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绪论1

一、物理学和医学的研究对象1

二、物理学和医学的关系1

三、物理学和医学的研究方法2

四、如何学好医学物理学2

第1章 力学4

1.1描述质点运动的基本物理量4

1.1.1位置矢量4

1.1.2位移速度加速度4

1.2牛顿运动定律及应用7

1.2.1牛顿运动定律7

1.2.2惯性系和伽利略相对性原理9

1.3功和能守恒定律10

1.3.1功和功率10

1.3.2势能11

1.3.3动能和动能定理11

1.3.4功能原理12

1.3.5机械能守恒定律12

1.4动量和动量守恒定律13

1.4.1动量和动量定理13

1.4.2动量守恒定律14

1.5刚体的转动14

1.5.1刚体的定轴运动15

1.5.2定轴转动的动能和转动定律16

1.5.3角动量及守恒定律18

1.5.4旋进19

习题一20

第2章 流体的运动22

2.1理想流体的运动22

2.1.1理想流体22

2.1.2稳定流动22

2.1.3连续性方程23

2.2伯努利方程24

2.2.1伯努利方程24

2.2.2伯努利方程的应用26

2.3黏性流体的流动29

2.3.1层流和湍流29

2.3.2牛顿黏滞定律30

2.3.3雷诺数31

2.4黏性流体的运动规律32

2.4.1黏性流体的伯努利方程32

2.4.2泊肃叶定律32

2.4.3斯托克斯定律34

2.5血流动力学与流变学基础35

2.5.1心脏的功与功率35

2.5.2血液在循环系统中的流动37

2.5.3血液的黏度及其影响因素38

习题二39

第3章 振动和波动42

3.1简谐振动42

3.1.1简谐振动方程42

3.1.2简谐振动的特征量43

3.1.3简谐振动的矢量图示法44

3.1.4简谐振动的能量44

3.2 阻尼振动受迫振动共振46

3.2.1阻尼振动46

3.2.2受迫振动47

3.2.3共振48

3.3简谐振动的合成49

3.3.1两个同方向、同频率简谐振动的合成49

3.3.2同方向、不同频率的简谐振动的合成50

3.3.3频谱分析原理51

3.3.4相互垂直的同频率的简谐振动的合成53

3.4波动的基本规律54

3.4.1机械波的产生54

3.4.2波面和波线55

3.4.3波长波的周期和频率波速55

3.4.4简谐波的波动方程55

3.5波的能量57

3.5.1波的能量和强度57

3.5.2波的衰减58

3.6波的干涉58

3.6.1惠更斯原理58

3.6.2波的叠加原理59

3.6.3波的干涉59

3.6.4驻波61

3.7声波63

3.7.1声压和声强64

3.7.2听觉域65

3.7.3声强级和响度级66

3.8多普勒效应67

3.8.1声源和观察者相对于介质 静止（vs=0，vo=0）67

3.8.2声源静止，观察者以速度vo向着声源运动（vs =0，vo≠0）67

3.8.3观察者静止，声源以速度vs向着观察者运动（vs≠0，vo=0）68

3.8.4当声源和观察者分别以速度vs和vo同时运动（vs≠0,vo≠0）68

3.9超声波及其医学应用69

3.9.1超声波的特性69

3.9.2超声波的产生70

3.9.3超声波成像的基本原理71

习题三75

第4章 分子动理论78

4.1分子之间的相互作用力78

4.2理想气体分子动理论79

4.2.1理想气体状态方程79

4.2.2理想气体的微观模型80

4.2.3理想气体的压强80

4.2.4理想气体的能量公式82

4.2.5理想气体定律的推导83

4.3气体分子速率分布律和能量分布律84

4.3.1玻尔兹曼能量分布定律84

4.3.2麦克斯韦速率分布定律85

4.3.3气体分子的三种速率86

4.3.4平均碰撞频率和平均自由程87

4.4液体的表面现象89

4.4.1表面张力和表面能89

4.4.2曲面下的附加压强91

4.4.3毛细现象93

4.4.4气体栓塞94

4.4.5表面活性物质和表面吸附95

习题四96

第5章 热力学基础98

5.1气体物态参量 平衡态理想气体物态方程99

5.1.1气体的物态参量——热学系统状态的描述99

5.1.2平衡态与平衡过程101

5.1.3热力学第零定律101

5.1.4理想气体的物态方程101

5.2准静态过程 内能功热量103

5.2.1热力学系统和热力学过程103

5.2.2准静态过程103

5.2.3内能104

5.2.4功104

5.2.5热量105

5.3热力学第一定律106

5.4理想气体的等体过程和等压过程107

5.4.1等体过程107

5.4.2等压过程107

5.4.3关于摩尔热容的讨论108

5.5理想气体的等温过程、绝热过程和多方过程109

5.5.1等温过程109

5.5.2绝热过程110

5.5.3多方过程112

5.6循环过程 卡诺循环112

5.6.1循环过程的定义及其特点112

5.6.2循环过程的分类及其应用113

5.6.3卡诺循环115

5.7热力学第二定律117

5.7.1热力学第二定律的表述118

5.7.2热力学第二定律的证明119

5.8熵 熵增加原理119

5.8.1熵的引入120

5.8.2克劳修斯不等式121

5.8.3熵增原理122

5.8.4熵的物理意义123

5.8.5玻尔兹曼与统计力学123

5.9范德瓦尔斯方程124

习题五126

第6章 静电场127

6.1电场和电场强度127

6.1.1电荷 库仑定律127

6.1.2电场和电场强度128

6.2静电场的高斯定理130

6.2.1电场线 电通量130

6.2.2高斯定理132

6.2.3高斯定理的应用133

6.3静电场力的功 电势135

6.3.1静电力做功136

6.3.2电势能 电势 电势差136

6.3.3电势叠加原理138

6.3.4 等势面场强与电势的关系138

6.4静电场中的电介质139

6.4.1电介质的极化139

6.4.2电介质对电场的影响140

6.4.3电介质中的高斯定理140

6.4.4静电场的能量141

6.5电偶极子 心电图143

6.5.1电偶极子143

6.5.2电偶层144

6.5.3心电图145

习题六147

第7章 直流电148

7.1电流密度148

7.1.1电流和电流密度148

7.1.2金属和电解液的导电性149

7.1.3欧姆定律的微分形式150

7.2一段含源电路的欧姆定律151

7.3基尔霍夫定律153

7.3.1节点和回路153

7.3.2基尔霍夫第一定律153

7.3.3基尔霍夫第二定律154

7.4电容器的充电和放电过程155

7.4.1 RC电路的充电过程155

7.4.2 RC电路的放电过程157

7.5生物膜电位及其医学应用158

7.5.1静息电位158

7.5.2动作电位161

7.5.3神经纤维的电缆方程162

7.5.4电泳164

7.5.5电渗165

习题七166

第8章 磁场与电磁感应168

8.1磁场 磁感应强度168

8.1.1磁现象 磁场168

8.1.2磁感应强度矢量磁感线168

8.1.3磁通量磁场中的高斯定理170

8.2电流的磁效应171

8.2.1毕奥-萨伐尔定律171

8.2.2磁感应强度叠加原理171

8.2.3典型电流的磁场172

8.3安培环路定理174

8.3.1安培环路定理的表述174

8.3.2安培环路定理应用举例174

8.4磁场对运动电荷的作用176

8.4.1洛伦兹力176

8.4.2带电粒子在匀强磁场中的运动176

8.4.3霍尔效应177

8.4.4电磁流量计178

8.4.5电磁泵178

8.5磁场对载流导线的作用178

8.5.1安培定律179

8.5.2载流线圈的磁力矩179

8.5.3直流电动机基本原理181

8.6磁介质182

8.6.1三类磁介质182

8.6.2分子磁矩183

8.6.3顺磁质和抗磁质的磁化183

8.6.4铁磁质的磁化184

8.6.5超导体的磁性185

8.7磁场的生物效应186

8.7.1生物磁现象186

8.7.2磁场的生物效应186

8.7.3生物磁场的测定186

8.7.4磁疗187

8.7.5磁示踪和磁性药物187

8.8电磁感应188

8.8.1法拉第电磁感应定律188

8.8.2楞次定律188

8.8.3动生电动势和感生电动势189

8.8.4自感与互感190

8.8.5磁场的能量192

8.8.6电磁现象的医学应用193

8.9电磁场理论193

8.9.1位移电流与感生磁场194

8.9.2麦克斯韦方程组196

习题八197

第9章 波动光学199

9.1光的干涉199

9.1.1杨氏实验199

9.1.2光程 光程差201

9.1.3洛埃镜实验202

9.1.4薄膜干涉203

9.1.5等厚干涉204

9.1.6迈克耳孙干涉仪206

9.2光的衍射207

9.2.1单缝衍射207

9.2.2圆孔衍射209

9.2.3光栅衍射210

9.3光的偏振211

9.3.1自然光和偏振光211

9.3.2马吕斯定律212

9.3.3布儒斯特定律213

9.3.4光的双折射214

9.3.5二色性214

9.3.6物质的旋光215

习题九216

第10章 几何光学218

10.1球面折射218

10.1.1单球面折射218

10.1.2共轴球面系统220

10.2透镜221

10.2.1薄透镜221

10.2.2薄透镜组合222

10.2.3厚透镜223

10.2.4柱面透镜224

10.2.5透镜的像差225

10.3眼睛226

10.3.1眼睛的光学结构226

10.3.2人眼的调节228

10.3.3眼睛的分辨本领 视力228

10.3.4眼的屈光不正及矫正229

10.4放大镜和光学显微镜231

10.4.1放大镜231

10.4.2显微镜232

10.4.3显微镜的分辨本领233

10.5其他几种医用光学仪器235

10.5.1检眼镜235

10.5.2纤镜236

10.5.3相差显微镜236

习题十237

第11章 狭义相对论239

11.1迈克耳孙-莫雷实验和相对性原理239

11.1.1迈克耳孙-莫雷实验239

11.1.2爱因斯坦相对性原理240

11.2洛伦兹变换240

11.2.1洛伦兹坐标变换240

11.2.2洛伦兹速度变换241

11.3狭义相对论的时空观243

11.3.1同时性的相对性243

11.3.2长度缩短244

11.3.3时间延缓244

11.4相对论动力学基础245

11.4.1质量和速度的关系246

11.4.2质量和能量的关系247

11.4.3能量和动量的关系248

11.4.4电磁场的相对性248

11.4.5非相对论条件下运动电荷的电场和磁场248

11.4.6电磁场的相对论性变换249

习题十一250

第12章 量子力学基础252

12.1黑体辐射252

12.1.1黑体辐射252

12.1.2普朗克能量量子化假设254

12.2光电效应255

12.2.1光电效应255

12.2.2爱因斯坦光子假设256

12.3康普顿效应257

12.3.1康普顿效应257

12.3.2康普顿效应的解释258

12.4氢原子光谱 玻尔的氢原子理论259

12.4.1氢原子光谱259

12.4.2玻尔理论260

12.5物质的波动性263

12.5.1德布罗意假设263

12.5.2电子衍射264

12.5.3不确定原理264

12.6薛定谔方程266

12.6.1波函数、概率密度266

12.6.2薛定谔方程267

12.6.3一维无限深势阱269

12.6.4一维方势垒 隧道效应270

12.6.5线性谐振子271

12.7氢原子的量子理论272

12.7.1电子云273

12.7.2氢原子的量子数及能量本征值273

12.7.3塞曼效应 角动量的空间量子化274

12.7.4反常塞曼效应、电子自旋275

12.8多电子原子的壳层结构276

12.8.1电子自旋 自旋磁量子数276

12.8.2多电子原子中的电子分布277

习题十二279

第13章X射线281

13.1 X射线的产生281

13.1.1 X射线的产生装置281

13.1.2 X射线的强度和硬度283

13.2 X射线谱284

13.2.1连续X射线谱285

13.2.2标识X射线谱286

13.3 X射线的基本性质287

13.3.1 X射线的一般性质287

13.3.2 X射线的衍射288

13.4物质X射线衰减规律289

13.4.1单色X射线的衰减规律289

13.4.2衰减系数与波长、原子序数的关系290

13.5 X射线的医学应用291

13.5.1诊断291

13.5.2治疗295

习题十三295

第14章 分子与固体297

14.1固体中的电子297

14.1.1自由电子的能量分布297

14.1.2金属导电的量子解释300

14.2能带 导体和绝缘体302

14.2.1能带302

14.2.2导体304

14.2.3绝缘体304

14.2.4分子的转动能级和振动能级304

14.2.5半导体305

14.2.6 pn结307

14.2.7半导体器件308

习题十四310

第15章 原子核和放射性311

15.1原子核的基本性质311

15.1.1原子核的组成311

15.1.2原子核的性质312

15.1.3原子核的自旋和磁矩313

15.1.4原子核的结合能及质量亏损314

15.2原子核的衰变类型315

15.2.1 α衰变315

15.2.2 β衰变316

15.2.3 y衰变和内转换317

15.3原子核的衰变规律317

15.3.1衰变定律317

15.3.2半衰期317

15.3.3放射性活度319

15.3.4放射性平衡319

15.4核物理在医学中的应用320

15.4.1诊断320

15.4.2治疗324

习题十五326

第16章 激光327

16.1激光产生的基本原理327

16.1.1粒子吸收与辐射的三种过程327

16.1.2产生激光的两个条件328

16.2激光器329

16.2.1激光器的构成330

16.2.2实例说明激光产生原理330

16.2.3激光器的分类331

16.2.4几种常用医用激光器333

16.3激光的特性333

16.3.1方向性好334

16.3.2单色性好334

16.3.3亮度高334

16.3.4相干性好334

16.3.5偏振性好335

16.4激光的医学应用335

16.4.1激光与生物组织的作用机制336

16.4.2激光的医学应用338

16.4.3激光的危害和防护339

习题十六339

第17章 天体物理与宇宙学340

17.1星体的演化340

17.1.1赫罗图——20世纪最伟大的发现之一340

17.1.2恒星的诞生和演化340

17.2广义相对论基础345

17.2.1等效原理和广义相对性原理345

17.2.2广义相对论的空间与时间——弯曲时空346

17.2.3引力红移347

17.2.4引力辐射348

17.3现代宇宙学352

17.3.1大爆炸理论352

17.3.2宇宙膨胀354

17.3.3背景辐射356

参考文献358

附录359