天津中医药大学生物医学工程专业《医用物理学》2018年大纲

天津中医药大学生物医学工程专业《医用物理学》2019年大纲

一、课程简介

要求：掌握流体、液体表面现象、声波、磁场、电场、电流、几何光学、波动光学、X射线、核医学成像技术的物理原理；理解物理现象的基本过程；了解物理因子与生物体的相互作用规律等。

二、 内容和要求

【要求】通过对物理学研究对象的了解，弄清物理学与现代医学的内在联系。

【内容】物理学的研究对象，物理学与医学的关系。

第一章 力学基本定律

【 要求】  在中学力学知识的基础上总结提高，对医学上需要的力学基础知识作进一步的讨论，掌握物体弹性的一般规律，为了解生物组织的力学性质打基础。

【内容】 刚体的转动 角量与线量的关系 转动动能与转动惯量 力矩与转动定律 动量矩守恒定律，物体的弹性，应力与应变，杨氏弹性模量，骨骼与肌肉的力学性质。

第二章 流体的运动

【要求】掌握理想流体和稳定流动的概念、连续性方程、伯努力方程与泊肃叶定律及其应用；理解层流与湍流、雷诺数的概念、粘性流体的伯努力方程的物理意义；了解心脏作功、血液的粘度及其影响因素、人体循环系统中的血流特点。

【内容】

1．理想流体的流动

理想流体，稳定流动，液流连续原理。

2．伯努利方程

伯努利方程及应用。

3．实际流体的流动

流体的粘滞性，层流、湍流、雷诺数，泊肃叶方程，流量与流阻、压强差的关系，粘性流体的伯努力方程。

4．斯托克斯定律

斯托克斯定律，沉降速度。

5．血液在循环系统中的流动

心脏作功，血流速度分布，血流过程中的血压分布。

重点：1．稳定流动的概念，流体连续原理的应用。

2．伯努利方程的意义及其应用(计算和解释现象)。

难点：伯肃叶公式推导。 

第三章 振动、波动和声波  

【要求】深入掌握振动与波动的基本规律。了解声学的基本概念和超声的特点及医学应用。

【内容】简谐振动 谐振动方程 相位 相位差 旋转矢量法 谐振动能量 振动的合成 同方向同频率谐振动的合成 垂直方向同频率谐振动的合成 受迫振动 阻尼振动 共振波的产生和传播 简谐波的波动方程 波的强度 波的衰减  惠更斯原理 波的叠加原理 波的干涉和衍射 声波 声压 声阻 声强 声强级和响度级 超声的产生与接收 超声的性质 超声诊断与治疗 多普勒效应 超声血流计

第四章   分子动理论  

【要求】掌握液体表面张力的基本规律。掌握液体的表面张力、表面能的概念，弯曲液面的附加压强；理解毛细现象和气体栓塞；了解表面活性和表面吸附。

【内容】表面张力和表面能 表面张力系数及物理意义 表面吸附和表面活性物质 弯曲液面的附加压强 毛细现象 气体栓塞  

重点：表面张力，表面能，附加压强，气体栓塞。

难点：弯曲液面的附加压强

第五章 热力学基础  

【要求】掌握热力学第一、第二的基本内容。

【内容】功 内能和热量 热力学第一定律 人体的能量平衡 理想气体的等值过程 热力学第二定律 熵 热力学和生命系统

第六章 静电场  

【要求】掌握描述静电场的两个物理量（场强和电势）的性质及关系。了解外电场与电介质的相互作用。掌握电场强度的概念及计算方法，理解高斯定理的内涵、电势的定义及求解方法、电偶层的电势；了解心电场的形成和心电图的测量原理。

【内容】 电场强度 点电荷的电场 场叠加原理 偶极子的场强 电通量 高斯定理 电场力的功 电势 等势面 偶极子的电势 场强与电势的关系 电势梯度 静电场中的电介质 电介质的极化 极化强度 介电常数 电容器 静电场的能量

重点：高斯定理及其应用，电偶极子的电势和电偶层

难点：心电场的形成和心电图的测量原理

第七章 稳恒电流  

【要求】握电流产生的原因及其流动规律，了解生物电势的来源。掌握基尔霍夫定律，稳恒电流的性质；了解生物膜电位的形成。

【内容】稳恒电流 电流密度 欧姆定律的微分形式 电源电动势 电解质的导电性 离子迁移率 含源电路的欧姆定律 基尔霍夫定律 直流电在医学中的应用

重点：基尔霍夫第一定律、第二定律及其应用

难点：生物膜电位的形成

第八章  光学

【要求】通过光的干涉和衍射现象，认识光的波动性质。通过光的偏振，认识光是横波。掌握相干光的概念，偏振光概念，马吕斯定律；了解双缝干涉及明暗纹条件、单缝衍射及明暗纹条件、偏振光的产生和检验。掌握单球面折射系统、共轴球面折射系统、薄透镜的成像规律、角放大率、显微镜的放大率及显微镜的分辨本领；理解人眼光学系统成像特点，掌握非正常眼屈光不正的矫正法；了解厚透镜成像特点和几种特殊显微镜。

【内容】

1．光的干涉 相干光，双缝干涉及明暗纹条件，光程，薄膜干涉。

2．光的衍射  单缝衍射，光栅衍射，圆孔衍射，二向色性 旋光性。

3．偏振光  偏振光，马吕斯定律，起偏器，检偏器。

4．球面折射  单球面成像公式，共轴球面系统。

5．薄透镜  薄透镜公式推导，焦度，眼睛的焦度，透镜的组合，透镜的像差。

6．厚透镜  厚透镜的三对基点，成像作图法。

7．眼睛 眼的结构和光学系统，眼的分辨本领，眼的屈光不正及矫正。

8．几种医用光学仪器  放大镜，纤镜，显微镜。 旋光仪

重点：相干光、干涉、衍射的概念，衍射光栅公式，马吕斯定律。单球面折射成像公式，薄透镜成像公式，眼的屈光不正及矫正

难点：双缝干涉，单缝衍射，显微镜分辨本领推导

第九章 电磁现象  

【要求】掌握磁场的性质，磁场对电流的作用。了解电磁波产生的原理及电磁波的本质。

【内容】磁场 磁感应强度 磁通量 磁场高斯定理 毕奥-沙伐尔定律

洛仑兹力 安培力 霍尔效应 磁矩 磁导率 磁化强度 电磁感应定律 磁场的能量 电磁振荡 高频电磁场对机代表的作用

第十章 量子力学基础

【要求】掌握光的辐射和吸收的规律。认识光的量子性质和微观粒子的波动性。

【内容】热辐射 黑体的概念 基尔霍夫辐射定律 黑体辐射能量分布

斯蒂芬-玻尔兹曼定律 维恩位移定律  普朗克量子假说 光电效应 康普顿散射

光子的质量和动量 光的二象性 微观粒子的波动性 德布罗意波 物质波

第十一章 X射线  

【要求】掌握X射线的产生原理、一般特性和它与物质的相互作用。掌握X射线强度和硬度的概念、X射线谱的分类及其产生机制、X射线在物质中的衰减规律及其应用；理解X射线的产生条件；了解X射线的医学应用。

【内容】

1．X射线的产生  X射线的发生装置，X射线的强度和硬度。

2．X射线谱  连续X射线谱，标识X射线谱。

3．X射线的基本性质

4．X射线在物质中的衰减规律

衰减规律，线吸收系数，质量吸收系数，衰减系数与波长、原子序数的关系。

5．X射线的医学应用   X射线在治疗上的应用，X射线在医学诊断上的应用，X-CT。

重点： 1．X射线的产生机制  2．X射线的强度和硬度  3．X射线在物质中的衰减规律

难点：标识X射线谱

第十二章 原子核与放射性  

【要求】掌握原子核结构和放射性衰变的一般规律以及射线被物质吸收的机制。掌握放射性核素衰变类型，核衰变规律，放射性活度、半衰期、平均寿命；理解原子核的基本性质；了解放射性核素在医学上的应用及放射线防护的一般知识。了解射线的探测与射线的剂量。

【内容】原子核的结构 同位素菜 原子核的结合能 原子核的放射性衰变 α衰变 β衰变和电子俘获 γ衰变和内转换核衰变规律 衰变常数 半衰期 平均寿命 放射性活度 放射平衡射线与实物的相互作用 吸收规律与射程  射线的探测 射线剂量的测定 放射线的防护 放射性同位素在医学上的应用

重点： 核衰变规律，放射性活度。

难点： 质量亏损和结合能

第十三章 激光及其医学应用

【要求】掌握激光产生的基本原理、激光的特性；了解激光的医学应用。

【内容】光辐射及其形式—— 激光产生的基本原理；激光的特性；激光的医学应用

重点：激光产生的基本原理，激光的特性。

难点：光辐射及其形式。

三、实验内容和要求

【要求】实验课是本门课程的重要组成部分，但不是理论课的附属品，它应该有相对的独立性。通过实验，学生应达到如下要求：

1．熟悉常用仪器的一般原理、构造以及使用方法；

2．掌握物理学的实验方法，正确处理实验结果，能正确按数据画出曲线，并进行结果分析；

3．掌握实验误差的基本概念，分析误差发生原因。能够按照有效数字的运算规则进行数据的记录和运算；

4．逐渐提高学生实验的独立操作能力，培养他们严谨的工作作风的科学作风。

【实验内容】

1．基本测量

2．用奥氏黏度计测量乙醇的黏度

3．心电图机的使用

4．B型超声波诊断仪的使用

5．用衍射光栅和分光计测量光波波长定

6．CT计算机模拟实验----图像重建和图像后处理技术

7．CT计算机模拟实验----窗口技术

8．非正常眼的模拟与矫正

无

变化情况：无变化