医用物理学 第2版

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。作者以现代观点审视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，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，激发他们的学习热情，从而提高教学效果。 本书可供高等医药类院校临床医学、检验、影像、口腔、药学和护理学等专业作为医用物理教材使用，也可供医学工作者参考。

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目录 前言 绪论/1 第1章物体的弹性骨与肌肉的力学特性 /4 1.1应力和应变4 1.1.1应力4 1.1.2应变5 1.2弹性与塑性弹性模量6 1.2.1弹性与塑性6 1.2.2弹性模量6 1.3骨与肌肉的力学特性7 1.3.1骨骼的力学特性7 1.3.2肌肉的力学特性10 1.4力学在医学中的应用12 1.4.1骨骼系统的力学分析12 1.4.2心血管系统的力学分析13 1.4.3呼吸系统的力学分析13 1.4.4康复工程中的力学应用14 1.4.5医疗器械中的力学设计15 习题116 第2章振动/17 2.1简谐振动17 2.1.1简谐振动方程17 2.1.2描述简谐振动的特征量18 2.1.3简谐振动的旋转矢量表示法21 2.1.4简谐振动的能量22 2.2简谐振动的合成23 2.2.1两个同方向、同频率简谐振动的合成23 2.2.2两个同方向、不同频率简谐振动的合成24 2.2.3两个互相垂直的简谐振动的合成25 2.3振动的分解频谱分析26 2.4阻尼振动受迫振动共振28 2.4.1阻尼振动28 2.4.2受迫振动29 2.4.3共振30 2.5振动在医学中的应用30 2.5.1机械振动对人体的生物效应30 2.5.2振动测量技术在临床上的应用32 习题234 第3章波动声波/35 3.1机械波35 3.1.1机械波的产生35 3.1.2波面波线35 3.1.3波长、波的周期和频率、波速36 3.2平面简谐波的波动方程37 3.2.1平面简谐波的波函数37 3.2.2波函数的物理意义38 3.3波的能量、强度和衰减40 3.3.1波的能量41 3.3.2波的强度42 3.3.3波的衰减42 3.4惠更斯原理波的衍射及其解释42 3.4.1惠更斯原理42 3.4.2波的衍射及其解释43 3.5波的叠加与干涉43 3.5.1波的叠加原理43 3.5.2波的干涉44 3.6驻波47 3.6.1驻波实验47 3.6.2驻波方程48 3.6.3驻波的特点49 3.7声波50 3.7.1声压、声阻和声强50 3.7.2声波的反射和透射52 3.7.3听觉区域52 3.7.4声强级和响度级53 3.8声波的多普勒效应55 3.8.1声源和观察者在其连线上运动55 3.8.2声源和观察者的运动不在其连线上56 3.8.3多普勒效应的应用57 3.9超声波及其医学应用59 3.9.1超声波的特性59 3.9.2超声波的作用59 3.9.3超声波的产生和探测60 3.9.4超声波在医学中的应用61 习题363 第4章液体的流动/65 4.1理想液体的稳定流动65 4.1.1理想液体65 4.1.2连续性方程66 4.2伯努利方程及其应用67 4.2.1伯努利方程67 4.2.2伯努利方程的应用69 4.3实际液体的流动72 4.3.1实际液体的黏性与黏度72 4.3.2血液的黏度74 4.3.3湍流和雷诺数75 4.4黏性液体的流动规律76 4.4.1实际液体的伯努利方程76 4.4.2泊肃叶定律77 4.4.3血液的流动及血压在血流过程中的分布79 4.4.4斯托克斯定律80 4.5生物材料的结构特点及黏弹性81 4.5.1生物材料的结构特点81 4.5.2生物材料的黏弹性82 4.5.3黏弹性材料的力学模型83 4.6流体力学在医学中的应用84 4.6.1心血管疾病与血液流动的关系84 4.6.2血流动力学在医学诊疗中的应用85 习题486 第5章液体的表面现象/89 5.1液体的表面张力和表面能89 5.1.1表面张力89 5.1.2液体的表面层和表面能91 5.2弯曲液面的附加压强及液泡内外的压强差93 5.2.1弯曲液面的附加压强93 5.2.2液泡内外的压强差94 5.3毛细现象气体栓塞95 5.3.1液体与固体接触处的表面现象95 5.3.2毛细现象96 5.3.3气体栓塞98 5.4表面活性物质和表面吸附肺泡中的表面活性物质99 5.4.1表面活性物质和表面吸附99 5.4.2肺泡中的表面活性物质100 5.5表面活性剂在医学中的应用101 5.5.1表面活性剂的原理和作用101 5.5.2表面活性剂在医药技术中的应用102 习题5102 第6章气体动理论与热力学定律/105 6.1气体动理论105 6.1.1气体动理论的基本概念105 6.1.2理想气体状态方程106 6.1.3理想气体的微观模型与压强公式107 6.1.4理想气体的能量公式109 6.1.5速率分布函数与麦克斯韦速率分布律112 6.1.6玻尔兹曼能量定律113 6.1.7气体的溶解高压氧疗114 6.2平衡态热力学第一定律115 6.2.1热力学系统与平衡态115 6.2.2准静态过程116 6.2.3功、热量和内能116 6.2.4热力学第一定律118 6.3理想气体的热力学过程119 6.3.1等体过程119 6.3.2等压过程119 6.3.3等温过程120 6.3.4绝热过程121 6.4热力学第一定律的应用122 6.4.1人体的能量交换与基础代谢122 6.4.2体温的恒定和控制123 6.4.3卡诺循环125 6.4.4制冷机126 6.5热力学第二定律及应用128 6.5.1可逆过程与不可逆过程128 6.5.2热力学第二定律129 6.5.3卡诺定理129 6.5.4熵的概念与熵增加原理130 6.5.5生命系统的熵变131 6.6热学在医学中的应用132 习题6133 第7章真空中的静电场/134 7.1库仑定律电场强度134 7.1.1电荷库仑定律134 7.1.2电场与电场强度135 7.1.3电场强度叠加原理136 7.2电通量高斯定理138 7.2.1电场线139 7.2.2电通量139 7.2.3高斯定理140 7.3静电场力的功电势145 7.3.1静电场力的功145 7.3.2静电场的环路定理146 7.3.3电势能电势电势差146 7.3.4电势的计算147 7.3.5等势面电场强度与电势的关系148 7.4电偶极子电偶层150 7.4.1电偶极子电场的电势150 7.4.2电偶层150 7.5静电场中的电介质151 7.5.1电介质的分类与极化151 7.5.2电介质中的静电场153 7.6电泳及其医学应用154 7.6.1电泳154 7.6.2电泳的分类154 7.6.3电泳在医学上的应用154 习题7154 第8章稳恒电流/156 8.1电流156 8.1.1电流强度156 8.1.2电流密度157 8.2欧姆定律158 8.2.1电阻电阻率158 8.2.2欧姆定律推导159 8.3含源电路的欧姆定律159 8.3.1电动势159 8.3.2一段含源电路的欧姆定律160 8.4基尔霍夫方程组160 8.4.1节点电流方程组161 8.4.2回路电压方程组161 8.5直流电在医学中的应用162 8.5.1人体的导电性162 8.5.2直流电对机体的作用163 8.5.3离子透入疗法163 8.5.4心电知识164 习题8166 第9章电磁现象/169 9.1磁感应强度磁通量169 9.1.1磁场169 9.1.2磁感应强度169 9.1.3磁通量170 9.2电流的磁场171 9.2.1毕奥-萨伐尔定律171 9.2.2安培环路定理174 9.3磁场对电流的作用177 9.3.1磁场对运动电荷的作用177 9.3.2磁场对载流导线的作用180 9.3.3磁场对载流线圈的作用磁矩181 9.4磁介质182 9.4.1磁介质的分类182 9.4.2顺磁质和抗磁质的磁化机制183 9.4.3铁磁质183 9.5电磁感应184 9.5.1电磁感应现象法拉第电磁感应定律184 9.5.2动生电动势186 9.5.3感生电动势感生电场187 9.5.4自感互感187 9.6磁场在医学中的应用190 9.6.1生物的磁场现象190 9.6.2磁场的生物效应190 习题9190 第10章几何光学/193 10.1球面折射193 10.1.1单球面的折射193 10.1.2共轴球面系统195 10.2透镜196 10.2.1薄透镜公式196 10.2.2透镜组合197 10.2.3像差198 10.3共轴球面系统的基点和成像公式199 10.3.1共轴球面系统的三对基点199 10.3.2作图成像法200 10.3.3成像公式200 10.4眼睛201 10.4.1眼球结构简介201 10.4.2眼睛的光学系统201 10.4.3眼的分辨本领202 10.4.4眼的调节及非正常眼的矫正204 10.5放大镜显微镜207 10.5.1放大镜207 10.5.2显微镜207 10.5.3显微镜的分辨本领208 10.5.4电子显微镜209 10.6纤镜的原理及其在医学中的应用211 10.6.1光学纤维导光原理211 10.6.2纤镜及其医疗应用212 习题10212 第11章波动光学/214 11.1光的干涉214 11.1.1光的相干性214 11.1.2光程光程差215 11.1.3杨氏双缝干涉216 11.1.4劳埃德镜218 11.1.5薄膜干涉219 11.1.6等厚干涉221 11.1.7迈克耳孙干涉仪223 11.2光的衍射224 11.2.1单缝衍射225 11.2.2圆孔衍射227 11.2.3光栅衍射229 11.3光的偏振230 11.3.1自然光和偏振光230 11.3.2起偏与检偏马吕斯定律232 11.3.3布儒斯特定律233 11.3.4光的双折射现象与二向色性234 11.3.5物质的旋光性237 *11.4波动光学在医学中的应用238 11.4.1CD光盘的播放原理238 11.4.2计算机芯片的制作239 11.4.3糖量计239 习题11240 第12章量子力学基础/243 12.1光的波粒二象性243 12.1.1黑体辐射243 12.1.2光电效应245 12.2氢原子光谱玻尔的氢原子理论246 12.2.1氢原子光谱246 12.2.2玻尔的氢原子理论247 12.3微观粒子的波粒二象性249 12.3.1德布罗意波249 12.3.2电子衍射249 12.3.3不确定关系250 12.4薛定谔方程251 12.4.1薛定谔方程的建立251 12.4.2一维无限深势阱252 12.4.3势垒隧道效应254 12.4.4薛定谔方程在原子分子中的应用255 12.5量子点在医学中的应用256 12.5.1量子点结构256 12.5.2量子点的医学应用257 习题12257 第13章相对论基础/259 13.1力学相对性原理伽利略变换259 13.1.1力学相对性原理259 13.1.2绝对时空观和伽利略变换260 13.1.3伽利略变换遇到的问题261 13.2狭义相对论的基本假设和时空观262 13.2.1狭义相对论的两条基本假设262 13.2.2狭义相对论的时空观262 13.3狭义相对论动力学基础271 13.3.1相对论质量271 13.3.2相对论动力学基本方程272 13.3.3相对论能量272 13.3.4动量和能量的关系273 13.4相对论理论在医学中的应用274 习题13275 第14章X射线/277 14.1X射线的性质277 14.2X射线的产生278 14.2.1产生X射线的装置278 14.2.2有效焦点和实际焦点280 14.3X射线的强度和硬度280 14.3.1X射线的强度280 14.3.2X射线的硬度281 14.4X射线谱281 14.4.1连续X射线谱282 14.4.2标识X射线谱283 14.5X射线的吸收284 14.5.1单色X射线的衰减规律284 14.5.2吸收系数与波长、原子序数的关系286 14.6X射线在医学中的应用286 14.6.1治疗286 14.6.2诊断287 14.6.3X-CT288 习题14295 第15章原子核和放射性/297 15.1原子核的基本性质297 15.1.1原子核的组成297 15.1.2原子核的性质298 15.1.3质量亏损和结合能298 15.2原子核的衰变类型300 15.2.1α衰变300 15.2.2β衰变和电子俘获301 15.2.3γ衰变和内转换303 15.3原子核的衰变规律303 15.3.1核衰变定律303 15.3.2半衰期和平均寿命304 15.3.3放射性活度306 15.3.4放射性平衡306 15.4射线与物质的相互作用307 15.4.1带电粒子与物质的相互作用307 15.4.2光子与物质的相互作用309 15.4.3中子与物质的相互作用309 15.5射线的剂量、防护与测量310 15.5.1射线的剂量310 15.5.2射线的防护311 15.5.3射线的测量312 15.6放射性核素在医学中的应用315 15.6.1示踪的原理315 15.6.2放射诊断315 15.6.3放射治疗319 习题15320 第16章激光及其医学应用/322 16.1激光的基本原理322 16.1.1原子的能级与粒子数按能级分布的规律322 16.1.2光与物质的相互作用323 16.1.3光的受激辐射放大与粒子数反转分布324 16.1.4光学谐振腔325 16.2激光器326 16.2.1激光器的构成327 16.2.2激光器举例327 16.2.3医用激光器328 16.3激光的特性329 16.3.1方向性好329 16.3.2亮度高、强度大329 16.3.3单色性好329 16.3.4相干性好330 16.3.5偏振性好330 16.4激光的医学应用331 16.4.1激光的生物作用331 16.4.2激光在基础医学研究中的应用334 16.4.3激光的临床应用336 16.4.4激光的安全防护337 习题16337 第17章磁共振成像/338 17.1磁共振的基本概念338 17.1.1原子核的自旋和磁矩338 17.1.2原子核在外磁场中的运动339 17.1.3原子核在外磁场中的能级分裂340 17.1.4纵向磁化与纵向磁化强度340 17.2磁共振341 17.2.1磁共振现象341 17.2.2弛豫过程与弛豫时间343 17.2.3自由感应衰减信号344 17.2.4人体组织的质子密度345 17.3磁共振成像原理346 17.3.1加权图像346 17.3.2空间编码347 17.3.3图像重建349 17.4磁共振成像设备349 17.4.1磁体系统349 17.4.2谱仪系统351 17.4.3计算机图像重建系统352 17.5磁共振成像在医学中的应用352 17.5.1磁共振成像在疾病诊断中的应用352 17.5.2磁共振成像的现状与发展趋势354 习题17354 参考文献/356