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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-CT291

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