医用物理学

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3111应力3112应变412弹性与塑性弹性模量4121弹性与塑性4122弹性模量513骨与肌肉的力学特性6131骨骼的力学特性6132肌肉的力学特性8习题110第2章振动1221简谐振动12211简谐振动方程12212描述简谐振动的特征量13213简谐振动的旋转矢量表示法16214简谐振动的能量1722简谐振动的合成18221两个同方向、同频率简谐振动的合成18222两个同方向、不同频率简谐振动的合成19223两个相互垂直的简谐振动的合成1923振动的分解频谱分析2124阻尼振动受迫振动共振23241阻尼振动23242受迫振动24243共振2525振动在医学中的应用26251机械振动对人体的生物效应262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3031机械波30311机械波的产生30312波面波线30313波速、波长、波的周期和频率3132平面简谐波的波动方程32321平面简谐波的波函数32322波函数的物理意义3333波的能量、强度和衰减35331波的能量36332波的强度37333波的衰减3734惠更斯原理波的衍射及其解释37341惠更斯原理37342波的衍射及其解释3835波的叠加与干涉38351波的叠加原理38352波的干涉3936驻波42361驻波实验42362驻波方程43363驻波的特点4437声波45371声压、声阻和声强45372声波的反射和透射47373听觉区域48374声强级和响度级4938声波的多普勒效应50381声源和观察者在其连线上运动50382声源和观察者的运动不在其连线上52383多普勒效应的应用5239超声波及其医学应用54391超声波的特性54392超声波的作用54393超声波的产生和探测55394超声波在医学中的应用56习题358第4章液体的流动6041理想液体的稳定流动60411理想液体60412连续性方程6142伯努利方程及其应用62421伯努利方程62422伯努利方程的应用6443实际液体的流动67431实际液体的黏性与黏度67432血液的黏度69433湍流和雷诺数7044黏性液体的流动规律71441实际液体的伯努利方程71442泊肃叶定律72443血液的流动及血压在血流过程中的分布74444斯托克斯定律7545生物材料的黏弹性76451生物材料的结构特点76452生物材料的黏弹性774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8151液体的表面张力和表面能81511表面张力81512液体的表面层和表面能8352弯曲液面的附加压强85521弯曲液面的附加压强85522液泡内外的压强差8653毛细现象气体栓塞87531液体与固体接触处的表面现象87532毛细现象88533气体栓塞9054表面活性物质和表面吸附肺泡中的表面活性物质91541表面活性物质和表面吸附915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9561库仑定律电场强度95611电荷、库仑定律95612电场与电场强度96613电场强度叠加原理9762高斯定理99621电场线99622电通量100623高斯定理的内容10163静电场力的功电势106631静电场力的功106632静电场的环路定理107633电势能电势电势差107634电势的计算108635等势面电场强度与电势的关系10964电偶极子电偶层111641电偶极子电场的电势111642电偶层11165静电场中的电介质112651电介质的极化112652电介质中的静电场114习题6115第7章稳恒电流11771电流117711电流的概念117712电流密度11772欧姆定律119721电阻电阻率119722欧姆定律11973含源电路的欧姆定律120731电动势120732一段含源电路的欧姆定律12174基尔霍夫方程组121741节点电流方程组121742回路电压方程组12275直流电在医学中的应用123751人体的导电性123752直流电对机体的作用124753离子透入疗法124754心电知识125习题7127第8章电磁现象13081磁场磁感应强度130811磁场130812磁感应强度130813磁通量13182电流的磁场132821毕奥－萨伐尔定律132822安培环路定理13583磁场对电流的作用138831磁场对运动电荷的作用138832磁场对载流导线的作用141833磁场对载流线圈的作用磁矩14184磁介质143841磁介质的分类143842顺磁质和抗磁质的磁化机制144843铁磁质14485电磁感应145851电磁感应定律145852动生电动势147853感生电动势感生电场148854自感互感14886生物磁场和磁场的生物效应150861生物的磁场现象150862磁场的生物效应151习题8151第9章几何光学15491球面折射154911单球面的折射154912共轴球面系统15692透镜156921薄透镜公式157922透镜组合158923像差15993共轴球面系统的基点和成像公式160931共轴球面系统的三对基点160932作图成像法161933成像公式16194眼睛162941眼球结构简介162942眼睛的光学系统162943眼的分辨本领163944眼的调节及非正常眼的矫正16595放大镜、显微镜168951放大镜168952显微镜168953显微镜的分辨本领169954电子显微镜17096光学纤维纤镜及其应用172961光学纤维导光原理172962纤镜及其医疗应用173习题9173第10章波动光学175101光的干涉1751011光的相干性1751012光程光程差1761013杨氏双缝干涉1771014劳埃德镜1791015薄膜干涉1801016等厚干涉1821017迈克耳孙干涉仪184102光的衍射1851021单缝衍射1861022圆孔衍射1881023光栅衍射190103光的偏振1911031自然光和偏振光1911032起偏与检偏马吕斯定律1921033部分偏振光的获得布儒斯特定律1951034光的双折射现象与二向色性1961035物质的旋光性198*104波动光学的应用1991041CD光盘的播放原理1991042计算机芯片的制作2001043糖量计201习题10201第11章量子力学基础204111光的波粒二象性2041111黑体辐射2041112光电效应206112氢原子光谱玻尔的氢原子理论2071121氢原子光谱2071122玻尔的氢原子理论208113微观粒子的波粒二象性2101131德布罗意波2101132电子衍射2101133不确定关系211114薛定谔方程2121141薛定谔方程的建立2121142一维无限深势阱2131143势垒隧道效应21511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218121X射线的性质218122X射线的产生2191221产生X射线的装置2191222有效焦点和实际焦点221123X射线的强度和硬度2211231X射线的强度2211232X射线的硬度222124X射线谱2221241连续X射线谱2231242标识X射线谱224125X射线的吸收2251251单色X射线的衰减规律2251252吸收系数与波长、原子序数的关系226126X射线在医学上的应用2271261治疗2271262诊断228127X-CT2291271X-CT成像的基本原理2301272图像重建的基本方法2321273X-CT扫描机2341274CT值和窗口技术235习题12236第13章原子核和放射性238131原子核的基本性质2381311原子核的组成2381312原子核的性质2381313质量亏损和结合能239132原子核的衰变类型2411321α衰变2411322β衰变和电子俘获2421323γ衰变和内转换244133原子核的衰变规律2441331核衰变定律2441332半衰期和平均寿命2451333放射性活度2471334放射性平衡247134射线与物质的相互作用2481341带电粒子与物质的相互作用2481342光子与物质的相互作用2501343中子与物质的相互作用250135射线的剂量、防护与测量2511351射线的剂量2511352射线的防护2531353射线的测量253136放射性核素在医学上的应用2561361示踪的原理2561362放射诊断2571363放射治疗260习题13261第14章激光及其医学应用263141激光的基本原理2631411原子的能级与粒子数按能级分布的规律2631412光与物质的相互作用2641413粒子数反转分布2651414光学谐振腔266142激光器2671421激光器的构成2671422激光器举例2681423医用激光器269143激光的特性2691431方向性好2701432亮度高、强度大2701433单色性好2701434相干性好2701435偏振性好271144激光的医学应用2711441激光的生物作用2721442激光在基础医学研究中的应用2741443激光的临床应用2761444激光的安全防护277习题14278第15章磁共振成像279151磁共振的基本概念2791511原子核的自旋和磁矩2791512原子核在外磁场中的运动2801513原子核在外磁场中的能级分裂2811514纵向磁化与纵向磁化强度281152磁共振2821521磁共振现象2821522弛豫过程与弛豫时间2841523自由感应衰减信号2851524人体组织的质子密度、T1和T2285153磁共振成像原理2871531加权图像2871532空间编码2881533图像重建289154磁共振成像设备2901541磁体系统2901542谱仪系统2921543计算机图像重建系统29215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普遍、基本的运动形态及运动规律的科学，这种普遍、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。