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绪论1

第一章人体力学的基础知识6

第一节牛顿运动定律6

一、位移速度加速度6

二、牛顿运动定律7

第二节功和能8

一、功8

二、动能定理9

三、势能9

四、功能原理10

五、能量转化和守恒定律10

第三节动量11

第四节刚体绕固定轴的转动12

一、刚体转动的运动学12

二、刚体转动的动力学13

三、刚体的转动定理14

四、刚体转动的角动量守恒定律15

五、陀螺的旋进16

第五节物体的弹性和形变17

一、应变和应力17

二、弹性模量18

三、弹性膜的拉普拉斯公式19

四、弹性和粘弹性20

第六节骨力学和软组织力学概述21

一、骨组织和形变21

二、骨的粘弹性及骨的外力损伤22

三、应力作用与骨生长及创伤恢复23

四、血管和肌肉的力学性质24

习题24

第二章流体的运动26

第一节理想流体连续性方程26

一、流体运动的研究方法26

二、定常流动27

三、连续性方程27

第二节伯努利方程28

一、伯努利方程28

二、伯努利方程的应用29

第三节粘性流体的运动31

一、牛顿粘性定律31

二、层流与湍流雷诺数32

三、粘性流体的伯努利方程33

四、斯托克斯定律34

第四节泊肃叶定律34

一、泊肃叶定律34

二、泊肃叶定律的推导35

第五节血流动力学与流变学基础36

一、心脏的功与功率36

二、人体血循环系统中的血流特点37

三、血液的粘度及其影响因素38

习题39

第三章振动和波43

第一节简谐振动43

一、简谐振动方程43

二、简谐振动的矢量图表示法45

三、简谐振动的能量45

第二节阻尼振动受迫振动共振47

一、阻尼振动47

二、受迫振动48

三、共振48

第三节振动的合成与分解49

一、两个同方向同频率简谐振动的合成49

二、两个同方向频率相近的简谐振动的合成50

三、相互垂直的同频率的简谐振动的合成51

四、频谱分析原理51

第四节波动的基本规律53

一、波的产生与描述53

二、波长波的周期和频率波速54

三、平面简谐波的波动方程55

第五节波的能量与波的衰减56

一、波的能量56

二、能流和能流密度56

三、波的衰减57

第六节波的叠加和干涉58

一、惠更斯原理58

二、波的干涉58

三、驻波60

习题62

第四章声波64

第一节声波的基本性质64

一、声压64

二、声特性阻抗65

三、声强66

第二节声强级和响度级66

一、声强级66

二、响度级67

第三节多普勒效应68

第四节超声波及其医学上的应用70

一、超声波的特性70

二、超声波的产生72

三、超声波成像的基本原理72

习题76

第五章分子动理论78

第一节物质的微观模型78

第二节理想气体分子动理论79

一、理想气体的物态方程79

二、理想气体的微观模型80

三、理想气体的压强公式80

四、理想气体的能量公式81

五、理想气体的分压定理82

第三节气体分子速率分布和能量分布82

一、麦克斯韦速率分布律82

二、分子的平均自由程和平均碰撞频率84

三、玻尔兹曼能量分布律84

第四节输运过程84

一、热传导过程85

二、扩散过程85

三、透膜输运86

第五节液体的表面性质86

一、表面张力和表面能86

二、弯曲液面的附加压强88

三、毛细现象和气体的栓塞89

四、表面活性物质和表面吸附91

习题91

第六章热力学基础93

第一节基本概念93

一、热力学系统93

二、准静态过程93

三、态函数94

四、功热量内能94

第二节热力学第一定律95

一、热力学第一定律95

二、热力学第一定律对理想气体的应用96

三、人体的能量交换98

第三节热力学第二定律99

一、循环过程与热机效率100

二、卡诺循环100

三、可逆过程与不可逆过程102

四、热力学第二定律102

五、卡诺定理102

六、热力学第二定律的统计意义102

第四节熵与熵增加原理103

一、克劳修斯等式104

二、熵104

三、熵增加原理105

四、熵的计算106

第五节热力学第二定律与生命系统106

一、自组织现象106

二、生命与熵107

习题107

第七章静电场109

第一节电场与电场强度109

一、电场109

二、电场强度110

三、电场的叠加原理110

四、场强的计算110

第二节高斯定理112

一、电场线与电通量112

二、高斯定理113

三、高斯定理的应用114

第三节电势114

一、静电场力作功114

二、电势与电势差115

三、电势梯度117

第四节电偶极子与生物膜电位117

一、电偶极子的电势117

二、电偶层119

三、能斯特方程120

四、神经细胞的静息电位121

第五节静电场中的电介质122

一、电介质的极化122

二、电极化强度123

三、电介质内部的电场强度124

四、介质中的高斯定理125

第六节静电场的能量125

一、电容电容器125

二、电容器中的能量127

三、静电场的能量127

习题128

第八章直流电131

第一节稳恒电流的性质131

一、电流与电流密度131

二、欧姆定律的微分形式132

第二节基尔霍夫定律133

一、电源电动势133

二、含源电路的欧姆定律133

三、基尔霍夫定律及其应用134

第三节RC电路的暂态过程135

一、电容器的充电过程135

二、电容器的放电过程136

第四节直流电的医学应用137

一、直流电对机体的作用137

二、直流电在医学中的应用137

习题138

第九章电流的磁场140

第一节磁场和磁感应强度140

一、磁场140

二、磁感应强度140

三、磁通量141

第二节描述磁场的基本定理141

一、磁场的高斯定理141

二、毕奥-萨伐尔定律141

三、毕奥-萨伐尔定律的应用142

四、安培环路定理144

第三节磁场对运动电荷的作用145

一、洛伦兹力145

二、带电粒子在磁场中的运动146

三、霍尔效应147

四、质谱仪和回旋加速器148

第四节磁场对载流导线的作用149

一、安培定律149

二、磁场对载流平面线圈的作用150

三、磁矩150

第五节磁介质151

一、介质中的磁场151

二、磁介质的分类152

三、超导体及其磁学特性153

习题154

第十章电磁感应与电磁场156

第一节电磁感应的基本定律156

一、电磁感应现象156

二、法拉第电磁感应定律157

三、楞次定律157

第二节感应电动势158

一、动生电动势158

二、感生电动势159

第三节磁场的能量159

一、互感与自感159

二、自感线圈的能量161

三、磁场的能量161

第四节电磁场与电磁波161

一、麦克斯韦方程组161

二、电磁场与电磁波163

习题164

第十一章几何光学167

第一节球面成像167

一、单球面折射167

二、共轴球面系统169

第二节透镜170

一、薄透镜成像公式170

二、薄透镜的组合171

三、共轴光具组172

四、柱面透镜173

五、透镜的像差174

第三节眼175

一、眼的光学结构与调节175

二、视力屈光不正及其矫正176

第四节放大镜和显微镜178

一、放大镜178

二、显微镜的成像原理179

三、分辨本领180

第五节特种显微镜与纤镜182

一、特种显微镜182

二、纤镜184

习题184

第十二章光的波动性187

第一节光的干涉187

一、相干光源187

二、杨氏双缝实验188

三、光程189

四、薄膜干涉191

第二节光的衍射192

一、单缝衍射193

二、衍射光栅194

三、圆孔衍射195

第三节光的偏振196

一、自然光和偏振光196

二、偏振光的产生和检验196

第四节偏振光的应用199

一、偏振光的干涉199

二、旋光性201

习题201

第十三章光的粒子性204

第一节黑体辐射204

一、热辐射现象204

二、基尔霍夫辐射定律204

三、黑体辐射的实验定律206

四、普朗克量子假说207

第二节光电效应208

一、光电效应208

二、爱因斯坦的光子假说209

三、光子的质量与动量209

第三节光的波粒二象性210

一、康普顿效应210

二、光的波粒二象性211

第四节激光211

一、激光的产生机制212

二、激光的特性213

三、激光的生物效应213

四、激光的医学应用214

习题215

第十四章X射线218

第一节X射线的产生218

一、X射线的发生装置218

二、X射线的强度和硬度219

三、X射线谱220

第二节X射线的基本特征222

一、X射线的性质222

二、X射线衍射223

第三节X射线的衰减规律224

一、单能窄束X射线的吸收衰减规律224

二、质量衰减系数225

三、质量衰减系数与波长及原子序数的关系225

第四节X射线的医学应用226

一、诊断226

二、治疗227

习题227

第十五章原子核和放射性229

第一节原子核的基本性质229

一、原子核的组成229

二、原子核的角动量和磁矩231

三、原子核的稳定性231

第二节放射性核素的衰变种类232

一、α衰变232

二、β衰变233

三、γ衰变和内转换234

第三节放射性核素的衰变规律234

一、衰变规律234

二、半衰期和平均寿命235

三、放射性活度235

四、放射性平衡236

第四节射线与物质的相互作用237

一、带电粒子与物质的相互作用237

二、γ射线与物质的相互作用237

三、中子与物质的相互作用238

第五节电离辐射防护239

一、电离辐射的生物效应239

二、电离辐射剂量单位239

三、电离辐射的防护240

第六节放射性核素在医学上的应用240

一、放射治疗240

二、示踪诊断241

三、磁共振成像242

习题243

第十六章相对论基础245

第一节狭义相对论的基本假设245

一、迈克尔孙-莫雷实验245

二、爱因斯坦的狭义相对论假说246

三、洛伦兹变换246

第二节狭义相对论时空观247

一、同时性的相对性247

二、时间延缓248

三、长度缩短249

第三节相对论力学基础250

一、质量的相对性250

二、相对论动能251

三、相对论质能关系252

第四节广义相对论简介253

一、惯性质量与引力质量253

二、等效原理254

三、广义相对性原理255

四、广义相对论的三个验证255

习题256

第十七章量子力学基础258

第一节玻尔的氢原子理论258

一、氢原子光谱的实验规律258

二、玻尔的氢原子理论假说260

第二节实物粒子的波动性261

一、德布罗意假设261

二、物质波的统计解释262

三、不确定关系262

第三节薛定谔方程264

一、波函数264

二、薛定谔方程265

三、一维无限深势阱中运动的粒子265

四、势垒与隧道效应267

第四节量子力学的原子结构理论268

一、四个量子数268

二、原子的壳层结构269

三、分子结构简介270

习题271

第十八章混沌动力学基础273

第一节混沌运动273

一、Logistic方程273

二、从周期倍化到混沌274

三、混沌区的秩序276

第二节混沌与奇怪吸引子277

一、相空间与吸引子277

二、混沌运动和奇怪吸引子278

第三节分形与分维280

一、分形280

二、分维282

第四节生物混沌282

一、生物分形282

二、生物混沌283

习题285

附录一矢量运算简介286

附录二基本物理常数289

附录三单位制和量纲国际单位制290

名词索引292

参考文献298