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图书编号:22862861

《医学物理学(案例版，第2版)》 作者:仇惠，王亚平，鲍艳，张鹏程，马天义，王阿明 出版社：科学出版社 出版日期：2012/8/1 ISBN：9787030352620 定价： 42.80元         编辑推荐     21世纪将是生命科学的时代，在面向新世纪的医学教育中，医学物理学已成为推动医学进入分子水平的带头学科，肩负着重大的历史使命。随着分子生物学实验方法的引入，医学物理学方法有了突飞猛进的飞跃，为迎接新知识时代的挑战，我们特编此教材，以培养学生的创造性思维，提高学生的基本技术操作，适应21世纪医学发展的需要。本教材的编写以高等院校医学生为重点对象，供临床实习和见习时使用；同时，案例和案例分析紧跟目前国家执业医师资格考试和研究生入学考试案例分析的命题方向，供相关人员和住院医师参考。     内容推荐     21世纪将是生命科学的时代，在面向新世纪的医学教育中，医学物理学已成为推动医学进入分子水平的带头学科，肩负着重大的历史使命。随着分子生物学实验方法的引入，医学物理学方法有了突飞猛进的飞跃，为迎接新知识时代的挑战，我们特编此教材，以培养学生的创造性思维，提高学生的基本技术操作，适应21世纪医学发展的需要。本教材的编写以高等院校医学生为重点对象，供临床实习和见习时使用；同时，案例和案例分析紧跟目前国家执业医师资格考试和研究生入学考试案例分析的命题方向，供相关人员和住院医师参考。     作者简介     仇惠、王亚平、鲍艳、张鹏程、马天义、王阿明     目录     绪论     第一章 力学基础     第一节 刚体的转动     第二节 刚体的平衡     第三节 物体的弹性     第四节 骨的力学性质     第二章 振动与波     第一节 简谐振动     第二节 阻尼振动 受迫振动 共振     第三节 简谐振动的合成     第四节 机械波     第五节 简谐波     第六节 波的能量     第七节 波的干涉     第三章 声波     第一节 声波     第二节 多普勒效应与冲击波     第三节 超声波     第四节 常用超声诊断仪     第四章 流体的运动     第一节 理想流体 定常流动     第二节 理想流体的伯努利方程     第三节 黏滞性流体的流动     第四节 黏滞流体的运动规律     第五节 血液在循环系统中的流动     第六节* 血液流变学简介     第五章 分子动理论     第一节 理想气体分子动理论     第二节 气体分子速率分布律和能量分布律     第三节 输运过程     第四节 液体的表面现象     第六章 热力学基础     第一节 热力学第一定律     第二节 卡诺循环     第三节 热力学第二定律     第四节 熵 熵增加原理     第七章 静电场     第一节 电场 电场强度     第二节 高斯定理     第三节 电势     第四节 电偶极子 电偶层     第五节 静电场中的电介质     第八章 直流电     第一节 电流密度和欧姆定律     第二节 基尔霍夫定律     第三节 电容器的充电和放电     第四节 能斯特方程和生物膜电位     第五节 直流电在医学中的应用     第九章 磁场与电磁感应     第一节 磁场 磁感应强度     第二节 电流的磁场     第三节 磁场对电流的作用     第四节 磁介质     第五节 电磁感应与电磁波     第六节 磁场的生物效应     第十章 波动光学     第一节 光的干涉     第二节 光的衍射     第三节 光的偏振     第四节* 旋光现象     第十一章 几何光学     第一节 球面折射     第二节 透镜     第三节 眼睛     第四节 几种医用光学仪器的原理及应用     第十二章 量子力学基础     第一节 黑体辐射     第二节 光电效应     第三节 康普顿效应     第四节 氢原子光谱 玻尔的氢原子理论     第五节 物质的波动性质     第六节 波函数 薛定谔方程     第十三章 激光     第一节 激光的发射原理     第二节 激光的特性     第三节 常用激光器     第四节 激光的医学应用及防护     第十四章 X射线     第一节 X射线的产生     第二节 X射线谱     第三节 X射线的基本性质     第四节 物质对X射线的衰减规律     第五节 X射线的医学应用     第十五章 原子核和放射性     第一节 原子核的基本性质     第二节 原子核的衰变类型     第三节 原子核的衰变规律     第四节 射线与物质的相互作用     第五节 射线的辐射剂量与防护     第六节 放射性核素在医学上的应用     第十六章 核磁共振     第一节 核磁共振的基本概念     第二节 核磁共振波谱     第三节 磁共振成像的基本原理和方法     第四节 磁共振在医学应用中的优点及局限性     第十七章 狭义相对论基础     第一节 力学的相对性原理 伽利略变换     第二节 狭义相对论原理 洛伦兹变换     第三节 狭义相对论的时空观     第四节 狭义相对论动力学方程     参考文献     附录 基本物理常量     索引     在线试读部分章节     【教学要求】     1.掌握角位移、角速度、角加速度、转动惯量、角动量、应力、应变及弹性模量等概念；掌握转动定律及角动量守恒定律     的应用。     2.理解人体静力平衡及其条件。     3.了解骨骼的力学特性。     力学(mechanics)是研究机械运动( mechanical motion)客观规律的学科。它的内容可以分为运动     学、动力学和静力学三个部分。运动学研究物体位置变化与时间的关系，动力学研究产生各种机械运动     的原因，而静力学则研究物体在力或力矩作用下平衡的条件。本章将讨论与医学关系密切的刚体的转     动、刚体的平衡及物体的弹性等力学基础知识。     第一节刚体的转动     一、刚体的定轴转动     如果一个物体在外力的作用下，它的各个部分之间的距离都保持不变，或它的形状和大小都不发生     变化，则这个物体称为刚体(rigid body) 。     图1-1 刚体的定轴转动     1.角位移、角速度、角加速度若刚体在运动中它上面各点都绕同     一直线作圆周运动，则这种运动称为刚体的转动(rotation) ，该直线称为     转轴，如果转轴固定不动，则这种转动称为刚体的定轴转动(fixed-axis     rotation) 。     如图1-1 所示，设一刚体绕定轴A A′ 转动，在刚体内选取一个垂直     于A A′ 的参考平面，并在此平面上取一参考线Ox ，刚体的方位由参考     平面上任选的矢径Op 与Ox 的夹角θ 决定，在转动过程中，角θ 随时间     而变化。如果刚体在t 到t + Δ t 的时间间隔内转过的角度为Δ θ ，则Δ θ     称为刚体在Δ t 时间内的角位移(angular displacement) 。角位移Δ θ 与     时间间隔Δ t 的比值Δ θ/ Δ t ，称为刚体在Δ t 时间间隔内的平均角速度。     当Δ t 趋于零时，平均角速度的极限值称为刚体在t 时刻的瞬时角速度，简称角速度(angular velocity) ，用ω 表示，即     ω ＝ lim Δ t → 0     Δ θ     Δ t ＝ dθ     dt (1-1)     角速度的单位为rad ? s- 1 。角速度ω匙     是矢量，矢量的方向用右手螺旋法则确定：伸出右手，拇指与四指垂     直，当弯曲的四指与刚体的转动方向一致时，拇指所指的方向就是角速度矢量的方向。     在变速转动中，刚体的角速度是变化的，其变化的快慢用角加速度表示。若在t 到t + Δ t 时间间隔内     角速度由ω 变到ω + Δ ω ，增量为Δ ω ，则在Δ ω 这段时间内的平均角加速度为Δ ω/ Δ t 。当Δ t 趋于零时，平均角加速度的极限值即为刚体在t 时刻的瞬时角加速度，简称角加速度(angular acceleration) ，即     α ＝ lim Δ t → 0     Δ ω     Δ t ＝ dω     dt ＝ d2 θ     dt2 (1-2)     角加速度的单位是rad ? s- 2 。角加速度α匙     的方向与Δ ω匙     的方向一致。     2.角量和线量的关系P 点在Δ t 时间内的角位移为Δ θ ，当Δ θ很小时，P 点在Δ t 时间内的位移Δ s     可近似用rΔ θ表示，即Δ s ＝ rΔ θ ，此式两边同除以Δ t ，并取Δ t 趋于零的极限，得     ds     dt ＝ r dθ     dt     即v ＝ rω (1-3)     这就是刚体上任一点的线速度与角速度的关系式。     当P 点作变速圆周运动时，P 点的加速度a 可分解为切向加速度at 和法向加速度an ，切向加速度的     大小为     at ＝ dv     dt ＝ r dω     dt ＝ rα (1-4)     法向加速度的大小为     an ＝ v2     r ＝ rω2 (1-5)     P 点加速度的大小     a ＝ a2t     + a2     n ＝ r α2 + ω4 (1-6)     对于刚体的角加速度α 保持不变的匀加速转动，以ω0 表示刚体在t ＝ 0 时的角速度，以ω 表示它在时     刻t 的角速度，以θ 表示它从0 到t 时刻这一段时间内的角位移，仿照匀加速直线运动公式可得到匀加速     转动的相应公式     ω ＝ ω0 + αt (1-7)     θ ＝ ω0 t + 1     2 αt2 (1-8)     ω2 ＝ ω20     + 2αθ (1-9)     二、转动动能与转动惯量     1.转动动能一个刚体可以看成是由许多质点组成的，假设这些质点的质量分别为Δ m1 ，Δ m2 ，… ，Δ mn ，它们作圆周运动的速度分别为v1 ，v2 ，… ，vn ，那么所有这些质点的动能总和，就是该刚体的转动动     能Ek ，即     Ek ＝ 12     Δ m1 v21     + 1     2 Δ m2 v22     + … + 1     2 Δ mn v2     n     设刚体转动的角速度为ω ，各质点到转轴的距离分别为r1 ，r2 ，… ，rn 根据式(1-3) ，相应的速度分别表示     为v1 ＝ r1 ω ， v2 ＝ r2 ω ，… ， vn ＝ rn ω ，代入上式得     Ek ＝ 1     2 Δ m1 r21     ω2 + 1     2 Δ m2 r22     ω2 + … + 1     2 Δ mn r2     n ω2     ＝ 1     2 ( Δ m1 r21     + Δ m2 r22     + … + Δ mn r2     n ) ω2 ＝ 1     2 Σ     n     i ＝ 1     Δ mi r2i     ? ω2     令J ＝ Σ     n     i ＝ 1     Δ mi r2i     (1-10)     则刚体的动能Ek 的表达式可以写成     Ek ＝ 1     2 Jω2 (1-11)     2.转动惯量将式(1-11)与质点运动的动能公式1     2 mv2 比较，式(1-11)中的角速度ω 与质点的运动     速度v 相对应，而J 则与m 相对应。质点运动中的质量是物体惯性大小的量度，所以J 是反映刚体转动     惯性的物理量，称为转动惯量(moment of inertia) ，单位为kg ? m2 。如果刚体的质量是连续分布的，则式     (1-10)可以写成积分的形式     J ＝ ∫r2 dm ＝ ∫r2 ρdV (1-12)     式中，dV 表示dm 的体积元，ρ 表示该处的密度，r 为该体积元到转轴的距离。从式(1-10)和式(1-12)可     知刚体的转动惯量取决于三个因素：① 刚体的总质量，形状、大小相同的均匀刚体总质量越大，转动惯量     越大；② 刚体的质量分布，总质量相同的刚体，质量分布离轴越远，转动惯量越大；③ 转轴的位置，同一刚     体，转轴不同，质量对轴的分布就不同，因而转动惯量就不同。     【例1-1】有一质量为m ，长度为l 的均匀细棒，求它对通过中心及一端的垂直转轴的转动惯量。     解：在棒上离轴x 处，取一微元长度为     dx ，棒的线质量密度为ρ ＝ ml     ，则微元的     质量为dm ＝ ρdx ＝ ml     dx ，微元对转轴的转     动惯量为dJ ＝ x2 dm ＝ x2 ml     dx     (1) 转轴通过中心：如图1-2A 所示，以细棒中心为原点，这时左端坐标为x ＝ - l2     ，右端坐标为x ＝ l2     ，则整个棒的转动惯量为J ＝ ∫dJ ＝ ∫ l2     - l2     x2 dm ＝ ∫ l2     - l2     x2 ml     dx ＝ 1     12 ml2     (2) 转轴通过一端：如图1-2B 所示，以细棒左端为原点，则右端的坐标为x ＝ l ，此时棒的转动惯量为     J ＝ ∫dJ ＝ ∫l     0 x2 dm ＝ ∫l     0 x2 ml     dx ＝ 1     3 ml2     可见，对于同一细棒，转轴位置不同，对应的转动惯量也不同。     图1-3 例题1-2 均匀圆盘转动惯量计算     【例1-2】求质量为m ，半径为R ，厚度为h 的均匀圆盘的转     动惯量，轴与圆盘垂直并通过盘心。     解：如图1-3 所示，圆盘可以认为是由许多薄圆环组成。取任     一半径为r ，宽度为dr 的薄圆环。其转动惯量为     dJ ＝ r2 dm     式中，dm 为薄圆环的质量，以ρ 表示圆盘的密度，则有     dm ＝ ρ2π rhdr     代入上式得dJ ＝ 2π r3 hρdr     因此，圆盘总的转动惯量为     J ＝ ∫dJ ＝ ∫R     0     2π r3 hρdr ＝ 1     2 π R4 hρ     由于ρ ＝ m     πR2 h ，所以J ＝ 1     2 mR2     表1-1 给出几种常见刚体定轴转动的转动惯量。     三、力矩和转动定律     1.力矩如图1-4 所示，设转轴垂直于转动平面，外力F匙     的作用线位于转动平面内，作用点为P 点，其矢径为r匙，从转轴到力的作用线的垂直距离为l ，称为力对该转轴的力臂(force arm) 。力的大小与力臂     图1-4 转动平面内的力矩     的乘积称为力对转轴的力矩(moment of forces) ，用M匙     表示，其大小为     M ＝ Fl ＝ Frsinφ (1-13)     力矩的单位为N ? m 。力矩M匙     是一个矢量，其方向用右手螺旋法则确     定：伸出右手，拇指与四指垂直，当右手四指由矢径方向经过小于180°的     角度转到力F匙     的方向时，拇指所指的方向即为力矩M匙     的方向。力矩也     可写成矢积的形式     M匙     ＝ r匙× F匙 (1-14)     如果外力不在垂直于转轴的平面内，那么就必须把外力分解为两个     力，一个是与轴平行的分力，一个是在转动平面的分力，在转动平面内的     分力才能使刚体转动。     图1-5 转动定律的推导     2.转动定律如图1-5 所示，设刚体在力F匙     的作用下绕垂直于纸     面的O 轴转动，当转动一微角dθ 时，F匙     的作用点P 的位移为rdθ ，F匙     在位移rdθ方向上的分量F1 ＝ Fcosφ ，这时力所作的元功d A 为     d A ＝ Fcosφ ? rdθ ＝ F ? rcosφ ? dθ ＝ Fldθ     式中， rcosφ ＝ l(力臂) ，Fl ＝ M(力矩) ，故上式可写成dA ＝ Mdθ ，做功的     结果将引起刚体动能增加dEk ，且dEk ＝ dA ，而Ek ＝ 1     2 Jω2 ，于是有     Mdθ ＝ dEk ＝ d 1     2 Jω2     刚体作定轴转动时转动惯量J 为恒量，于是Mdθ ＝ Jωdω     由此可得：     M dθ     dt ＝ Jω dω     dt ，即M ＝ Jα (1-15)     上式表明，刚体对某转轴的转动惯量与角加速度的乘积，等于外力对该轴的合力矩，这就是转动定律。     将转动定律M ＝ Jα 与牛顿第二定律F ＝ ma 相比较，力矩、转动惯量和角加速度在刚体转动中所起     的作用，分别与力、质量和加速度在质点运动中所起的作用相对应。     【例1-3】一个质量为M ，半径为R 的定滑轮(当做均匀圆盘) ，上面绕有细绳，细绳的一端固定在滑     轮边上，另一端挂一质量为m 的物体而下垂，忽略轴处摩擦，求质量为m 的物体由静止下落h 高度时的     速度和此时滑轮的角速度。设滑轮和细绳之间没有滑动。     解：对定滑轮和物体分别进行受力分析，如图1-6 所示，绳中张力T1 和T2 的大小相等，以T 表示。     定滑轮对于通过O 点的转轴，应用转动定律有     RT ＝ Jα ＝ 1     2 MR2 α     对物体，选垂直向下方向为正方向，由牛顿第二定律有     mg - T ＝ ma     滑轮和物体的运动学关系为     a ＝ Rα     以上三式联立，可得物体下落的加速度为     a ＝ m     m + M2     g     所以物体下落高度h 时的速度为     v ＝ 2 ah ＝ 4 mgh     2 m + M     这时滑轮转动的角速度为     ω ＝ vR     ＝ 4 mgh     2 m + M R     四、角动量、角动量守恒定律     案例1-1 火箭起飞后，人们如何控制它的飞行方向？     当一刚体绕一定轴以角速度ω 转动时，它绕该轴的角动量(angular momentum)为     L ＝ Σ     n     i ＝ 1     Δ mi ri vi ＝ Σ     n     i ＝ 1     Δ mi r2i     ω ＝ Σ     n     i ＝ 1     Δ mi r2i     ω ＝ Jω (1-16)     利用角动量这一表达式，刚体的转动定律可写成     M ＝ J dω     dt ＝ d( Jω)     dt ＝ d L     dt (1-17)     此式说明，刚体所受的外力矩等于刚体角动量的变化率。由式(1-17)可进一步得到     Mdt ＝ dL (1-18)     式(1-18)右边是角动量的增量，而左边是力矩与作用时间的乘积，称为冲量矩(moment of impulse) 。当     M匙     ＝ 0 时， dL ＝ d( Jω) ＝ 0 ，即     Jω ＝ 恒量(1-19)     这表明，当定轴转动的刚体所受合外力矩等于零时，其角动量保持不变，这一结论称为角动量守恒定律     (law of conservation of angular momentum) 。角动量守恒定律是分析人体转动过程的力学基础。     图1-7 角动量守恒定律的演示     如图1-7 所示，一个人坐在凳子上，凳子能绕竖直     轴转动(摩擦力忽略不计) ，人的两手各握一个很重的哑     铃。当他张开双臂，在别人的推动下，人和凳一起转动     起来，由于转动后在水平面内没有外力矩的作用，所以     人和凳的角动量应保持不变。如果人收拢两臂，那么转     动惯量就会减少，角速度会增大，也就是说比张开两臂     时转的要快些。     在日常生活中，利用角动量守恒的例子也是很多     的，例如，滑冰、舞蹈运动员在旋转时，往往先将两臂伸     开旋转，然后两臂收回靠拢身体，以减少转动惯量加快     旋转速度。跳水运动员在起跳开始旋转后，迅速用两臂     抱起双膝，使身体在空中收缩，减小转动惯量，加快旋转     翻滚，但在入水前又迅速打开身体，增大转动惯量，减慢旋转，以便控制入水角度。     火箭内部装有一可控制转速的飞轮，图1-8 所示，如把火箭的飞轮视为一个系统，系统的角动量守恒。     五、旋 进     刚体绕轴转动时，若转轴与竖直方向不重合，则刚体会受到重力矩的作用，使刚体在绕自身转轴旋转     的同时，还绕与自身转轴成一定夹角的竖直轴转动，这种现象称为旋进(precession) ，也称为进动。     下面以陀螺为例来说明旋进现象。图1-9A 中，设陀螺以角速度ω 绕A 轴旋转，它的角动量为L匙。A 轴     (也就是矢量L匙)的方向与轴Z 成θ 角。陀螺在旋转的同时质心受到重力mg 的作用，对O 点产生重力矩     M匙     ，矢量M匙     的方向是和A 轴与重力组成的面垂直的。在时间dt 内，重力矩M匙     将产生一个同方向的冲量矩     M匙     dt 。根据角动量定理，这一冲量矩将使陀螺的角动量得一增量dL匙＝ M匙 dt 。其方向与外力矩的方向相同。     因外力矩的方向垂直于L匙，所以dL匙     的方向也垂直L匙，结果使L匙     的大小不变而方向发生变化。从图1-9B     图1-9 陀螺的旋进     A.陀螺旋进；B.角动量的变化     中可以看出，L匙     与dL匙     合成的结果是使L匙(也就是     转轴A)的方向发生变化，由O A 变成OB ，但L匙     的     量值不变。因为重力矩是一直存在的，所以L匙     的     方向总是绕Z 轴改变，这就是陀螺旋进的原因。     旋进是陀螺的自旋与重力矩产生的转动合成的     结果。当O A 与Z 轴一致使，重力矩为零，陀螺将     只有自旋而没有旋进。另一方面，如果只有重力     矩的作用而没有自旋，陀螺就只能倒下。     设dφ 为旋进角， dφ     dt 为旋进角速度ωp ，从图     1-9B 可以看出     dL ＝ Lsinθdφ ＝ Mdt     从而可知     ωp ＝ dφ     dt ＝ M     L sinθ (1-20)     式(1-20)说明了旋进角速度与重力矩、自旋角动量以及θ角之间的关系。     第二节刚体的平衡