绪论 1
一、物理学和医学的研究对象 1
二、物理学和医学的关系 1
三、物理学和医学的研究方法 2
四、如何学好医学物理学 2
第1章 力学 4
1.1描述质点运动的基本物理量 4
1.1.1位置矢量 4
1.1.2位移速度加速度 4
1.2牛顿运动定律及应用 7
1.2.1牛顿运动定律 7
1.2.2惯性系和伽利略相对性原理 9
1.3功和能守恒定律 10
1.3.1功和功率 10
1.3.2势能 11
1.3.3动能和动能定理 11
1.3.4功能原理 12
1.3.5机械能守恒定律 12
1.4动量和动量守恒定律 13
1.4.1动量和动量定理 13
1.4.2动量守恒定律 14
1.5刚体的转动 14
1.5.1刚体的定轴运动 15
1.5.2定轴转动的动能和转动定律 16
1.5.3角动量及守恒定律 18
1.5.4旋进 19
习题一 20
第2章 流体的运动 22
2.1理想流体的运动 22
2.1.1理想流体 22
2.1.2稳定流动 22
2.1.3连续性方程 23
2.2伯努利方程 24
2.2.1伯努利方程 24
2.2.2伯努利方程的应用 26
2.3黏性流体的流动 29
2.3.1层流和湍流 29
2.3.2牛顿黏滞定律 30
2.3.3雷诺数 31
2.4黏性流体的运动规律 32
2.4.1黏性流体的伯努利方程 32
2.4.2泊肃叶定律 32
2.4.3斯托克斯定律 34
2.5血流动力学与流变学基础 35
2.5.1心脏的功与功率 35
2.5.2血液在循环系统中的流动 37
2.5.3血液的黏度及其影响因素 38
习题二 39
第3章 振动和波动 42
3.1简谐振动 42
3.1.1简谐振动方程 42
3.1.2简谐振动的特征量 43
3.1.3简谐振动的矢量图示法 44
3.1.4简谐振动的能量 44
3.2 阻尼振动受迫振动共振 46
3.2.1阻尼振动 46
3.2.2受迫振动 47
3.2.3共振 48
3.3简谐振动的合成 49
3.3.1两个同方向、同频率简谐振动的合成 49
3.3.2同方向、不同频率的简谐振动的合成 50
3.3.3频谱分析原理 51
3.3.4相互垂直的同频率的简谐振动的合成 53
3.4波动的基本规律 54
3.4.1机械波的产生 54
3.4.2波面和波线 55
3.4.3波长波的周期和频率波速 55
3.4.4简谐波的波动方程 55
3.5波的能量 57
3.5.1波的能量和强度 57
3.5.2波的衰减 58
3.6波的干涉 58
3.6.1惠更斯原理 58
3.6.2波的叠加原理 59
3.6.3波的干涉 59
3.6.4驻波 61
3.7声波 63
3.7.1声压和声强 64
3.7.2听觉域 65
3.7.3声强级和响度级 66
3.8多普勒效应 67
3.8.1声源和观察者相对于介质 静止（vs=0，vo=0） 67
3.8.2声源静止，观察者以速度vo向着声源运动（vs =0，vo≠0） 67
3.8.3观察者静止，声源以速度vs向着观察者运动（vs≠0，vo=0） 68
3.8.4当声源和观察者分别以速度vs和vo同时运动（vs≠0,vo≠0） 68
3.9超声波及其医学应用 69
3.9.1超声波的特性 69
3.9.2超声波的产生 70
3.9.3超声波成像的基本原理 71
习题三 75
第4章 分子动理论 78
4.1分子之间的相互作用力 78
4.2理想气体分子动理论 79
4.2.1理想气体状态方程 79
4.2.2理想气体的微观模型 80
4.2.3理想气体的压强 80
4.2.4理想气体的能量公式 82
4.2.5理想气体定律的推导 83
4.3气体分子速率分布律和能量分布律 84
4.3.1玻尔兹曼能量分布定律 84
4.3.2麦克斯韦速率分布定律 85
4.3.3气体分子的三种速率 86
4.3.4平均碰撞频率和平均自由程 87
4.4液体的表面现象 89
4.4.1表面张力和表面能 89
4.4.2曲面下的附加压强 91
4.4.3毛细现象 93
4.4.4气体栓塞 94
4.4.5表面活性物质和表面吸附 95
习题四 96
第5章 热力学基础 98
5.1气体物态参量 平衡态理想气体物态方程 99
5.1.1气体的物态参量——热学系统状态的描述 99
5.1.2平衡态与平衡过程 101
5.1.3热力学第零定律 101
5.1.4理想气体的物态方程 101
5.2准静态过程 内能功热量 103
5.2.1热力学系统和热力学过程 103
5.2.2准静态过程 103
5.2.3内能 104
5.2.4功 104
5.2.5热量 105
5.3热力学第一定律 106
5.4理想气体的等体过程和等压过程 107
5.4.1等体过程 107
5.4.2等压过程 107
5.4.3关于摩尔热容的讨论 108
5.5理想气体的等温过程、绝热过程和多方过程 109
5.5.1等温过程 109
5.5.2绝热过程 110
5.5.3多方过程 112
5.6循环过程 卡诺循环 112
5.6.1循环过程的定义及其特点 112
5.6.2循环过程的分类及其应用 113
5.6.3卡诺循环 115
5.7热力学第二定律 117
5.7.1热力学第二定律的表述 118
5.7.2热力学第二定律的证明 119
5.8熵 熵增加原理 119
5.8.1熵的引入 120
5.8.2克劳修斯不等式 121
5.8.3熵增原理 122
5.8.4熵的物理意义 123
5.8.5玻尔兹曼与统计力学 123
5.9范德瓦尔斯方程 124
习题五 126
第6章 静电场 127
6.1电场和电场强度 127
6.1.1电荷 库仑定律 127
6.1.2电场和电场强度 128
6.2静电场的高斯定理 130
6.2.1电场线 电通量 130
6.2.2高斯定理 132
6.2.3高斯定理的应用 133
6.3静电场力的功 电势 135
6.3.1静电力做功 136
6.3.2电势能 电势 电势差 136
6.3.3电势叠加原理 138
6.3.4 等势面场强与电势的关系 138
6.4静电场中的电介质 139
6.4.1电介质的极化 139
6.4.2电介质对电场的影响 140
6.4.3电介质中的高斯定理 140
6.4.4静电场的能量 141
6.5电偶极子 心电图 143
6.5.1电偶极子 143
6.5.2电偶层 144
6.5.3心电图 145
习题六 147
第7章 直流电 148
7.1电流密度 148
7.1.1电流和电流密度 148
7.1.2金属和电解液的导电性 149
7.1.3欧姆定律的微分形式 150
7.2一段含源电路的欧姆定律 151
7.3基尔霍夫定律 153
7.3.1节点和回路 153
7.3.2基尔霍夫第一定律 153
7.3.3基尔霍夫第二定律 154
7.4电容器的充电和放电过程 155
7.4.1 RC电路的充电过程 155
7.4.2 RC电路的放电过程 157
7.5生物膜电位及其医学应用 158
7.5.1静息电位 158
7.5.2动作电位 161
7.5.3神经纤维的电缆方程 162
7.5.4电泳 164
7.5.5电渗 165
习题七 166
第8章 磁场与电磁感应 168
8.1磁场 磁感应强度 168
8.1.1磁现象 磁场 168
8.1.2磁感应强度矢量磁感线 168
8.1.3磁通量磁场中的高斯定理 170
8.2电流的磁效应 171
8.2.1毕奥-萨伐尔定律 171
8.2.2磁感应强度叠加原理 171
8.2.3典型电流的磁场 172
8.3安培环路定理 174
8.3.1安培环路定理的表述 174
8.3.2安培环路定理应用举例 174
8.4磁场对运动电荷的作用 176
8.4.1洛伦兹力 176
8.4.2带电粒子在匀强磁场中的运动 176
8.4.3霍尔效应 177
8.4.4电磁流量计 178
8.4.5电磁泵 178
8.5磁场对载流导线的作用 178
8.5.1安培定律 179
8.5.2载流线圈的磁力矩 179
8.5.3直流电动机基本原理 181
8.6磁介质 182
8.6.1三类磁介质 182
8.6.2分子磁矩 183
8.6.3顺磁质和抗磁质的磁化 183
8.6.4铁磁质的磁化 184
8.6.5超导体的磁性 185
8.7磁场的生物效应 186
8.7.1生物磁现象 186
8.7.2磁场的生物效应 186
8.7.3生物磁场的测定 186
8.7.4磁疗 187
8.7.5磁示踪和磁性药物 187
8.8电磁感应 188
8.8.1法拉第电磁感应定律 188
8.8.2楞次定律 188
8.8.3动生电动势和感生电动势 189
8.8.4自感与互感 190
8.8.5磁场的能量 192
8.8.6电磁现象的医学应用 193
8.9电磁场理论 193
8.9.1位移电流与感生磁场 194
8.9.2麦克斯韦方程组 196
习题八 197
第9章 波动光学 199
9.1光的干涉 199
9.1.1杨氏实验 199
9.1.2光程 光程差 201
9.1.3洛埃镜实验 202
9.1.4薄膜干涉 203
9.1.5等厚干涉 204
9.1.6迈克耳孙干涉仪 206
9.2光的衍射 207
9.2.1单缝衍射 207
9.2.2圆孔衍射 209
9.2.3光栅衍射 210
9.3光的偏振 211
9.3.1自然光和偏振光 211
9.3.2马吕斯定律 212
9.3.3布儒斯特定律 213
9.3.4光的双折射 214
9.3.5二色性 214
9.3.6物质的旋光 215
习题九 216
第10章 几何光学 218
10.1球面折射 218
10.1.1单球面折射 218
10.1.2共轴球面系统 220
10.2透镜 221
10.2.1薄透镜 221
10.2.2薄透镜组合 222
10.2.3厚透镜 223
10.2.4柱面透镜 224
10.2.5透镜的像差 225
10.3眼睛 226
10.3.1眼睛的光学结构 226
10.3.2人眼的调节 228
10.3.3眼睛的分辨本领 视力 228
10.3.4眼的屈光不正及矫正 229
10.4放大镜和光学显微镜 231
10.4.1放大镜 231
10.4.2显微镜 232
10.4.3显微镜的分辨本领 233
10.5其他几种医用光学仪器 235
10.5.1检眼镜 235
10.5.2纤镜 236
10.5.3相差显微镜 236
习题十 237
第11章 狭义相对论 239
11.1迈克耳孙-莫雷实验和相对性原理 239
11.1.1迈克耳孙-莫雷实验 239
11.1.2爱因斯坦相对性原理 240
11.2洛伦兹变换 240
11.2.1洛伦兹坐标变换 240
11.2.2洛伦兹速度变换 241
11.3狭义相对论的时空观 243
11.3.1同时性的相对性 243
11.3.2长度缩短 244
11.3.3时间延缓 244
11.4相对论动力学基础 245
11.4.1质量和速度的关系 246
11.4.2质量和能量的关系 247
11.4.3能量和动量的关系 248
11.4.4电磁场的相对性 248
11.4.5非相对论条件下运动电荷的电场和磁场 248
11.4.6电磁场的相对论性变换 249
习题十一 250
第12章 量子力学基础 252
12.1黑体辐射 252
12.1.1黑体辐射 252
12.1.2普朗克能量量子化假设 254
12.2光电效应 255
12.2.1光电效应 255
12.2.2爱因斯坦光子假设 256
12.3康普顿效应 257
12.3.1康普顿效应 257
12.3.2康普顿效应的解释 258
12.4氢原子光谱 玻尔的氢原子理论 259
12.4.1氢原子光谱 259
12.4.2玻尔理论 260
12.5物质的波动性 263
12.5.1德布罗意假设 263
12.5.2电子衍射 264
12.5.3不确定原理 264
12.6薛定谔方程 266
12.6.1波函数、概率密度 266
12.6.2薛定谔方程 267
12.6.3一维无限深势阱 269
12.6.4一维方势垒 隧道效应 270
12.6.5线性谐振子 271
12.7氢原子的量子理论 272
12.7.1电子云 273
12.7.2氢原子的量子数及能量本征值 273
12.7.3塞曼效应 角动量的空间量子化 274
12.7.4反常塞曼效应、电子自旋 275
12.8多电子原子的壳层结构 276
12.8.1电子自旋 自旋磁量子数 276
12.8.2多电子原子中的电子分布 277
习题十二 279
第13章X射线 281
13.1 X射线的产生 281
13.1.1 X射线的产生装置 281
13.1.2 X射线的强度和硬度 283
13.2 X射线谱 284
13.2.1连续X射线谱 285
13.2.2标识X射线谱 286
13.3 X射线的基本性质 287
13.3.1 X射线的一般性质 287
13.3.2 X射线的衍射 288
13.4物质X射线衰减规律 289
13.4.1单色X射线的衰减规律 289
13.4.2衰减系数与波长、原子序数的关系 290
13.5 X射线的医学应用 291
13.5.1诊断 291
13.5.2治疗 295
习题十三 295
第14章 分子与固体 297
14.1固体中的电子 297
14.1.1自由电子的能量分布 297
14.1.2金属导电的量子解释 300
14.2能带 导体和绝缘体 302
14.2.1能带 302
14.2.2导体 304
14.2.3绝缘体 304
14.2.4分子的转动能级和振动能级 304
14.2.5半导体 305
14.2.6 pn结 307
14.2.7半导体器件 308
习题十四 310
第15章 原子核和放射性 311
15.1原子核的基本性质 311
15.1.1原子核的组成 311
15.1.2原子核的性质 312
15.1.3原子核的自旋和磁矩 313
15.1.4原子核的结合能及质量亏损 314
15.2原子核的衰变类型 315
15.2.1 α衰变 315
15.2.2 β衰变 316
15.2.3 y衰变和内转换 317
15.3原子核的衰变规律 317
15.3.1衰变定律 317
15.3.2半衰期 317
15.3.3放射性活度 319
15.3.4放射性平衡 319
15.4核物理在医学中的应用 320
15.4.1诊断 320
15.4.2治疗 324
习题十五 326
第16章 激光 327
16.1激光产生的基本原理 327
16.1.1粒子吸收与辐射的三种过程 327
16.1.2产生激光的两个条件 328
16.2激光器 329
16.2.1激光器的构成 330
16.2.2实例说明激光产生原理 330
16.2.3激光器的分类 331
16.2.4几种常用医用激光器 333
16.3激光的特性 333
16.3.1方向性好 334
16.3.2单色性好 334
16.3.3亮度高 334
16.3.4相干性好 334
16.3.5偏振性好 335
16.4激光的医学应用 335
16.4.1激光与生物组织的作用机制 336
16.4.2激光的医学应用 338
16.4.3激光的危害和防护 339
习题十六 339
第17章 天体物理与宇宙学 340
17.1星体的演化 340
17.1.1赫罗图——20世纪最伟大的发现之一 340
17.1.2恒星的诞生和演化 340
17.2广义相对论基础 345
17.2.1等效原理和广义相对性原理 345
17.2.2广义相对论的空间与时间——弯曲时空 346
17.2.3引力红移 347
17.2.4引力辐射 348
17.3现代宇宙学 352
17.3.1大爆炸理论 352
17.3.2宇宙膨胀 354
17.3.3背景辐射 356
参考文献 358
附录 359