生活中的物理之共振
古希臘的學者阿基米德曾豪情萬丈地宣稱：給我一個支點，我能撬動地球。而現代的美國發明家特士拉更是“牛氣”，他說：用一件共振器，我就能把地球一裂為二！
他來到華爾街，爬上一座尚未竣工的鋼骨結構樓房，從大衣口袋裡掏出一件小物品，把它夾在其中一根鋼樑上，然後按動上面的一個小鈕。數分鐘後，可以感覺到這根鋼樑在顫抖。慢慢地，顫抖的強度開始增加，延伸到整座樓房。最後，整個鋼骨結構開始吱吱嘎嘎 地發出響聲，並且搖擺晃動起來。驚恐萬狀的鋼架工人以為建築出現了問題，甚至是鬧地震了，於是紛紛慌忙地從高架上逃到地面。眼見事情越鬧越大，他覺得這個惡作劇該收場了，於是，把那件小物品收了回來，然後從一個地下通道悄悄地溜開了，留下工地上的那些驚魂甫定、莫名其妙的工人。
上面這一段是一本書中有關美國著名發明家特士拉進行共振器發明的描寫，裡面所說的“小物品”便是一個共振器。可以預見，若是他把這個小物品再開上那么十來分鐘，這座建築物準會轟然倒地。書中說，用同樣的這個小物品，在一小時不到的時間內，也能把布魯克林大橋(連線紐約曼哈坦島和長島的大橋)摧毀，使之墜入幽深黑暗的海底。而且，在這本書里，特士拉甚至說：用這件小物品，我還能把地球一裂為二！
這該是一本科幻或者荒誕小說吧？否則，一件大不過拳頭、重不過幾斤的小東西，真的就有那么厲害，能把一座巍然聳立的大樓甚至是一座巨無霸似的大橋震垮？它是一件什麼物品呢？
原來，它是一件共振器，它的威力主要在於它能發出各種頻率的波，這些不同頻率的波作用於不同的物體，就能夠相應地產生出一種共振波，當這種共振波達到一定程度時，就能使物體被摧毀。
如果你對共振的威力還有懷疑，那就讓我們一起來了解共振吧。
共振創造了世界
共振是物理學上的一個運用頻率非常高的專業術語。共振的定義是兩個振動頻率相同的物體，當一個發生振動時，引起另一個物體振動的現象。共振在聲學中亦稱“共鳴”，它指的是物體因共振而發聲的現象，如兩個頻率相同的音叉靠近，其中一個振動發聲時，另一個也會發聲。
在電學中，振盪電路的共振現象稱為“諧振”。
產生共振的重要條件之一，就是要有彈性，而且一件物體受外來的頻率作用時，它的頻率要與後者的頻率相同或基本相近。從總體上來看，這宇宙的大多數物質是有彈性的，大到行星小到原子，幾乎都能以一個或多個固有頻率來振動。
共振不僅在物理學上運用頻率非常高，而且，共振現象也可以說是一種宇宙間最普遍和最頻繁的自然現象之一，所以在某種程度上甚至可以這么說，是共振產生了宇宙和世間萬物，沒有共振就沒有世界。
我們都知道，宇宙是在一次劇烈的大爆炸後產生的。而促使這次大爆炸產生的根本原因之一，便是共振。當宇宙還處於渾沌的奇點時，裡面就開始產生了振盪。最初的時候，這種盪振是非常微弱的。漸漸地，振盪的頻率越來越高、越來越強，並引起了共振。最後，在共振和膨脹的共同作用下，導致了一陣驚天動地的轟然巨響，宇宙在瞬間急劇膨脹、擴張，然後，就產生了日月星辰，於是，在地球上便有了日月經天、江河行地，也有了植物蓬勃葳蕤、動物飛翔騰躍。
共振不僅創造出了巨觀的宇宙，而且，微觀物質世界的產生，也與共振有著密不可分的干係。從電磁波譜看，微觀世界中的原子核、電子、光子等物質運動的能量都是以波動的形式傳遞的。宇宙誕生初期的化學元素，也可以說是通過共振合成和產生的。有一些粒子微小到簡直無法想像，但它們可以在共振的作用之下，在100萬億分之一秒的瞬間，互相結合起來，於是新的化學元素便產生了。因為宇宙中這些粒子的生成與共振有著如此密切的關係，所以粒子物理學家經常把粒子稱為“共振體”。
既然共振是宇宙間一切物質運動的一種普遍規律，人及其它的生物也是宇宙間的物質，當然共振也是普遍存在於這些生命中了。
人除了呼吸、心跳、血液循環等都有其固有頻率外，人的大腦進行思維活動時產生的腦電波也會發生共振現象。類似的共振現象在其它動物身上也同樣普遍地存在著。我們喉嚨間發出的每個顫動，都是因為與空氣產生了共振，才形成了一個個音節，構成一句句語言，才能使我們能夠用這些語言來表達我們的情感和進行社會交往。
許多動物身上還存在著其它一些形式的共振現象。炎熱的午間，蟬兒發出的“知了、知了”聲；寧靜的夜晚，蟋蟀發出的“嘰—嘶”聲；還有不知疲倦的大肚子蟈蟈的鳴叫聲，儘管這些昆蟲的聲調大不相同，但其中的共同之處都是藉助了共振的原理，都是靠摩擦身體的某一部位與空氣產生共鳴而發聲。除了昆蟲之外，鳥類也是巧妙地運用著共振來演奏生命之曲的大師，它們運用共振所發出的圓潤婉轉的鳴叫聲，是自然界生命大合唱中最為優美的聲部和鏇律。因此，可以這么說，如果沒有共振，世界將會失去多少天籟、大地將會變得多么死寂！
其實更為重要的是，共振能充當地球生物的保護神。我們知道，紫外線是太陽發出的一種射線，它們如果大舉入侵地球，人類及各種生物勢必遭受極大的危害，因為過量的紫外線會使生物的機能遭到嚴重的破壞。不過不用擔心，我們有大氣層中的臭氧層，是它們藉助於共振的威力，阻止了紫外線的長驅直入。當紫外線經過大氣層時，臭氧層的振動頻率恰恰能與紫外線產生共振，因而就使這種振動吸收了大部分的紫外線。所以，共振能使大氣中的臭氧層變得如防曬油一樣，保證我們不至於被射線的傷害。
另外，共振還能使地球維持在適當的溫度，給地球生命創造出一個冷熱適宜的生長環境。因為雖然經過臭氧層的堵截圍追，但仍有少部分紫外線能夠成功地突破層層防線，到達地球表面。這部分紫外線經過地球吸收後，能量減少，變為紅外線，擴散回大氣中。而紅外線的熱量，又恰好能和二氧化碳產生共振，然後被“挽留”在大氣層中，使大氣層保有一定溫度，讓萬物在溫暖和煦的環境中孕育成長。
俗話說萬物生長靠太陽，其實也可以這么說：萬物生長靠共振。因為我們所熟知的植物的光合作用，亦是葉綠素與某些可見光共振，才能吸收陽光，產生氧氣與養分。所以沒有共振，植物便不能生長，人類和許多動物也就因此會失去了食物的來源。也就是說，沒有共振，地球上的生命便不能長期存在。
共振還是一個善於使用色彩和色調的魔幻繪畫師，把我們所看到的每一件物體都神奇地染上了顏色，使我們這個世界變得五彩斑斕、艷麗繽紛。鈉光是黃的，因為鈉原子的振動產生所產生的是黃色的光。水銀原子的振動發出藍光。氖原子送出的振動到了你眼中，就成為了紅色。在地面，共振也把所有的物體都染上了各式各樣的顏色，從花卉到水果。紅蘋果把太陽光中我們稱為藍光和綠光的振動頻率吸收了，因此我們看到的它就是紅艷艷的、令人饞涎欲滴的樣子。綠葉中的葉綠素分子的振動頻率在太陽的紅光及藍光範圍，所以共振把這兩種顏色都“貪污”了，而只把綠的顏色反射入我們的眼裡，因此樹葉看上去便是生機盎然濃綠或嫩綠。也是這同一片葉子，到了秋天的時候，它被共振所“貪污”的卻是綠光，因而這時反射出的是或黃或紅的色彩，映襯出秋天的蒼涼和悽美。就是那種很虛幻的彩虹也是因為有了共振，才有了赤橙黃綠青藍紫。因此，我們的生活中有著如此美麗迷人的花紅柳綠、斑斕爛漫，也無不是拜共振之所賜。
共振亦能毀滅世界
任何事物都是有兩面性的，共振並非完完全全都是給我們帶來福音，它也有著非常巨大的危害性。說到共振的危害時，人們最為熟知和引用得最多的，便是下面這個例子：18世紀中葉，一隊士兵在指揮官的口令下，邁著威武雄壯、整齊劃一的步伐，通過法國昂熱市一座大橋，快走到橋中間時，橋樑突然發生強烈的顫動並且最終斷裂坍塌，造成許多官兵和市民落入水中喪生。後經調查，造成這次慘劇的罪魁禍首，正是共振！因為大隊士兵齊步走時，產生的一種頻率正好與大橋的固有頻率一致，使橋的振動加強，當它的振幅達到最大限度直至超過橋樑的抗壓力時，橋就斷裂了。類似的事件還發生在俄國和美國等地。有鑒於此，所以後來許多國家的軍隊都有這么一條規定：大隊人馬過橋時，要改齊走為便步走。
對於橋樑來說，不光是大隊人馬厚重整齊的腳步能使之斷裂，那些看似無物的風兒同樣也能對之造成威脅。1940年，美國的全長860米的塔柯姆大橋因大風引起的共振而塌毀，儘管當時的風速還不到設計風速限值的1/3，可是因為這座大橋的實際的抗共振強度沒有過關，所以導致事故的發生。每年肆虐於沿海各地的熱帶風暴，也是藉助於共振為虎作倀，才會使得房屋和農作物飽受摧殘。近幾十年來，美國及歐洲等國家和地區還發生了許多起高樓因大風造成的共振而劇烈搖擺的事件。
也是由於共振的力量，巨大的冰川能被“溫柔”的海洋波濤給拍裂開。甚至於美國阿拉斯加李杜牙灣經常出現的高達上百米的巨浪，也是由於共振在其中發揮了很大的“推波助瀾”的作用。因為共振在這個海灣“作威作福”實在是太厲害了，所以許多航海人對這個海灣都是“敬”而遠之。
給人類帶來重大傷亡和財產損失的地震，其中亦有共振的“幢幢魔影”：當地殼裡的某一板塊發生斷裂時，產生的波動頻率傳到地面上，與建築物產生強烈的共振，於是，就造成了屋毀人亡的慘劇。
實際上，共振的危害程度和範圍還無遠遠不止於此。持續發出的某種頻率的聲音會使玻璃杯破碎。機器的運轉可以因共振而損壞機座。高山上的一聲大喊，可引起山頂的積雪的共振，頃刻之間造成一場大雪崩。行駛著的汽車，如果輪轉周期正好與彈簧的固有節奏同步，所產生的共振就能導致汽車失去控制，從而造成車毀人亡……
人們在生活和生產中會接觸到各種振動源，這些振動都可能會對人體產生危害。由科學測試知道人體各部位有不同的固有頻率，如眼球的固有頻率最大約為60赫茲，顱骨的固有頻率最大約為200赫茲等；把人體作為一個整體來看，如水平方向的固有頻率約為3—6赫茲,豎直方向的固有頻率約為48赫茲。因此，跟振動源十分接近的操作人員，如拖拉機駕駛員，風鎬、風鏟、電鋸、鎦釘機的操作工，在工作時應儘量避免這些振動源的頻率與人體有關部位的固有頻率產生共振。並且，為了保障工人的安全與健康，有關部門己作出了相應規定，要求用手工操作的各類振動機械的頻率必須大於20赫茲。
對人危害程度尤為厲害的是次聲波所產生的共振。次聲波是一種每秒鐘振動很少、我們耳朵聽不到的聲波。次聲波的聲波頻率很低，一般均在20兆赫以下，波長卻很長，不易衰弱。自然界的太陽磁暴、海浪咆哮、雷鳴電閃、氣壓突變、火山爆發；軍事上的核子彈、氫彈爆炸試驗，火箭發射、飛機飛行等等，都可以產生次聲波。在我們工作、學習和生活的周圍，能夠產生次聲波的小型動力設備很多，如鼓風機、引風機、壓氣機、真空泵、柴油機、電風扇、車輛發動機等。次聲波的這種神奇的功能也引起了軍事專家的高度重視，一些國家利用次聲波的性質進行次聲波武器的研製，目前已研製出次聲波槍和次聲波炸彈。不論是次聲波槍還是次聲波炸彈，都是利用頻率為16—17赫茲的次聲波，與人體內的某些器官發生共振，使受振者的器官發生變形、位移或出血，從而達到殺傷敵方的目的。現代科學研究已經證明，大量發射的頻率為16—17赫茲的次聲波會引起人體無法忍受的顫抖，從而產生視覺障礙、定向力障礙、噁心等症狀，甚至還會出現可導致死亡的內臟損壞或破裂。這種次聲波武器可以說是人類運用共振來危害人類自己的一種技術上的極致。
巧除共振的危害
共振給人們帶來意想不到的災難，那么，人們能不能消除這些災難呢？為此，人們經過實踐，總結出許多消除共振的辦法。據史籍記載，我國晉代就有人對共振現象作出了正確的解釋，並已經能夠完全認識到，防止共振的最好的方法是改變物體的固有頻率，使之與外來作用力的頻率相差越大越好。
古時還有一個有趣的故事，說的就是人們如何巧妙地消除共振的。唐朝時候，洛陽某寺一僧人房中掛著的一件樂器，經常莫名其妙地自動鳴響，僧人因此驚恐成疾，四處求治無效。他有一個朋友是朝中管音樂的官員，聞訊特去看望他。這時正好聽見寺里敲鐘聲，那件樂器又隨之作響。於是朋友說：你的病我可以治好，因為我找到你的病根了。只見朋友找到一把鐵銼，在樂器上銼磨幾下，樂器便再也不會自動作響了。朋友解釋說這件樂器與寺院裡的鐘聲的共振頻率相合，於是敲鐘時樂器也就會相應地鳴響，現在把樂器稍微銼去一點，也就改變了它的固有振動頻率，它就不再能和寺里的鐘聲共鳴了。僧人恍然大悟，病也就隨著痊癒了。
到了今天，人類對付共振危害的方法更是多種多樣和更加先進。例如：人們在電影院、播音室等對隔音要求很高的地方，常常採用加裝一些海綿、塑膠泡沫或布簾的辦法，使聲音的頻率在碰到這些柔軟的物體時，不能與它們產生共振，而是被它們吸收掉。又如電動機要安裝在水泥澆注的地基上，與大地牢牢相連，或要安裝在很重的底盤上，為的是使基礎部分的固有頻率增加，以增大與電機的振動頻率(驅動力頻率)之差來防止基礎的振動。
大街上的行人、車輛的喧鬧聲、機器的隆隆聲——這些連綿不斷的噪聲不僅影響人們正常生活，還會損害人的聽力。於是人們發明了一種消聲器，它是由開有許多小孔的孔板和空腔所構成，當傳來的噪聲頻率與消聲器的固有頻率相同時，就會跟小孔內空氣柱產生劇烈共振。這樣，相當一部分噪聲能在共振時被“吞吃”掉，而且還能夠轉變為熱能來進行使用。
利用共振能帶來福祉
實際上，中國人對於共振的運用，還可以追溯到很久遠的年代。
早在戰國初期，當時的人就發明了各種各樣的共鳴器，用來偵探敵情。《墨子·備穴》記載了其中的幾種：
在城牆根下每隔一定距離挖一深坑，坑裡埋置一隻容量有七八十升的陶瓮，瓮口蒙上皮革，這樣，實際上就做成了一個共鳴器。讓聽覺聰敏的人伏在這個共鳴器上聽動靜，遇有敵人挖地道攻城的響聲，不僅可以發覺，而且根據各瓮瓮聲的響度差可以識別來敵的方向和遠近。另一種方法是：在同一個深坑裡埋設兩隻蒙上皮革的瓮，兩瓮分開一定距離，根據這兩瓮的響度差來判別敵人所在的方向。
以上幾種方法被歷代軍事家因襲使用。明代抗倭名將戚繼光曾用上面的方法來偵聽敵人鑿地道的聲音。甚至在本世紀的一些現代戰爭中，不少國家和民族還繼續採用這些方法。
我國古時還發明出了另一種更加輕巧、簡便、實用的共鳴器。如唐代的軍隊中就有一種用皮革製成的叫做“空胡鹿”的隨軍枕，讓聽覺靈敏和睡覺警醒的戰士在宿營時使用，“凡人馬行在三十里外，東西南北皆響聞”。當聲音通過地面傳播到空穴時，在空穴處產生交混迴響，於是就能知道敵人的多寡遠近。值得一提的是，這種用竹筒聽地聲的方法正是現代醫用聽診器的濫觴。
宋代的科學家沈括就曾巧妙地利用共振原理設計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調好，然後剪一些小小的紙人夾在各弦上。當彈動不夾紙人的某一弦線時，凡是和它共振的弦線上的紙人就會隨著音樂跳躍舞動。這個發明比西方同類發明要早幾個世紀。
到了現代，隨著科技的發展和對共振研究的更加深入，共振在我們的社會和生活中“震盪”得更為頻繁和緊密了。
弦樂器中的共鳴箱、無線電中的電諧振等，就是使系統固有頻率與驅動力的頻率相同，發生共振。我們在建築工地經常可以看到，建築工人在澆灌混凝土的牆壁或地板時，為了提高質量，總是一面灌混凝土，一面用振盪器進行震盪，使混凝土之間由於振盪的作用而變得更緊密、更結實。此外，粉碎機、測振儀、電振泵、測速儀等，也都是利用共振現象進行工作的。
進入20世紀以後，微波技術得到長足的發展，使我們人類的生活進入了一個全新的、更加神奇的領域。而微波技術正是一種把共振運用得非常精妙的技術。微波技術不僅廣泛套用在電視、廣播和通訊等方面，而且“登堂入室”，與人們的日常生活愈來愈密切相關，微波爐便是家庭套用共振技術的一個最好體現。具有2500赫茲左右頻率的電磁波稱為“微波”。食物中水分子的振動頻率與微波大致相同，微波爐加熱食品時，爐內產生很強的振盪電磁場，使食物中的水分子作受迫振動，發生共振，將電磁輻射能轉化為熱能，從而使食物的溫度迅速升高。微波加熱技術是對物體內部的整體加熱技術，完全不同於以往的從外部對物體進行加熱的方式，是一種極大地提高了加熱效率、極為有利於環保的先進技術。
人的一生中，離不開音樂的“沐浴”和“滋潤”，而優美曼妙的音樂里也無不蘊藏著共振的“精靈”。專家研究認為，音樂的頻率、節奏和有規律的聲波振動，是一種物理能量，而適度的物理能量會引起人體組織細胞發生和諧共振現象，這種聲波引起的共振現象，會直接影響人們的腦電波、心率、呼吸節奏等，使細胞體產生輕度共振，使人有一種舒適、安逸感，音律的變化使人的身體有一種充實、流暢的感覺。它活化了體內的細胞，加快了血液的流動，激活了人的物理層次的生命潛能。人們還發現，當人處在優美悅耳的音樂環境中，可以改善精神系統、心血管系統、內分泌系統和消化系統的功能，促使人體分泌一種有利健康的活性物質，提高大腦皮層的興奮性，振奮人的精神，讓人們的心靈得到了陶冶和升華。所以，人們已經開始運用音樂產生的共振，來緩解人們由於各種因素造成的緊張、焦慮、憂鬱等不良心理狀態，而且還能用於治療人的一些心理和生理上的疾病。
我們知道，粒子加速器對於物理學的研究和發展是至關重要的，而粒子加速器對於共振的運用，用“登峰造極”來形容也一點不為過。在粒子物理的基本小宇宙中，每一種能量都有對應的頻率，反之亦然，這是很自然的物質互補原理，既有波又有粒子的特性。物質因為具有波的性質，也就有了頻率。粒子加速器就是運用了這樣的共振原理，把許多小小的“波紋”迭加起來，結果變成很大的“波峰”，可把電子或質子推到近乎光速，在高速的相撞下產生粒子來。
總而言之，共振不僅是一種客觀存在，它也是有待於進一步開拓的科技領域。共振技術普遍套用於機械、化學、力學、電磁學、光學及分子、原子物理學、工程技術等幾乎所有的科技領域。如音響設備中揚聲器紙盆的振動，各種弦樂器中音腔在共鳴箱中的振動等利用了“力學共振”；電磁波的接收和發射利用了“電磁共振”；雷射的產生利用了“光學共振”；醫療技術中則有已經非常普及的“核磁共振”等。在21世紀開始的正在蓬勃發展的信息技術、基因科學、納米材料、航天高科學技術大發展的浪潮中，更是大量運用到共振技術。而且隨著科學的發展，可以預見，共振將會對我們這個社會產生更加巨大的“震盪”。
大橋共振
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生活中其他的共振現象
1.洗完衣服，要甩乾的時候，往往在剛開動甩乾機的時候呵快要停止轉動的時候，洗衣機晃動比較厲害，這也是因為甩衣桶轉動的頻率很接近洗衣機的固有頻率產生共振現象而造成的。
2.現在越來越多的人都在用手機，而手機的一種模式就是振動模式，手機中其實有個類似共振篩一樣的共振器，它就是依靠共振原理使手機震動起來的。
3.有些人暈車，暈車的原因有多種，自身體質差，對氣味敏感，對聲音敏感都可能造成暈車，而其中還有一種原因就是車輛在行駛的過程中難免要上下震動，而震動的頻率接近有些人內臟器官的固有頻率而發生共振現象，使其感覺不舒服，有難受想嘔吐的感覺。
4.次聲波所引起的共振會對人體造成一定的危害。住在高層建築里的人遇到大風天氣，很容易產生頭暈、噁心等不舒適的感覺，這是因為風聲使高樓振動產生低頻次聲波，而人體器官固有頻率也很低，這樣二者當頻率接近時導致人體器官發生低頻共振，就會出現不舒服的感覺。
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）是一種用途十分廣泛的電子測量儀器。它能把肉眼看不見的電信號變換成看得見的圖象，便於人們研究各種電現象的變化過程。示波器利用狹窄的、由高速電子組成的電子束，打在塗有螢光物質的屏面上，就可產生細小的光點。在被測信號的作用下，電子束就好像一支筆的筆尖，可以在屏面上描繪出被測信號的瞬時值的變化曲線。利用示波器能觀察各種不同信號幅度隨時間變化的波形曲線，還可以用它測試各種不同的電量，如電壓、電流、頻率、相位差、調幅度等等以圖像形式在陰極射線管螢光屏上顯示兩個或兩個以上參數間的函式關係的電子測量儀器。示波器根據對不同時域測量的要求有通用示波器、存儲示波器和取樣示波器三類。
有關示波器的詳細介紹請見http://www.hudong.com/wiki/%E7%A4%BA%E6%B3%A2%E5%99%A8
示波器的使用視頻
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練習使用示波器
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示波管
示波管原理圖示波管是電子示波器的心臟。示波管的主要部件有：電子槍，偏轉板，後加速級，螢光屏，刻度格子。其簡單工作原理如下。
電子槍產生了一個聚集很細的電子束，並把它加速到很高的速度。這個電子束以足夠的能量撞擊螢光屏上的一個小點，並使該點發光。電子束一離開電子工業槍，就在兩副靜電偏轉板間通過。偏轉板上的電壓使電子束偏轉，一副偏轉板的電壓使電子束上下運動；另一副偏轉板的電壓使電子左右運動。而這些運動都是彼此無關的。因此，在水平輸入端和垂直輸入端加上適當的電壓，就可以把電子束定位到螢光屏的任何地方。
生活中的物理之醫學篇
醫學中的CT
CT原理全稱：computed tomography
CT是一種功能齊全的病情探測儀器，它是電子計算機X射線斷層掃描技術簡稱。
CT的工作程式是這樣的：它根據人體不同組織對X線的吸收與透過率的不同，套用靈敏度極高的儀器對人體進行測量，然後將測量所獲取的數據輸入電子計算機，電子計算機對數據進行處理後，就可攝下人體被檢查部位的斷面或立體的圖像，發現體內任何部位的細小病變。
CT的發明
自從X射線發現後，醫學上就開始用它來探測人體疾病。但是，由於人體內有些器官對X線的吸收差別極小，因此X射線對那些前後重疊的組織的病變就難以發現。於是，美國與英國的科學家開始了尋找一種新的東西來彌補用X線技術檢查人體病變的不足。1963年，美國物理學家科馬克發現人體不同的組織對X線的透過率有所不同，在研究中還得出了一些有關的計算公式，這些公式為後來CT的套用奠定了理論基礎。1967年，英國電子工程師亨斯費爾德在並不知道科馬克研究成果的情況下，也開始了研製一種新技術的工作。他首先研究了模式的識別，然後製作了一台能加強X射線放射源的簡單的掃描裝置，即後來的CT，用於對人的頭部進行實驗性掃描測量。後來，他又用這種裝置去測量全身，獲得了同樣的效果。1971年9月，亨斯費爾德又與一位神經放射學家合作，在倫敦郊外一家醫院安裝了他設計製造的這種裝置，開始了頭部檢查。10月4日，醫院用它檢查了第一個病人。患者在完全清醒的情況下朝天仰臥，X線管裝在患者的上方，繞檢查部位轉動，同時在患者下方裝一計數器，使人體各部位對X線吸收的多少反映在計數器上，再經過電子計算機的處理，使人體各部位的圖像從螢屏上顯示出來。這次試驗非常成功。1972年4月，亨斯費爾德在英國放射學年會上首次公布了這一結果，正式宣告了CT的誕生。這一訊息引起科技界的極大震動，CT的研製成功被譽為自倫琴發現X射線以後，放射診斷學上最重要的成就。因此，亨斯費爾德和科馬克共同獲取1979年諾貝爾生理學或醫學獎。而今，CT已廣泛運用於醫療診斷上。 CT原理CT的成像基本原理
CT是用X線束對人體某部一定厚度的層面進行掃描，由探測器接收透過該層面的X線，轉變為可見光後，由光電轉換變為電信號，再經模擬/數字轉換器（analog/digital converter）轉為數字，輸入計算機處理。圖像形成的處理有如對選定層面分成若干個體積相同的長方體，稱之為體素（voxel），見圖1-2-1。掃描所得信息經計算而獲得每個體素的X線衰減係數或吸收係數，再排列成矩陣，即數字矩陣（digital matrix），數字矩陣可存貯於磁碟或光碟中。經數字/模擬轉換器（digital/analog converter）把數字矩陣中的每個數字轉為由黑到白不等灰度的小方塊，即象素（pixel），並按矩陣排列，即構成CT圖像。所以，CT圖像是重建圖像。每個體素的X線吸收係數可以通過不同的數學方法算出。CT設備
CT設備主要有以下三部分：①掃描部分由X線管、探測器和掃描架組成；②計算機系統，將掃描收集到的信息數據進行貯存運算；③圖像顯示和存儲系統，將經計算機處理、重建的圖像顯示在電視屏上或用多幅照相機或雷射照相機將圖像攝下。探測器從原始的1個發展到現在的多達4800個。掃描方式也從平移/鏇轉、鏇轉/鏇轉、鏇轉/固定，發展到新近開發的螺鏇CT掃描（spiral CT scan）。計算機容量大、運算快，可達到立即重建圖像。由於掃描時間短，可避免運動產生的偽影，例如，呼吸運動的干擾，可提高圖像質量；層面是連續的，所以不致於漏掉病變，而且可行三維重建，注射造影劑作血管造影可得CT血管造影（Ct angiography，CTA）。超高速CT掃描所用掃描方式與前者完全不同。掃描時間可短到40ms以下，每秒可獲得多幀圖像。由於掃描時間很短，可攝得電影圖像，能避免運動所造成的偽影，因此，適用於心血管造影檢查以及小兒和急性創傷等不能很好的合作的患者檢查。CT圖像特點
CT圖像是由一定數目由黑到白不同灰度的象素按矩陣排列所構成。這些象素反映的是相應體素的X線吸收係數。不同CT裝置所得圖像的象素大小及數目不同。大小可以是1.0×1.0mm，0.5×0.5mm不等；數目可以是256×256，即65536個，或512×512，即262144個不等。顯然，象素越小，數目越多，構成圖像越細緻，即空間分辨力（spatial resolution）高。CT圖像的空間分辨力不如X線圖像高。CT圖像是以不同的灰度來表示，反映器官和組織對X線的吸收程度。因此，與X線圖像所示的黑白影像一樣，黑影表示低吸收區，即低密度區，如含氣體多的肺部；白影表示高吸收區，即高密度區，如骨骼。但是CT與X線圖像相比，CT的密度分辨力高，即有高的密度分辨力（density resolutiln）。因此，人體軟組織的密度差別雖小，吸收係數雖多接近於水，也能形成對比而成像。這是CT的突出優點。所以，CT可以更好地顯示由軟組織構成的器官，如腦、脊髓、縱隔、肺、肝、膽、胰以及盆部器官等，並在良好的解剖圖像背景上顯示出病變的影像。
x線圖像可反映正常與病變組織的密度，如高密度和低密度，但沒有量的概念。CT圖像不僅以不同灰度顯示其密度的高低，還可用組織對X線的吸收係數說明其密度高低的程度，具有一個量的概念。實際工作中，不用吸收係數，而換算成CT值，用CT值說明密度。單位為Hu（Hounsfield unit）。
水的吸收係數為10，CT值定為0Hu，人體中密度最高的骨皮質吸收係數最高，CT值定為+1000Hu，而空氣密度最低，定為-1000Hu。人體中密度不同和各種組織的CT值則居於-1000Hu到+1000Hu的2000個分度之間。
CT圖像是層面圖像，常用的是橫斷面。為了顯示整個器官，需要多個連續的層面圖像。通過CT設備上圖像的重建程式的使用，還可重建冠狀面和矢狀面的層面圖像，可以多角度查看器官和病變的關係。
CT檢查技術
分平掃（plain CT scan）、造影增強掃描（contrast enhancement,CE）和造影掃描。（一）平掃 是指不用造影增強或造影的普通掃描。一般都是先作平掃。
（二）造影增強掃描 是經靜脈注入水溶性有機碘劑，如60%～76%泛影葡胺60ml後再行掃描的方法。血內碘濃度增高后，器官與病變內碘的濃度可產生差別，形成密度差，可能使病變顯影更為清楚。方法分團注法、靜滴法和靜注與靜滴法幾種。
（三）造影掃描 是先作器官或結構的造影，然後再行掃描的方法。例如向腦池內注入碘曲侖8～10ml或注入空氣4～6ml行腦池造影再行掃描，稱之為腦池造影CT掃描，可清楚顯示腦池及其中的小腫瘤。
6、CT診斷的臨床套用
CT診斷由於它的特殊診斷價值，已廣泛套用於臨床。但CT設備比較昂貴，檢查費用偏高，某些部位的檢查，診斷價值，尤其是定性診斷，還有一定限度，所以不宜將CT檢查視為常規診斷手段，應在了解其優勢的基礎上，合理的選擇套用。CT診斷的特點及優勢
CT檢查對中樞神經系統疾病的診斷價值較高，套用普遍。對顱內腫瘤、膿腫與肉芽腫、寄生蟲病、外傷性血腫與腦損傷、腦梗塞與腦出血以及椎管內腫瘤與椎間盤脫出等病診斷效果好，診斷較為可靠。因此，腦的X線造影除腦血管造影仍用以診斷顱內動脈瘤、血管發育異常和腦血管閉塞以及了解腦瘤的供血動脈以外，其他如氣腦、腦室造影等均已少用。螺鏇CT掃描，可以獲得比較精細和清晰的血管重建圖像，即CTA，而且可以做到三維實時顯示，有希望取代常規的腦血管造影。CT對頭頸部疾病的診斷也很有價值。例如，對眶內占位病變、鼻竇早期癌、中耳小膽指瘤、聽骨破壞與脫位、內耳骨迷路的輕微破壞、耳先天發育異常以及鼻咽癌的早期發現等。但明顯病變，X線平片已可確診者則無需CT檢查。
對胸部疾病的診斷，CT檢查隨著高分辨力CT的套用，日益顯示出它的優越性。通常採用造影增強掃描以明確縱隔和肺門有無腫塊或淋巴結增大、支氣管有無狹窄或阻塞，對原發和轉移性縱隔腫瘤、淋巴結結核、中心型肺癌等的診斷，均很在幫助。肺內間質、實質性病變也可以得到較好的顯示。CT對平片檢查較難顯示的部分，例如同心、大血管重疊病變的顯圾，更具有優越性。對胸膜、膈、胸壁病變，也可清楚顯示。
心及大血管的CT檢查，尤其是後者，具有重要意義。心臟方面主要是心包病變的診斷。心腔及心壁的顯示。由於掃描時間一般長於心動周期，影響圖像的清晰度，診斷價值有限。但冠狀動脈和心瓣膜的鈣化、大血管壁的鈣化及動脈瘤改變等，CT檢查可以很好顯示。
腹部及盆部疾病的CT檢查，套用日益廣泛，主要用於肝、膽、胰、脾，腹膜腔及腹膜後間隙以及泌尿和生殖系統的疾病診斷。尤其是占位性病變、炎症性和外傷性病變等。胃腸病變向腔外侵犯以及鄰近和遠處轉移等，CT檢查也有很大價值。當然，胃腸管腔內病變情況主要仍依賴於鋇劑造影和內鏡檢查及病理活檢。
骨關節疾病，多數情況可通過簡便、經濟的常規X線檢查確診，因此使用CT檢查相對較少。
CT檢查範圍
CT可以做哪些檢查嗎？1）頭部：腦出血，腦梗塞，動脈瘤，血管畸形，各種腫瘤，外傷，出血，骨折，先天畸形等；
2）胸部：肺、胸膜及縱隔各種腫瘤，肺結核，肺炎，支氣管擴張，肺膿腫，囊腫，肺不張，氣胸，骨折等；
3）腹、盆腔：各種實質器官的腫瘤、外傷、出血，肝硬化，膽結石，泌尿繫結石、積水，膀胱、前列腺病變，某些炎症、畸形等；
4）脊柱、四肢：骨折，外傷，骨質增生，椎間盤病變，椎管狹窄，腫瘤，結核等；
5）骨骼、血管三維重建成像；各部位的MPR、MIP成像等；
6）CTA（CT血管成像）：大動脈炎，動脈硬化閉塞症，主動脈瘤及夾層等；
7）甲狀腺疾病：甲狀腺腺瘤、甲狀腺腺癌等；
其他：眼科及眼眶腫瘤，外傷；副鼻竇炎、鼻息肉、腫瘤、囊腫、外傷等。
由於CT的高分辨力，可使器官和結構清楚顯影，能清楚顯示出病變。在臨床上，神經系統與頭頸部CT診斷套用早，對腦瘤、腦外傷、腦血管意外、腦的炎症與寄生蟲病、腦先天畸形和腦實質性病變等診斷價值大。在五官科診斷中，對於框內腫瘤、鼻竇、咽喉部腫瘤，特別是內耳發育異常有診斷價值。
在呼吸系統診斷中，對肺癌的診斷、縱隔腫瘤的檢查和瘤體內部結構以及肺門及縱隔有無淋巴結的轉移，做CT檢查做出的診斷都是比較可靠的。
在心臟大血管和骨骼肌肉系統的檢查中也是有診斷價值的。
9、CT的幾個重要概念
1）解析度：是圖象對客觀的分辨能力，他包括空間解析度，密度解析度，時間解析度。
2）CT值：在CT的實際套用中，我們將各種組織包括空氣的吸收衰減值都與水比較，並將密度固定為上限＋1000。將空氣定為下限－1000，其它數值均表示為中間灰度，從而產生了一個相對的吸收係數標尺。
3）窗寬和窗位，窗位是指圖像顯示所指的CT值範圍的中心。例如觀察腦組織常用窗位為＋35HU，而觀察骨質則用＋300－＋600HU。窗寬指顯示圖像的CT值範圍。例如觀察腦的窗寬用100，觀察骨的窗寬用1000。這樣，同一層面的圖像數據，通過調節窗位和窗寬，便可分別得到適於顯示腦組織與骨質的兩種密度圖像。
4）部分容積效應：：CT圖像上各個像素的數值代表相應單位組織全體的平均CT值，它不能如實反映該單位內各種組織本身的CT值。在CT掃描中，凡小於層厚的病變，其CT值受層厚的病變，其CT值受層厚內其它組織的影響，所測出的CT值不能代表病變的真正的CT值：如在高密度組織中較小的低密度病灶，其CT值偏高；反之，在低密度組織中的較小的高密度病灶，其CT值偏低，這種現象稱為部分容積效應。
5）噪聲：一個均勻物體被掃描。在一個確定的R0I(感興趣區)範圍內，每個象素的CT值[HU]並不相同而是圍繞一個平均值波動，CT值的變化就是噪音。軸向（斷層）圖像的CT值呈現一定的漲落。即是說CT值僅僅作為一個平均值來看，它可能有上下的偏差，此偏差即為噪音。噪音是由輻射強度來決定的。也即是由達到探測器的X-Ray量子數來決定的。強度越大，噪音越低。圖象噪音依賴探測器表面之光子通量的大小。它取決於X線管的管電壓，管電流，予過濾及準直器孔徑等。重建算法也影響噪音。
因此，在日常生活中的人群里，如感覺到身體不適，還是應該及早到醫院做檢查，以明確診斷。做到早檢查，早發現，早診斷，早治療。
CT和磁共振的區別
計算機斷層掃描(CT)能在一個橫斷解剖平面上，準確地探測各種不同組織間密度的微小差別，是觀察骨關節及軟組織病變的一種較理想的檢查方式。在關節炎的診斷上，主要用於檢查脊柱，特別是骶髂關節。CT優於傳統X線檢查之處在於其解析度高，而且還能做軸位成像。由於CT的密度解析度高，所以軟組織、骨與關節都能顯得很清楚。加上CT可以做軸位掃描，一些傳統X線影像上分辨較困難的關節都能在叮圖像上“原形畢露”。如由於骶髂關節的關節面生來就傾斜和彎曲，同時還有其他組織之重疊，儘管大多數病例的骶髂關節用x線片已可能達到要求，但有時X線檢查發現骶髂關節炎比較困難，則對有問題的病人就可做CT檢查。
磁共振成像(MRI)是根據在強磁場中放射波和氫核的相互作用而獲得的。磁共振一問世，很快就成為在對許多疾病診斷方面有用的成像工具，包括骨骼肌肉系統。肌肉骨骼系統最適於做磁共振成像，因為它的組織密度對比範圍大。在骨、關節與軟組織病變的診斷方面，磁共振成像由於具有多於CT數倍的成像參數和高度的軟組織解析度，使其對軟組織的對比度明顯高於CT。磁共振成像通過它多向平面成像的功能，套用高分辨的毒面線圈可明顯提高各關節部位的成像質量，使神經、肌腱、韌帶、血管、軟骨等其他影像檢查所不能分辨的細微結果得以顯示。磁共振成像在骨關節系統的不足之處是，對於骨與軟組織病變定性診斷無特異性，成像速度慢，在檢查過程中。病人自主或不自主的活動可引起運動偽影，影響診斷。
X線攝片、CT、磁共振成像可稱為三駕馬車，三者有機地結合，使當前影像學檢查既擴大了檢查範圍，又提高了診斷水平。
X射線機
1895年11月8日是一個星期五。晚上，德國慕尼黑伍爾茨堡大學的整個校園都沉浸在一片靜悄悄的氣氛當中，大家都回家度周末去了。但是還有一個房間依然亮著燈光。燈光下，一位年過半百的學者凝視著一疊灰黑色的照相底片在發獃，仿佛陷入了深深的沉思……
他在思索什麼呢？原來，這位學者以前做過一次放電實驗，為了確保實驗的精確性，他事先用錫紙和硬紙板把各種實驗器材都包裹得嚴嚴實實,並且用一個沒有安裝鋁窗的陰極管讓陰極射線透出。可是現在，他卻驚奇地發現，對著陰極射線發射的一塊塗有氰亞鉑酸鋇的螢幕(這個螢幕用於另外一個實驗)發出了光.而放電管旁邊這疊原本嚴密封閉的底片，現在也變成了灰黑色—這說明它們已經曝光了！
這個一般人很快就會忽略的現象，卻引起了這位學者的注意，使他產生了濃厚的興趣。他想：底片的變化，恰恰說明放電管放出了一種穿透力極強的新射線，它甚至能夠穿透裝底片的袋子！一定要好好研究一下。不過—既然目前還不知道它是什麼射線，於是取名“X射線”。
於是，這位學者開始了對這種神秘的X射線的研究。
他先把一個塗有磷光物質的螢幕放在放電管附近，結果發現螢幕馬上發出了亮光。接著，他嘗試著拿一些平時不透光的較輕物質—比如書本、橡皮板和木板—放到放電管和螢幕之間去擋那束看不見的神秘射線，可是誰也不能把它擋住，在螢幕上幾乎看不到任何陰影，它甚至能夠輕而易舉地穿透15毫米厚的鋁板！直到他把一塊厚厚的金屬板放在放電管與螢幕之間，螢幕上才出現了金屬板的陰影—看來這種射線還是沒有能力穿透太厚的物質。實驗還發現,只有鉛板和鉑板才能使屏不發光,當陰極管被接通時,放在旁邊的照相底片也將被感光,即使用厚厚的黑紙將底片包起來也無濟於事。
接下來更為神奇的現象發生了， 一天晚上倫琴很晚也沒回家，他的妻子來實驗室看他，於是他的妻子便成了在那不明輻射作用下在照相底片上留下痕跡的第一人。倫琴拍攝的第一張X線片當時倫琴要求他的妻子用手捂住照相底片。當顯影后，夫妻倆在底片上看見了手指骨頭和結婚戒指的影象。
這一發現對於醫學的價值可是十分重要的，它就像給了人們一副可以看穿肌膚的“眼鏡”，能夠使醫生的“目光”穿透人的皮肉透視人的骨骼，清楚地觀察到活體內的各種生理和病理現象。根據這一原理，後來人們發明了X光機，X射線已經成為現代醫學中一個不可缺少的武器。當人們不慎摔傷之後，為了檢查是不是骨折了，不是總要先到醫院去“照一個片子”嗎？這就是在用X射線照相啊！
這位學者雖然發現了X射線，但當時的人們—包括他本人在內，都不知道這種射線究竟是什麼東西。直到20世紀初，人們才知道X射線實質上是一種比光波更短的電磁波，它不僅在醫學中用途廣泛，成為人類戰勝許多疾病的有力武器，而且還為今後物理學的重大變革提供了重要的證據。正因為這些原因，在1901年諾貝爾獎的頒獎儀式上，這位學者成為世界上第一個榮獲諾貝爾獎物理獎的人。
人們為了紀念倫琴，將X射線命名為倫琴射線。
X射線機原理及構造
有關X射線
波長介於紫外線 和 γ射線間的 電磁輻射 。由德國物理學家W.K.倫琴[3]於1895年發現，故又稱倫琴射線。波長小於0.1埃的稱超硬X射線，在0.1～1埃範圍內的稱硬X射線，1～10埃範圍內的稱軟X射線。實驗室中X射線由X射線管產生，X射線管是具有陰極和陽極的真空管，陰極用鎢絲製成，通電後可發射熱電子，陽極（就稱靶極）用高熔點金屬製成（一般用鎢，用於晶體結構分析的X射線管還可用鐵、銅、鎳等材料）。用幾萬伏至幾十萬伏的高壓加速電子，電子束轟擊靶極，X射線從靶極發出。電子轟擊靶極時會產生高溫，故靶極必須用水冷卻，有時還將靶極設計成轉動式的。
特點
X射線的特徵是波長非常短，頻率很高，其波長約為（20～0.06）×10-8厘米之間。因此X射線必定是由於原子在能量相差懸殊的兩個能級之間的躍遷而產生的。所以X射線光譜是原子中最靠內層的電子躍遷時發出來的，而光學光譜則是外層的電子躍遷時發射出來的。X射線在電場磁場中不偏轉。這說明X射線是不帶電的粒子流，因此能產生干涉、衍射現象。
X射線譜由連續譜和標識譜兩部分組成 ，標識譜重疊在連續譜背景上，連續譜是由於高速電子受靶極阻擋而產生的 軔致輻射 ，其短波極限λ 0 由加速電壓V決定：λ 0 = hc /( ev )為普朗克常數， e 為電子電量， c 為真空中的光速。標識譜是由一系列線狀譜組成，它們是因靶元素內層電子的躍遷而產生，每種元素各有一套特定的標識譜，反映了原子殼層結構 。同步輻射源可產生高強度的連續譜X射線，現已成為重要的X射線源。
X射線具有很高的穿透本領，能透過許多對可見光不透明的物質，如墨紙、木料等。這種肉眼看不見的射線可以使很多固體材料發生可見的螢光，使照相底片感光以及空氣電離等效應，波長越短的X射線能量越大，叫做硬X射線，波長長的X射線能量較低，稱為軟X射線。當在真空中，高速運動的電子轟擊金屬靶時，靶就放出X射線，這就是X射線管的結構原理。
分類
放出的X射線分為兩類：
（1）如果被靶阻擋的電子的能量，不越過一定限度時，只發射連續光譜的輻射。這種輻射叫做軔致輻射，連續光譜的性質和靶材料無關。
（2）一種不連續的，它只有幾條特殊的線狀光譜，這種發射線狀光譜的輻射叫做特徵輻射，特徵光譜和靶材料有關。
一、X射線的發現
1895年11月8日是一個星期五。晚上，德國慕尼黑伍爾茨堡大學的整個校園都沉浸在一片靜悄悄的氣氛當中，大家都回家度周末去了。但是還有一個房間依然亮著燈光。燈光下，一位年過半百的學者凝視著一疊灰黑色的照相底片在發獃，仿佛陷入了深深的沉思……
他在思索什麼呢？原來，這位學者以前做過一次放電實驗，為了確保實驗的精確性，他事先用錫紙和硬紙板把各種實驗器材都包裹得嚴嚴實實,並且用一個沒有安裝鋁窗的陰極管讓陰極射線透出。可是現在，他卻驚奇地發現，對著陰極射線發射的一塊塗有氰亞鉑酸鋇的螢幕(這個螢幕用於另外一個實驗)發出了光.而放電管旁邊這疊原本嚴密封閉的底片，現在也變成了灰黑色—這說明它們已經曝光了！
這個一般人很快就會忽略的現象，卻引起了這位學者的注意，使他產生了濃厚的興趣。他想：底片的變化，恰恰說明放電管放出了一種穿透力極強的新射線，它甚至能夠穿透裝底片的袋子！一定要好好研究一下。不過—既然目前還不知道它是什麼射線，於是取名“X射線”。
於是，這位學者開始了對這種神秘的X射線的研究。
他先把一個塗有磷光物質的螢幕放在放電管附近，結果發現螢幕馬上發出了亮光。接著，他嘗試著拿一些平時不透光的較輕物質—比如書本、橡皮板和木板—放到放電管和螢幕之間去擋那束看不見的神秘射線，可是誰也不能把它擋住，在螢幕上幾乎看不到任何陰影，它甚至能夠輕而易舉地穿透15毫米厚的鋁板！直到他把一塊厚厚的金屬板放在放電管與螢幕之間，螢幕上才出現了金屬板的陰影—看來這種射線還是沒有能力穿透太厚的物質。實驗還發現,只有鉛板和鉑板才能使屏不發光,當陰極管被接通時,放在旁邊的照相底片也將被感光,即使用厚厚的黑紙將底片包起來也無濟於事。
倫琴拍攝的第一張X射線片接下來更為神奇的現象發生了， 一天晚上倫琴很晚也沒回家，他的妻子來實驗室看他，於是他的妻子便成了在那不明輻射作用下在照相底片上留下痕跡的第一人。倫琴拍攝的第一張X線片當時倫琴要求他的妻子用手捂住照相底片。當顯影后，夫妻倆在底片上看見了手指骨頭和結婚戒指的影象。
這一發現對於醫學的價值可是十分重要的，它就像給了人們一副可以看穿肌膚的“眼鏡”，能夠使醫生的“目光”穿透人的皮肉透視人的骨骼，清楚地觀察到活體內的各種生理和病理現象。根據這一原理，後來人們發明了X光機，X射線已經成為現代醫學中一個不可缺少的武器。當人們不慎摔傷之後，為了檢查是不是骨折了，不是總要先到醫院去“照一個片子”嗎？這就是在用X射線照相啊！
這位學者雖然發現了X射線，但當時的人們—包括他本人在內，都不知道這種射線究竟是什麼東西。直到20世紀初，人們才知道X射線實質上是一種比光波更短的電磁波，它不僅在醫學中用途廣泛，成為人類戰勝許多疾病的有力武器，而且還為今後物理學的重大變革提供了重要的證據。正因為這些原因，在1901年諾貝爾獎的頒獎儀式上，這位學者成為世界上第一個榮獲諾貝爾獎物理獎的人。
人們為了紀念倫琴，將X射線命名為倫琴射線。
二、X射線的性質
(一)物理效應
1．穿透作用 穿透作用是指X射線通過物質時不被吸收的能力。X射線能穿透一般可見光所不能透過的物質。可見光因其波長較長，光子其有的能量很小，當射到物體上時，一部分被反射，大部分為物質所吸收，不能透過物體；而X射線則不然，咽其波長短，能量大，照在物質上時，僅一部分被物質所吸收，大部分經由原子間隙而透過，表現出很強的穿透能力。X射線穿透物質的能力與X射線光子的能量有關，X射線的波長越短，光子的能量越大，穿透力越強。X射線的穿透力也與物質密度有關，密度大的物質，對X射線的吸收多，透過少；密度小者，吸收少，透過多。利用差別吸收這種性質可以把密度不同的骨骼、肌肉、脂肪等軟組織區分開來。這正是X射線透視和攝影的物理基礎。
2．電離作用 物質受X射線照射時，使核外電子脫離原子軌道，這種作用叫電離作用。在光電效應和散射過程中，出現光電子和反衝電子脫離其原子的過程叫一次電離，這些光電子或反衝電子在行進中又和其它原子碰撞，使被擊原子逸出電子叫二次電離。在固體和液體中。電離後的正、負離子將很快複合，不易收集。但在氣體中的忘離電荷卻很容易收集起來，利用電離電荷的多少可測定X射線的照射量：X射線測量儀器正是根據這個原理製成的。由於電離作用，使氣體能夠導電；某些物質可以發生化學反應；在有機體內可以誘發各種生物效應。電離作用是X射線損傷和治療的基礎。
3．螢光作用 由於X射線波長很短，因此是不可見的。但它照射到某些化合物如磷、鉑氰化鋇、硫化鋅鎘、鎢酸鈣等時，由於電離或激發使原子處於激髮狀態，原子回到基態過程中，由於價電子的能級躍遷而輻射出可見光或紫外線，這就是螢光。X射線使物質發生螢光的作用叫螢光作用。螢光強弱與X射線量成正比。這種作用是X射線套用於透視的基礎。在X射線診斷工作中利用這種螢光作用可製成螢光屏，增感屏，影像增強器中的輸入屏等。螢光屏用作透視時觀察X射線通過人體組織的影像，增感屏用作攝影時增強膠片的感光量。
4．熱作用 物質所吸收的X射線能，大部分被轉變成熱能，使物體溫度升高，這就是熱作用。
5．干涉、衍射、反射、折射作用這些作用與可見光一樣。在X射線顯微鏡、波長測定和物質結構分析中都得到套用。
(二)化學效應
1．感光作用 同可見光一樣，X射線能使膠片感光。當X射線照射到膠片上的溴化銀時，能使銀粒子．沉澱而使膠片產生“感光作用”。膠片感光的強弱與X射線量成正比。當X射線通過人體時，囡人體各組織的密度不同，對X射線量的吸收不同，致綻膠片上所獲得的感光度不同，從而獲得X射線的影像。這就是套用X射線作攝片檢查的基礎。
2．著色作用 某些物質如鉑氰化鋇、鉛玻璃、水晶等，經X射線長期照射後，其結晶體脫水而改變顏色，這就叫做著色作用。
(三)生物效應
當X射線照射到生物機體時，生物細胞受到抑制、破壞甚至壞死，致使機體發生不同程度的生理、病理和生化等方面的改變，稱為X射線的生物效應。不同的生物細胞，對X射線有不同的敏感度。楓X射線可以治療人體的某些疾病，如腫瘤等。另一方面，它對正常機體也有傷害，因此要嘞人體的防護。X射線的生物效應『臼根結底是由X射線的電離作用造成的。 由於X射線具有如上種餓!因而在工業、農業、科學研究等客_爪領域，獲得了廣泛 的套用，如工業探傷，晶體分析等。在醫學上，X射線技術已成為對疾病進行診斷和治療的專門學科，在醫療衛生事業中占有重要地位。
三、X射線在醫學中的套用。
醫用X射線機(一)X射線診斷
X射線套用於醫學診斷，主要依據X射線的穿透作用、差別吸收、感光作用和螢光作用。由於X射線穿過人體時，受到不同程度的吸收，如骨骼吸收的X射線量比肌肉吸收的量要多，那么通過人體後的X射線量就不一樣，這樣便攜帶了人體各部密度分布的信息，在螢光屏上或攝影膠片上引起的螢光作用或感光作用的強弱就有較大差別，因而在螢光屏上或攝影膠片上(經過顯影、定影)將顯示出不同密度的陰影。根據陰影濃淡的對比，結合臨床 表現、化驗結果和病理診斷，即可判斷人體某一部分是否正常。於是，X射線診斷技術便成了世界上最早套用的非刨傷性的內臟檢查技術。
(二)X射線治療
X射線套用於治療，主要依據其生物效應，套用不同能量的X射線對人體病灶部分的細胞組織進行照射時，即可使被照射的細胞組織受到破壞或抑制，從而達到對某些疾病，特別是腫瘤的治療目的。
(三)X射線防護
在利用X射線的同時，人們發現了導致病人脫髮、皮膚燒傷、工作人員視力障礙，白血病等射線傷害的問題，為防止X射線對人體的傷害，必須採取相應的防護措施。以上構成了X射線套用於醫學方面的三大環節——診斷、治療和防護。
四、醫用X射線設備的發展簡史
自1895年以來，X射線診斷與治療技術有了飛速的發展，主要進展可分為以下幾個階段：
(一)離子X射線管階段(1895～1912)
這是X射線設備的早期階段。當時X射線機的結構非常簡單，使用效率很低的含氣式冷陰極離子X射線管，運用笨重的感應線圈發生高壓，裸露式的高壓機件，更沒有精確的控制裝置。X射線機裝置容量小、效率低、穿透力弱、影像清晰度不高、缺乏防護0據資料記載，當時拍攝一張X射線骨盆像，需長達40～60min的曝光時間，結果照片拍成之後，受檢者的皮膚卻被X射線燒傷。
(二)電子X射線管階段(1913～1928)
隨著電磁學、高真空技術及其他學科的發展，1910年美國物理學家W．D．Coolidge發表了鎢燈絲X射線管制造成功的報告。1913年開始實際使用，它的最大特點是*鎢燈絲加熱到白熾狀態以提供管電流所需的電子，所以調節燈絲的加熱溫度就可以控制管電流，從而使管電壓和管電流可以分別獨立調節，而這正是提高影像質量所需要的。
1913年濾線柵的發明，部分地消除了散射線，提高了影像的質量。1914年製成了鎢酸鎘螢光屏，開始了X射線透視的套用。1923年發明了雙焦點X射線管，解決了X射線攝影的需要。X射線管的功率可達幾千瓦，矩形焦點的邊長僅為幾毫米，X射線影像質量大大提高。同時，造影劑的逐漸套用，使X射線的診斷範圍也不斷擴大。它不再是一件單純拍攝骨骼影像的簡單工具，卻已成為對人體組織器官中那些自然對比差(對X射線吸收差小)的胃腸道、支氣管、血管、腦室、腎、膀胱等也能檢查的重要的醫學診斷設施了。與此同時，X射線在治療方面也開始得到套用。
生活中的物理之日光燈
日光燈
又稱螢光燈。
日光燈的樣子：細細的，長長的，不像有些燈泡，是圓形的。
日光燈構造及作用：日光燈兩端各有一燈絲，燈管內充有微量的氬和稀薄的汞蒸氣，燈管內壁上塗有螢光粉，兩個燈絲之間的氣體導電時發出紫外線，使螢光粉發出柔和的可見光。
日光燈工作特點：燈管開始點燃時需要一個高電壓，正常發光時只允許通過不大的電流，這時燈管兩端的電壓低於電源電壓。 燈管裡面裝入一些特殊的氣體，又在燈管的管壁上塗上螢光粉，通電之後由於放電而產生光。它不含紅外線，所以它的光是很溫和的，不傷眼睛；因為不含有熱線，用起來比較省電；它也會發出許多美麗有色的光。這就是由螢光粉里所含的化學藥品的性質來定了，例如塗上鎢酸鎂的，發藍白色光，塗上硼酸鎘的發淡紅色光。
現在的日光燈越來越多的採用電子鎮流器。螢光燈電子鎮流器問世於八十年代初，由荷蘭飛利浦公司首先研製成功。由於它與傳統的電感式鎮流器相比，特別在電性能上更有獨特之處。實際上是一個高頻諧振逆變器，它體積小，重量輕，能耗低，低電壓下仍能起動和工作，無頻閃和噪聲。但是，該電路的工作頻率高達20～30kHz，因此有較嚴重的射頻干擾和電磁輻射干擾，影響其他電子儀器的正常工作，還容易對電網造成污染，對人體造成傷害。經過實際使用，它的壽命(和對燈管壽命的影響)，都不如電感式流器。
隨著時代的發展，日光燈正逐漸被原理相似但體積更小效率更高的節能燈（三基色螢光燈）取代。
日光燈的色溫和顯色性選擇
（一） 螢光燈的顯色性關係視覺效果，對辨別顏色、以及視看對象的真實、清晰和生動感受，影響很大；色溫相宜，將產生舒適的光環境，也可以營造各種特別的氣氛。
（二） 使用稀土三基色螢光粉的燈管，具有顯色性、光效、壽命三大好處，雖然價貴，其綜合費用反而更低。
（三） 用實例說明和進行比較
以飛利浦3種不同類型的T8型36W燈管為例比較列於表3（歐司朗、松下、GE和佛山照明電器公司的產品大體相同，參數略有差異）。
三個主要部件
1、 日光燈
結合碎日光燈管向學生介紹燈管的構造及發光原理。
日光燈開始點燃時需要一個高電壓，正常發光時為管只允許通過不大的電流，這時要求加在燈客上的電壓低於電源電壓。
2、 鎮流器
鎮流器是一個帶鐵芯的線圈，自感係數很大。（打開，讓學生觀察構造）
3、 起動器主要是一個充有氖氣的小氖泡，裡面裝有兩個電極，一個是靜觸片，一個是由兩個膨脹係數不同的金屬製成的U型動觸片。（打開起動器，讓學生觀察構造）結合實驗向學生講述溫度升高，動觸片與靜觸片接通的原理。
日光燈工作原理
日光燈工作原理圖日光燈管兩端裝有燈絲，玻璃管內壁塗有一層均勻的薄螢光粉，管內被抽成真空度10-3-10-4毫米汞柱以後，充入少量惰性氣體，同時還注入微量的液態水銀。 電感鎮流器是一個鐵芯電感線圈，電感的性質是當線圈中的電流發生變化時，則線上圈中將引起磁通的變化，從而產生感應電動勢，其方向與電流的方向相反，因而阻礙著電流變化。
起輝器在電路中起開關作用，它由一個氖氣放電管與一個電容並聯而成，電容的作用為消除對電源的電磁的干擾並與鎮流器形成振盪迴路，增加啟動脈衝電壓幅度。放電管中一個電極用雙金屬片組成，利用氖泡放電加熱，使雙金屬片在開閉時，引起電感鎮流器電流突變並產生高壓脈衝加到燈管兩端。
當日光燈接入電路以後，起輝器兩個電極間開始輝光放電，使雙金屬片受熱膨脹而與靜觸極接觸，於是電源、鎮流器、燈絲和起輝器構成一個閉合迴路，電流使燈絲預熱，當受熱時間1-3秒後，起輝器的兩個電極間的輝光放電熄滅，隨之雙金屬片冷卻而與靜觸極斷開，當兩個電極斷開的瞬間，電路中的電流突然消失，於是鎮流器產生一個高壓脈衝，它與電源疊加後，加到燈管兩端，使燈管內的惰性氣體電離而引起弧光放電，在正常發光過程中，鎮流器的自感還起著穩定電路中電流的作用。
日光燈工作原理視頻
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高中物理教案--日光燈原理
教學目標
知識目標
1、知道普通日光燈的組成和電路圖，知道日光燈管在電亮和正常發光時對電壓和電流的不同要求．
2、知道起動器和鎮流器的構造和工作原理．
能力目標
通過學生動手安裝日光燈，培養學生的動手能力．
情感目標
通過分析事例，培養學生全面認識和對待事物的科學態度．
教學建議
教材分析
本兩節的內容可以安排學生自學為主完成．由於日光燈是學生們經常接觸的簡單電器，容易引起學生的興趣．鎮流器的作用是本節課的重點內容．
教法建議
本節課後的思考和討論，對深入理解所學的知識是十分有益的，建議教師引導學生思考和討論，這樣可以培養學生對實際問題的理解能力．有條件的學校，建議教師可以在課外知道學生自己動手安裝日光燈，但是必須要在教師的指導下進行，注意安全用電．
教學設計方案
教學過程：
一、引入部分：上節課我們已經學過自感現象，自感現象是廣泛存在的，利用自感現象的一個常見的例子——日光燈
二、新課教學：
①結合日光燈工作原理的示教板，說明日光燈電路結構．接通電路讓學生觀察日光燈的啟輝過程．
②提出問題，安排學生閱讀課本共整理筆記，進行自學．
回答以下問題：
A、燈管、起動器、鎮流器的構造及它們的連線特點．
B、起動器中雙金屬片的工作原理．
C、激發燈管中的水銀蒸汽導電的高電壓是怎么獲得的？
D、目光燈的“白光”是哪裡發出的？
E、日光燈正常發光時，鎮流器起什麼作用．
教師歸納總結：
日光燈的鎮流器就是利用自感現象的一個例子．如下所示的電路圖，日光燈主要由燈管 、起動器 、鎮流器 組成．燈管工作原理：燈管內水銀蒸汽導電，發出紫外線，使管壁上螢光粉發出白光，要激發水銀蒸汽導電需要很高的電壓，日光燈正常工作時又需要比220V低很多的電壓．
為滿足這些要求設定了鎮流器和起動器，起動器的作用是開關閉合後把連線燈管兩端燈絲的電路接通，電路接通後經過一小段時間又使電路自動斷開．
鎮流器在起動器把電路突然中斷的瞬間，由於自感現象而產生一個瞬時高壓加在燈管上，滿足激發水銀蒸汽導電需要高壓的要求，使日光燈管成為通路開始發光．日光燈正常工作時，從圖中可以看出交流電不斷通過鎮流器和燈管（不經過起動器），由於自感現象鎮流器的線圈中產生自感電動勢阻礙電流變化，起到降壓作用，燈管兩端電壓比220V低很多，滿足正常工作要求．
（講解過程中可以配合日光燈電路原理模擬演示）
討論：課後思考題討論
日光燈的啟動器是裝在專用插座上的，當日光燈正常發光後，取下啟動器，會影響燈管發光嗎？為什麼？如果啟動器丟失，作為應急措施，可以用一小段帶絕緣外皮的導線啟動日光燈嗎？怎樣做？請簡述道理．
如果電容器兩端電壓過高．電容器的絕緣層就會變成導體將兩極連在一起，這種情況叫做電容器的擊穿，日光燈啟動器的電容擊穿是常出現的故障，為什麼常出現這種故障呢？啟動器擊穿後，就不能使日光燈管發光了，為什麼？
作業：組織學生利用課外時間動手安裝日光燈．
