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物理学是一门基础学科，是自然科学的重要组成部分，物理学为新的科学、技术提供了可用的理论、实验手段和研究方法，诸如，高超的医学诊断和治疗，新能源的开发利用，航天技术的发展，生命科学的突破，等等。我们在教学中要建立物理与现代科学技术的链接，加强课程内容与现代科技发展的联系，培养学生对科学技术的亲近感，提高学生的科学素质和理科综合能力，适应课程改革和高考改革的需要。
一、物理学与现代医学
1895年12月，伦琴利用X射线得到了世界上第一张人手骨骼的图像。很快，X射线在疾病诊断中得到了重要应用。随着物理学的研究与发展，出现了许多先进的医学诊断和治疗的手段和技术。
（一）生物电磁效应在诊断和治疗中的应用
人体中存在电磁现象——生物电和生物磁，它们与人们健康有着密切的关系。现代医学已成功地利用它们来为疾病的诊断和治疗服务。
生物电是指生命过程中产生的电流或电压，它的产生是这样的：在人体中细胞内外存在多种离子，膜内主要是钾离子（K[+]）及一些大的负离子基团，膜外主要是钠离子（Na[+]）和氯离子（Cl[-]），在不受外界刺激的静息状态下，细胞膜外部带正电、内部带负电，电势差约为70～90mV。当外界刺激强度达到一定阈值时，细胞膜对离子的通透性会发生突然变化，更多的钠离子内流，导致细胞膜内外离子浓度发生变化，最后使电位发生改变。细胞膜内的电位可从负电位突然变为正电位（电位差约20～30mV），大约在不到1ms时间内，很快又恢复到原来的状态。当心脏兴奋的自律性受到破坏，或心肌细胞传导兴奋的功能出现障碍时，将影响心脏的起博，导致泵血功能失调，甚至危及人体的生命。人工心脏电起博，就是以生物电的原理，利用一定大小的脉冲电流来刺激心脏，使心脏按一定频率收缩和舒张，达到人工起博目的。
人体内的生物磁主要来自于人体的生物电及人体内的弱磁性物质。心脏的磁场强度为10[-10]T，脑的磁场强度仅为5×10[-15]T。目前保健品市场中有磁腰带、磁鞋垫、磁表等，放在病变组织处对一部分人以及对某些疾病会有一定的疗效，如腰肌劳损、扭挫伤、高血压等。这种疗法称静磁疗法。近年来，静磁疗法又发展成为经络磁场疗法。当磁场作用于穴位上时，可疏通经络、调整气血、促进血液循环，起到一定的治疗作用。近年来，一门新兴的学科——磁医学正在发展之中。
（二）超声在医学上的应用
B超是家喻户晓的超声诊断仪器，它是利用超声探头发射出脉冲式的超声波，在人体内传播过程中一旦遇到脏器组织中有病变时，就必然产生界面，超声波在界面处会发生反射和透射，通过B超就可在荧光屏上显示出来。利用一般X光摄影可检查骨骼或一些固体异物情况，而对一般脏器（软组织）中的病变是难以分辨的，必须依靠B超或X—CT显像技术，B超比较方便，既便宜又是一种非损伤性检查。
血流速度测量对于脑循环、心血管疾病的诊断非常重要。20世纪50年代开始将多普勒效应用到医学上，尤其是利用超声多普勤技术测量血流速度的成功，也是物理学对医学的一个重要贡献。从此人们可以不必切开皮肤，通过在血管中插入导管来测血流，只需在体外就可实现血液的无损测量。
超声治疗的作用机理目前还不很清楚，一般认为是与超声波的热效应和机械振动效应有关。例如，超声碎石是利用超声的高频振动来击碎结石，如胆结石、肾结石，也可击碎血栓，减少血液流动障碍。利用这种“超声波刀”不必切开皮肤，使病者免受开刀之苦。又如，用超声波照射骨折部位，超声的热效应可使骨膜温度升高，加快骨伤愈合速度，也可用来治疗腱鞘炎、关节炎，起到活血作用。
（三）放射性药物在诊断和治疗上的作用
利用放射性核素的示踪作用可以进行临床诊断，主要包括脏器的显像与功能检查两方面。当用某种特定的放射性核素标记的放射性药物进入人体某种脏器后，其所发射的γ射线能穿出体外，通过显像仪器可观察放射性核素在人体脏器中的情况，以诊断脏器的病变情况。例如，[201]Tl是一种非常理想的心肌显像剂，由于梗塞而坏死的心肌将失去对元素铊（Tl）标记的放射性药物的集聚能力，于是在心肌的γ照相像片上的放射性缺损区为病变区。还可以测量在脏器中或血管中药物浓度随时间的变化，以了解脏器的功能。
放射性药物在治疗方面，主要是利用射线对机体组织的生物效应，抑制和破坏病变组织，如抑制肿瘤细胞的生长和扩散来达到治疗目的，放射性药物用于治疗大致有两种方法：外照射和内照射。例如，利用[60]Co的γ射线从体外照射，可治疗体内和浅表的肿瘤；用32[P]制成膏药状的敷贴剂，贴在病变处，利用β射线可治疗体表疾病，这些都是外照射，而内照射则需要使某种放射性药物浓集到病变处。例如，利用[131]I可治疗甲状腺功能亢进，[131]I所发出的β射线射程仅几个毫米，这种射线仅在局部产生影响，不影响其他组织。利用[89]Sr所放β射线可治疗骨癌，减轻病人疼痛。
（四）激光在医学上的应用
由于激光的能量密度高，所以高功率激光可作为一种激光“手术刀”，用来对病变体进行切割和烧灼，代替手术刀达到切除病变组织的效果。利用脉冲激光时间短（小于千分之一秒），加上很细的激光束，可进行精细的眼科手术，病人的眼睛还来不及转动时，“刀”已下去了，不会伤及其他部位，常用于封闭视网膜的裂孔、焊接视网膜脱离、切除眼底血管瘤等。
激光纤维内窥镜利用了全反射原理，除用于切除胃、肠中的病变组织外，还可用于泌尿科（如切除膀胱癌）及五官科，对癌变组织进行烧灼或汽化。
二、物理学与生命科学
生命科学发展到今天分子生物学的水平，可以说，物理学对其发展的贡献更为突出，物理学与生物学的结合，其创新点不仅仅是简单地采用了物理学的新技术、新方法，更重要的是应用了物理学的新思想，使对生命现象的解释更本质，研究更定量化。
（一）物理学为生命科学的发展提供了技术与方法
在1665年，英国物理学家胡克利用自制的一台显微镜发现了细胞，把人们的研究引入到细胞这个微观世界，并且这是显微技术的开端。到18世纪20年代，人们终于设计出了可以放大1000倍的光学显微镜，为建立科学的细胞学说提供了观察工具。在1838年，人们终于看到了完整的植物细胞，在1839年看到了完整的动物细胞。20世纪30年代，电子显微镜被发现了，它的分辨本领要比光学显微镜高1000倍以上，可以看到分子和大的原子，于是，利用电子显微镜可以看到细胞质和细胞核内部更复杂、更精巧的结构。1953年，美国遗传学家沃森和英国物理学家克里克向世人提出了美妙的DNA的双螺旋结构模型，并被X射线衍射实验所证实。这一重大科学突破揭开了DNA的分子结构及其功能的奥秘，正式宣告了分子生物学的诞生，也开辟了生命科学的新纪元。
（二）物理学的思想对生命科学的发展具有指导作用
朴素的物理学思想在生命科学发展的进程中同样起了至关重要的作用。生命的遗传本质问题就是一个典型的例子。本世纪量子力学建立后，提出量子力学著名的波动方程的奥地利物理学家薛定谔介入生命科学研究，1944年出版了《生命是什么》一书，他在该书中明确地提出了DNA可能是生命信息编码的载体，这一思想极大地影响和鼓舞了当时的年轻科学家，可以说，沃森和克里克提出的DNA双螺旋结构模型，薛定谔的思想功不可没。同样，DNA通过三联密码控制蛋白质合成中氨基酸的发现，都充分说明了物理学思想对生命科学研究的重要性。
在生命科学中，尚有许多物理问题未搞清楚，例如，遗传密码问题，蛋白质折叠问题，生物形态形成问题、生物神经信号的传导问题，需要我们运用物理技术、方法和思想去研究解决。当然，还有许多物理技术对生命造成危害，需要我们加以克服。
三、物理学与航天技术
20世纪初，随着物理学所取得的巨大成功，带动了整个科学技术的蓬勃发展，高新技术如雨后春笋般不断涌现。20世纪50年代开始兴起的航天技术就是一棵在物理学丰润土壤里滋生出来的高科技新苗，帮助人们成功地实现了“嫦娥奔月”的神话。
（一）现代航天技术的理论基础
牛顿发现的万有引力定律深刻地揭示了宇宙万物间所遵循的引力规律，把天上和人间和谐地统一起来。人类要想进入太空，必须解决以下问题：一是克服地球引力。根据牛顿万有引力定律，地面上任何物体都受到地球的引力束缚作用。只有当物体达到第一宇宙速度即7.9km/s时，才能飞出大气层，成为地球的卫星；当物体达到第二宇宙速度即11.2km/s时，才能完全摆脱地球引力，像火星、水星等一样成为太阳的一颗新行星；而只有当物体达到第三宇宙速度16.7km/s时，就会飞出太阳系，进入星际世界。二是克服真空。离地面越高、空气越稀薄，要想在太空飞行，必须克服真空。在1903年俄国科学家齐奥尔科夫斯基发表了《利用喷气工具研究宇宙空间》等论文，提出了利用火箭向后喷气产生的反作用力而运动并飞向宇宙的思想，根据动量守恒定律，建立了著名的齐奥尔科夫斯基公式v=uln（M/m）（M为火箭最初的质量，m为燃料烧完后的火箭质量，u为喷射的燃料气体相对于火箭的速度，v为火箭最后获得的速度），为现代航天技术奠定了理论基础。
（二）人造卫星的发射
要把人造卫星送上天，火箭的速度至少要大于7.9km/s，因而运载卫星的火箭通常为三级火箭，其发射后的飞行过程大致可分为三个阶段：一是垂直起飞阶段。由于在地球表面附近的大气稠密，火箭飞行时受到的阻力很大，为了尽快离开大气层，通常采用垂直向上发射，况且垂直发射容易保证飞行的稳定。发射后经很短几分钟的加速使火箭已达到相当大的速度，至第一级火箭脱离时，火箭已处于稠密大气层之外了。此后第二级火箭点火继续加速，直至其脱落。二是转弯飞行阶段。当第二级火箭脱离后，火箭已具有足够大的速度。这时第三级火箭并不立即点火发动，而是靠已获得的巨大速度继续升高而做惯性飞行，并在地面控制站的操纵下，使火箭逐渐转弯而偏离原先的竖直方向，直至变为与地面平行的水平方向。三是进入轨道阶段。当火箭到达与卫星预定轨道相切位置时，第三级火箭点火开始加速，使其达到卫星在轨道上运动所需的速度而进入轨道。进入轨道后，火箭就完成了其运载任务，卫星随即与其脱离而单独运行。刚脱离时，卫星与末级火箭具有相同的速度，并沿同一轨道运动。由于轨道处仍有稀薄气体存在，而卫星与火箭的外形不同，致使两者所受的阻力不同，因而两者的距离逐渐被拉开。
地球同步卫星的发射还涉及变轨问题，还有许许多多与物理相关的技术，如卫星的回收、捆绑式火箭、一箭多星等等。
四、物理学与能源技术
物理学是能源技术发展的基础。18世纪以来能源利用的几次重大发展都与物理密切相关。18世纪初蒸汽机的发明，是人们第一次把蕴藏在化石燃料（煤和石油）中的能量转化为动力（机械能），19世纪30年代，法拉第发现了电磁感应，人们根据电磁学理论制造了发电机、电动机，掌握了远距离输送电能的技术。接着，又发明了电灯、电报、无线电通信等，使人类进入了电能应用的时代。20世纪初，随着原子核科学的发展，科学家们发现了原子核的裂变和聚变现象，从理论和实验上为原子能的利用奠定了基础，至1997年底世界上已有31个国家拥有核电站，有441个反应堆在运行。
（一）能源利用与环保
利用能源的过程也直接污染着地球环境，使大气和水质产生污染。在大气中主要的五种污染物是：氮氧化物（NO和NO[，2]）、二氧化硫、各种悬浮颗粒、一氧化碳和碳氢化合物，主要来源有三个方面：（1）煤、石油等燃料的燃烧。因这些燃料除由碳、氧两种主要元素组成外，还有硫、氮等元素，燃烧时所产生的这五种污染物要占大气中污染物的70％以上。因此，火力发电厂已是大气中的最大固定污染源。（2）汽车排出的废气。（3）工业生产过程中产生的废气。
大气污染已对全球造成了三大危害：（1）酸雨问题；（2）温室效应；（3）臭氧层破坏。可采用的对策是：节约和减少煤、石油等化石燃料的使用，开发清洁新能源；通过技术改造，减少污染，如通过清洁煤技术可减少煤中的含硫量，从而减少二氧化硫的排放量。
（二）新能源的开发利用
随着日益耗竭的能源与人类迅速增加的能耗之间的矛盾，能源危机将日趋严重。为了解决能源危机问题，除开发和合理使用传统的常规能源外，人们还需进一步开发新能源，主要是核能、太阳能以及一些可持续利用、不会枯竭的能源，如地热能、海洋能、风能等。
地热能是指地球内部可释放出来的热量。地热应用范围很广，发电是主要方面。我国已建成了多座地热能发电站，其中最大的是西藏的羊八井地热电站，供拉萨市使用。
海洋能的开发包括：（1）潮汐能。利用沿海潮汐能进行发电，一般利用天然海湾、筑坝拦截湖水形成水库，等水退潮下降时，放水发电。（2）海浪能。波涛汹涌的海浪具有很大的机械能，可以用来发电，若波高为3m，周期为7s，每米宽的海面可提供的功率为63kW。（3）温差能。海水表面与深层海水形成了大约20℃的垂直温差，科学家认为可利用这个温差产生的能量，通过热力循环方式变为机械能，再转换为电能。
风能是由于太阳辐射造成地球部分受热不均匀，而引起的空气流动所产生的能量，它也是一个巨大的天然清洁能源，风力可转化为电能、机械能和热能等，但主要是风力发电，我国风力资源丰富，风能开发大有潜力。
太阳能是一种极为丰富的能源，可以说取之不尽，用之不竭，太阳能是一种清洁能源，不会引起大气污染，不会破坏生态平衡。太阳能还不受任何人的控制和垄断，但太阳能白天供应不十分稳定，夜间收集不到，因而需要配备储能设备进行储存：（1）光电转换方式。利用太阳能电池将太阳能转换为电能。（2）光热转换方式。太阳能集热器把太阳能转变为热能，用于供暖、干燥、生活用水和烹调等。（3）光化学转换方式。利用光和物质相互作用引起的化学反应，如光化学电池。
核能是原子核发生裂变或聚变时所放出的巨大能量，核电站是人类大规模集中利用核能源的主要设施。核能发电的优势在于：（1）燃料能量高度集中，1kg铀235全部裂变放出的热能，相当于2500～2700t标准煤或200t石油的热量；（2）对环境污染较小；（3）运行安全可靠；（4）燃料储量极为丰富；（5）经济性比较好；等等。因此，核能的开发和利用是解决人类日益增长的能源需求的根本途径之一。
由物理学的发展而导致的现代科学技术还表现在很多方面，例如，材料科学、信息技术、宇宙学、现代战争技术等，只要我们融物理知识和前沿应用为一体，建立好物理与现代科学技术的互联网，就会更有助于学生学好物理。