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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9

三、功能原理时间平移对称性与能量守恒定律10

二、空间平移对称性与动量守恒定律12

第四节 动量动量守恒定律12

一、冲量与动量12

三、碰撞13

第五节 刚体的转动15

一、刚体的定轴转动15

二、转动定律17

三、角动量空间旋转对称性与角动量守恒定律17

四、旋进18

思考题与习题20

第二章 物体的弹性22

第一节 应变和应力22

一、应变22

二、应力23

一、弹性和塑性24

第二节 弹性模量24

二、弹性模量26

第三节 骨与肌肉的力学特性27

一、骨骼的力学性质28

二、肌肉的力学特性30

第四节 应力分析与测量32

一、有限元分析法32

二、应力测量33

思考题与习题二35

第三章 流体的运动37

第一节 理想流体稳定流动37

一、理想流体37

二、稳定流动37

三、连续性方程38

一、伯努利方程39

第二节 伯努利方程39

二、伯努利方程的应用41

第三节 粘性流体的流动43

一、层流和湍流43

二、牛顿粘滞定律43

三、雷诺数44

第四节 粘性流体的运动规律45

一、粘性流体的伯努利方程45

二、泊肃叶定律45

三、斯托克司定律47

第五节 血液在循环系统中的流动48

一、血液的组成及特性48

二、心脏作功49

三、血流速度分布50

四、血流过程中的血压分布50

第六节 生物材料的粘弹性51

二、生物材料的粘弹性52

三、粘弹性材料的力学模型52

一、生物材料的结构特点52

思考题与习题三54

第四章 振动57

第一节 简谐振动57

一、简谐振动方程57

二、简谐振动的特征量58

三、简谐振动的矢量图示法59

四、简谐振动的能量59

第二节 阻尼振动、受迫振动和共振61

一、阻尼振动61

二、受迫振动62

三、共振62

一、两个同方向、同频率简谐振动的合成63

第三节 简谐振动的合成63

二、同方向、不同频率的简谐振动的合成64

三、谐振分析65

四、两个同频率、互相垂直的简谐振动的合成66

思考题与习题四68

第五章 波动69

第一节 机械波69

一、机械波的产生69

二、波面和波线69

三、波速波长波的周期和频率69

第二节 简谐波70

一、波函数70

二、波动方程71

一、波的能量和强度72

第三节 波的能量72

二、波的衰减73

第四节 波的干涉73

一、惠更斯原理73

二、波的叠加原理74

三、波的干涉74

四、调幅波75

五、驻波76

第五节 声波79

一、声压和声强79

二、听觉域80

三、声强级和响度级80

第六节 多普勒效应81

一、多普勒效应81

二、冲击波82

第七节 超声波及其医学应用83

一、超声波的特性83

二、超声波的产生与探测84

三、超声波在医学中的应用84

思考题与习题五87

第六章 相对论基础89

第一节 伽利略变换89

一、经典力学的绝对时空观和相对性原理89

二、伽利略变换89

第二节 洛伦兹变换90

一、迈克耳孙－莫雷实验90

二、狭义相对论的基本假设91

三、洛伦兹变换91

一、时间膨胀93

第三节 狭义相对论的时空观93

二、洛伦兹收缩94

三、同时性的相对性94

四、因果律和信号速度95

五、光多普勒效应95

六、退行红移和膨胀宇宙96

第四节 相对论动力学96

一、动量和质量96

二、力和动能97

三、质能关系98

四、能量和动量的关系98

第五节 广义相对论简介99

一、等效原理99

三、引力场的时空特性101

二、广义相对性原理101

四、引力坍缩与黑洞102

五、引力波103

六、视在超光速103

思考题与习题六104

第七章 分子动理论105

第一节 物质的微观结构105

第二节 理想气体分子动理论106

一、理想气体状态方程106

二、理想气体微观模型107

三、理想气体的压强公式107

四、理想气体的能量公式108

五、理想气体定律的推导109

第三节 气体分子速率分布律和能量分布律110

一、麦克斯韦速率分布定律110

二、平均自由程和平均碰撞频率112

三、玻耳兹曼能量分布定律113

第四节 输运过程114

一、热传导114

二、扩散115

三、透膜输运116

第五节 液体的表面现象117

一、表面张力和表面能117

二、曲面下的附加压强118

三、毛细现象和气体栓塞120

四、表面活性物质与表面吸附122

思考题与习题七122

二、准静态过程125

一、热力学系统125

第一节 热力学的一些基本概念125

第八章 热力学基础125

第二节 热力学第一定律126

一、功热量内能126

二、热力学第一定律127

第三节 热力学第一定律的应用128

一、等体过程128

二、等压过程128

三、等温过程129

四、绝热过程130

五、人体的能量交换131

第四节 循环过程卡诺循环133

一、循环过程和热机效率133

二、卡诺循环及其效率134

二、可逆过程和不可逆过程136

一、热力学第二定律136

第五节 热力学第二定律136

三、热力学第二定律的统计意义137

四、卡诺定理138

第六节 熵熵增加原理140

一、克劳修斯等式140

二、熵141

三、熵增加原理与能量退降142

四、信息熵与遗传144

思考题与习题八146

第九章 静电场148

第一节 电场电场强度148

一、电荷库仑定律148

四、电场强度的计算149

三、场强叠加原理149

二、电场与电场强度149

第二节 高斯定理151

一、电场线和电通量151

二、高斯定理152

三、高斯定理的应用举例153

第三节 电势154

一、静电场的环路定理154

二、电势155

三、电势叠加原理156

四、电场强度与电势的关系157

第四节 电偶极子电偶层158

一、电偶极子的电场158

二、电偶层159

一、电介质的极化160

第五节 静电场中的电介质160

二、电介质中的静电场162

三、电位移有电介质时的高斯定理163

四、电容器及其电容164

五、静电场的能量164

第六节 心电知识167

一、心电场167

二、心电图168

三、心电图导联168

思考题与习题九169

第十章 直流电173

第一节 电流密度173

一、电流和电流密度173

二、金属与电解质的导电性174

三、欧姆定率的微分形式175

第二节 基尔霍夫定律176

一、基尔霍夫第一定律176

二、基尔霍夫第二定律177

第三节 电容器的充电和放电178

一、RC电路的充电过程178

二、RC电路的放电过程180

第四节 生物膜电位180

一、能斯特方程180

二、静息电位182

三、神经纤维的电缆方程183

四、动作电位185

五、电泳185

思考题与习题十186

一、磁感应强度188

第一节 磁场磁感应强度188

第十一章 稳恒磁场188

二、磁通量磁场中的高斯定理189

第二节 电流的磁场190

一、毕奥－萨伐尔定律190

二、毕奥－萨伐尔定律的应用190

第三节 安培环路定律193

第四节 磁场对电流的作用194

一、磁场对运动电荷的作用194

二、磁场对载流导线的作用194

三、载流线圈所受磁力矩195

四、霍耳效应196

五、质谱仪和回旋加速器198

六、电磁泵和电磁船199

八、生物医学电磁传感器200

七、磁流体发电200

第五节 磁介质201

一、介质中的磁场201

二、顺磁质、抗磁质和铁磁质202

三、超导体及其磁学特性202

第六节 磁场的生物效应204

一、生物磁现象204

二、磁场的生物效应205

三、生物磁场的测定206

思考题与习题十一207

第十二章 电磁感应与电磁波209

第一节 法拉第电磁感应定律209

一、法拉第电磁感应定律209

二、动生电动势211

三、感生电动势有旋电场212

一、互感现象213

第二节 自感和互感213

第三节 磁场的能量215

一、RL电路的暂态过程215

二、自感现象215

二、磁场的能量217

第四节 麦克斯韦方程组219

一、位移电流219

二、麦克斯韦方程组220

第五节 电磁振荡与电磁波221

一、电磁振荡221

二、电磁波及电磁波谱222

三、电磁场对生物体的作用223

第六节 生物电阻抗224

一、生物体的交流等效电路224

三、阻抗图与阻抗微分图226

二、机体阻抗测量226

思考题与习题十二228

第十三章 波动光学231

第一节 光的干涉231

一、光的相干性231

二、光程光程差232

三、杨氏双缝实验233

四、洛埃德镜实验234

五、薄膜干涉235

六、等厚干涉236

七、迈克耳孙干涉仪238

第二节 光的衍射239

一、单缝衍射239

三、光栅衍射241

二、圆孔衍射241

一、自然光和偏振光242

第三节 光的偏振242

二、马吕斯定律243

三、布儒斯特定律244

四、光的双折射245

五、二向色性和偏振片247

第四节 偏振光的干涉248

第五节 偏振光的应用249

一、光弹效应249

二、克尔效应250

三、物质的旋光性250

第六节 液晶的光学特性251

一、液晶的分类和结构252

二、液晶的双折射现象252

四、液晶的电光效应253

三、胆甾相液晶的选择反射253

五、液晶的光生伏特效应254

思考题与习题十三254

第十四章 几何光学256

第一节 球面折射256

一、单球面折射256

二、共轴球面系统258

第二节 透镜259

一、薄透镜成像公式259

二、薄透镜组合261

三、厚透镜262

四、柱面透镜263

五、透镜的像差264

一、眼的光学结构265

第三节 眼睛265

二、眼的调节266

三、眼的分辨本领及视力266

四、眼的屈光不正及其矫正267

第四节 几种医用光学仪器269

一、放大镜269

二、光学显微镜270

三、纤镜273

四、特殊显微镜273

思考题和习题十四278

第十五章 量子力学基础280

第一节 黑体辐射280

一、黑体辐射280

二、普朗克能量量子化假设282

第二节 光电效应283

一、光电效应284

二、爱因斯坦光子假设285

第三节 康普顿效应287

一、康普顿效应287

二、光子理论对康普顿效应的解释288

第四节 氢原子光谱玻尔的氢原子理论289

一、氢原子光谱289

二、玻尔的氢原子理论290

第五节 物质的波动性质292

一、德布罗意物质波假设292

二、电子衍射293

三、不确定关系294

一、波函数及其统计解释296

第六节 波函数薛定谔方程296

二、薛定谔方程297

三、一维无限深势阱298

四、势垒隧道效应300

第七节 量子力学的原子结构概念302

一、四个量子数303

二、多电子原子304

第八节 原子光谱与分子光谱305

一、原子光谱305

二、分子光谱306

思考题与习题十五309

第十六章 X射线311

第一节 X射线的产生311

一、X射线的产生装置311

第二节 X射线谱313

二、X射线的强度和硬度313

一、连续X射线谱314

二、标识X射线谱315

第三节 X射线的基本性质316

一、X射线的基本性质316

二、X射线的衍射317

第四节 物质对X射线的衰减规律318

一、单色X射线的衰减规律318

二、衰减系数与波长、原子序数的关系319

第五节 X射线的医学应用319

一、治疗319

二、诊断320

三、X-CT321

思考题与习题十六327

一、原子核的组成、质量和大小328

第十七章 原子核和放射性328

第一节 原子核的基本性质328

二、原子核的自旋和磁矩329

三、原子核的结合能及质量亏损330

四、原子核的宇称331

第二节 原子核的衰变类型332

一、α衰变332

二、β衰变333

三、γ衰变和内转换334

第三节 原子核的衰变规律335

一、衰变规律335

二、半衰期335

三、放射性活度337

四、放射性平衡337

一、带电粒子与物质的相互作用339

第四节 射线与物质的相互作用339

二、光子与物质的相互作用340

三、中子与物质的相互作用341

第五节 辐射剂量与防护及测量原理341

一、辐射剂量及其单位342

二、辐射防护343

三、射线的测量原理343

第六节 放射性核素在医学上的应用344

一、示踪的原理344

二、放射诊断345

三、肿瘤放射治疗348

思考题与习题十七350

一、粒子的能级与辐射跃迁352

第一节 激光的基本原理352

第十八章 激光及其医学应用352

二、粒子数按能级的分布353

三、光学谐振腔354

四、激光器与激光355

第二节 激光的特性356

一、方向性好356

二、亮度高、强度大356

三、单色性好357

四、相干性好357

五、偏振性好358

第三节 激光的医学应用358

一、激光的生物作用358

二、激光在基础医学研究中的应用361

四、医用激光器363

三、激光的临床应用363

五、激光的危害与防护364

思考题与习题十八364

第十九章 核磁共振366

第一节 核磁共振的基本概念367

一、原子核的磁矩367

二、核磁共振条件和拉莫尔方程369

三、弛豫过程和弛豫时间371

第二节 核磁共振谱373

一、谱线宽度373

二、化学位移374

三、自旋－自旋劈裂375

四、磁共振波谱仪375

一、磁共振成像的基本方法377

第三节 磁共振成像原理377

二、人体的磁共振成像379

三、如何产生氢核密度ρ和T1、T2加权图像380

四、磁共振成像临床诊断的物理学依据382

五、磁共振成像系统384

第四节 磁共振技术在医学中的应用385

一、分子水平385

二、细胞水平385

三、组织水平386

四、整体水平387

思考题与习题十九388

第二十章 生物非线性动力学简介389

第一节 运动及其相空间描述390

一、相空间390

第二节 混沌运动393

二、吸引子393

一、混沌运动行为394

二、奇怪吸引子396

第三节 分形与分维397

一、自相似性397

二、分数维398

第四节 生物系统非线性现象400

一、心脏搏动的电振荡特性400

二、可兴奋细胞的振荡和混沌401

三、生物混沌控制403

思考题与习题二十404

参考文献406

中英文对照408

附录 常用物理常数429