——《名侦探柯南》中的物理 - 复旦大学通识教育核心课程

1、08300730152 王益爽 phys119002 物理学与世界进步爱柯南 爱物理名侦探柯南中的物理问题 当代福尔摩斯，英俊潇洒的高中生侦探工藤新一，在与青梅竹马的女朋友毛利兰一起去游乐园的过程中，目睹了黑衣人进行可疑交易的现场。由于过于关注交易现场，他被黑衣人同伙从被后击昏，并被灌下了不知名毒药。新一虽然没有死去，身体却变成小学生一般大小。为了防止黑衣组织知道新一还活着而再次对他痛下杀手，新一只好化名为江户川柯南，继续侦破一起又一起离奇的案件.细细算来，名侦探柯南的故事已经陪伴我们走过了十个年头。不仅动画播放集数已达400多集，漫画版连载更是突破了500回大关。名侦探柯南吸引人的地方不只在

2、于极品帅哥工藤新一、可爱的柯南、英姿飒爽的小兰、搞笑的毛利小五郎，更在于扑朔迷离的案情和让人意想不到的结局真相。每集的结尾，柯南都会为我们剖析整个案件，将假象背后的真正的故事将给我们听。他那些极其完美的推断，不仅要归功于他对细节的关注、他超人的逻辑推理能力，也要归功于他所掌握的物理知识。柯南的物理知识帮助他破解了许多谜题，也使得故事情节更真实、更有含金量、更加吸引读者和观众。下面，我就针对日本人气动漫名侦探柯南中所涉及到的的物理学问题进行简要的分析。1. 消失的园子光的反射与平面镜成像原理在真人版柯南的电影给工藤新一的挑战书中，新一和同学们一起在一艘游轮上修学旅行。兰的好友、铃木财团的千金铃木

3、园子被人绑架，离奇失踪。案件发生期间，游轮始终航行在水上，也就是说罪犯不可能把园子带下船。可是，大家找遍了船上的所有角落，都不见园子的踪迹。晚上，心有疑惑的新一再次对可疑的休息室进行细节搜查，并在室内的一个长方体大木箱中发现了一些晶晶亮的粉末，终于拨开了所有的迷云。其实，在大家大张旗鼓地对整条游轮进行拉网式大搜查时，已经昏迷的园子就在游轮上。罪犯导游小姐只是运用了一招小小的障眼法，瞒过了大家的眼睛。她的做法如图所她先将园子平放入箱内，然后再在箱内放入一块事先准备好的镜子，将园子的身体遮挡起来。当搜查人员打开箱子时，如图： 光线经过平面镜的反射，箱子侧壁的图像经过平面镜成像，镜子上“映出”的木箱

4、侧壁的图像会让搜查人员误认为看到了箱底。而没有人会想到他们眼中的其实是箱子的侧壁，而在他们所认为的“箱底”的底下，就藏着他们要找的铃木园子。这种障眼法在某些魔术中也经常用到。另外，在电影灰姑娘之舞动奇迹中，joe和mary隔着镜子跳舞的精彩情节也给我留下了深刻的印象。那是一种在影视作品中经常出现一种比较神奇的镜子单面透视镜。所谓单面透视镜，通俗点说就是从一面看是玻璃、可以透视，而从另一面看确是平面镜的特殊的镜子，也叫单向镜。大部分单向镜要正常工作必须要有一方的光线比另一方亮很如图，来自b侧的光线被玻璃反射回去，而a侧的光线较暗。这样，b侧的人就只能看到反射回来的光线，从而认为它是一面镜子。而a

5、侧的人因为接受了玻璃透过来的足够的光线，能够很清晰的看到b侧的人和景物。据说这种镜子已在国外某些国家用于公共厕所的建筑材料。我想，在这种能看清楚外面的厕所应该是对里面的人的心理承受能力的一大考验吧。二不死之身的怪盗基德夜视技术1.夜视技术怪盗基德是名侦探柯南的作者青山冈昌的另一部漫画中的主角，与柯南是命中注定的“对手”。在柯南ova柯南&怪盗基德&阿剑中，怪盗基德为了盗窃阿剑家祖传的宝剑，曾在夜间在阿剑家对面的屋顶上观察“敌情”。基德使用了一种特殊的望远镜夜视镜，即使是在漆黑的夜里，他也能清清楚楚地看到阿剑家的结构布局以及警力分布。我们通常所说的黑夜中其实并不是没有光，只是人眼的视觉细胞无法分

6、辨。物理学中讲过：自然界任何温度处于绝对零度以上的物体，都要辐射红外光，温度越高辐射能力越强。由此可见，在夜间当可见光极度减弱之后，红外光依然存在，可以说仍然是一个“明亮的世界”。所以，如果将红外光转化成可见光，就可帮助提高人们的夜间视力。下面主要介绍红外夜视器材的一种：主动式红外夜视仪。主动式红外夜视仪主要由红外变像管、红外探照灯、光学系统（物镜和目镜）和电源四大部分组成（如图）。其中红外变像管是主动式红外夜视仪的心脏，主要用来将不可见红外光图像转换成可见光图像。红外滤光片所谓主动式，就是指由夜视仪自身发射红外光。红外探照灯发射出红外光线照射目标，从目标反射回来的红外光通过物镜聚焦在红外变像

7、管的光电阴极面上，形成人眼看不见的红外图像。红外线照射到光电阴极后，由于光的频率高于光电阴极的极限频率，会使光电阴极表面在光辐射的作用下发射出电子，即光电子。这便是光电效应。光电子的逸出功大小与光强无关，但激发出的光电子数量却与光强有关。照射光越强，逸出的光电子越多。因此，在夜视仪中，受强光照射的部位发射的电子数目多，受弱光照射的部位发射的电子数目少。此时，就把目标的红外图像转换成电子图像。光电阴极发射的电子，经过电子透镜的聚焦和加速，轰击变像管另一端的荧光屏，使之发光。荧屏各部位的发光亮度和受轰击的电子密度成正比，于是荧光屏又将电子图像转化成可见光图像，即肉眼可见的图像。使得使用者可以通过目

8、镜，看到荧光屏上所显示的图像被红外光所照射的目标。除红外夜视仪外，现今仍在使用的是比较先进的微光夜视仪和红外热像仪。微光夜视仪是通过其核心部件“像增强器”，将目标反射的月光、星光等夜天光放大，使人眼可以看清楚目标图像的一种夜视器材。而红外热像仪则是一种依靠接受目标各部位之间、目标和背景之间辐射红外线差异（即温度高低），用可见的黑白图像显示出来，从而达到发现目标目的的夜视器材。3. 夜色“迷人”的东京霓虹灯在名侦探柯南第3集中，元太捡到一张画有奇怪图形的藏宝图。于是，柯南和元太、步美三位小朋友一同开始了在东京的寻宝之旅。经过一番尝试，柯南终于明白了，地图上的符号全部都是东京塔附近，只有在夜间才可

9、看到的霓虹灯。依靠这些线索，他们最终找到了意大利强盗集团首领藏在楼里的金币。霓虹灯自1910年问世以来，历经百年不衰。它是一种特殊的低气压冷阴极辉光放电发光的电光源，而不同于其它诸如荧光灯、高压钠灯、金属卤化物灯、水银灯、白炽灯等弧光灯。霓虹灯是靠充入玻璃管内的低压惰性气体，在高压电场下冷阴极辉光放电而发光。霓虹灯的光色是由充入惰性气体的光谱特性决定：光管型霓虹灯充入氖气，霓虹灯发红色光；荧光型霓虹灯充入氩气及汞，霓虹灯发蓝色、黄色等光，这两大类霓虹灯都是靠灯管内的工作气体原子受激辐射发光。霓虹灯是一种低气压冷阳极辉光放电发光的光源。气体放电发光是自然界的一种物理现象。通过气体放电使电能转换为

10、五光十色的光谱线，是霓虹灯工作重要的基本过程。在通常的情况下，气体是良好的绝缘体，他并不能传导电流。但是在强电场、光辐射、例子轰击和高温加热等条件下，气体分子可能发生电离，产生了可以自由移动的代电粒子，并在电场作用下行程电流，使绝缘的气体成为良导体。这种电流通过气体的现象就被称为气体放电过程。在密闭的玻璃管内，充有氖、氦、氩等气体，灯管两端装有两个金属电极，电极一般用铜材料制作，电极引线接入电源电路，配上一只高压变压器，将1015kv的电压加在电极上。当外电源电路接通后，变压器输出端就会产生几千伏甚至上万伏的高压。当这一高压加到霓虹灯管两端电极上时，霓虹灯管内的带电粒子在高压电场中被加速并飞向

11、电极，能激发产生大量的电子。这些激发出来的电子，在高电压电场中被加速，并与灯管内的气体原子发生碰撞。当这些电子碰撞游离气体原子的能量足够大时，就能使气体原子发生电离而成为正离子和电子，这就是气体的电离现象。带电粒子与气体原子之间的碰撞，多余的能量就以光子的形式发射出来，从而使霓虹灯发出不同的光。四结语以前看名侦探柯南，只是看个热闹。这次由于写论文的缘故，以一种发现和研究的心情重新看这部经久不衰的经典动漫，发现了它的另一种美。，明白了物理学真的是无处不在，并从点点滴滴间改变着我们的生活，进而改变世界。这次写论文，我收获的不仅仅是物理学的知识。我认为我最大的收获就是我在看动画、查资料、整理资料的过程中真正体会到了学习的乐趣。参考书目：魔法物理 美