物理学
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作者徐龙海
出版社科学出版社
ISBN9787030300577
出版时间2010-10
装帧平装
开本16开
定价24元
货号6794357
上书时间2024-12-12
商品详情
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目录
绪论
第1章 人体力学的基础
第1节 刚体转动
第2节 应力与应变
第3节 弹性模量
第4节 骨与肌肉的力学特性
第2章 振动、波动和声波
第1节 简谐振动
第2节 阻尼振动、受迫振动和共振
第3节 简谐振动的合成
第4节 机械波
第5节 波的能量
第6节 惠更斯原理
第7节 波的干涉
第8节 波的衍射
第9节 声波
第10节 多普勒效应
第11节 超声波及其在医学中的应用
第3章 流体的运动
第1节 理想流体与稳定流动
第2节 伯努利方程
第3节 黏滞流体的运动规律
第4节 血液在循环系统中的流动
第5节 液体的表面现象
第4章 静电场
第1节 电场、电场强度和电势
第2节 电偶极子和电偶层
第3节 心电知识
第5章 直流电
第1节 基尔霍夫定律
第2节 RC电路的充放电过程
第3节 生物膜电势
第6章 电磁现象
第1节 磁感应强度
第2节 电流的磁场
第3节 磁场对电流的作用
第4节 磁场的生物效应
第5节 电磁感应定律
第6节 电磁波
第7章 光的波动性
第1节 光的干涉
第2节 光的衍射
第3节 光的偏振
第4节 双折射与旋光现象
第8章 光的粒子性
第1节 光电效应
第2节 康普顿效应
第3节 光的波粒二象性
第4节 光的吸收
第9章 几何光学
第1节 球面折射
第2节 透镜
第3节 眼睛
第4节 几种医用光学仪器
第10章 原子核与放射性
第1节 原子及原子核的基本性质
第2节 原子核的衰变类型及衰变规律
第3节 放射性核素在医学上的应用
第4节 基本粒子简介
第11章 激光
第1节 激光的产生
第2节 激光的特性与生物效应
第3节 激光在医学上的应用
第12章 X射线
第1节 X射线的产生
第2节 X射线的吸收
第3节 X射线的医学应用及防护
第4节 X射线CT
第13章 磁共振成像
第1节 磁共振的基本概念
第2节 磁共振成像原理
第3节 磁共振成像系统
第4节 磁共振的应用
实验部分
实验1 刚体转动实验
实验2 液体黏滞系数的测定
实验3 示波器的使用
实验4 透镜焦距的测量
实验5 单缝衍射实验
实验6 钠光谱(D)线波长的测定
参考文献
物理学教学大纲(草案)
内容摘要
绪论
没有今日的基础科学，就没有明日的科技
应用……可以想象，我们现在的基础科学将�?br />样地影响21世纪的科技文明�?br />——李政道
一、物理学的研究对�?br />在所有的自然科学中，物理学是关于自然
界最基本运动形态的科学。它研究的是物质
运动的基本规律及其内部结构，研究物质间相
互作用和运动转化的普遍规律。由于物理学
所研究的规律在自然界中具有最基本、最普遍
的意义，因此，物理学知识成为研究其他自然
科学不可缺少的基础。在自然科学尚未分类
的时代，物理学几乎就是全部的自然科学。随
着科学的发展，逐步出现了许多与物理学相�?br />的分支学科，而物理学成为近代科学的基础�?br />带头学科�?br />医用物理学是物理学的重要分支学科，它
是现代物理学与医学相结合形成的交叉学科，
是物理知识和规律在生命科学中的应用和
发展�?br />�?物理学的研究方法
物理学是一门实验科学，物理学的基本�?br />律无一不是实验事实的归纳与总结，物理学�?br />任何新思想的正确与否无一不需要经过实�?br />的检验。物理学的研究遵循由实践到理论，�?br />由理论到实践这样循环往复的一般研究规律�?br />从伽利略和牛顿时代到今天的物理学发展，实
验对物理学的发展做出了重要贡献�?br />物理学的研究方法包括观察、实验、假�?br />和理论等环节，以客观原型实验事实为依据，
通过简化抽象出反映问题本质属性的物理�?br />型，如质点、点电荷、薄透镜等，这样处理不仅
使问题的研究大为简化，而且使得出的结论�?br />有更广泛的适用性。当然，许多重大理论的发
现，绝非简单实验结果的总结，它需要直觉和
想象力、大胆的猜测和假设，需要深刻的洞察
力、严谨的数学推理和逻辑思维，所有这些构
成了物理学的研究方法�?br />物理学的研究方法对人类的思维方式�?br />生了深刻的影响。伽利略被誉为“科学之父”，
由他开始的物理学的归纳、分析、比较、观察的
实验方法，成为其他科学的基本方法。在教学
中，物理学思想已成为启迪学生创新�?、培
养创造型人才的火种�?br />三、物理学与医学科学的关系
随着医学科学的发展，医学科学已从对生
命的宏观形态的研究进入到微观机制的研究�?br />从细胞水平的研究上升到分子水平的研究，生
命科学的理论逐步建立在了精确的物理学�?br />础之上，揭示生命现象的本质。物理学所提供
的技术和方法正日益广泛地应用于生命科学�?br />医学研究及临床医疗实践中。例如，光学显微
镜、X线透视、放射性检查等在医学中的应�?br />早已为人们所熟知，而现代的X-CT技术、磁
共振成像技术、光纤内镜技术等也变得越来越
普遍，各种热疗、电疗、光疗、放疗、超声治疗�?br />低温冷冻治疗等成了常用的辅助治疗手段�?br />总之，物理学在理论和技术上的进步，�?br />生命科学和医学的发展提供了理论基础和技
术方法。同时，生命科学和医学科学的发展�?br />又向物理学提供了崭新的研究课题，使医学物
理学的内容更加丰富多彩。正因为如此，医�?br />物理学成为一门医学类专业必不可少的基础
课程，通过对它的学习，我们不仅可以掌握�?br />要的物理学的基本概念、基本规律、研究方法，
而且可以?学习其他学科和技术打下坚实的
基础�?br />�?�?人体力学的基础
1.能说出刚体的转动定律，会�?br />述角动量与角动量守恒�?br />2.会描述应力与应变，能举例�?br />明其在医学中的应用�?br />3.能说出弹性与塑性的概念，会描述弹性模量与�?br />变的关系�?br />4.能举例说明骨和肌肉的力学特性在医学中的应用�?br />骨骼与应�?br />俗语“伤筋动骨一百天”说的是人们对骨
伤愈合期的一种粗略经验，骨折手术后一般要
经过15周到20周才能完全愈合。骨折愈�?br />的前三四周是骨痂形成期，骨痂�?了才能促
成骨的再生和愈合，骨痂在应力的作用下才能
产生，由于新生骨痂疏松，运动和应力过大又
会损伤骨痂的固化和强化，为此需要对骨折�?br />分进行固定并施加一定的压应力。由此看来，
科学地使用应力刺激对临床上治愈骨折有重
要的意义�?br />�?�?刚体转动
在外力作用下，形状和大小都不发生改变
的物体叫刚体。实际上物体在力的作用下，都
会发生形变，所以刚体是一种理想模型。当�?br />究的重点是物体的转动属性时，在许多情况
下，其形状和大小的变化可以忽略，�?物体
近似看作刚体处理�?br />刚体运动有两种最基本的形式，即平动与
转动。刚体平动时，在同一时刻刚体内各质点
有完全相同的速度和加速度。因此刚体可�?br />作一个质点来处理。刚体转动时，如果刚体各
质点都绕一固定轴做圆周运动，我们将刚体�?br />这种运动叫做刚体的定轴转动。刚体的一�?br />运动可看做是平动和转动的叠加，例如车轮的
滚动，可看做车轮中心的平动与整个车轮绕其
中心轴转动的合运动。本节只限于讨论刚体
的定轴转动�?br />一、刚体的定轴转动
刚体做定轴转动时，刚体上各点的速度�?br />加速度以及在同一段时间内的位移各不相同，
然而各点在同一时间内转动的角度却是相同
的。所以可以用角量（角位移、角速度、角加�?br />度）来描述整个刚体的转动�?br />刚体转动中的角位移、角速度、角加速度
统称为角量。质点运动和刚体平动中的位移�?br />速度和加速度称为线量�?br />二、转动定�?br />一些物体的转动惯量的公�?br />①圆环：质量m、半径R
转轴：过中心与环面垂�?br />J�?/2mR2
②薄圆盘：质量m、半径R
转轴：过中心与环面垂�?br />J�?/2mR2
③球壳：质量m、半径R
转轴：沿直径
J�?/3mR2
④圆环：质量m、半径R
转轴：沿直径
J＝mR2
⑤圆柱体：质量m、半径R
转轴：沿几何�?br />J�?/2mR2
⑥球体：质量m、半径R
转轴：沿直径
J�?/5mR2
三、角动量与角动量守恒
1.角动�?质量为m的质点在外力�?br />M的作用下，绕定轴转动，r为转轴O到质�?br />P的矢径，质点的动量为mv。定义矢径r�?br />动量mv的矢量乘积为角动量，用L表示，即
角动量的大小
L＝mvr＝mr2ω
?动量的方向与角速度的方向相同，其单
位为kg·m2·s-1�?br />2.角动量守恒定�?由式�?.1.5）可知，
如果刚体所受的合外力矩M�?，即dL/dt�?�?br />也就是说刚体的角动量不随时间的变化而变
化，刚体的角动量保持一常数，即此时刚体�?br />角动量守恒。这就是刚体的角动量守恒定律�?br />�?�?应力与应�?br />一、应�?br />在弹性力学中，物体受到外力作用时，其
形状和大小的改变称为形变。在外力去掉�?br />后，根据形变能否恢复为原来的形状，形变又
分为弹性形变和塑性形变。在一定的形变�?br />围内，去掉外力后物体能够完全恢复原状的形
变，称为弹性形变。为了反映物体受到外力作
用时发生的形变程度，将物体的体积、长度和
形状的变化与其原有值之比，称为应变。下�?br />分别讨论物体在上述三种形变时应变的具�?br />表现形式�?br />1.线应�?一粗细均匀
各向同性的细棒原长为L0，在外力作用下被
拉长，长度伸长量为ΔL，则长度的变化量ΔL
与原长L0的比值ΔL/L0
称为该物体的拉伸应变
或张应变�?br />当物体在外力作用下被压缩时，应变仍用
上式表示，但?L为负，应变ε为负值，此种�?br />变称为压缩应变或压应变。拉伸应变和压缩
应变统称为线应变�?br />2.体应�?如果各向同性的物体在各�?br />方向上受到的压力改变量相同时，物体的形状
不变，仅仅发生体积的变化，则体积的改变量
ΔV与原体积V0之比，叫做体应变�?br />3.切应�?物体在一对剪力作用下所�?br />生的形变叫做剪切形变，所谓剪力就是指大小
相等、方向相反而作用线不重合的一对力�?br />在剪力的作用下，正方体的�?br />下底面产生相对位移Δx而变成平行六面体�?br />但体积没有变化�?br />三种应变都无量纲，没有单位。它们只�?br />相对地表示形变程度，而与原来的长度、形�?br />和体积都没有关系。气体、液体没有自身形
状，所以它们没有线应变和切应变，只有体�?br />变。固体则三种应变均有�?br />二、应�?br />以拉伸应变为例，对同一物体若施以不�?br />的作用力，它将产生不同的应变，由此可见，�?br />变的程度不仅与物体的性质有关，而且还与�?br />力的大小有关。对于上面三种应变，下面具体
分析物体内部的受力情况�?br />十分明显，弹性体受外力而产生形变时�?br />微观粒子?间的位置发生了相对变化，其内�?br />会出现因形变而产生的内力，从而使物体具有
恢复原状的趋势。为了描述物体内各处内力
的强度，引入应力概念。我们定义物体内部单
位面积上受到的内力叫做应力�?br />1.正应�?在外力F�?br />用下，物体被拉伸。在物体内任选一与外力垂
直的截面S，S将物体分成左右两段。这两段
物体将互相受到内力的作用，且分布于任一�?br />面上的合力和物体两端受到的拉力相等。实
验表明，物体的线应变一方面与物体所受到�?br />内力大小成正比，另一方面又与物体的横截面
积成反比。因此，定义物体内部单位面积上受
到的内力，叫做拉伸应力或张应力，用符号�?br />表示�?br />2.体应�?当物体受到外力作用，体积
发生变化，而形状不变时，如果物体各向同性，
则其内部在各个方向的截面上都有同样大�?br />的压应力，或者说具有同样的压强。所以体�?br />力可以用压强的增量ΔP来表示�?br />3.切应�?当物体发生切应变时，物体
上下两个界面受到与界面平行但方向相反�?br />外力作用。在物体内任一与界面平行的截面
将把物体分成上、下两部分。上部分对下�?
有一与界面方向相反的内力的作用。它们都
是平行于截面的切向内力。切向内力F与截
面积S之比，称为切应力或剪应力，用符号τ
表示�?br />总之，应力就是作用在单位截面积上的内
力，与截面正交的正应力称为法向应力，切应
力则是与截面平行的应力，称为切向应力。它
们与材料的两类断裂现象——断裂和剪切�?br />位相对应。在复杂形变中，截面上各处的应力
不一定相等，方向可以与截面成一定的角度�?br />因此，正应力和切应力可以同时存在�?br />骨骼具有良好的自身修复能力，�?随力
学环境的变化而改变其性质与外形。应力的�?br />加使骨骼中的基质呈碱性，这使基质中的带有
碱性的磷酸盐沉淀下来，骨骼中的无机盐成分
因此而增加，骨骼的密度、抗压性就得到增加�?br />相反，如应力减少，则骨骼中基质呈酸性，它将
溶解骨中的一部分无机盐，并将这些无机盐搬
出体外，使骨骼萎缩，产生骨质疏松�?br />�?�?弹性模�?br />一、弹性与塑�?br />实验表明，物体在外力作用下将产生�?br />变，切应变的大小随着应力的变化而变化。对
于不同材料其变化情况虽然不同，但�?具有
一个共同的变化趋势。由原点�?br />a点应力和应变成正比关系，但从a点起，直
线开始弯曲，标志着应力和应变成正比的关�?br />被破坏了，因此a点叫做正比极限。由a到b
点应力和应变不再成正比。但在这一范围�?br />去掉外力时，材料仍能恢复原状，超过b点后�?br />撤去外力材料不能完全恢复原状，将产生永久
形变，因此b点叫弹性极限。超过b点就进入
塑状，材料表现出永久变形。当应力达到c�?br />时，材料断裂，c点叫断裂点。断裂点的应�?br />称为极限强度。拉伸时，断裂点的极限强度称
为被试材料的抗张强度；压缩时，断裂点的极
限强度称为被试材料的抗压强度。不同材�?br />的极限强度不同，同种材料的抗张强度和抗压
强度也不同，它们表征材料的强度特性。如�?br />材料的εb与εc差值较大，说明这种材料能产
生较大的塑性形变，表示它具有展性；如果�?br />料的εb与εc差值较小，则材料表现出脆性�?br />展性金属的应力-应变曲线
二、弹性模�?br />从应�?应变曲线可以看出，在正比极限
范围内应力与应变成正比，这一规律即是著名
的虎克定律。对于同一种材料，应力与应变的
比值是一定的，它是反映材料自身弹性强弱的
物理量，叫做该物体的弹性模量。虎克定律可
写成
应力＝弹性模量×应�?br />弹性模量是材料的重要特征，它表示材�?br />抵抗外力变形作用的能力�?br />在拉伸或压缩情况下，弹性模量称为杨�?br />模量；在体变情况下，弹性模量叫做体变模量；
在切变情况下，弹性模量称为切变模量�?br />1.杨氏模量 在拉伸或压缩情况下，�?br />性模量称为杨氏模量，用符号E表示�?br />对于均匀材料（如钢）拉伸、压缩时的E
是相同的，对于非均匀材料（混凝土、骨骼等�?br />拉伸、压缩时的E是不相同的。杨氏模量的
单位是Pa�?br />当细棒被纵向拉长时将发生横向收缩�?br />实验表明：横向线度的相对缩短与纵向线度的
相对伸长成正比�?br />弹跳机构和昆虫的飞翔机构中的蛋白，其杨氏
模量接近于橡皮。今有一截面积为30cm2�?br />弹跳蛋白，加270N的力后长度为原长�?.5
倍，求其杨氏模量�?br />2.体变模量 在体变情况下，弹性模�?br />叫做体变模量�?br />�?�?骨与肌肉的力学特�?br />一、骨的力学特�?br />骨骼系统的主要作用是保护内脏、提供坚
实的动力交接和肌肉联结，便于肌肉和身体的
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