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绪章绪论
学习医学物理学的基本内容
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●0.1绪论
学习医学物理学的基本内容
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第一章力学基本定律
力学是研究物质机械运动规律的学科。作为物理学大厦的基础,力学中所建立的概念和方法贯彻物理学的各个分支。本章将引入两种理想的力学对象模型:质点和刚体。利用理想模型,首先建立描述物体运动的标准框架,其中涉及到参照系、(角)位移、(角)速度、(角)加速度等概念;其次阐述物体运动的原因,这部分内容总结为牛顿运动定律、转动定律,以及力学中的各种守恒律。
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●1.1质点的运动
以最简单的模型——质点为研究对象,介绍了描述运动学方程的相关物理量:位移、速度、加速度定义和数学表达式。
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●1.2牛顿运动规律
本节重点学习力学动力学的基础:牛顿三大定律,给出惯性系和非惯性系的定义和实例,介绍超重和失重的定义和生物学效应。
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●1.3功和能的概念及能量守恒定律
讨论力在空间上的累积效应——功,以及物体具有做功的本领——能。给出动能、势能和机械能的定义,介绍功能原理及机械能守恒定律。
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●1.4动量及动量守恒定律
介绍力在时间上的累积量——冲量与动量定理,推导系统动量守恒的条件;以一维两体碰撞为例,讨论恢复系数与碰撞中系统能量损失的关系。
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●1.5刚体的定轴转动
对刚体运动的全面阐述,可展现该理论出奇简洁和优美的特点。本节将介绍质心运动定理,讨论刚体定轴转动的相关问题,如功能原理、机械能守恒、角动量守恒。
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第二章流体的运动
流体动力学是水力学,空气动力学,生物力学等学科的基础理论,掌握流体运动的规律,对研究人体血液循环系统、呼吸过程,及相关的医疗设备十分必要。本章将介绍理想流体和稳定流动的基本概念;连续性方程和理想流体伯努利方程的物理意义和应用;牛顿黏滞定律和泊肃叶定律的物理意义及其应用;层流、湍流及雷诺数的基本概念,运用黏性流体伯努利方程解决简单的实际问题。
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●2.1理想流体的稳定流动
介绍理想流体和稳定流动的定义,根据质量守恒原理推导稳定流动流体的连续性方程。
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●2.2黏性流体的流动
研究理想流体在重力场中做稳定流动时,流体在流管各处的流速、压强和高度三者之间的关系,推导出理想流体的伯努利方程,并介绍其物理意义和应用。
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第三章振动
在经典物理和量子物理中,周期性运动的谐振子是一个非常重要的模型。本章将介绍最简单的机械振动——简谐振动的基本规律及其合成。
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●3.1简谐振动及其合成
讨论简谐振动的基本规律及其特征物理量的意义;典型简谐振动的合成。
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第四章机械波
本章将学习描述波动的基本物理量,根据已知质点的简谐振动表达式建立平面简谐波的波函数;理解波函数的物理意义;掌握波的相干条件,运用相位差和波程差的概念确定相干波叠加后振幅的强弱条件。
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●4.1机械波的描述及方程
介绍机械波的定义和产生条件;描述波动的基本物理量及其函数表达式。
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●4.2波的能量
描述波的能量和强度,介绍波的衰减规律。
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●4.3波的干涉
学习惠更斯原理、波的叠加原理及产生干涉的条件;讨论两列波的干涉现象;介绍调幅波和驻波的特点。
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●4.4多普勒效应
介绍多普勒效应特点及其应用。
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第五章静电场
电磁场是经典物理中与粒子性物质截然不同的一种新的物质形态。其中静电场的物理效应体现为对场中的外来电荷产生力的作用。本章将从库仑定律出发,引入空间一点处电场强度的定义和计算式。接着,对静电场整体空间几何特征的考察总结成为两大定理:高斯定理和环路定理。在静电场一般性质基础上,本章将讨论一类特殊带电体——电偶极子的电场,利用电偶极子,本章将构建心肌细胞电极化模型并简要描述人体的心电活动。
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●5.1电场强度
本节由库仑定律出发得到点电荷电场的表达式,并在点电荷电场的基础上利用场强叠加原理解决任意电荷分布在空间中所产生电场的问题。空间电场分布利用电场线描述之,另外引入电通量的概念。通过闭合曲面上电通量的计算,证明静电场的高斯定理。建立电场有源的概念。结合高斯定理与对称性,本节将展示求解空间场强的简妙方法。
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●5.2环路定理与电势
本节通过计算场强沿闭合曲线的线积分,证明静电场的环路定理,以及静电场的保守型,由此引入电势的概念
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●5.3电偶极子的电场与心电活动
本节讨论等量异种电荷在空间分离有限距离所形成的带电体——电偶极子的电场。在此基础上建立心肌细胞的电极化模型,讨论心肌细胞的极化,除极和复极过程,并对人体心电活动进行简要的介绍。
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第六章稳恒磁场
稳恒磁场是经典电磁场的另一组成部分。与静电场相比,磁场的起源较为复杂。本章将首先介绍计算空间磁场的毕奥-萨法尔定律,继而考察稳恒磁场的整体空间几何特征,即磁场的高斯定理和安培环路定律。最后,磁场的直接物理效应总结为洛伦兹力公式和安培力公式。
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●6.1磁感应强度
空间中磁场的强弱称为磁感应强度,本节探讨磁场与电流的关系,计算空间磁感应强度的毕奥-萨法尔定律以及磁场所满足的一个结论异常简单清晰的高斯定理。本节介绍关于稳恒磁场的最重要定理———安培环路定律。结合安培环路定律与对称性,本将展示计算空间磁感应强度的简妙方法。高斯定理和环路定理(定律)共同刻画了空间电磁场的整体几何性质,基于这两大定理,将对静电场和稳恒磁场作一番比较。
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●6.2磁场对运动电荷的作用
本节介绍磁场对运动电荷的作用力——洛伦兹力的性质和计算,以及基于洛伦兹力的,磁场对载流导线的安培力的计算。
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第七章波动光学
本章将以光的波动性质为基础,讨论光在传播过程中产生的干涉、衍射和偏振现象,以及这些现象遵循的规律。
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●7.1光的干涉
干涉现象是波动过程的一个基本特征。通过杨氏双缝干涉实验、洛埃德镜实验和薄膜干涉现象理解光的相干性,会运用光程差和干涉明暗条纹的出现条件解决实际问题,掌握半波损失产生的原因。
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●7.2光的衍射
掌握惠更斯-菲涅耳原理、单缝衍射、圆孔衍射和光栅衍射的相关公式和应用;了解菲涅耳衍射和夫琅和费衍射的区别。
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●7.3光的偏正
光作为波长很短的电磁波,光的偏振现象从实验角度证实了光的横波性质。掌握偏振光的特性和马吕斯定律。理解自然光的非偏振性原因,偏振片的起偏和检偏原理,及反射和折射时的偏振。