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绪论 1

第一章 力学基本定律 4

第一节 质点的运动 4

一、位移 运动方程 4

二、速度 加速度 5

第二节 牛顿运动规律 6

一、牛顿运动定律 6

二、力学单位的国际单位制和量纲 7

三、惯性系和非惯性系 7

第三节 功和能 能量守恒定律 9

一、功 9

二、动能 势能 10

三、功能原理 时间平移对称性与能量守恒定律 11

第四节 动量 动量守恒定律 12

一、冲量与动量 12

二、空间平移对称性与动量守恒定律 13

第五节 刚体的转动 14

一、刚体的定轴转动 14

二、转动定律 16

三、角动量 空间旋转对称性与角动量守恒定律 16

四、旋进 18

第六节 应力和应变 18

一、应力 19

二、应变 19

第七节 弹性模量 20

一、弹性和塑性 20

二、弹性模量 20

第八节 骨与肌肉的力学特性 21

一、骨骼的力学性质 21

二、肌肉的力学特性 24

思考题与习题一 26

第二章 流体的运动 28

第一节 理想流体 稳定流动 28

一、理想流体 28

二、稳定流动 29

三、连续性方程 29

第二节 伯努利方程 30

一、伯努利方程 30

二、伯努利方程的应用 32

第三节 粘性流体的流动 34

一、层流和湍流 34

二、牛顿粘滞定律 35

三、雷诺数 36

第四节 粘性流体的运动规律 37

一、粘性流体的伯努利方程 37

二、泊肃叶定律 37

三、斯托克司定律 39

第五节 生物材料的粘弹性 40

一、生物材料的结构特点 40

二、生物材料的粘弹性 40

三、粘弹性材料的力学模型 42

第六节 血液在循环系统中的流动 43

一、心脏作功 43

二、血液速度分布 44

三、血流过程中的血压分布 45

思考题与习题二 46

第三章 振动、波动和声波 47

第一节 简谐振动 47

一、简谐振动方程 47

二、简谐振动的特征量 48

三、简谐振动的矢量图示法 48

四、简谐振动的能量 49

第二节 阻尼振动、受迫振动和共振 49

一、阻尼振动 49

二、受迫振动 50

三、共振 50

第三节 简谐振动的合成 51

一、两个同方向、同频率简谐振动的合成 51

二、同方向、不同频率的简谐振动的合成 52

三、振动谱 52

四、两个同频率、互相垂直的简谐振动的合成 53

第四节 机械波 54

一、机械波的产生 54

二、波面和波线 54

三、波速、波长、波的周期和频率 55

第五节 波动方程 55

第六节 波的能量 57

一、波的能量 57

二、波的强度 57

三、波的衰减 58

第七节 惠更斯原理 58

一、惠更斯原理 58

二、解释波的衍射 58

第八节 波的干涉 59

一、波的叠加原理 59

二、波的干涉 59

三、调幅波 60

四、驻波 61

第九节 声波 63

一、声压和声强 63

二、听觉域 64

三、声强级和响度级 65

第十节 多普勒效应 65

第十一节 超声波及其医学应用 67

一、超声波的特性 67

二、超波的产生与探测 68

三、超声波在医学中的应用 68

思考题与习题三 71

第四章 狭义相对论和广义相对论 73

第一节 伽利略变换 73

一、经典力学的绝对时空观和相对性原理 73

二、伽利略变换 74

第二节 洛伦兹变换 75

一、迈克耳孙-莫雷实验 75

二、狭义相对论和基本假设 75

三、洛伦兹变换 76

第三节 狭义相对论的时空观 77

一、时间膨胀 77

二、洛伦兹收缩 78

三、同时性的相对性 79

四、因果率和信号速度 79

五、光多普勒效应 79

六、退行红移和膨胀宇宙 80

第四节 相对论动力学 80

一、动量和质量 81

二、力和动能 81

三、质能关系 82

四、能量和动量的关系 83

第五节 广义相对论简介 84

一、等效原理 84

二、广义相对性原理 85

三、引力场的时空特性 85

四、引力坍缩与黑洞 87

五、引力波 87

思考题与习题四 87

第五章 分子动理论 89

第一节 物质的微观结构 89

第二节 理想气体分子动理论 90

一、理想气体状态方程 90

二、理想气体微观模型 91

三、理想气体的压强公式 91

四、理想气体的能量公式 92

五、理想气体定律的推导 93

第三节 气体分子速率分布律和能量分布律 94

一、麦克斯韦速率分布定律 94

二、平均自由程和平均碰撞频率 96

三、玻耳兹曼能量分布定律 98

第四节 输运过程 98

一、热传导 99

二、扩散 100

三、透膜输运 100

第五节 液体的表面现象 102

一、表面张力和表面能 102

二、曲面下的附加压强 104

三、毛细现象和气体栓塞 105

四、表面活性物质与表面吸附 107

思考题与习题五 108

第六章 热力学基础 109

第一节 热力学的一些基本概念 109

一、热力学系统 109

二、准静态过程 109

第二节 热力学第一定律 110

一、功、热量、内能 110

二、热力学第一定律 111

第三节 热力学第一定律的应用 112

一、定容过程 112

二、定压过程 112

三、等温过程 114

四、绝热过程 114

五、人体的能量交换 115

第四节 循环过程 卡诺循环 117

一、循环过程和热机效率 117

二、卡诺循环及其效率 119

第五节 热力学第二定律 120

一、热力学第二定律 120

二、可逆过程和不可逆过程 121

三、热力学第二定律的统计意义 121

四、卡诺定理 123

第六节 熵和熵增加原理 123

一、克劳修斯等式 123

二、熵 124

三、熵增加原理与能量退降 125

思考题与习题六 127

第七章 静电场 129

第一节 电场 电场强度 129

一、电荷 库仑定律 129

二、电场与电场强度 130

三、场强叠加原理 130

四、电场强度的计算 131

第二节 高斯定理 132

一、电场线和电通量 132

二、高斯定理 133

三、高斯定理的应用举例 134

第三节 电势 135

一、静电场力所作的功 135

二、静电场的环路定理 136

三、电势 136

四、电势叠加原理 137

五、电场强度与电势的关系 139

第四节 电偶极子 电偶层 140

一、电偶极子电场的电势 140

二、电偶层 141

第五节 静电场中的电介质 142

一、电介质的极化 142

二、电介质中的静电场 143

三、电位移 有电介质时的高斯定理 145

四、电容器及其电容 146

五、静电场的能量 146

第六节 心电知识 148

一、心电场 148

二、心电图 150

三、心电图导联 150

思考题与习题七 151

第八章 直流电 154

第一节 电流密度 154

一、电流和电流密度 154

二、金属与电解质的导电性 155

三、欧姆定律的微分形式 156

第二节 基尔霍夫定律 157

一、基尔霍夫第一定律 157

二、基尔霍夫第二定律 158

第三节 电容器的充电和放电 159

一、RC电路的充电过程 160

二、RC电路的放电过程 161

第四节 生物膜电位 162

一、能斯特方程 162

二、静息电位 163

三、神经纤维的电缆方程 165

四、动作电位 167

思考题与习题八 167

第九章 电磁现象 169

第一节 磁场 磁感应强度 169

一、磁感应强度 169

二、磁通量 磁场中的高斯定理 170

第二节 电流的磁场 171

一、毕奥-萨伐尔定律 171

二、安培环路定律 174

第三节 场磁对电流的作用 175

一、磁场对运动电荷的作用 175

二、磁场对载流导线的作用 176

三、载流线圈所受磁力矩 176

四、霍尔效应 178

五、质谱仪和回旋加速器 178

六、电磁泵和电磁船 180

七、磁带与磁头 180

八、生物医学电磁传感器 181

第四节 磁介质 181

一、介质中的磁场 182

二、顺磁质、抗磁质和铁磁质 183

三、超导体及其磁学特性 183

第五节 磁场的生物效应 185

一、生物磁现象 185

二、磁场的生物效应 186

三、生物磁场的测定 187

第六节 电磁感应定律 188

一、电磁感应定律 188

二、动生电动势 189

三、感生电动势 涡旋电场 190

第七节 生物电阻抗 191

一、生物体的交流等效电路 191

二、机体阻抗测量 193

三、阻抗图与阻抗微分图 193

第八节 电磁振荡和电磁波 195

一、位移电流 195

二、麦克斯韦方程组 196

三、电磁振荡 197

四、电磁波和电磁波谱 198

五、电磁场对生物体的作用 199

思考题与习题九 200

第十章 波动光学 202

第一节 光的干涉 202

一、光的相干性 202

二、光程和光程差 203

三、杨氏双缝实验 204

四、洛埃镜实验 206

五、薄膜干涉 206

六、等厚干涉 207

七、迈克耳孙干涉仪 209

第二节 光的衍射 210

一、单缝衍射 210

二、圆孔衍射 213

三、光栅衍射 213

第三节 光的偏振 214

一、自然光和偏振光 214

二、马吕斯定律 215

三、布儒斯特定律 216

四、光的双折射 217

五、二向色性和偏振片 219

第四节 偏振光的干涉 220

第五节 偏振光的应用 221

一、光弹效应 221

二、克尔效应 222

三、物质的旋光性 223

第六节 液晶的光学特性 224

一、液晶的分类和结构 224

二、液晶的双折射现象 225

三、胆甾相液晶的选择反射 225

四、液晶的电光效应 225

思考题与习题十 226

第十一章 几何光学 228

第五节 球面折射 228

一、单球面折射 228

二、共轴球面系统 231

第二节 透镜 231

一、薄透镜公式 232

二、薄透镜组合 232

三、厚透镜 234

四、柱面透镜 235

五、透镜的像差 236

第三节 眼睛 237

一、眼的光学结构 237

二、眼的调节 238

三、眼的分辨本领 239

四、眼的屈光不正及其矫正 239

第四节 几种医用光学仪器 241

一、放大镜 241

二、光学显微镜 242

三、纤镜 246

四、特殊显微镜 247

思考题与习题十一 252

第十二章 量子力学基础 254

第一节 黑体辐射 254

一、黑体辐射 254

二、普朗克能量子假设 256

第二节 光电效应 257

一、光电效应 257

二、爱因斯坦光子假设 258

第三节 康普顿效应 259

一、康普顿效应 259

二、康普顿效应的解释 260

第四节 线状谱 原子中的能量量子化 261

一、氢原子光谱 261

二、玻尔理论 262

第五节 物质的波动性质 264

一、德布罗意假设 264

二、电子衍射 265

三、不确定关系 266

第六节 薜定谔方程 267

一、波函数 267

二、薜定谔方程 267

三、一维无限深势阱 268

四、势垒 隧道效应 270

第七节 量子力学的原子结构概念 273

一、四个量子数 273

二、多电子原子 274

第八节 原子光谱与分子光谱 275

一、原子光谱 275

二、分子光谱 276

思考题与习题十二 279

第十三章 X射线 281

第一节 X射线的产生 281

一、X射线的产生装置 281

二、X射线的强度和硬度 283

第二节 X射线谱 284

一、连续X射线谱 284

二、标识X射线谱 285

第三节 X射线的基本性质 286

一、X射线的一般性质 286

二、X射线的衍射 287

第四节 物质对X射线的衰减规律 288

一、单色X射线的衰减规律 288

二、衰减系数与波长、原子序数的关系 289

第五节 X射线的医学应用 290

一、治疗 290

二、诊断 290

三、X-CT 291

思考题与习题十三 297

第十四章 原子核和放射性 299

第一节 原子核的基本性质 299

一、原子核的组成 299

二、原子核的性质 300

三、原子核的结合能及质量亏损 300

第二节 原子核的衰变类型 302

一、α衰变 303

二、β衰变 303

三、γ衰变和内转换 304

第三节 原子核的衰变规律 305

一、衰变规律 305

二、半衰期 305

三、放射性活度 307

四、放射性平衡 308

第四节 射线与物质的相互作用 309

一、带电粒子与物质的相互作用 309

二、光子与物质的相互作用 310

三、中子与物质的相互作用 311

第五节 辐射剂量与防护及测量原理 311

一、辐射剂量及其单位 311

二、辐射防护 313

三、射线的测量原理 313

第六节 放射性核素在医学上的应用 316

一、示踪的原理 316

二、放射诊断 316

三、放射治疗 320

第七节 基本粒子简介 320

一、粒子的基本性质 321

二、粒子的相互作用 321

三、粒子的分类 321

思考题与习题十四 323

第十五章 量子生物学基础 325

第一节 量子生物学的基本方法 325

一、分子轨道法 325

二、能量指数与结构指数 327

第二节 量子生物学的主要研究内容 328

一、核酸的结构和功能 328

二、蛋白质的结构和功能 329

三、酶的催化作用机制 330

四、遗传突变和化学致癌 331

五、量子药理学问题 333

六、金属离子在生物系统中的作用 334

思考题与习题十五 335

第十六章 生物物理遗传学简介 336

第一节 理论生物物理遗传学 336

一、信息论在孟德尔定律中的应用 336

二、DNA分子一级结构线性排列顺序 337

三、遗传密码的概率和信息量 338

四、基因调控 338

五、遗传进化与负熵 339

第二节 亚分子遗传学和量子遗传学 340

一、遗传物质的生物能力学特征 340

二、遗传物质中电子激发能的转移方式 343

思考题与习题十六 345

第十七章 激光及其医学应用 346

第一节 激光的基本原理 346

一、粒子的能级与辐射跃迁 346

二、粒子数按能级的分布 347

三、光学谐振腔 348

四、激光器与激光 349

第二节 激光的特性 350

一、方向性好 351

二、亮度高、强度大 351

三、单色性好 351

四、相干性好 352

五、偏振性好 352

第三节 激光的医学应用 352

一、激光的生物作用 353

二、激光在基础医学研究中的应用 355

三、激光的临床应用 357

四、医用激光器 358

五、激光的安全防护 359

思考题与习题十七 359

第十八章 磁共振成像 360

第一节 磁共振的基本概念 360

一、原子核的磁矩 360

二、磁矩在磁场中的运动 361

三、磁共振现象 362

四、弛豫过程和弛豫时间 363

第二节 磁共振成像原理 365

一、磁共振成像的基本方法 365

二、人体的磁共振成像 367

三、如何产生氢核密度ρ和T1、T2加权图像 368

第三节 磁共振成像临床诊断的物理学依据 370

一、氢核密度ρ、T1和T2的对比度 370

二、氢核密度ρ、T1、T2三种图像进行诊断的物理学依据 371

第四节 磁共振成像系统 372

一、磁场系统 372

二、射频系统 372

三、图像重建系统 373

第五节 磁共振成像的现状及发展前景 373

思考题与习题十八 374

第十九章 生物非线性动力学简介 375

第一节 运动及其相空间描述 376

一、相空间 376

二、吸引子 379

第二节 混沌运动 380

一、混沌运动 380

二、奇异吸引子 383

第三节 分形与分维 383

一、自相似性 384

二、分数维 385

思考题与习题十九 386

参考文献 388

索引 389