xué)研究。X射線透視機(jī)早已成為醫(yī)學(xué)中不可缺少的工具。X射線透視時(shí)根據(jù)不同組織或臟器對(duì)X射線的衰減本領(lǐng)不同，強(qiáng)度均勻的X射線透過身體不同部位后的強(qiáng)度不同，透過人體的X射線投射到照相底片上，顯像后就可以觀察到各處明暗不同的像。X射線透視機(jī)已成為醫(yī)院的基本設(shè)備之一，它可以清楚地觀察到骨折的程度、肺結(jié)核病灶、體內(nèi)腫瘤的位置和大小、臟器形狀以及斷定體內(nèi)異物的位置等。

2、B超

B超是超聲波B型顯示斷層成像的簡(jiǎn)稱，之所以稱為B型顯示，是因?yàn)閷?duì)過去顯示超聲檢查結(jié)果的方法又創(chuàng)立了一種方案而增加的新名稱。其原理是將一束超聲波從體外垂直于人體表面射向體內(nèi)，當(dāng)超聲從體內(nèi)組織中傳播時(shí)，碰到組織有分界面或不均勻處就會(huì)產(chǎn)生反射。把這種反射超聲波再在體外同一部位接收下來(lái)，根據(jù)發(fā)射探頭的所在位置，就可以知道反射點(diǎn)在體內(nèi)對(duì)著探頭的位置，而根據(jù)發(fā)射超聲波的時(shí)間差，可以知道它在體內(nèi)垂直于體表的深度。論文參考網(wǎng)。

3、X射線電子計(jì)算機(jī)輔助斷層掃描成像（X—CT）

X—CT是利用X射線穿透人體某層面進(jìn)行逐行掃描。探測(cè)器測(cè)量和紀(jì)錄透過人體后的射線強(qiáng)度值，將這些強(qiáng)度值轉(zhuǎn)換為數(shù)碼信號(hào)，送進(jìn)計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，經(jīng)過排列重建，在顯示器上就能迅速顯示出該層面的切片圖，一個(gè)層面掃描完后，射線沿被檢查的人體旋轉(zhuǎn)1度，再進(jìn)行下一個(gè)層面的掃描，這樣就可以得到一個(gè)完整的人體層面圖像。X—CT的優(yōu)越性在于它可以清晰地顯示人體器官的各種斷面，避免了影像的重疊，大大提高了診斷的精度。

4、核磁共振斷層成像（MRI）

MRI是一種多參數(shù)、多核種的成像技術(shù)。其基本原理是利用一定頻率的電磁波向處于磁場(chǎng)中的人體照射，人體中各種不同組織的氫核在電磁波作用下，會(huì)發(fā)生核磁共振，吸收電磁波的能量，隨后又發(fā)射電磁波。MRI系統(tǒng)探測(cè)到這些來(lái)自人體中的氫核發(fā)射出來(lái)的電磁波信號(hào)后，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理和圖像重建，得到了人體的斷層圖像。MRI比X—CT和B超獲得人體內(nèi)部信息要多的多，尤其是對(duì)于腦部病變和早期腫瘤病變的診斷，MRI更具有優(yōu)越性。論文參考網(wǎng)。

5、激光手術(shù)和激光治療

利用激光器發(fā)射的激光作為手術(shù)刀進(jìn)行切割、汽化等外科手術(shù)。論文參考網(wǎng)。激光手術(shù)有以下優(yōu)點(diǎn)：①對(duì)凝固血管很有效，使不流血手術(shù)得以實(shí)現(xiàn)；②手術(shù)切緣銳利、平整；③由于激光手術(shù)是非接觸手術(shù)，對(duì)于一些操作困難的部位實(shí)施手術(shù)尤為方便；④切割惡性腫瘤時(shí)，因激光能隨時(shí)封閉毛細(xì)血管和淋巴液通道，有助于防止腫瘤細(xì)胞的擴(kuò)散和轉(zhuǎn)移。

物理學(xué)作為嚴(yán)格的定量的自然科學(xué)的帶頭學(xué)科，一直在科學(xué)技術(shù)發(fā)展中發(fā)揮及其重要的作用，尤其隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，物理學(xué)與人體、醫(yī)學(xué)的聯(lián)系越來(lái)越緊密。在高等醫(yī)學(xué)院校里開設(shè)物理課的主要任務(wù)是給醫(yī)學(xué)生提供系統(tǒng)的物理學(xué)知識(shí)，使他們?cè)谥袑W(xué)物理的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步掌握物理學(xué)的基本概念、基本定律、研究方法，擴(kuò)大物理學(xué)知識(shí)的領(lǐng)域，為學(xué)習(xí)現(xiàn)代醫(yī)學(xué)準(zhǔn)備必要的物理基礎(chǔ)。因此，在高等醫(yī)學(xué)院校開設(shè)物理課是科技發(fā)展的必然結(jié)果，是時(shí)展的必然結(jié)果，現(xiàn)在是如此，將來(lái)也是如此。

參考文獻(xiàn)

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（2）郭玉琢 《物理學(xué)與醫(yī)療技術(shù)》

（3）倪合一 《作用于人體的物理場(chǎng)》

篇3

關(guān)鍵詞：匹配;矩形波導(dǎo);反射系數(shù);等效阻抗

中圖分類號(hào)：TP79文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1004-373X(2008)07-174-02オ

Application of Different Types of Rectangular Waveguide in the Dowels Matching Unit

WANG Libin,LIAO Xiaoli,LIU Hua

(Automatic Engineering College,University of Electronic Science and Technology of China,Chengdu,610054,China)

オ

Abstract：The matching is not only an important part in microwave technique,but also a significant aspect in the microwave system.In this paper,it researches and compares the matching of different types of rectangular waveguides on the basis of the three dowels matching unit.The purpose is to establish a coincidence relation by systemizing these data such as different depth of dowels,the reflection coefficient and the equivalent impedance at the port and the type of rectangular waveguide.It is convenient to achieve the matching through adjusting the dowels to the fixed depth.

Keywords：matching;rectangular waveguide;reflection coefficient;equivalent impedance

1 引 言

對(duì)于負(fù)載端連接有不同型號(hào)矩形波導(dǎo)的微波系統(tǒng)而言，傳統(tǒng)阻抗匹配技術(shù)很難對(duì)負(fù)載做到實(shí)時(shí)、快速并且穩(wěn)定的匹配，這在一定程度上限制了微波系統(tǒng)在很多領(lǐng)域的應(yīng)用。

在不同微波系統(tǒng)中，由于終端使用的矩形波導(dǎo)型號(hào)可能有所不同，負(fù)載大多也不相同，這時(shí)手動(dòng)調(diào)整可調(diào)銷釘?shù)奈恢脕?lái)建立固定匹配網(wǎng)絡(luò)的方法可信度不高。建立一種基于不同型號(hào)矩形波導(dǎo)的阻抗匹配系統(tǒng)模型，對(duì)于不同負(fù)載阻抗都可以使系統(tǒng)的反射系數(shù)滿足工程理想值。這樣就可以在很大程度上擴(kuò)展微波系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。

國(guó)際上對(duì)這樣的阻抗匹配的研究已經(jīng)起步，可以在5 s內(nèi)實(shí)現(xiàn)不同負(fù)載的阻抗匹配。目前國(guó)內(nèi)這樣的研究還不是很多。

2 銷釘匹配器的理論分析

銷釘調(diào)配器就是在波導(dǎo)中插入螺釘，并利用螺釘在波導(dǎo)中不同位置時(shí)表現(xiàn)出的等效阻抗特性，使負(fù)載阻抗和傳輸線特性阻抗相等，從而實(shí)現(xiàn)匹配。具體分析過程如下：

(1) 根據(jù)傳輸線理論[1]，如果端口2處連接有匹配負(fù)載，即使其端口處于匹配狀態(tài)，此時(shí)銷釘插入深度為0、0、0，電磁波以行波狀態(tài)傳輸，如圖1所示。

圖1 傳輸線匹配狀態(tài)

(2) 調(diào)整3個(gè)銷釘?shù)牟迦肷疃?，由于銷釘插入深度的變化，使得其等效阻抗發(fā)生變化，系統(tǒng)在端口1處的阻抗不匹配，此時(shí)端口1處反射系數(shù)大于零，通過反射系數(shù)可以計(jì)算出等效輸入阻抗為Z1。д3個(gè)銷釘?shù)牟迦肷疃群投丝?處的等效阻抗大小有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，如圖2所示。

圖2 銷釘插入深度變化時(shí)的端口特性

(3) 在微波系統(tǒng)實(shí)際工作當(dāng)中，端口1連接的是負(fù)載，端口2連接的是信號(hào)源，即原端口1與端口2互換了位置。如果所接負(fù)載大小等于Z1時(shí)，可以根據(jù)上述對(duì)應(yīng)關(guān)系把銷釘插入深度調(diào)整到如圖3所示的位置(即銷釘翻轉(zhuǎn)過后的位置)，即可實(shí)現(xiàn)端口2(微波系統(tǒng)中信號(hào)源端)的匹配。

圖3 微波系統(tǒng)實(shí)際工作中的端口特性

經(jīng)過上面的分析，我們就可以建立起如圖1所示的在端口2匹配情況下，三銷釘匹配器端口1處的阻抗大小以及銷釘插入深度參數(shù)二者的關(guān)系。

在引入上述思想的基礎(chǔ)上，對(duì)微波阻抗匹配系統(tǒng)中的三銷釘匹配器進(jìn)行仿真，得到銷釘不同插入深度時(shí)所對(duì)應(yīng)的端口反射系數(shù)，再計(jì)算得到端口等效阻抗大小，從而可以建立銷釘插入深度以及端口等效阻抗的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。

3 實(shí)際工作

對(duì)于使用不同型號(hào)矩形波導(dǎo)的微波系統(tǒng)中，一個(gè)比較困難的問題是如何在短時(shí)間內(nèi)對(duì)連接在不同型號(hào)矩形波導(dǎo)負(fù)載端的不同負(fù)載進(jìn)行匹配。

本文的研究目的就是獲取在連接相同的負(fù)載和相同的銷釘插入深度的前提下，不同型號(hào)的矩形波導(dǎo)和端口反射系數(shù)之間的關(guān)系。因?yàn)殇N釘本身在不同深度下可以等效為電容，也可以等效為電感，且其電抗大小是很難確定的，通過解析法獲得銷釘插入深度和銷釘匹配器端口特性之間的關(guān)系是很困難的，為此我們提出了通過仿真來(lái)獲取銷釘插入深度和銷釘匹配器端口特性之間的關(guān)系的方法。

3.1 銷釘匹配器的設(shè)計(jì)及銷釘?shù)倪x擇

在設(shè)計(jì)銷釘匹配器時(shí)應(yīng)該考慮下列的問題：

(1) 銷釘?shù)奈恢靡暨x得盡量靠近負(fù)載；

(2) 傳輸線阻抗具有Е/2е芷諦裕故銷釘之間的間距不能選擇Е/2В華

(3) 在銷釘匹配器中，銷釘直徑越大，插入深度越深，等效電容也越大；反之，等效電容越小，等效電感逐漸變大。實(shí)驗(yàn)還證明，銷釘直徑越大，其頻帶響應(yīng)越寬。

銷釘匹配器的尺寸及銷釘?shù)拇笮⌒枰鶕?jù)工作頻率范圍來(lái)確定。本文研究的頻率范圍以2.45 GHz為中心頻率，對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)λg=122.4 mm。銷釘匹配器中波導(dǎo)內(nèi)截面的尺寸為a1=86.40 mm，b1=43.20 mm以及a2=109.20 mm，b2=54.60 mm(a1,b1和a2,b2分別對(duì)應(yīng)于BJ-26和BJ-22矩形波導(dǎo))。銷釘?shù)闹睆酵ǔ＿x擇小于λ/4，我們選擇銷釘直徑為d=20 mm；在Е/8~3λ/8范圍內(nèi)選擇銷釘間距ΔS，這里令ΔS=λ/4=30.6 mm。И

3.2 仿真模型的建立與分析

以BJ-26矩形波導(dǎo)為基礎(chǔ)，在高頻仿真軟件HFSS中建立銷釘匹配器模型。在圖1所示的端口2處接有匹配負(fù)載，為此設(shè)置端口2邊界條件為匹配邊界(PML層)，厚度應(yīng)該大于Е/2[2]，如圖4中紅色部分所示。

圖4 設(shè)置了匹配邊界之后的仿真模型

調(diào)整銷釘插入深度，仿真得到端口1處反射系數(shù)，以50 Ω特性阻抗來(lái)計(jì)算得到此時(shí)端口1的等效輸入阻抗，選擇三組數(shù)據(jù)建立他們的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1所示。

表1 BJ-26波導(dǎo)仿真結(jié)果對(duì)應(yīng)關(guān)系

在獲得上述仿真結(jié)果基礎(chǔ)上，建立以BJ-22矩形波導(dǎo)為基礎(chǔ)的銷釘匹配器模型，分別調(diào)節(jié)銷釘插入深度如表1中數(shù)據(jù)，獲得端口1的反射系數(shù)S11，計(jì)算得到的等效輸入阻抗三者對(duì)應(yīng)關(guān)系如表2所示。

表2 BJ-22波導(dǎo)仿真結(jié)果對(duì)應(yīng)關(guān)系

4 結(jié) 語(yǔ)

從上面仿真后的數(shù)據(jù)可以看出，對(duì)于由BJ-26和BJ-22兩種不同型號(hào)矩形波導(dǎo)構(gòu)成的銷釘匹配器而言，如果負(fù)載端(參看圖3)所接負(fù)載與上述表1或者表2中所列出的負(fù)載值相差不大時(shí)，將銷釘調(diào)整到經(jīng)過仿真、優(yōu)化過后深度位置后，端口2處的指標(biāo)基本上都可以滿足工程要求。

此外，本文也對(duì)其他型號(hào)矩形波導(dǎo)建立的銷釘匹配器模型進(jìn)行研究，對(duì)應(yīng)于相似大小的負(fù)載和相同的銷釘位置，端口2處的駐波比不再滿足工程要求。如何做到在小范圍內(nèi)變化銷釘位置也能使端口2處性能達(dá)到工程要求還需要進(jìn)一步的研究，從而更大地促進(jìn)微波系統(tǒng)的發(fā)展。

參 考 文 獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介

王利斌 男，1982年出生，電子科技大學(xué)測(cè)試計(jì)量技術(shù)與儀器專業(yè)碩士。研究方向?yàn)闊o(wú)源微波器件的設(shè)計(jì)。

廖小麗 女，電子科技大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院講師。研究方向?yàn)樯镫娮訉W(xué)與生物電磁學(xué)。

篇4

關(guān)鍵詞：高壓靜電場(chǎng)；植物生長(zhǎng)；微觀機(jī)理

中圖分類號(hào)： Q947.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2014.03.024

目前，靜電生物效應(yīng)的研究和應(yīng)用已日益向縱深發(fā)展，對(duì)植物的生物效應(yīng)研究也取得了可喜的成就[1-3]。本研究利用從試驗(yàn)中獲得的結(jié)果，以現(xiàn)有的認(rèn)識(shí)水平和程度，從理論的角度對(duì)高壓靜電場(chǎng)（以下均簡(jiǎn)稱靜電場(chǎng)）對(duì)植物的誘導(dǎo)機(jī)理進(jìn)行研究。

眾所周知，地球上的植物生長(zhǎng)，除了需要陽(yáng)光、水、礦物質(zhì)等環(huán)境因素以外，還需要靜電場(chǎng)、磁場(chǎng)、射線、聲波等物理因素。從物理學(xué)的角度講，地球本身是一個(gè)帶負(fù)電的球體。電離層與地面之間的電勢(shì)差平均值約為3.0×105 V。晴天時(shí)，地球表面的大氣電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)值約為100～200 V·m-1[5]，而且，大氣電場(chǎng)內(nèi)還存在帶電離子的上、下運(yùn)動(dòng)，這構(gòu)成了植物生長(zhǎng)必需的靜電場(chǎng)和因帶電離子運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的大氣電流。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者用人工方法將靜電場(chǎng)作用到植物上，對(duì)植物的生長(zhǎng)進(jìn)行調(diào)控，達(dá)到了預(yù)期的目的。然而，對(duì)于靜電場(chǎng)誘導(dǎo)植物生長(zhǎng)機(jī)理的研究，還沒有得到一個(gè)十分完整而滿意的解釋，本研究從5個(gè)方面對(duì)靜電場(chǎng)對(duì)植物的誘導(dǎo)進(jìn)行研究，以彌補(bǔ)理論上的缺陷。

1 靜電誘導(dǎo)植物生長(zhǎng)

國(guó)內(nèi)關(guān)于靜電誘導(dǎo)植物生長(zhǎng)的報(bào)道很多，所采用的靜電場(chǎng)的類型大致有3種：一是正負(fù)離子電場(chǎng)；二是正負(fù)脈動(dòng)電場(chǎng)；三是正負(fù)靜電場(chǎng)。最常用的是第一種和第二種。

王淑惠等[6]采用適宜強(qiáng)度的靜電場(chǎng)對(duì)小麥幼苗進(jìn)行處理，對(duì)小麥幼苗的生長(zhǎng)效應(yīng)、成熟期植株性狀和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行了測(cè)量記錄，見表1和表2。其中，對(duì)照組是指未經(jīng)靜電場(chǎng)處理。

從表1[6]可以看出，除功能葉片無(wú)顯著差別（P>0.05）外，苗高、葉片數(shù)都有顯著差別（0.05>P>0.01）?？偢鶖?shù)、功能葉寬、葉齡、分蘗數(shù)和凍害程度差別明顯（P

從國(guó)內(nèi)多篇報(bào)道看，促進(jìn)植物生長(zhǎng)所采用的靜電場(chǎng)類型大多是正離子電場(chǎng)[3]。在靜電場(chǎng)作用下，植物能加快吸收CO2，對(duì)病蟲害有抑制作用，提高產(chǎn)量[4]。當(dāng)然，為了延長(zhǎng)花卉的開花時(shí)間，有時(shí)候也采用負(fù)離子電場(chǎng)[2]。

2 靜電處理使細(xì)胞膜興奮機(jī)理

植物的生長(zhǎng)發(fā)育大部分依賴于植物細(xì)胞吸收營(yíng)養(yǎng)成分，而細(xì)胞膜作為細(xì)胞與周圍生理環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)交換的重要通道，具有極其關(guān)鍵的作用。細(xì)胞膜的興奮水平可直接影響植物生長(zhǎng)的程度。因此，當(dāng)某種靜電場(chǎng)作用到植物上時(shí)，可使細(xì)胞膜興奮，提高細(xì)胞膜內(nèi)外的物質(zhì)交換的速率，這對(duì)于促進(jìn)植物生長(zhǎng)發(fā)育具有重要的實(shí)際意義。筆者認(rèn)為，靜電場(chǎng)促進(jìn)植物中細(xì)胞膜的興奮，主要有以下2點(diǎn)機(jī)理。

2.1 靜電影響細(xì)胞膜電位促使細(xì)胞膜興奮機(jī)理

細(xì)胞膜是細(xì)胞質(zhì)與外界相隔的一層薄膜，又稱質(zhì)膜，是位于原生質(zhì)體，緊貼細(xì)胞壁的膜結(jié)構(gòu)，而細(xì)胞膜可以看作是具有一定厚度、一定電阻和一定電路的特殊“電路”。細(xì)胞膜的磷脂雙分子層將細(xì)胞內(nèi)液與細(xì)胞外液分隔，由于細(xì)胞內(nèi)外帶電離子不均等分布在膜的兩側(cè)，因此，存在一定的電位差，形成細(xì)胞膜電位，圖1顯示了細(xì)胞膜的等效電路[7]。

細(xì)胞膜電位主要分為兩種：靜息電位和動(dòng)作電位。靜息電位是指細(xì)胞未受外界刺激時(shí)存在于細(xì)胞內(nèi)外兩側(cè)的電位差。細(xì)胞在未受外界刺激時(shí)，細(xì)胞內(nèi)的生理環(huán)境較為穩(wěn)定，在其中發(fā)生著許多重要的生物化學(xué)反應(yīng)。K+順著細(xì)胞膜內(nèi)外的濃度差擴(kuò)散至細(xì)胞膜外，正電荷增多，膜外電位上升，膜內(nèi)呈現(xiàn)極低的負(fù)電位。而Na+內(nèi)流至細(xì)胞膜內(nèi)，進(jìn)而提高膜內(nèi)電位，最終K+、Na+所維持的細(xì)胞膜內(nèi)外的電位差構(gòu)成了細(xì)胞膜的靜息電位，此時(shí)，細(xì)胞膜的離子凈流動(dòng)速率呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)平衡。

動(dòng)作電位是指細(xì)胞受到刺激，在靜息電位的基礎(chǔ)上發(fā)生一次短暫的、擴(kuò)散性的電位變化。當(dāng)外界給予細(xì)胞一定的刺激后，細(xì)胞膜的靜息電位呈現(xiàn)活化狀態(tài)。首先出現(xiàn)緩慢的去極化狀態(tài)，Na+通道開放，Na+大量?jī)?nèi)流，膜電位逐漸變小，當(dāng)達(dá)到-50 ～ 55 mV的臨界水平 [8]，即閾電位時(shí)，隨即產(chǎn)生一個(gè)爆發(fā)性的除極化，動(dòng)作電位短時(shí)間達(dá)到0 mV，細(xì)胞內(nèi)外電位相等，膜電位極性反轉(zhuǎn)，之后細(xì)胞膜電位進(jìn)行反極化，大量K+順濃度差電位差流向細(xì)胞膜外，膜電位恢復(fù)到靜息狀態(tài)。

通過靜電處理細(xì)胞膜，可使細(xì)胞膜上的通道蛋白形態(tài)發(fā)生改變，膜電容增大，促使K+、Na+流向發(fā)生改變。細(xì)胞膜電位由靜息電位轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)作電位，Na+通道蛋白開放，內(nèi)負(fù)電位降到閾電位水平。細(xì)胞進(jìn)行去極化過程，此時(shí)細(xì)胞膜處于興奮狀態(tài)。離子的凈流動(dòng)速率大大加快。并且電流的流向均是朝向內(nèi)，植物表現(xiàn)內(nèi)壓“電恒”狀態(tài)。因此，通過靜電處理使細(xì)胞膜興奮，提高離子的通透性，進(jìn)而促進(jìn)細(xì)胞吸收離子的過程，加快細(xì)胞與周邊生理環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)交換。

2.2 靜電通過影響細(xì)胞膜分子結(jié)構(gòu)促使細(xì)胞膜興奮機(jī)理

細(xì)胞膜的基本結(jié)構(gòu)是一個(gè)有蛋白質(zhì)鑲嵌的磷脂雙分子層，而膜電位的產(chǎn)生與膜上帶電脂質(zhì)分子與蛋白質(zhì)分子的解離狀態(tài)與膜內(nèi)外的離子濃度場(chǎng)有關(guān)。由文獻(xiàn)[9]可知，細(xì)胞膜外表面處的電勢(shì)為：

5.1 靜電處理使細(xì)胞中DNA分子合成速率加快機(jī)理

眾所周知，基因（遺傳因子）是遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)，在生物學(xué)上的定義為DNA或RNA分子上具有遺傳信息的特定核苷酸序列。它儲(chǔ)存著生命孕育、生長(zhǎng)、凋亡過程的全部信息，通過復(fù)制、表達(dá)、修復(fù)，完成生命繁衍、細(xì)胞分裂和蛋白質(zhì)合成等重要生理過程。在細(xì)胞中，存在CDK啟動(dòng)因子，它是一類重要的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，其主要的生物學(xué)作用是啟動(dòng)DNA的復(fù)制和誘發(fā)細(xì)胞的有絲分裂，以復(fù)合物形式出現(xiàn)[19]。該復(fù)合物分為催化亞基和調(diào)節(jié)亞基兩部分，催化亞基為CDK，調(diào)節(jié)亞基為細(xì)胞周期蛋白。CDK與細(xì)胞周期蛋白是調(diào)控細(xì)胞分裂的核心因子。通過靜電處理植物細(xì)胞，加速ATP的合成，進(jìn)而促進(jìn)CDK與細(xì)胞周期蛋白的合成，從而促進(jìn)細(xì)胞的有絲分裂。

5.2 靜電處理細(xì)胞促使染色體變異機(jī)理

試驗(yàn)表明[20]，靜電處理植物細(xì)胞能夠增長(zhǎng)有絲分裂中期的細(xì)胞數(shù)目，縮短細(xì)胞有絲分裂周期，提高細(xì)胞的分裂速度。靜電處理植物細(xì)胞不僅可以使DNA復(fù)制加快，還能使核酸蛋白質(zhì)分子中的氫鍵斷合，引起染色體變異。通過靜電處理，引起細(xì)胞染色體變異大致有以下幾種 [21-23]：染色體斷片、染色體落后、染色體橋不等分裂、單極紡錘體和多極紡錘體。而其主要形成原因是經(jīng)常使核酸蛋白質(zhì)中帶電離子數(shù)目改變，加速氫鍵的形成速度，促使染色體變異。

靜電場(chǎng)對(duì)植物生長(zhǎng)誘導(dǎo)的機(jī)理十分復(fù)雜。它是一門靜電學(xué)與生物學(xué)的交叉學(xué)科，其研究難度大。本研究結(jié)果可為從事用靜電對(duì)植物進(jìn)行調(diào)控的應(yīng)用工作者提供有益的幫助。但是要更詳細(xì)地解釋其機(jī)理，尚需做不少工作。例如，靜電正離子電場(chǎng)與負(fù)離子電場(chǎng)作用到同種植物上，或同一種靜電場(chǎng)作用到不同植物上，其誘導(dǎo)結(jié)果是不一樣的。不同的場(chǎng)強(qiáng)、不同的作用時(shí)間、不同的方向和消退效應(yīng)，其結(jié)果也是不一樣的。如何從微觀的角度分析其差異，是下一步要研究的課題。

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篇5

（1．運(yùn)城農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院農(nóng)林與工程系，山西 運(yùn)城 044000；2．山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，山西 太谷 030801）

摘要：從高壓靜電場(chǎng)的產(chǎn)生及其生物效應(yīng)特點(diǎn)出發(fā)，綜述了其在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用和研究現(xiàn)狀，概述了靜電場(chǎng)處理應(yīng)用于番茄（Solanum lycopersicum）的生物學(xué)效應(yīng)研究概況，力求為利用高壓靜電場(chǎng)新技術(shù)促進(jìn)番茄增產(chǎn)增效提供借鑒和指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞 ：番茄（Solanum lycopersicum）；高壓靜電場(chǎng)；生物效應(yīng)

中圖分類號(hào)：S641.2；Q689 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439－8114（2015）01－0007-04

DOI：10．14088／j．cnki．issn0439－8114．2015．01．002

Biological Effects of Treatment with High－voltage Electrostatic Field on Tomato

CHEN Jian－zhong1，2，HU Jian－fang1，2，DU Hui－ling2，WANG Yu－guo2

（1． Department of Agroforestry and Engineering， Yuncheng Agricultural Vocational Technical College， Yuncheng 044000， Shanxi， China；

2． College of Agriculture， Shanxi Agricultural University， Taigu 030801， Shanxi， China）

Abstract： In the view of the generation and effect characteristics of high－voltage electrostatic field， the applications and research status in the field of agriculture were reviewed. The effects of electrostatic field on tomato were summarized. New technology of high－voltage electrostatic field is used to increase yield and production efficiency of tomato．

Key words： tomato（Solanum lycopersicum）； high－voltage electrostatic field； biological effect

收稿日期：2014－05－29

基金項(xiàng)目：山西省農(nóng)業(yè)科技攻關(guān)項(xiàng)目（2013031101）

作者簡(jiǎn)介：陳建中（1972-），男，山西平陸人，在讀博士研究生，研究方向?yàn)樽魑锘瘜W(xué)調(diào)控與逆境生理，（電話）15536259057

（電子信箱）cjz2023090＠163．com；通信作者，杜慧玲，教授，主要從事作物化學(xué)調(diào)控與逆境生理研究，（電子信箱）

duhuiling66＠163．com。

番茄（Solanum lycopersicum）又稱西紅柿、洋柿子、番柿等，屬于茄科番茄屬中以成熟漿果為產(chǎn)品的一年生或多年生草本植物。番茄原產(chǎn)于南美洲的秘魯、厄瓜多爾和玻利維亞。16世紀(jì)由墨西哥傳入歐洲，在意大利、西班牙、英國(guó)、法國(guó)等國(guó)家最早只是作為觀賞植物。直到17世紀(jì)，番茄才在歐洲作為蔬菜栽培。19世紀(jì)中后期，番茄生產(chǎn)急劇增加，幾乎涉及到全世界。大約17世紀(jì)末至18世紀(jì)初，番茄才引入中國(guó)。解放以后，番茄生產(chǎn)才在中國(guó)迅速發(fā)展，成為最主要的果菜之一。番茄作為食用蔬果現(xiàn)已被全球性廣泛種植［1］。

番茄果實(shí)色澤鮮艷，肉質(zhì)纖細(xì)，酸甜適口，汁多味鮮，富含可溶性糖、有機(jī)酸、蛋白質(zhì)、維生素A、維生素B1、維生素C、胡蘿卜素和礦物質(zhì)等多種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，礦物質(zhì)中所含有的鈣、鐵、磷、硫、鉀、鈉、鎂等礦物鹽類，對(duì)血液的新陳代謝起很好的作用。番茄除可生食與熟食外，還可制成原汁、罐頭、番茄醬、番茄粉和番茄干等多種加工制品。番茄味甘、酸、微寒，有消熱解毒、生津止渴、養(yǎng)陰涼血、健胃消食等作用；番茄皮含有很高的膳食纖維，具有改善腸內(nèi)的生態(tài)環(huán)境，排泄有毒物質(zhì)等功能；番茄紅素可預(yù)防及治療癌癥及心血管病、消除香煙和汽車尾氣中的有毒物質(zhì)、提高人體免疫力、抗衰老、降血脂和膽固醇。此外，一些特色番茄品種如櫻桃番茄等兼具觀賞價(jià)值，使其越來(lái)越受到老百姓的喜愛［2］。

1 高壓靜電場(chǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

人類和各種生物賴以生存的地球表面，本身是一個(gè)天然的電場(chǎng)，地球電離層相對(duì)于地面有360 kV的正電位，其強(qiáng)度為130 V／m，每1 s內(nèi)，大約有1 800 C的正電荷從大氣中流入地下，突出于地面的植物正是這1 800 A大氣電流的重要通道［3］，長(zhǎng)期生長(zhǎng)于地球表面的植物，其電荷分布、排序以及運(yùn)動(dòng)都有一定的規(guī)律性，自然靜電場(chǎng)的存在已經(jīng)成為它們生長(zhǎng)、發(fā)育不可缺少的條件，所以生物體周圍電場(chǎng)的變化必然會(huì)影響其新陳代謝的過程［4］。高壓靜電場(chǎng)處理技術(shù)作為物理農(nóng)業(yè)的一種新技術(shù)，雖然發(fā)展和起步較晚，但由于它契合著生態(tài)農(nóng)業(yè)、物理農(nóng)業(yè)的潮流，簡(jiǎn)單、有效、省時(shí)、低耗、無(wú)環(huán)境污染和廣泛適用的處理手段，使其展現(xiàn)出強(qiáng)大的生命力，成為農(nóng)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用和研究的新熱點(diǎn)，越來(lái)越受到農(nóng)業(yè)專家的追捧和農(nóng)業(yè)從業(yè)者的重視。

1．1 高壓靜電場(chǎng)的產(chǎn)生

靜電生物效應(yīng)就是研究靜電場(chǎng)對(duì)生物體（包括動(dòng)物、植物、微生物和人）所產(chǎn)生的影響。將220 V的電壓升高整流，再通過高壓電纜、保護(hù)電阻等加到電暈線或金屬板上，這樣就形成了高壓電場(chǎng)。高壓電場(chǎng)有靜電場(chǎng)和交變電場(chǎng)，靜電場(chǎng)又分為非均勻電場(chǎng)和均勻電場(chǎng)。電暈線電場(chǎng)屬于非均勻電場(chǎng)，通過調(diào)整電暈線與金屬板之間的距離來(lái)控制電場(chǎng)強(qiáng)度的大小，并通過高電壓電離空氣產(chǎn)生的空氣離子和臭氧發(fā)揮作用［5］，由兩塊平行金屬板作電極組成的電場(chǎng)是均勻電場(chǎng)，均勻電場(chǎng)可忽略邊緣效應(yīng)。

1．2 高壓靜電場(chǎng)生物效應(yīng)特點(diǎn)

相關(guān)資料表明：高壓靜電場(chǎng)誘導(dǎo)生物效應(yīng)的變化具有劑量不定性、參數(shù)多元性、多向性及閾值、階段性及消退效應(yīng)等特點(diǎn)［6－13］。劑量不定性是指相同的生物，施以不同劑量的電場(chǎng)，產(chǎn)生的效果各異，不同的生物施以相同劑量的電場(chǎng)產(chǎn)生的效果也不同，在進(jìn)行電場(chǎng)技術(shù)應(yīng)用時(shí)，一定要正確選取電場(chǎng)劑量；參數(shù)多元性是指生物所受高壓靜電場(chǎng)的生物效應(yīng)不僅與場(chǎng)強(qiáng)和作用時(shí)間有關(guān)，也與生物體自身品種、種類、含水量以及周圍環(huán)境中的溫度、濕度等生物生長(zhǎng)的自然條件和自然環(huán)境電磁場(chǎng)的大小及生物體放置的方向等諸多外界因素有關(guān)，具有多元性，是生物內(nèi)外因素綜合作用的結(jié)果；多向性是指不同的生物對(duì)象對(duì)電場(chǎng)的方向性要求不一樣，即生物在受到電場(chǎng)作用時(shí)，正負(fù)電場(chǎng)的作用效果均不一樣；闕值是指電場(chǎng)影響生物分三種形式，即對(duì)生物的生長(zhǎng)表現(xiàn)為促進(jìn)、抑制和無(wú)變化；階段性是指在生命過程中靜電場(chǎng)的生物效應(yīng)也隨生物體的生長(zhǎng)發(fā)育而變化，即呈現(xiàn)出明顯的階段性；消退效應(yīng)是指生物體施加電場(chǎng)后的生物效應(yīng)會(huì)隨時(shí)間推移逐漸減弱乃至消失。

1．3 高壓靜電場(chǎng)在物理農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用研究

生物體的高壓靜電場(chǎng)處理作為一種物理技術(shù)，既是物理的，又是生理生化極其復(fù)雜的轉(zhuǎn)化過程。

電場(chǎng)對(duì)生物影響的研究始于18世紀(jì)中葉，主要研究電場(chǎng)作用于生物體而引起生物體刺激或抑制生物生長(zhǎng)發(fā)育或致死效應(yīng)［6］。利用高壓靜電場(chǎng)處理植物的種子，提高種子活力，是靜電生物效應(yīng)研究最早、范圍最廣的領(lǐng)域，國(guó)外早在20世紀(jì)50～60年代就進(jìn)行了研究，我國(guó)在20世紀(jì)60年代只進(jìn)行了一些初步探索，直到20世紀(jì)90年代才開始大量的研究［12］。目前，高壓靜電場(chǎng)在農(nóng)業(yè)中的主要應(yīng)用有：靜電處理種子、靜電噴霧施藥、空間電場(chǎng)防病促生技術(shù)、電場(chǎng)保鮮技術(shù)、高壓電場(chǎng)干燥技術(shù)及高壓靜電場(chǎng)在作物抗逆性中的應(yīng)用研究等。相關(guān)研究表明：第一，利用高壓靜電場(chǎng)預(yù)處理種子，既能促進(jìn)種子萌發(fā)，顯著提高種子的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、根系活力和呼吸強(qiáng)度，同時(shí)，能促進(jìn)？琢淀粉酶、超氧化歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）、過氧化氫酶（CAT）的活性和可溶性蛋白質(zhì)含量、ATP含量提高，又具有殺菌效果。其次，還可利用種子電學(xué)特性差異來(lái)分選不同活力與含水量的種子，提高種子純度。再次，靜電場(chǎng)產(chǎn)生電暈放電，可促進(jìn)植物的光合作用，使植物生長(zhǎng)快、開花早、花期長(zhǎng)，從而實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)［14－20］。此外，對(duì)植物施以靜電場(chǎng)，可明顯促進(jìn)植物的生長(zhǎng)發(fā)育。第二，利用靜電噴霧技術(shù)防治農(nóng)作物病蟲害，作為現(xiàn)代植保施藥的一項(xiàng)新技術(shù)，能有效減少藥液損失，降低環(huán)境污染［21－23］。第三，在作物生長(zhǎng)空間人為地加上特定強(qiáng)度的高壓靜電場(chǎng)，從而對(duì)植物的多種生理活動(dòng)進(jìn)行調(diào)控，這種空間電場(chǎng)防病促生技術(shù)有較好的促進(jìn)生長(zhǎng)和防病作用［24］。第四，依靠高壓靜電場(chǎng)，使帶有電荷的涂料微粒在電場(chǎng)力的作用下，沉積在果蔬、食品表面以形成均勻涂膜的表面靜電涂敷，有較好的防腐保鮮效果；高壓靜電場(chǎng)處理果蔬，能延緩果蔬成熟衰老，對(duì)黃瓜、斑豆、番茄、豌豆莢、蘋果、香蕉、紅薯、谷物、藍(lán)莓果等果蔬的保鮮效果顯著，表明高壓靜電場(chǎng)在保鮮方面具有良好的發(fā)展前景［25，26］。第五，高壓靜電場(chǎng)干燥技術(shù)具有能耗低，不污染環(huán)境，干燥均勻，物料不升溫，還可殺菌的優(yōu)點(diǎn)，能很好地保存物料的有效成分，使果蔬在脫水的同時(shí)，能最大程度地保留其營(yíng)養(yǎng)成分和感觀質(zhì)量，減少干制過程對(duì)果蔬中營(yíng)養(yǎng)成分的破壞及對(duì)色澤等方面的影響，且在能源消耗、設(shè)備投資和操作費(fèi)用方面耗資較少［27］。此外，高壓靜電場(chǎng)處理能提高抗氧化酶活性，增強(qiáng)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量，從而提高植物的抗逆性［28－30］。

1．4 高壓靜電場(chǎng)作用機(jī)理研究

近幾十年來(lái)，高壓靜電場(chǎng)對(duì)生物體的影響已在許多方面得到研究和開發(fā)利用，高壓靜電場(chǎng)生物效應(yīng)作為在物理農(nóng)業(yè)上的熱門課題越來(lái)越受到人們的重視，應(yīng)用范圍也逐步擴(kuò)大。但目前，人們還不能夠通過已有理論對(duì)高壓靜電場(chǎng)產(chǎn)生的生物學(xué)效應(yīng)進(jìn)行全面分析和解釋，只能根據(jù)大量的生化檢測(cè)與試驗(yàn)結(jié)論相結(jié)合來(lái)研究其作用和機(jī)理。目前，對(duì)其作用機(jī)理的物理微觀模型研究和解釋主要包括介質(zhì)極化微觀理論、一維自由諧振子能級(jí)理論、勢(shì)壘貫穿理論、離子響應(yīng)電流理論、水分子極化理論等［31－35］。

2 番茄電場(chǎng)處理生物效應(yīng)研究概況

番茄作為一種風(fēng)靡全球的蔬菜水果，兼具營(yíng)養(yǎng)和觀賞價(jià)值，受到世界各地人們的喜愛。隨著電場(chǎng)技術(shù)在近幾十年來(lái)的大量研究和發(fā)展，以番茄作為高壓靜電場(chǎng)處理和研究對(duì)象的試驗(yàn)和應(yīng)用也在大力開展。

2．1 利用電場(chǎng)處理使番茄保鮮和易于貯藏

張全國(guó)［36］用高壓靜電場(chǎng)預(yù)處理番茄后，研究了對(duì)其保鮮效果的影響。結(jié)果表明，番茄在電場(chǎng)150 kV／m＋45 min下處理后，有效延長(zhǎng)了其保鮮時(shí)間，在自然條件下其呼吸高峰推遲4 d后出現(xiàn)，且能有效保持較高的表面抗壓強(qiáng)度和較低的失重率。王愈等［37］在200 kV／m＋2 h／d負(fù)高壓間歇靜電場(chǎng)（簡(jiǎn)稱穩(wěn)恒電場(chǎng)）和－200～200 kV／m＋2 h頻率40 kHz（簡(jiǎn)稱交變電場(chǎng)）兩種不同電場(chǎng)處理?xiàng)l件下，研究綠熟番茄的貯藏品質(zhì)，結(jié)果表明，高壓靜電場(chǎng)處理果實(shí)腐爛指數(shù)顯著優(yōu)于交變電場(chǎng)處理，但兩種處理均能延緩果實(shí)硬度，使可溶性糖、果皮葉綠素含量下降及可滴定酸、紅素含量上升，從而延緩果實(shí)衰老，提高果實(shí)的貯藏性。王愈等［38］對(duì)靜電場(chǎng)處理下貯藏番茄的生理生化及品質(zhì)變化進(jìn)行研究，結(jié)果表明，適宜貯藏的最佳靜電處理?xiàng)l件為－200 kV／m＋2 h／d，在此處理?xiàng)l件下，綠熟番茄呼吸躍變推遲6 d，顯著延緩其果實(shí)由硬變軟、由綠轉(zhuǎn)紅的時(shí)間，且通過對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)的分析可得出，果實(shí)的細(xì)胞膜透性受靜電場(chǎng)處理調(diào)控。

2．2 利用電場(chǎng)技術(shù)選種，促進(jìn)番茄種子發(fā)芽、苗期生長(zhǎng)和增產(chǎn)

遲燕平等［39］研究了高壓電場(chǎng)對(duì)番茄種子萌發(fā)的生物學(xué)效應(yīng)，結(jié)果表明，影響種子萌發(fā)的因素依次是種子干濕情況、場(chǎng)強(qiáng)及作用時(shí)間，當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度處理?xiàng)l件為8 kV／cm＋180 s，作用對(duì)象為濕種子時(shí)，種子中的CAT、POD、SOD的活性明顯增強(qiáng)。王斌等［40］研究了靜電場(chǎng)處理與茄子種發(fā)芽的關(guān)系，結(jié)果表明，電場(chǎng)強(qiáng)度大小及處理時(shí)間長(zhǎng)短與種子發(fā)芽間存在顯著的相關(guān)性。蔡興旺等［41］分析了經(jīng)過高壓靜電場(chǎng)選種的茄子種子發(fā)芽指標(biāo)及幼苗期的形態(tài)指標(biāo)，得出結(jié)論：適宜的高壓靜電場(chǎng)處理（本試驗(yàn)所確定的最佳處理：600 kV／m＋12 min）能顯著提高種子的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率和活力指數(shù)，但對(duì)形態(tài)指標(biāo)會(huì)產(chǎn)生不同影響；并從酶活性和電解質(zhì)外滲率的角度分析了造成種子發(fā)芽和生長(zhǎng)變化的原因。蔡興旺等［15］對(duì)珍珠番茄進(jìn)行高壓靜電場(chǎng)選種和處理，并在考慮電場(chǎng)強(qiáng)度和處理時(shí)間相關(guān)性的基礎(chǔ)上，采用二元二次回歸模型，得出了出苗率、產(chǎn)量、SOD等指標(biāo)的回歸方程；與對(duì)照相比，最佳電場(chǎng)處理的番茄出苗率明顯提高，出苗期縮短，SOD和CAT活性上升，且促進(jìn)了幼苗生長(zhǎng)，提高了蔬菜產(chǎn)量。

2．3 利用電場(chǎng)技術(shù)開展殺菌方面的研究

金聲瑯等［42］利用高壓電場(chǎng)對(duì)番茄汁進(jìn)行非熱殺菌試驗(yàn)，結(jié)果表明，在控制條件下，可使番茄汁中接種的大腸桿菌數(shù)量降低6個(gè)對(duì)數(shù)以上，且通過對(duì)可溶性固形物、果膠、還原糖、抗壞血酸、番茄紅素指標(biāo)分析來(lái)看，番茄汁的品質(zhì)不會(huì)受到高壓電場(chǎng)殺菌處理的影響。閻立等［43］在用高壓靜電場(chǎng)處理番茄等種子時(shí)，發(fā)現(xiàn)電暈電場(chǎng)產(chǎn)生的臭氧起到了對(duì)種子殺菌消毒的作用，與此同時(shí)，處理后的種子的發(fā)芽勢(shì)、出苗率有所提高，且幼苗長(zhǎng)勢(shì)和抗病能力都表現(xiàn)出增強(qiáng)的效果，最后的果實(shí)產(chǎn)量增加了5％～20％。

此外，電場(chǎng)技術(shù)還被用作番茄其他方面的研究。金聲瑯［44］采用高壓電場(chǎng)技術(shù)輔助提取番茄皮渣中的番茄紅素，提取率高達(dá)96．7％，且處理時(shí)間短。

3 小結(jié)

高壓靜電場(chǎng)對(duì)生物的影響已經(jīng)得到了證實(shí)，但由于高壓靜電場(chǎng)對(duì)生物體的影響效應(yīng)較為復(fù)雜，既受到生物體自身因素的影響，也受到環(huán)境因素的綜合影響，只有從機(jī)理和分子結(jié)構(gòu)角度分析，才有可能找到其變化規(guī)律。近年來(lái)，高壓靜電場(chǎng)技術(shù)在番茄生產(chǎn)和研發(fā)領(lǐng)域得到了一定的開展和應(yīng)用，也取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。但高壓靜電場(chǎng)規(guī)模處理番茄尚處于試驗(yàn)階段，不同生長(zhǎng)階段如種子萌發(fā)期、苗期、成熟期等處理時(shí)機(jī)的選擇、最佳處理?xiàng)l件的篩選尚沒有形成統(tǒng)一的結(jié)論，高壓靜電場(chǎng)處理后，對(duì)番茄體內(nèi)生物效應(yīng)的觸發(fā)響應(yīng)機(jī)制等，都將是下一階段的研究重點(diǎn)。

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