《医用物理学 第3版》陈月明|(epub+azw3+mobi+pdf)电子书下载

图书名称：《医用物理学 第3版》

【作　者】陈月明

【丛书名】普通高等学校“十三五”省级规划教材 高等医药院校教材

【页 数】 278

【出版社】 合肥：中国科学技术大学出版社 , 2019.08

【ISBN号】978-7-312-04778-7

【分 类】医用物理学-高等学校-教材

【参考文献】 陈月明. 医用物理学 第3版. 合肥：中国科学技术大学出版社, 2019.08.

图书封面：

图书目录：

《医用物理学 第3版》内容提要：

在本教材中，我们强调了物理学方法，主要包括模型的建立、适用范围、非理想情况的处理等；强调医学中需要的物理学理论知识和基本的思维训练；忽略过多的数学推导；在介绍有关的物理学基础理论知识同时，加强其在医学临床中相关应用的介绍与讨论，拓宽学生的知识面。此次再版更新了章节内容，替换了相应例题和习题，更加适应教学使用。

《医用物理学 第3版》内容试读

绪

论

众所周知，客观世界是由运动着的物质组成的。虽然物质的形态各种各样，但总体上可分为两大类：一类是实物，大到天体，小到微观粒子等；另一类是场，如引力场、电场、磁场等。

物质的运动包括宇宙中所有的一切变化过程，其中有简单的机械运动，也有复杂的思维活动等：物理与化学的变化、生物的生长、思维活动等都属于物质运动的不同形式。各种不同形式的物质运动是相互交错、相互渗透的，它们既服从共同的运动规律，又有各自独特的运动特点，这样就形成了各门学科不同的内涵和研究内容。

0.1物理学的内涵及其研究内容

物理学(Physics)是一门以实验为基础的自然科学，它注重于研究物质的基本结构、能量、空间、时间，特别是它们各自的性质与彼此之间的相互关系、运动形式及其相互转化的规律。其研究的规律具有普适性

物理学的研究大至宇宙，小至微观的基本粒子等一切物质最基本的运动形式和运动规律。按其所研究的物质运动形态和具体对象来说，物理学所涉及的范围包括：力学、声学、热学和分子物理学、电磁学、光学、原子和原子核物理学、基本粒子物理学、固体物理学、半导体物理学以及对气体和液体的研究等。

17世纪至19世纪的科学家如牛顿、伽利略、法拉第、麦克斯韦等奠定了力学电磁学、热力学、光学等物理科学的理论基础，推动了科学技术的迅速发展

20世纪初，普朗克、爱因斯坦、玻尔等对光的本性认识和基础研究，使得人们对物质结构的认识深入到了原子层次。狭义相对论的研究以及描述能量与质量转换规律的爱因斯坦方程的发现，成为研究基本粒子和原子能的基础：普朗克的量子论、爱因斯坦的光电效应研究及其光量子学说、玻尔的原子模型、海森堡的测不准原理以及哥本哈根学派的波动力学和矩阵力学研究奠定了量子力学基础，导致了半导体、大规模集成电路、计算机芯片的飞速发展；光受激辐射理论导致了20世纪60年代激光的诞生。所有这一切，大大促进了现代物理学的发展，推动了人类社会的进步。如今人类享受的核能、激光与光通信、超导与纳米技术、大规模集成电路与超级计算机和互联网等高科技正是基于物理学的发展。

医用物理学

无论是哪一种复杂的运动，它除了具有其各自的运动规律和特点外，都服从物理学中的基本规律。如宏观运动服从牛顿运动定律；微观运动服从相对论和量子力学的原理：一切运动过程都服从能量转换和守恒定律。因此，物理学的基本规律是学习其他自然科学所必备的基础。

0.2物理学与医学之间的关系

物理学的理论和定律具有普遍性，是其他自然科学和应用技术的基础。人类生命现象及其过程，同样不可避免地要涉及物理学中所讨论的规律和理论，医学属于研究生命现象的科学。生命活动是一种高级的复杂的物质运动形式，是以物理和化学的过程为基础的，因此，物理学与医学关系非常密切。物理学的基本知识是学习医学不可缺少的基础。

方面，根据物理学与医学研究的对象、特点、内容和方法可知：物理学是医学

研究的基础、工具和发展动力

物理学是医学研究的基础。物理学起源于人类的生产活动和科学实践。现代医学是与物理学的进步相辅相成的。例如，超声诊断仪是在物理学声学基础上发展起来的：血液在心血管系统中的运动是服从物理学中的流体动力学基本定律的：要了解骨骼和肌肉的作用，必须具备力学知识等。

物理学是医学研究的工具。在基础医学研究和医学的预防、诊断、治疗、药物制备和检验等方面的发展中，物理学的方法和技术是医学研究和发展的工具。如：显微镜在医疗中的使用，使医学工作者可以观察到人体肉眼看不到的细胞，为发现致病因子控制传染病的流行创造了条件；电针、激光、热像仪、针灸、推拿仪等为医学研究增添了内容和为医学发展提供了有效的工具：放射性同位素的广泛应用及用顺磁共振法研究有机体内的游离基的浓度等均为癌症的早期诊断和治疗开辟了途径。

物理学是医学研究的发展动力。物理学的每一个新的发现或技术发展到一个新阶段，都会给生命科学和医学提供更新更好的仪器和方法。大量采用物理学的

设备和方法，如今已成为现代医学发展的一个重要特征。物理学家伦琴发现X射

线后，X射线很快就被应用于临床医学，大大地丰富了诊断内容和手段，为早期发

现和诊断疾病提供了有效的手段和工具，而且X射线诊断疾病技术不断发展，推动

了数字化放射摄影技术的形成，并在此基础上发展成为现代医学影像学；如今的电子显微镜的应用更促使生物科学和医学进展到了超显微层次的分子、电子水平，进入对微观机制的探讨之中。这也就说明了物理学的发展推动了医学的发展，是学发展的动力

综上所述，物理学在医学发展中的贡献体现在两个方面：一是为医学提供了现代化的实验、诊断及治疗和预防手段：二是为医学提供了一定的理论基础和方法。

2

论

物理学的发展，推动着医学的发展，从而提高了人类生存质量。

另一方面，物理学与医学是人类科学知识宝库中的两个重要分支，社会的发展和科学的进步推动了这两个学科的结合，又形成了新的交叉学科一医学物理学。物理理论和技术的成熟必须要寻找新的发展领域，其中核物理、核技术的成熟和发展是推动医学物理和技术学科发展的基础之一。长期的实践证明：物理学与医学的结合给物理学的发展也带来了巨大的活力.同时也给医学诊疗技术带来了革命。越来越多的物理学家从事医学方面的研究工作，并有很多人因此获得物理学或者生理与医学诺贝尔奖。2003年诺贝尔生理或医学奖就授予了物理学家一美国的P.C.Lauterbur和英国的P.Mansfield.他们因在核磁共振成像(MRI)方面的贡献而获奖。

由此可知，学习医用物理学课程，既是为医学专业的后续课程打基础，也是将

来从事现代化的医疗卫生和科学研究T作的需要

0.3物理学的研究方法

物理学的研究方法就是以基本的数理逻辑为假设前提，运用实验手段验证假设.用科学语言论述学说。其主要的基本特点是：假设必须以基本公理为前提：推理运算必须遵循严密的逻辑规律：结果必须通过严格的实践或实验验证

般地说，物理学的研究方法主要是以观察、实验为基础，经过科学抽象，运用数学工具，概括总结出经验定律，提出假说，进一步发展成为理论，再通过实验进行检验，循环往复，使之不断丰富，不断深化，不断完善

物理学的观察就是在自然条件下观察所要研究的对象，而医学观察就是将人体置于一定的条件下进行研究的过程，这是获取相关资料信息的主要来源。例如，血液流变学是对血液的黏度、流动、聚集等流变特性进行研究。利用仪器对血样进行观察实验，可以得到血液的流变学指标。再运用液体流动原理，计算出血液的黏度、血浆黏度、红细胞比容、红细胞变形性及聚集性指标等。人类的血液病、心血管疾病、肿瘤等多种疾病都伴有这些指标的变化。所以对血液流变指标的观察，对有关疾病诊断、病情的观察和治疗效果的判断都是重要的依据。通过对这些指标变化的观察，可发现潜在的疾病并及时做出预测，有利于早预防、早诊断、早治疗。

实验就是在人为的条件下，使物理现象反复再现.从而研究该现象中的各种因果关系。在观察和实验所取得的大量资料基础上，经过分析、概括、判断和推理，把事物的本质和内在联系抽象到更一般的形式，提出相应的假说或建立实验定律。医学上也需要这样的实验，例如，在运用超声波的热作用对恶性肿瘤的治疗中，要注意在实验中，用于一般诊断的超声波强度要很低，以防止温度过高伤害人体。经过大量的实验，可将超声波强度控制在一定的范围内，使其仅能在人体局部温度升高，引起血管扩张，对肿瘤部位的组织进行抑制和破坏以达到治疗效果。

3

医用物理学

假说是根据一定的科学事实和科学理论对研究中的问题所提出的假设性的看法和说明。假说在科学发展过程中具有十分重要的作用。恩格斯在《自然辩证法》中明确指出：“只要自然科学在思维着，它的发展形式就是假说。”假说既是科学研究的主要方法，又是科学认识发展的必要环节。例如，麦克斯韦为了解释在变化磁场中的导体回路上所产生的感应电流的现象，提出了感生电场的假说：为了解决安培环路定律在传导电流不连续时所遇到的困难，提出了位移电流的假说。这两个假说在电磁场理论的建立过程中起着极为重要的作用。再如普朗克为了解释他导出的与实验结果完全一致的辐射公式提出了能量量子化的假说。又如爱因斯坦为

解释光电效应实验提出的光量子假说。德布罗意从X射线表现出来的波和粒子的

双重特性出发，在光的波粒二象性思想的启示下，提出了物质波的假说。

理论必须经过反复验证，被证明能正确反映客观规律方能建立。例如，物理学中认为，当润湿体在细管中流动时，若管中有气泡，液体的流动就会受阻，气泡多时可能发生阻塞，这种现象称为气体栓塞。同样，在临床医学中，输液及静脉注射时，应注意防止气泡出现，护士们都会认真地把输液管中的气泡排尽，方可给病人输液，这样就能防止因输液时气泡进入血管引起气体栓塞，危及病人的生命安全

从物理学的发展历史来看，随着物理学研究内容的变化，物理学的研究方法也在变化着，并不断得到丰富和提高。在古代，人们主要是靠不充分的观察和简单的推理，直接地、粗略地去把握物理现象的一般特性。随着近代自然科学的兴起，观察方法就从以自然观察为主发展到以仪器观测为主，将科学实验和数学方法相结合，使精确的、定量的物理学研究有了很快的发展。对数据的处理需求，也促进了分析、归纳和演绎等逻辑方法的发展。这样，科学方法的发展，使物理学作为一门实验科学的特点显著地呈现出来。18世纪末到19世纪末，实验方法、数学方法、假说方法和理论概括方法都有了显著的提高和发展，统计方法也被引进了物理学20世纪以来，科学实验在精密、快速和自动化方面达到了新的水平：物理学理论的公理化和数学化的特点更加突出：科学想象、理想实验、创造性思维等方法，对于现代物理学的发展起到了重要的作用。

我们通过学习医用物理学，能对物质最普遍、最基本的运动形式和规律有比较全面的认识，可以掌握物理学中的基本概念和基本原理以及研究问题的方法，同时在科学实验能力、计算能力以及创新思维和探索精神等方面受到严格的训练，可以培养分析问题和解决问题的能力，提高科学素质，努力实现知识、能力、素质的协调发展，为今后的工作和学习打下必要的基础

(陈月明)

第1章物体的弹性

在物理学上，物体在外力作用下发生形状和大小的改变，称为形变(deformation)。弹性(elasticity)是指物体发生形变时，当外力撤销后能恢复原来大小和形状的性质。研究物体在形变时的力学性质，在工程技术和生物医学方面都具有重要意义。

本章主要讨论物体的弹性形变及骨的力学性质。

1.1应变和应力

1.1.1应变

产生形变的物体同时受外力和内力的作用。在一定形变限度内，当外力撤消后物体能够完全恢复原来大小和形状的形变，称为弹性形变(elastic deformation)。当外力超过某一限度，撤消外力后物体不能够完全恢复原来大小和形状的形变，称为范（塑）性形变(plastic deformation)。较为常见的是长度、体积、形状这三种形变。为表示形变程度，我们引入应变(strain)这一概念，它表示物体受外力作用时，其长度、体积或形状发生的相对变化。

1.张应变

长度为，的物体受外力牵拉作用时，产生了一个长度改变量△l。我们用物体在外力作用下产生的长度改变量△！和物体原长(。的比值来表示变化程度，称为张应变(tensilestrain),用e表示，即

(1-1)

当物体受到压力作用时，△！为物体缩短的量，此时，式(1-1)表示压应变。

2.体应变

物体各部分在各个方向上受到同等压强时体积发生变化而形状不变，则体积变化量△V与原体积V。之比称为体应变(volume strain),以0表示，即

0=V

(1-2)

3.切应变

如图1-1所示，长方形物体下底面固定，在上表面施加一与表面相切的作用力

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医用物理学

F,由于物体处于平衡状态，所以下底面也受到一与F大小相等、方向相反的切向

力的作用，此时物体上下两面将发生相对位移△，若垂直距离为d,我们用比值号

来表示剪切形变的程度，称为切应变(shearing strain),以y表示，即

Y=dtan o

(1-3)

在弹性限度内p很小，有tanp入p,则切应变为

Y=

≈9

(1-4)

△x

图1-1切应变

以上三种应变都是无量纲的。它们只是表示相对形变的程度，而与物体原来的长度、体积或形状都没有关系。

1.1.2应力

物体在外力作用下发生形变时，在物体内部各个相邻的宏观部分之间存在着相互作用且大小与外力相等的弹性力，此力使物体具有趋向于恢复原状的性质。我们用单位面积上的弹力作为恢复趋势的定量表示，称为应力(stress)。它的单位是牛顿·米(N·m)。对应上述三种应变有以下三种应力。

1.张应力

设有一粗细均匀、截面积为S的棒，在棒的两端施加大小相等、方向相反的拉

力F,如图1-2所示。

F

图1-2张应力

在棒上任取一横截面S,被此横截面分开的两部分存在相互作用，这种相互作

···试读结束···