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绪论 1

一、物理学的研究对象 1

二、物理学与生命科学的关系 1

三、物理学的研究方法及其科学思维 2

第一章 力学基本定律 3

第一节 质点的运动 3

一、位移 运动方程 3

二、速度 加速度 4

第二节 牛顿运动规律 5

一、牛顿运动定律 5

二、力学单位的国际单位制和量纲 6

三、惯性系和非惯性系 6

第三节 功和能能量守恒定律 8

一、功 8

二、动能 势能 8

三、功能原理 时间平移对称性与能量守恒定律 9

第四节 动量 动量守恒定律 10

一、冲量与动量 10

二、空间平移对称性与动量守恒定律 11

三、碰撞 12

第五节 刚体的转动 13

一、刚体的定轴转动 13

二、转动定律 14

三、角动量 空间旋转对称性与角动量守恒定律 15

四、旋进 16

第六节 超重和失重 17

一、超重 17

二、失重 17

思考题与习题一 18

第二章 物体的弹性 20

第一节 线应变与正应力 20

一、线应变 20

二、正应力 20

三、正应力与线应变的关系 21

四、弯曲 23

第二节 切应变与切应力 24

一、切应变 24

二、切应力 24

三、切应力与切应变的关系 25

四、扭转 25

第三节 体应变与体应力 26

一、体应变 26

二、体应力 26

三、体应变与体应力的关系 26

第四节 生物材料的黏弹性 27

一、生物材料的结构特点 27

二、生物材料的黏弹性 27

思考题与习题二 28

第三章 流体的运动 29

第一节 理想流体稳定流动 29

一、理想流体的描述 29

二、稳定流动 29

三、连续性方程 30

第二节 理想流体的伯努利方程 31

一、伯努利方程 31

二、伯努利方程的应用 32

第三节 黏性流体的流动 34

一、层流和湍流 34

二、牛顿黏滞定律 35

三、雷诺数 36

第四节 黏性流体的流动规律 37

一、黏性流体的伯努利方程 37

二、泊肃叶定律 37

三、斯托克司定律 38

四、超流动性 流动相似性 39

第五节 血液在循环系统中的流动 40

一、血液的组成及特性 40

二、心脏做功 41

三、血流速度分布 42

四、血流过程中的血压分布 42

思考题与习题三 43

第四章 振动 45

第一节 简谐振动 45

一、简谐振动方程 45

二、简谐振动的特征量 46

三、简谐振动的矢量图示法 46

四、简谐振动的能量 47

第二节 阻尼振动、受迫振动和共振 48

一、阻尼振动 48

二、受迫振动 49

三、共振 50

第三节 简谐振动的合成 50

一、两个同方向、同频率简谐振动的合成 50

二、同方向、不同频率的简谐振动的合成 51

三、谐振分析 52

四、两个同频率、互相垂直的简谐振动的合成 53

思考题与习题四 54

第五章 机械波 56

第一节 机械波 56

一、机械波的产生 56

二、波面和波线 56

三、波速 波长 波的周期和频率 57

第二节 简谐波 57

一、波函数 57

二、波动方程 58

第三节 波的能量 58

一、波的能量和强度 58

二、波的衰减 59

第四节 波的干涉 60

一、惠更斯原理 60

二、波的叠加原理 60

三、波的干涉 61

四、调幅波 62

五、驻波 62

第五节 声波 65

一、声压和声强 65

二、听觉域 66

三、声强级和响度级 67

第六节 多普勒效应 67

一、多普勒效应 67

二、冲击波 68

第七节 超声波及其医学应用 69

一、超声波的特性 69

二、超声波的产生与探测 69

三、超声波在医学中的应用 70

四、次声波 72

思考题与习题五 73

第六章 分子动理论 74

第一节 物质的微观结构 74

第二节 理想气体分子动理论 75

一、理想气体状态方程 75

二、理想气体微观模型 75

三、理想气体的压强公式 76

四、理想气体的能量公式 77

五、理想气体定律的推导 78

第三节 气体分子速率分布律和能量分布律 79

一、麦克斯韦速率分布定律 79

二、平均自由程和平均碰撞频率 81

三、玻耳兹曼能量分布定律 82

第四节 输运过程 82

一、热传导 83

二、扩散 83

三、透膜输运 84

第五节 液体的表面现象 85

一、表面张力和表面能 85

二、曲面下的附加压强 87

三、毛细现象和气体栓塞 88

四、表面活性物质与表面吸附 90

思考题与习题六 90

第七章 热力学基础 92

第一节 热力学的一些基本概念 92

一、热力学系统 92

二、准静态过程 92

第二节 热力学第一定律 93

一、功 热量 内能 93

二、热力学第一定律 93

第三节 热力学第一定律的应用 94

一、等体过程 94

二、等压过程 95

三、等温过程 96

四、绝热过程 96

五、人体的能量交换 97

第四节 循环过程 卡诺循环 98

一、循环过程和热机效率 98

二、卡诺循环及其效率 99

第五节 热力学第二定律 101

一、热力学第二定律 101

二、可逆过程和不可逆过程 101

三、热力学第二定律的统计意义 102

四、卡诺定理 103

第六节 熵熵增加原理 103

一、克劳修斯等式 103

二、熵的概念 104

三、熵增加原理与能量退降 105

四、信息熵与遗传 107

思考题与习题七 109

第八章 静电场 110

第一节 电场强度 110

一、电场强度的概念 110

二、电场强度的计算 111

第二节 高斯定理 112

一、电场线和电通量 112

二、高斯定理 113

三、高斯定理应用举例 114

第三节 电势 115

一、静电场的环路定理 115

二、电势 116

三、电势叠加原理 117

四、电场强度与电势的微分关系 117

第四节 电偶极子 电偶层 118

一、电偶极子的电场 118

二、电偶层 119

第五节 静电场中的电介质 120

一、电介质的极化 120

二、电介质中的静电场 121

三、电位移矢量 有电介质时的高斯定理 123

四、电容器及其电容 124

五、静电场的能量 124

第六节 心电知识 126

一、心电场 126

二、心电图 127

三、心电导联 127

思考题与习题八 129

第九章 直流电 131

第一节 电流密度 131

一、电流强度和电流密度 131

二、金属与电解质的导电性 132

三、欧姆定律的微分形式 133

第二节 基尔霍夫定律 134

一、基尔霍夫第一定律 134

二、基尔霍夫第二定律 135

第三节 电容器的充电和放电 136

一、RC电路的充电过程 136

二、RC电路的放电过程 137

第四节 生物膜电位 138

一、能斯特方程 138

二、静息电位 139

三、动作电位 140

四、神经纤维的电缆方程 141

第五节 直流电的医学应用 143

一、电流对机体的作用 143

二、电泳 143

三、电疗 145

思考题与习题九 146

第十章 稳恒磁场 148

第一节 磁场磁感应强度 148

一、磁感应强度 148

二、磁通量磁场中的高斯定理 149

第二节 电流的磁场 149

一、毕奥－萨伐尔定律 149

二、毕奥－萨伐尔定律的应用 150

第三节 安培环路定律 152

第四节 磁场对运动电荷的作用 153

一、磁场对运动电荷的作用 153

二、磁场对载流导线的作用 154

三、载流线圈所受磁力矩 154

四、霍尔效应 155

五、质谱仪、回旋加速器及同步辐射 157

六、电磁泵和电磁船 158

七、磁流体发电 159

八、生物医学电磁传感器 159

第五节 磁介质 160

一、介质中的磁场 160

二、顺磁质、抗磁质和铁磁质 161

三、超导体及其磁学特性 162

第六节 磁场的生物效应 163

一、生物磁现象 163

二、磁场的生物效应 164

三、生物磁场的测定 165

思考题与习题十 166

第十一章 电磁感应与电磁波 168

第一节 法拉第电磁感应定律 168

一、法拉第电磁感应定律 168

二、动生电动势 169

三、感生电动势 涡旋电场 170

第二节 自感和互感 171

一、互感现象 171

二、自感现象 173

第三节 磁场的能量 173

一、RL电路的暂态过程 173

二、磁场的能量 175

第四节 麦克斯韦方程组 176

一、位移电流 176

二、麦克斯韦方程组 177

第五节 电磁振荡和电磁波 178

一、电磁振荡 178

二、电磁波及电磁波谱 179

三、电磁场对生物体的作用 180

思考题与习题十一 181

第十二章 波动光学 183

第一节 光的干涉 183

一、光的相干性 183

二、光程光程差 184

三、杨氏双缝实验 185

四、劳埃德镜实验 186

五、薄膜干涉 187

六、等厚干涉 188

第二节 光的衍射 190

一、单缝衍射 190

二、圆孔衍射 192

三、光栅衍射 192

第三节 光的偏振 193

一、自然光和偏振光 193

二、马吕斯定律 194

三、布儒斯特定律 195

四、光的双折射 196

五、二向色性和偏振片 198

第四节 偏振光的应用 198

一、光弹效应 198

二、克尔效应 199

三、物质的旋光性 199

第五节 液晶的光学特性 200

一、液晶的分类和结构 200

二、液晶的双折射现象 201

三、胆甾相液晶的选择反射 201

四、液晶的电光效应 201

五、液晶的光生伏特效应 202

思考题与习题十二 202

第十三章 几何光学 204

第一节 球面折射 204

一、单球面折射 204

二、共轴球面系统 206

第二节 透镜 207

一、薄透镜成像公式 207

二、薄透镜组合 208

三、厚透镜 208

四、柱面透镜 210

五、透镜的像差 210

第三节 眼睛 211

一、眼的光学结构 211

二、眼的调节 212

三、眼的分辨本领及视力 213

四、眼的屈光不正及其矫正 213

第四节 几种医用光学仪器 215

一、放大镜 215

二、光学显微镜 216

三、纤镜 217

思考题与习题十三 218

第十四章 相对论基础 220

第一节 伽利略变换 220

一、经典力学的绝对时空观和相对性原理 220

二、伽利略变换 220

第二节 洛伦兹变换 221

一、迈克耳孙－莫雷实验 221

二、狭义相对论的基本假设 222

三、洛伦兹变换 222

第三节 狭义相对论的时空观 223

一、时间的延缓 223

二、洛伦兹收缩 224

三、同时性的相对性 225

四、因果律（causality）和信号速度 225

五、光多普勒效应 225

第四节 相对论动力学 226

一、动量和质量 226

二、力和动能 227

三、质能关系 227

四、能量和动量的关系 228

第五节 广义相对论简介 229

一、等效原理 229

二、广义相对性原理 230

三、引力场的时空特性 230

四、引力坍缩与黑洞 231

五、引力波 232

思考题与习题十四 232

第十五章 量子力学初步 234

第一节 黑体辐射 234

一、黑体辐射 234

二、普朗克能量量子化假设 236

第二节 光电效应 237

一、光电效应 237

二、爱因斯坦光子假设 238

第三节 康普顿效应 240

一、康普顿效应 240

二、光子理论对康普顿效应的解释 241

第四节 氢原子光谱玻尔的氢原子理论 242

一、氢原子光谱 242

二、玻尔的氢原子理论 243

第五节 物质的波动性质 245

一、德布罗意物质波假设 245

二、电子衍射 246

三、不确定关系 246

第六节 波函数 薛定谔方程 248

一、波函数及其统计解释 248

二、薛定谔方程 249

三、一维无限深势阱 250

四、势垒 隧道效应 252

第七节 量子力学的原子结构概念 254

一、四个量子数 254

二、多电子原子 255

第八节 原子光谱与分子光谱 256

一、原子光谱 256

二、分子光谱 257

思考题与习题十 259

第十六章 X射线 261

第一节 X射线的产生 261

一、X射线的产生装置 261

二、X射线的强度和硬度 263

第二节 X射线谱 263

一、连续X射线谱 264

二、标识X射线谱 265

第三节 X射线的基本性质 266

一、X射线的基本性质 266

二、X射线的衍射 267

第四节 物质对X射线的衰减规律 268

一、单色X射线的衰减规律 268

二、衰减系数与波长、原子序数的关系 268

第五节 X射线的医学应用 269

一、治疗 269

二、诊断 270

三、X-CT 271

思考题与习题十六 276

第十七章 原子核和放射性 277

第一节 原子核的基本性质 277

一、原子核的组成、质量和大小 277

二、原子核的自旋和磁矩 278

三、原子核的结合能及质量亏损 279

四、原子核的宇称 280

第二节 原子核的衰变类型 280

一、α衰变 280

二、β衰变 281

三、γ衰变和内转换 282

第三节 原子核的衰变规律 283

一、衰变规律 283

二、半衰期 283

三、放射性活度 284

四、放射性平衡 285

第四节 射线与物质的相互作用 286

一、带电粒子与物质的相互作用 286

二、光子与物质的相互作用 287

三、中子与物质的相互作用 288

第五节 辐射剂量与防护及测量原理 288

一、辐射剂量及其单位 289

二、辐射防护 289

三、射线的测量原理 290

第六节 放射性核素在医学上的应用 291

一、示踪的原理 291

二、放射诊断 291

三、肿瘤放射治疗 294

思考题与习题十七 296

第十八章 激光及其医学应用 297

第一节 激光的基本原理 297

一、粒子的能级与辐射跃迁 297

二、粒子数反转分布 298

三、光学谐振腔 299

四、激光器的基本结构 300

第二节 激光的特性 301

一、方向性好 301

二、亮度高、强度大 301

三、单色性好 302

四、相干性好 302

五、偏振性好 302

第三节 激光的医学应用 303

一、激光的生物作用 303

二、激光在基础医学研究中的应用 305

三、激光的临床应用 307

四、医用激光器 307

五、激光的危害与防护 308

思考题与习题十八 309

第十九章 核磁共振 310

第一节 核磁共振的基本概念 310

一、原子核的磁矩 311

二、核磁共振条件和拉莫尔方程 313

三、弛豫过程和弛豫时间 315

第二节 核磁共振谱 316

一、谱线宽度 316

二、化学位移 317

三、自旋－自旋劈裂 318

四、磁共振波谱仪简介 319

第三节 磁共振成像原理 320

一、磁共振成像的基本方法 320

二、人体的磁共振成像 322

三、如何产生氢核密度ρ和T1、T2加权图像 323

四、磁共振成像临床诊断的物理学依据 325

五、磁共振成像系统简介 327

第四节 磁共振技术在医学中的应用 328

一、分子水平 328

二、细胞水平 328

三、组织水平 329

四、整体水平 330

思考题与习题十九 330

参考文献 332

中英文对照 334

附录：常用物理常数 344