绪论 1
一、物理学的研究对象、研究方法与发展趋势 1
二、物理学与医学的关系、医用物理学简介 3
三、医用物理学课程的教学目标与学习方法 4
第一章 医用力学基础 5
第一节 刚体的定轴转动 5
一、描述刚体转动的物理量 5
二、转动动能和转动惯量 8
三、力矩和转动定律 9
四、刚体的角动量 11
五、刚体的进动 13
第二节 应力 应变 弹性模量 14
一、应力 14
二、应变 15
三、弹性模量 16
第三节 骨骼与肌肉的力学性质 17
一、骨骼的力学性质 17
二、肌肉的力学性质 19
第四节 作用于骨骼上的力 21
一、人体平衡的力学条件 21
二、人体中的杠杆作用 22
三、作用在髋关节上的力 25
四、作用在脊柱上的力 26
习题一 27
第二章 振动 29
第一节 简谐振动 29
一、简谐振动方程 29
二、简谐振动的特征量 30
三、简谐振动的矢量图示法 32
四、简谐振动的能量 33
第二节 阻尼振动 受迫振动 共振 34
一、阻尼振动 34
二、受迫振动 35
三、共振 36
第三节 简谐振动的合成 37
一、两个同方向、同频率简谐振动的合成 37
二、两个同方向、不同频率简谐振动的合成 38
三、振动谱 39
四、两个同频率、互相垂直的简谐振动的合成 40
第四节 振动在医学中的应用 41
一、机械振动对人体的生物效应 41
二、振动测量技术在医疗上的应用 43
习题二 45
第三章 波动 声波 47
第一节 波动方程 47
一、机械波的产生 47
二、波面 波线 48
三、波速、波长、周期和频率 48
四、波函数 49
第二节 波的能量 52
一、波的能量 能量密度 52
二、波的强度 能流密度 54
三、波的衰减 54
第三节 惠更斯原理与波的干涉 55
一、波的叠加原理 55
二、惠更斯原理 55
三、波的干涉 56
四、驻波 58
第四节 声波 60
一、声速 61
二、声压和声阻 61
三、声强和声强级 62
四、响度级和等响曲线 64
第五节 多普勒效应 65
第六节 超声波及其医学应用 67
一、超声波的产生和接收 67
二、超声波的特性 68
三、超声波在医学中的应用 70
习题三 73
第四章 液体的流动 74
第一节 理想液体的流动 74
一、理想液体的定常流动 74
二、液流连续性原理 75
第二节 伯努利方程及其应用 77
一、伯努利方程 77
二、伯努利方程的应用 79
第三节 实际液体的流动 81
一、实际液体的黏性与黏度 81
二、血液的黏度 82
三、实际液体的伯努利方程 83
四、湍流与雷诺数 84
第四节 泊肃叶定律 85
一、泊肃叶定律 85
二、血液的流动及血压在血流过程中的分布 88
第五节 斯托克斯定律 89
习题四 90
第五章 液体的表面现象 93
第一节 表面张力和表面能 93
一、表面张力 93
二、液体的表面层和表面能 95
第二节 弯曲液面的附加压强 98
一、弯曲液面的附加压强 98
二、液泡内外的压强差 99
第三节 毛细现象 气体栓塞 100
一、润湿作用 100
二、毛细现象 101
三、气体栓塞 102
第四节 表面吸附和表面活性物质 103
习题五 106
第六章 气体动理论与热力学定律 108
第一节 气体动理论 108
一、气体动理论的基本概念 108
二、理想气体物态方程 110
三、理想气体的压强公式 111
四、理想气体的能量公式 113
五、麦克斯韦速率分布律 117
六、玻耳兹曼能量定律 119
七、气体的溶解 高压氧疗 120
第二节 热力学第一定律 121
一、热力学系统与平衡态 121
二、准静态过程 122
三、功、热量和内能 122
四、热力学第一定律 125
第三节 理想气体的热力学过程 126
一、等体过程 126
二、等压过程 126
三、等温过程 127
四、绝热过程 128
第四节 热力学第一定律的应用 130
一、人体的能量交换与基础代谢 130
二、体温的恒定和控制 131
三、卡诺循环 132
四、制冷机 134
第五节 热力学第二定律 136
一、可逆过程与不可逆过程 136
二、热力学第二定律 137
三、卡诺定理 138
四、熵的概念与熵增原理 138
五、生命系统的熵变 140
六、热力学第二定律的统计意义 141
习题六 143
第七章 真空中的静电场 144
第一节 电场 电场强度 144
一、电荷 库仑定律 144
二、电场与电场强度 145
三、场强叠加原理 147
第二节 高斯定理 149
一、电场线 149
二、电场强度通量 150
三、高斯定理 151
四、高斯定理应用举例 152
第三节 静电场力的功 电势 156
一、静电场力的功 156
二、静电场的环路定理 157
三、电势能 电势 电势差 157
四、电势的计算 158
五、等势面 场强与电势的关系 160
第四节 电偶极子 电偶层 163
一、电偶极子电场的电势 163
二、电偶层 164
第五节 静电场中的电介质 164
一、电介质的极化 165
二、电介质中的静电场 167
第六节 心电知识 168
一、心电的产生和心电偶 168
二、空间心电向量环 169
三、心电图导联 170
习题七 171
第八章 恒定电流 173
第一节 电流的描述 173
一、电流线 173
二、电流 173
三、电流密度 175
四、恒定电流 176
第二节 欧姆定律 177
一、物质的导电性与超导现象 177
二、欧姆定律 178
第三节 含源电路的欧姆定律 179
一、一段含源电路的欧姆定律 179
二、闭合电路的欧姆定律 180
第四节 基尔霍夫电路方程 181
一、节点电流方程 181
二、回路电压方程 181
第五节 直流电在医学中的应用 183
一、人体的导电性 183
二、直流电对机体的作用 184
三、离子透入疗法 185
习题八 185
第九章 电磁现象 188
第一节 磁场 磁感应强度 磁通量 188
一、磁场 188
二、磁感应强度 189
三、磁通量 189
第二节 电流的磁场 191
一、毕奥-萨伐尔定律 191
二、安培环路定理 194
第三节 磁场对电流的作用 197
一、磁场对运动电荷的作用 197
二、磁场对载流导线的作用 200
三、磁场对载流线圈的作用 磁矩 201
第四节 磁介质 202
一、磁介质 202
二、顺磁质和抗磁质的磁化机制 203
三、铁磁质 204
第五节 电磁感应 205
一、电磁感应定律 205
二、动生电动势 207
三、感生电动势 感生电场 208
四、自感 互感 209
第六节 磁场的医学应用 211
一、生物的磁场现象 211
二、磁场的生物效应 212
三、磁场疗法 213
四、核磁共振 213
习题九 214
第十章 波动光学 216
第一节 光的干涉 216
一、光的相干性 216
二、光程 光程差 217
三、杨氏双缝干涉 218
四、劳埃德镜 220
五、薄膜干涉 221
六、等厚干涉 223
七、迈克耳孙干涉仪 225
第二节 光的衍射 226
一、单缝衍射 227
二、圆孔衍射 230
三、光栅衍射 231
第三节 光的偏振 232
一、自然光和偏振光 232
二、起偏与检偏 马吕斯定律 233
三、部分偏振光的获得 布儒斯特定律 235
四、光的双折射现象与二向色性 235
五、物质的旋光性 238
第四节 波动光学的应用 239
一、CD播放原理 239
二、计算机芯片的制作 240
三、糖量计 241
习题十 242
第十一章 几何光学 244
第一节 球面折射 244
一、单球面的折射 244
二、共轴球面系统 246
第二节 透镜 247
一、薄透镜成像公式 247
二、透镜组合 249
三、像差 249
第三节 共轴球面系统的基点和成像公式 250
一、共轴球面系统的三对基点 251
二、作图成像法 252
三、成像公式 252
第四节 眼睛 253
一、眼球的结构简介 253
二、眼睛的光学系统 253
三、眼的分辨本领 254
四、眼的调节及非正常眼的矫正 256
第五节 放大镜 显微镜 259
一、放大镜 259
二、显微镜 259
三、显微镜的分辨本领 260
四、电子显微镜 261
第六节 纤镜 262
一、光学纤维导光原理 263
二、纤镜及其医疗应用 264
习题十一 264
第十二章 X射线 266
第一节X射线的基本性质 266
第二节X射线的产生 267
第三节X射线的强度和硬度 268
一、X射线的强度 268
二、X射线的硬度 268
第四节X射线谱 269
一、连续X射线谱 269
二、标识X射线谱 270
第五节X射线的吸收 271
第六节 医用X射线透视与摄影装置 274
一、医用X射线透视装置 274
二、医用X射线摄影装置 275
第七节X射线CT简介 276
一、X射线CT装置成像基本原理 276
二、X射线CT装置的基本结构 279
三、X射线CT的图像特点与临床应用 281
习题十二 281
第十三章 原子核和放射性 283
第一节 原子核的结构与基本性质 283
一、原子核的组成 283
二、原子核的大小与密度 285
三、结合能 原子核的稳定性 285
四、原子核的自旋和磁矩 287
五、核力 288
第二节 原子核的放射性衰变 289
一、α衰变 290
二、β衰变和电子俘获 290
三、γ衰变和内转换 292
第三节 核衰变的规律 292
一、核衰变定律 292
二、半衰期和平均寿命 293
三、统计涨落现象 295
四、放射性活度 296
五、级联衰变和放射平衡 297
第四节 射线与物质的相互作用 300
一、带电粒子与物质的相互作用 301
二、光子与物质的相互作用 302
三、中子与物质的相互作用 303
第五节 射线的探测、剂量与防护 304
一、射线的探测 304
二、射线的剂量 307
三、剂量当量 308
四、有效剂量 309
五、天然本底辐射 310
六、辐射防护 311
第六节 放射性核素的医学应用 314
一、放射治疗与γ刀 314
二、示踪原子 316
三、放射性核素成像 316
习题十三 319
第十四章 量子力学基础 321
第一节 光的波粒二象性 321
一、黑体辐射 321
二、光电效应 323
三、康普顿效应 324
第二节 氢原子结构的玻尔理论 325
一、氢原子光谱的规律性 325
二、玻尔的氢原子理论 326
第三节 微观粒子的波粒二象性 328
一、德布罗意波 328
二、电子衍射 329
三、不确定关系 330
第四节 薛定谔方程 331
一、薛定谔方程的建立 331
二、一维无限深势阱 333
三、势垒 隧道效应 335
四、扫描隧穿显微镜 336
五、薛定谔方程在原子分子中的应用 336
第五节 激光 338
一、激光的产生 338
二、光学谐振腔 340
三、激光的特点 341
四、激光的生物效应 341
五、激光在医学中的应用 345
习题十四 346
第十五章 狭义相对论和广义相对论 347
第一节 伽利略变换 348
一、经典力学的绝对时空观和相对性原理 348
二、伽利略变换 348
第二节 狭义相对论基本原理 350
一、迈克耳孙-莫雷实验 350
二、狭义相对论的基本原理 351
三、洛伦兹变换 352
四、洛伦兹速度变换 354
第三节 狭义相对论的时空观 356
一、时间延缓 356
二、长度收缩 358
三、同时性的相对性 359
四、因果律和信号速度 359
五、光的多普勒效应 360
第四节 相对论动力学 361
一、动量和质量 361
二、力和动能 363
三、质能关系 364
四、能量和动量的关系 364
第五节 广义相对论简介 365
一、等效原理 366
二、广义相对性原理 367
三、引力场的时空特性 367
四、引力坍缩与黑洞 369
五、引力波 369
习题十五 370
附录A国际单位制 371
附录B常用物理学常量 373
习题参考答案 374
参考文献 375