医用物理学/李新忠

本书是编者根据多年的教学实践及教学研究成果编写而成的。作者以现代观点重新审视了物理学在医学类学生培养过程中的地位和作用，合理地组织了教学内容，既保持了物理学的系统性，又适当结合现代医学，突出医学特色，以使医学类专业学生初步了解物理学最基本的知识和理论，并使他们看到物理学与他们的生活和将要投入的专业工作之间的密切联系，以激发学生的学习热情，从而提高教学效果。本书可供高等医学院校临床医学、检验、影像、口腔、药学和护理等专业作为医用物理教材使用，也可供医学工作者参考。

目录 前言 绪论1 第1章物体的弹性骨与肌肉的 力学特性311应力和应变3 111应力3 112应变4 12弹性与塑性弹性模量4 121弹性与塑性4 122弹性模量5 13骨与肌肉的力学特性6 131骨骼的力学特性6 132肌肉的力学特性8 习题110 第2章振动12 21简谐振动12 211简谐振动方程12 212描述简谐振动的特征量13 213简谐振动的旋转矢量表示法16 214简谐振动的能量17 22简谐振动的合成18 221两个同方向、同频率简谐 振动的合成18 222两个同方向、不同频率简谐 振动的合成19 223两个相互垂直的简谐振动的 合成19 23振动的分解频谱分析21 24阻尼振动受迫振动共振23 241阻尼振动23 242受迫振动24 243共振25 25振动在医学中的应用26 251机械振动对人体的生物效应26 252振动测量技术在临床上的应用27 习题229 第3章波动声波30 31机械波30 311机械波的产生30 312波面波线30 313波速、波长、波的周期和频率31 32平面简谐波的波动方程32 321平面简谐波的波函数32 322波函数的物理意义33 33波的能量、强度和衰减35 331波的能量36 332波的强度37 333波的衰减37 34惠更斯原理波的衍射及其解释37 341惠更斯原理37 342波的衍射及其解释38 35波的叠加与干涉38 351波的叠加原理38 352波的干涉39 36驻波42 361驻波实验42 362驻波方程43 363驻波的特点44 37声波45 371声压、声阻和声强45 372声波的反射和透射47 373听觉区域48 374声强级和响度级49 38声波的多普勒效应50 381声源和观察者在其连线上运动50 382声源和观察者的运动 不在其连线上52 383多普勒效应的应用52 39超声波及其医学应用54 391超声波的特性54 392超声波的作用54 393超声波的产生和探测55 394超声波在医学中的应用56 习题358 第4章液体的流动60 41理想液体的稳定流动60 411理想液体60 412连续性方程61 42伯努利方程及其应用62 421伯努利方程62 422伯努利方程的应用64 43实际液体的流动67 431实际液体的黏性与黏度67 432血液的黏度69 433湍流和雷诺数70 44黏性液体的流动规律71 441实际液体的伯努利方程71 442泊肃叶定律72 443血液的流动及血压在血流 过程中的分布74 444斯托克斯定律75 45生物材料的黏弹性76 451生物材料的结构特点76 452生物材料的黏弹性77 453黏弹性材料的力学模型77 习题479 第5章液体的表面现象81 51液体的表面张力和表面能81 511表面张力81 512液体的表面层和表面能83 52弯曲液面的附加压强85 521弯曲液面的附加压强85 522液泡内外的压强差86 53毛细现象气体栓塞87 531液体与固体接触处的表面现象87 532毛细现象88 533气体栓塞90 54表面活性物质和表面吸附肺泡中的 表面活性物质91 541表面活性物质和表面吸附91 542肺泡中的表面活性物质92 习题592 第6章真空中的静电场95 61库仑定律电场强度95 611电荷、库仑定律95 612电场与电场强度96 613电场强度叠加原理97 62高斯定理99 621电场线99 622电通量100 623高斯定理的内容101 63静电场力的功电势106 631静电场力的功106 632静电场的环路定理107 633电势能电势电势差107 634电势的计算108 635等势面电场强度与电势的 关系109 64电偶极子电偶层111 641电偶极子电场的电势111 642电偶层111 65静电场中的电介质112 651电介质的极化112 652电介质中的静电场114 习题6115 第7章稳恒电流117 71电流117 711电流的概念117 712电流密度117 72欧姆定律119 721电阻电阻率119 722欧姆定律119 73含源电路的欧姆定律120 731电动势120 732一段含源电路的欧姆定律121 74基尔霍夫方程组121 741节点电流方程组121 742回路电压方程组122 75直流电在医学中的应用123 751人体的导电性123 752直流电对机体的作用124 753离子透入疗法124 754心电知识125 习题7127 第8章电磁现象130 81磁场磁感应强度130 811磁场130 812磁感应强度130 813磁通量131 82电流的磁场132 821毕奥－萨伐尔定律132 822安培环路定理135 83磁场对电流的作用138 831磁场对运动电荷的作用138 832磁场对载流导线的作用141 833磁场对载流线圈的作用磁矩141 84磁介质143 841磁介质的分类143 842顺磁质和抗磁质的磁化机制144 843铁磁质144 85电磁感应145 851电磁感应定律145 852动生电动势147 853感生电动势感生电场148 854自感互感148 86生物磁场和磁场的生物效应150 861生物的磁场现象150 862磁场的生物效应151 习题8151 第9章几何光学154 91球面折射154 911单球面的折射154 912共轴球面系统156 92透镜156 921薄透镜公式157 922透镜组合158 923像差159 93共轴球面系统的基点和成像公式160 931共轴球面系统的三对基点160 932作图成像法161 933成像公式161 94眼睛162 941眼球结构简介162 942眼睛的光学系统162 943眼的分辨本领163 944眼的调节及非正常眼的矫正165 95放大镜、显微镜168 951放大镜168 952显微镜168 953显微镜的分辨本领169 954电子显微镜170 96光学纤维纤镜及其应用172 961光学纤维导光原理172 962纤镜及其医疗应用173 习题9173 第10章波动光学175 101光的干涉175 1011光的相干性175 1012光程光程差176 1013杨氏双缝干涉177 1014劳埃德镜179 1015薄膜干涉180 1016等厚干涉182 1017迈克耳孙干涉仪184 102光的衍射185 1021单缝衍射186 1022圆孔衍射188 1023光栅衍射190 103光的偏振191 1031自然光和偏振光191 1032起偏与检偏马吕斯定律192 1033部分偏振光的获得布儒斯特 定律195 1034光的双折射现象与二向色性196 1035物质的旋光性198 *104波动光学的应用199 1041CD光盘的播放原理199 1042计算机芯片的制作200 1043糖量计201 习题10201 第11章量子力学基础204 111光的波粒二象性204 1111黑体辐射204 1112光电效应206 112氢原子光谱玻尔的氢原子理论207 1121氢原子光谱207 1122玻尔的氢原子理论208 113微观粒子的波粒二象性210 1131德布罗意波210 1132电子衍射210 1133不确定关系211 114薛定谔方程212 1141薛定谔方程的建立212 1142一维无限深势阱213 1143势垒隧道效应215 1144薛定谔方程在原子分子中的 应用216 习题11217 第12章X射线218 121X射线的性质218 122X射线的产生219 1221产生X射线的装置219 1222有效焦点和实际焦点221 123X射线的强度和硬度221 1231X射线的强度221 1232X射线的硬度222 124X射线谱222 1241连续X射线谱223 1242标识X射线谱224 125X射线的吸收225 1251单色X射线的衰减规律225 1252吸收系数与波长、原子 序数的关系226 126X射线在医学上的应用227 1261治疗227 1262诊断228 127X-CT229 1271X-CT成像的基本原理230 1272图像重建的基本方法232 1273X-CT扫描机234 1274CT值和窗口技术235 习题12236 第13章原子核和放射性238 131原子核的基本性质238 1311原子核的组成238 1312原子核的性质238 1313质量亏损和结合能239 132原子核的衰变类型241 1321α衰变241 1322β衰变和电子俘获242 1323γ衰变和内转换244 133原子核的衰变规律244 1331核衰变定律244 1332半衰期和平均寿命245 1333放射性活度247 1334放射性平衡247 134射线与物质的相互作用248 1341带电粒子与物质的相互作用248 1342光子与物质的相互作用250 1343中子与物质的相互作用250 135射线的剂量、防护与测量251 1351射线的剂量251 1352射线的防护253 1353射线的测量253 136放射性核素在医学上的应用256 1361示踪的原理256 1362放射诊断257 1363放射治疗260 习题13261 第14章激光及其医学应用263 141激光的基本原理263 1411原子的能级与粒子数按能级 分布的规律263 1412光与物质的相互作用264 1413粒子数反转分布265 1414光学谐振腔266 142激光器267 1421激光器的构成267 1422激光器举例268 1423医用激光器269 143激光的特性269 1431方向性好270 1432亮度高、强度大270 1433单色性好270 1434相干性好270 1435偏振性好271 144激光的医学应用271 1441激光的生物作用272 1442激光在基础医学研究中的 应用274 1443激光的临床应用276 1444激光的安全防护277 习题14278 第15章磁共振成像279 151磁共振的基本概念279 1511原子核的自旋和磁矩279 1512原子核在外磁场中的运动280 1513原子核在外磁场中的 能级分裂281 1514纵向磁化与纵向磁化强度281 152磁共振282 1521磁共振现象282 1522弛豫过程与弛豫时间284 1523自由感应衰减信号285 1524人体组织的质子密度、T1 和T2285 153磁共振成像原理287 1531加权图像287 1532空间编码288 1533图像重建289 154磁共振成像设备290 1541磁体系统290 1542谱仪系统292 1543计算机图像重建系统292 1544磁共振成像的现状及 发展趋势293 习题15293 参考文献295

前言物理学是研究自然界最普遍、最基本的运动形态及运动规律的科学，这种最普遍、最基本的运动规律是各种高级复杂运动规律的基础。因此，物理学是一切自然科学和技术的基础。物理学研究所形成的物质观、自然观、时空观、宇宙观对人类文明都产生了极其深刻的影响。物理学研究所形成的方法，是培养和提高人的观察能力、思维能力、表达能力、理论联系实际的能力和创新能力等素质的最有效的方法。物理学既是一门科学，也是一种文化，它是人类思想文明的源泉。 认清物理学的特点，转变教学思想，合理组织教学内容，改革教学方法,这是人才素质培养的关键。基于这一理念，我们在长期教学研究与实践的基础上，参考国内外有关教材，编写了本书。 本书基于现代物理思想、概念、方法和现代教育思想、理念，根据现代医学技术对物理学的基本需求，力求在一个比较完整的结构体系上进行编写。本书的任务一方面是使医科类学生初步了解物理学科最基本的理论和知识，另一方面是使他们看到物理学与他们的生活和将要投入的专业工作之间的密切联系。同时，试图开发医科类学生的创造思维，以体现出医用物理学基础课程素质教育的宗旨。因此，本书在编写上遵循如下原则： （1）加大近代物理教学内容的比重，实现经典物理内容的现代化，由此建立一个完整的、面向现代社会的医用物理课程内容教学体系。 （2）突出医用物理的基本特点，注重物理原理、技术和方法在医疗技术中的应用，借此培养学生理论联系实际的能力，使他们初步树立学科应用意识。 （3）强调物理学中的唯物史观和辩证法，确立医用物理的基本概念、基本定律、基本思想和基本方法。 （4）增强教材的启发性和易读性。考虑到近几年高考模式的改变，部分医科类学生的中学物理基础知识相对薄弱，本书尽量精简物理公式和减少数学推导，尤其是避免采用难度较大的高等数学推导，力求删繁就简，减轻学生的负担。 本书共14章，每章配有一定数量的例题和习题，教学参考学时为48~72学时。 本书适合高等医学院校五年制临床医学、基础医学、医学检验技术、医学影像技术、口腔医学、药学、护理学等专业使用，也可供医药院校其他专业、生命科学有关专业的师生和研究工作者参考。 本书的编写得到了河南科技大学教材出版基金立项资助，并得到了河南科技大学物理工程学院的大力支持，在此深表谢意。 参加本书编写的人员有：河南科技大学的李新忠、刘汇慧、熊国欣、陈庆东、杨传径，洛阳职业技术学院的刘家宁。其中李新忠、刘汇慧任主编，熊国欣、陈庆东任副主编。具体编写分工为：熊国欣编写绪论、第1章、第4章、第12章、第13章和第14章，刘汇慧编写第2章、第3章和第5章，陈庆东编写第6章和第7章，杨传径编写第8章，李新忠编写第9章和第10章，刘家宁编写第11章和第15章。 由于编者水平有限，错误和不当之处在所难免，欢迎读者不吝赐教和指正。