本书为科学出版社“十四五”普通高等教育本科规划教材。教材的核心内容是按照教育部高等学校大学物理课程教学指导委员会编写的《医药类专业大学物理课程教学基本要求(2021年版)》选取的,共14章,每章都配有一定数量的例题与习题。全书内容在保证医药类专业物理课程本身的系统性基础上,凸显新形态教材的新颖性和实用性,力求体现出能最大程度地满足新时代人才培养要求的形式和内容。
全书采用双色排版印刷,每章的关键知识点视频、知识拓展内容及全部的附录等都通过二维码链接来体现,使纸质部分和数字部分相互交叉融为一体,以便叙述更清晰,内容更丰富。
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1966年12月出生,1990年东北师范大学理学学士,2000年哈尔滨医科大学工学硕士。现担任药学院医用物理教研室主任,教授,硕士研究生导师。从事一线工作30年。现承担医用物理学、医学电子学基础和医学影像物理学等本科课程讲授。主编副主编全国规划教材共十余部。
目录
绪论 1
一、物理学与医学的密切关系 2
二、医用物理学课程 4
三、物理学中的数据 5
四、量纲与单位 6
第1章 力学基础 8
1.1 力学基本定律 9
1.1.1 位移 速度 加速度 9
1.1.2 动量 动量守恒定律 11
1.1.3 功和能 能量守恒定律 12
1.2 刚体转动的运动学 15
1.2.1 角位移 角速度角加速度 15
1.2.2 角量与线量的关系 16
1.3 刚体转动的动力学 17
1.3.1 转动动能 转动惯量 17
1.3.2 刚体定轴转动定律 20
1.3.3 刚体转动的角动量守恒定律 22
1.3.4 刚体的进动 24
1.4 物体的弹性和形变 26
1.4.1 应变和应力 26
1.4.2 胡克定律 28
知识拓展 29
习题 31
第2章 流体的运动 33
2.1 理想流体 34
2.1.1 理想流体的定义 34
2.1.2 定常流动 34
2.1.3 连续性方程 35
2.1.4 伯努利方程 36
2.1.5 伯努利方程的应用 37
2.2 黏性流体 41
2.2.1 牛顿黏性定律 41
2.2.2 层流 湍流 雷诺数 42
2.2.3 黏性流体的伯努利方程心脏做功 44
2.2.4 斯托克斯定律 46
2.2.5 泊肃叶定律 47
知识拓展 50
习题 51
第3章 分子动理论 53
3.1 物质的微观结构 54
3.1.1 分子力 54
3.1.2 理想气体的微观模型 55
3.1.3 理想气体的状态方程 55
3.1.4 理想气体的压强 56
3.1.5 理想气体分子的平均平动能 58
3.2 理想气体的内能和压强 58
3.2.1 气体分子的自由度 58
3.2.2 能量按自由度均分定理 59
3.2.3 理想气体的内能 60
3.2.4 道尔顿分压定律 61
3.3 气体分子的麦克斯韦速率和能量分布 62
3.3.1 速率分布函数 62
3.3.2 麦克斯韦速率分布律 63
3.3.3 气体分子的三种统计速率 63
3.3.4 玻尔兹曼能量分布律 65
3.4 气体分子的碰撞 66
3.4.1 平均碰撞频率 66
3.4.2 平均自由程 67
3.5 液体的表面现象 68
3.5.1 表面张力和表面能 68
3.5.2 附加压强 71
3.5.3 毛细现象和空气栓塞 73
3.5.4 表面活性物质与表面吸附 75
知识拓展 77
习题 78
第4章 振动 80
4.1 简谐振动 81
4.1.1 简谐振动的振动方程 81
4.1.2 简谐振动的特征量 83
4.1.3 简谐振动的旋转矢量表示法 85
4.1.4 简谐振动的能量 86
4.2 简谐振动的合成 88
4.2.1 同方向同频率简谐振动的合成 88
4.2.2 同方向不同频率简谐振动的合成 90
4.2.3 互相垂直的简谐振动的合成 91
4.2.4 频谱分析 92
知识拓展 93
习题 94
第5章 机械波 96
5.1 机械波简介 97
5.1.1 机械波的产生和传播 97
5.1.2 机械波的几何描述 97
5.1.3 描述波的基本特征物理量 97
5.2 平面简谐波 98
5.2.1 平面简谐波的波函数 98
5.2.2 波函数的物理意义 99
5.3 波的能量与强度 100
5.3.1 波的能量 100
5.3.2 波的能量密度 101
5.3.3 波的强度 101
5.3.4 波在传播过程中的衰减 101
5.4 波的衍射和干涉 103
5.4.1 惠更斯原理 波的衍射 103
5.4.2 波的叠加原理 104
5.4.3 波的干涉 105
5.4.4 驻波 106
5.5 声波 107
5.5.1 声波的分类 107
5.5.2 声压和声阻抗 107
5.5.3 声强级和响度级 109
5.6 多普勒效应 112
5.7 超声波及其医学应用 114
5.7.1 超声波的特性 114
5.7.2 超声波的作用 115
5.7.3 超声波的产生与接收 116
5.7.4 超声波在医学中的应用 116
知识拓展 120
习题 121
第6章 静电场 123
6.1 电场 124
6.1.1 库仑定律 124
6.1.2 电场强度叠加原理及其应用 125
6.2 静电场的高斯定理及其应用 130
6.2.1 电场线 电通量 130
6.2.2 静电场的高斯定理 132
6.2.3 高斯定理的应用 134
6.3 电势 136
6.3.1 静电场的环路定理 136
6.3.2 电势及其叠加原理 138
6.3.3 电场强度和电势的关系 140
知识拓展 143
习题 143
第7章 磁场 146
7.1 磁场简介 147
7.1.1 磁现象 147
7.1.2 磁感应强度 148
7.2 毕奥-萨伐尔定律及其应用 149
7.2.1 毕奥-萨伐尔定律 149
7.2.2 毕奥-萨伐尔定律的应用 150
7.3 磁场的高斯定理和安培环路定理 154
7.3.1 磁场的高斯定理 154
7.3.2 磁场的安培环路定理 155
7.3.3 安培环路定理的应用 156
7.4 磁场对运动电荷和载流导线的作用 158
7.4.1 磁场对运动电荷的作用 158
7.4.2 磁场对载流导线的作用 163
7.4.3 磁场对载流线圈的作用 164
7.4.4 磁场力的功 165
7.5 磁介质 167
7.5.1 磁介质的磁化 167
7.5.2 磁介质中的安培环路定理 169
7.6 电磁感应 170
7.6.1 法拉第电磁感应定律 171
7.6.2 动生电动势和感生电动势 172
7.6.3 自感和互感 174
7.6.4 RL电路的暂态过程 176
7.6.5 磁场的能量 178
7.6.6 麦克斯韦电磁场理论 179
知识拓展 181
习题 182
第8章 直流电 185
8.1 恒定电流 186
8.1.1 电流密度 186
8.1.2 欧姆定律的微分形式 187
8.1.3 电流的功和功率 189
8.1.4 电动势 189
8.2 直流电路 191
8.2.1 一段含源电路的欧姆定律 191
8.2.2 基尔霍夫定律 193
8.3 电容 196
8.3.1 RC电路的充电过程 197
8.3.2 RC电路的放电过程 198
8.3.3 心脏除颤 199
知识拓展 201
习题 202
第9章 几何光学 204
9.1 球面折射 205
9.1.1 单球面折射成像 205
9.1.2 共轴球面系统 208
9.2 透镜 209
9.2.1 薄透镜基础知识 209
9.2.2 薄透镜成像公式 210
9.2.3 薄透镜组合 211
9.2.4 厚透镜 213
9.2.5 柱面透镜 214
9.2.6 透镜像差 215
9.3 几何光学的应用 216
9.3.1 眼睛与视力矫正 216
9.3.2 放大镜 221
9.3.3 光学显微镜 222
9.3.4 荧光显微镜和电子显微镜 224
知识拓展 225
习题 227
第10章 波动光学 228
10.1 光的干涉 229
10.1.1 相干光 229
10.1.2 光程和光程差 229
10.1.3 杨氏双缝干涉实验 231
10.1.4 劳埃德镜实验 234
10.1.5 薄膜干涉 234
10.2 光的衍射 239
10.2.1 单缝衍射 240
10.2.2 圆孔衍射 243
10.2.3 光栅衍射 244
10.3 光的偏振 247
10.3.1 偏振光和自然光 247
10.3.2 起偏和检偏 马吕斯定律 249
10.3.3 布儒斯特定律 250
10.3.4 旋光现象 251
知识拓展 253
习题 254
第11章 量子力学基础 256
11.1 热辐射和普朗克能量量子化假设 257
11.1.1 热辐射 257
11.1.2 黑体辐射实验 257
11.1.3 普朗克能量量子化假设 259
11.2 光的波粒二象性 260
11.2.1 光电效应 260
11.2.2 康普顿效应 264
11.3 物质波及其波动性 267
11.3.1 德布罗意物质波 267
11.3.2 不确定关系 270
11.3.3 波函数及其统计解释 272
11.4 薛定谔方程 274
知识拓展 278
习题 280
第12章 相对论基础 281
12.1 相对论诞生的背景 282
12.1.1 经典力学的绝对时空观 282
12.1.2 伽利略变换 283
12.1.3 经典时空观与实验的矛盾——迈克耳孙-莫雷实验 284
12.2 狭义相对论的两条基本假设 285
12.3 洛伦兹变换 286
12.3.1 洛伦兹坐标变换 286
12.3.2 相对论中的速度变换 287
12.4 狭义相对论的时空观 288
12.4.1 同时性的相对性 288
12.4.2 时间延缓效应 290
12.4.3 长度收缩效应 291
12.4.4 两种时空观对照 293
12.5 狭义相对论动力学基本关系式 293
12.5.1 相对论中的质量和动量 294
12.5.2 相对论中的动能和质能 295
12.5.3 相对论中的能量和动量的关系 296
12.5.4 光子的能量、动量、质量 297
12.6 广义相对论简介 297
知识拓展 301
习题 302
第13章 核物理 303
13.1 原子核的一般性质 304
13.1.1 原子核的电荷、质量、大小 304
13.1.2 原子核的自旋、磁矩 305
13.1.3 原子核质量亏损、结合能 306
13.2 原子核的放射性衰变 核辐射剂量 辐射防护 308
13.2.1 原子核的放射性衰变 308
13.2.2 核辐射剂量与辐射防护 313
13.3 放射线测量基本原理与医学应用 315
13.3.1 放射性衰变的统计规律 315
13.3.2 医用核辐射探测器 317
13.3.3 能量分辨率和探测效率 322
13.3.4 γ射线能谱 323
13.3.5 放射线的医学诊断应用 324
13.3.6 放射线的放射治疗 327
知识拓展 328
习题 329
第14章 X射线和激光 330
14.1 X射线的产生及其基本性质 331
14.1.1 X射线的产生 331
14.1.2 X射线的基本性质 333
14.1.3 X射线的强度和硬度 334
14.1.4 X射线谱 334
14.2 X射线与物质的作用及其应用 337
14.2.1 X射线的衍射 337
14.2.2 X射线的吸收 338
14.2.3 X射线的衰减 340
14.2.4 X射线的医学应用 342
14.3 激光 347
14.3.1 激光产生原理及特性 347
14.3.2 激光器 349
知识拓展 351
习题 353
参考文献 354
附录 355