医学物理学课件.pdf

医学物理学1绪论物理学是一门医学生必修的基础课，是一切自然 科学与工程技术学科（包括医药学）不可缺少的基础。一、什么是医学物理学是向物理学的理论解释生命过程中的生理及病理现象，把 物理学的技术应用于医学实践的一门边缘学科。二、物理学的研究对象和方法1.物理学的研究对象物理学是研究自然界中物质运动最基本、最普遍的性质一提问：物质的两种基本形态是一固、液、I气态？是运动和静止?_物质的运动形式是极其多样的。物理学所研究的运动形 式，普遍存在于其他高级的、复杂的物质运动形式中。3.2.物理学的研究方法观察、实验、假说、理论这种研究方法具有普遍意义。“知识只有通过实践与思考才会变成力量，这就要求 要有责任感和良好的习惯与作风。”一一吴阶平院士（首医首任院长）学习物理学，更应该培养严谨、严格的科学作风。在 科学实验时，一是一、二是二，如实记录实验条件、环 境和结果。如果结果正确或合理，则据此得出结论；如 果结果不正确或不合理，也应该如实记录，并分析出现 这种结果的原因。物理的学习过程，就是对严谨科学作 风的训练过程。.4.法拉第(Michael Faraday 16714867年)迈克尔法拉第是在电学上作出了巨 大贡献的英国科学家。发现电磁感应是 他为物理学所做的一项最伟大的贡献。2 生7白年麦克斯韦评价法拉第说：“他（的实验记录）既告 诉我们他的不成功的实验，也告诉我们他的成功 的实验，即告诉我们他的粗糙的想法，也告诉我 们那些成熟的。归纳能力不及他的读者，感到共 鸣多于敬佩，并且引起这样一个信念，如果他有 这样的机会，将也成为一个发现者。”法拉第的实验日记共8卷，记录他在1820-1862年进行过的16041则实验。这些宝贵的经验,不知使后来的物理学实验少走多少弯路！三、物理学与医学的关系物理学提供了设计、研究和使用医学仪 器的基础知识、技术和技能。科学仪器越 来越往高、精、尖发展，得出的结论结果 越来越明确。但如果操作者能够了解仪器 的测量原理和手段，就更可能充分利用它 的潜力，甚至开发出新的用途。.6.三、物理学与医学的关系医学的发展历来与物理学的发展有密切 的关系，物理学发展过程中经历了三次飞 跃，都极大地促进了医学技术的发展。十七八世纪，牛顿力学的建立和热力学、光学的发展，温度计、压强 l十七八世纪，牛顿力学的建立和热力学、光学A 4 4 A、4.、一 4 4 4 4、.44 4%.一一 4 d 4 、.A 4 4 :19世纪，电磁理论的建立，X射线的发现和心|学mt4/里加工播开U66渣*舟左66心辰右加+20世纪以来，相对论和量子力学的建立，放射 性、磁共振、激光、计算机技术等在医学现代 化中已经成为不可缺少的诊断、治疗手段。.7.三、物理学与医学的关系医学的发展历来与物理学的发展有密切 的关系，物理学发展过程中经历了三次飞 跃，都极大地促进了医学技术的发展。十七八世纪，牛顿力学的建立和热力学、光学的发展，温度计、压强 计、显微镜等仪器的发明，极大地弥补了医学检测手段的不足。19世纪，电磁理论的建立，X射线的发现和心脏电偶极子模型的建 夫 帮左呼帖哈矗右用卡帖/官出物理学与医学的密切关系还表现在，许多科学 家运用物理学的知识和研究方法为医学做出了贡 献，同时在对医学问题的研究过程中也建立了一 些物理学的理论。.8.物理学技术在生命科学中的应用生命微观机制的研究运用了量子力学方法，运 用了过去已经发展起来以及近代正在发展的各种 技术，特别是物理学技术。现代基础医学研究、预防、临床诊断和治 疗方面的技术手段正在日新月异发展着，其 中主要是物理学技术，如 各种窥电子显微 微波、超声、磁共振、断层显像、核医术。.9.、物理学的学习要求和方法我们要学习物理学的“观察、实验、假说、理论的研究方法，而严谨、严 格的科学作风的培养是什么时候都不能 中断的。.10.物理学的学习要求和方法学习物理学，要认真听课、作笔记，做好预习 和复习、做习题、做实验。要按时交作业，作业都有记录。（作业，要有 作业本，交作业时写上姓名和学号）交作业：各班课代表收齐作业后按学号排序整理好，交到教学楼435办公室。答疑时间：每周四下午第七节3:304:30学期成绩：期末考试占60%,平时成绩占40%.11.第二章波动和声波波动是振动在空间的传播。各种信息的传播几乎都要借助于波。机械振动在媒质中的传播称为机械 波。波除有机械波外，还有电磁波等其 它种类的波。声波是一种机械波。.12.振动在介绍波动之前，我们先来X振动(vibration)是自然界中 物体在空间某一位置附近所竹 为机械振动。简谐振动是一种最简单、最基本的振动。简谐振动可以用简谐振动 方程来描述：x=Acos(W+0)TA简谐振动曲线-1.000 dmO弹簧振子模型B其中“是振动位移，4是振幅，0是初相位,率，频率六3 0冗，周期T二f。G是角频.13.第一节波的产生与传播一、波(wave)的产生机械振动在弹性媒质中传播。产生机械波的两个条件：波源和弹性媒质。横波和纵波。声波通常是纵波。超声波：/20,000hz,次生波：/刈 乂”。_ “T 一，prxjX 内冷胀也收扁的室瓢7,六j 上4 黑生彳心、.第四节超声波超声波是频率大于20 000hz的声波，人耳听不见。、超声波的产生与接收I压电效应 电致伸缩效应I高频脉冲压螭三，知士、底的种苗 发生器、超声波的性质 方向性好 _探头强度大超声波回波探测就是基于此。穿透能力强（固体和液体）容易受到障碍物的反射.42.三、超声波的生物效应超声波在媒质中传播，对媒质产生以下四种效应：热效应标械能转化成媒质内能，用于临床理疗，选择性地治疗肿瘤。机械效应使媒质分子产生剧烈的机械振动，加速度大、压强大 空化作用液体内部形成瞬间闭合的空腔。空化作用增强了机械作用。声流效应溶液中的一些悬浮粒子会发生平动或转动，导致细胞损伤.43.超声波对生物体的损伤(1)/较小时，作用时间/长-热作用为主/较大时，短一一空化作用为主/居中，居中一一机械作用为主(2)频率/越低(在超声波范围)，损伤越严重(3)65MHz,不会产生损伤.44.超声波生物效应安全区0.001 0.0.01Os i O o O1(10310“6时间,S.45.超声的安全剂量生物体对超声波都有一个能够承受的最大 剂量，即安全剂量，分为诊断剂量和治疗 齐!J量。长期的动物实验和临床超声检查说明超声诊断 所用的剂量对人体是无害的。安全剂量=损伤阈值 安全系数.46.安全剂量诊断超声剂量：诊断过程中不能引起对人体造成伤害的生物效应，这个阈值通常是100mW治疗超声剂量：治疗的最佳超声剂量应建立在生物效应基础上。这个剂量比诊断剂量大得多。这个剂量通常分成 三个强度：低强度、中强度和高强度。对于一般 治疗，移动声头约为l.5Wcm-22.0Wcm-2,而固 定声头应在0.5Wcm-20.6Wcnr2之间。.47.12.1超声诊断pl47医学影像成像是借助于某种物质与人体的 相互作用，把人体内部组织、器官的形态结构 和密度等，以影像的形式表现出来，供医生根 据影像中所提供的信息进行分析判断，从而对 病人的健康状况进行诊断的一门科学技术。其 中包括超声波成像、X射线成像、磁共振成像MRI)、核素成像等。.48.医学超声波技术超声波技术运用于医学，是继X射线诊断技 术之后发展最迅速、推广应用和普及最快的一 门技术。超声波成像与X射线成像相比，具有 无损伤和灵敏度高的特点。超声波、X射线及核素扫描,是现代医学并用的三大影像诊 断系统。超声诊断仪数字化黑白超 声诊断仪SSC-370 超声 波诊断仪.50.超声诊断仪2彩色超声多普勒 血流成像系统.51.一、超声脉冲回波成像原理（一）、超声诊断仪的组成反射波 入射波一超声回波信号强说明：A）界面距离体表远B）界面两侧声阻抗差异大C）界面运动速度快D）界面两侧密度差异大（二）超声波回波成像的基本原理超声波在人体软组织的传播速 度差别不大，约为1500ms，不 同位置分界面的回波有几百微秒 的时间差。.52.P2脉冲回波成像原理-、超用波探则的分辨本领(resolving power)(一)空间分辨率L纵向分辨率超声束传播方向上对前后两点的分辨能力。纵向分辨率的理论极限是超声波的半个波 长。纵向分辨率与超声脉冲的宽度有关，脉冲 宽度越小，纵向分辨率越高。超声波频率越 大，脉冲宽度可以越小。.53.2.横向分辨率表示能分辨与超声束垂直的横向面上两 点的能力。它与超声束的横向直径有关。声束越 细，横向分辨率越好。理论分析证明，超声波波长越小，横向分辨率 越高。当提高超声波的频率时，纵向和横向分 辨率都能提高，对细微结构的探测是有利的。但 提高频率会增加衰减，降低穿透力，影响超声的 探测距离。.54.(-)细微分辨率只有当病灶比超声波长大数倍时，作为大 界面才能发生明显反射。提高超声波频率可以使图像质量更好，但 是探测深度变小了。由于超声波在人体组织中的衰减系数是随频率升 高而增大，因而在探测深部组织或较厚的脏器时不 宜使用过高的频率。浅表处用探测用频率高的超声波，深处部 位探测用频率较低的超声波。.55.（三）对比分辨率利用灰阶（从纯黑到纯白之间灰度级别）来反映回波的强弱。.56.三、A型超声诊断仪原理与应用A型（Amplitude Mode,振幅型）超声诊断仪（简称A 超）是幅度调制型，能显示一维信息。显示屏横坐标表示时间，纵坐标表示强度。.57.A超在临床上的应用A型超声波诊断仪主要适用于检查肝、胆、脾、眼及脑等简单解剖结构，测量线度以及获得回波幅 度的大小和形状，通过分析回波幅度的分布以获得 组织的特征信息。它可用于许多科室，其中最有代 表性的应用是脑中线位置的测量。一般正常人脑中 线位置通过颅骨的几何中心，最大偏差W0.3cm。用 双迹A型诊断仪测量若脑中线偏移0.3cm,则应考 虑有占位性病变。此法检查无痛苦，准确性高。.58.A超的特点根据回波的强弱，可以推测病变组织的 物理性质（囊性、实质性还是含气组织）。但还要根据临床经验和其他检查才能确 诊。A超实际上是利用超声波测量距离、确 定位置。超声测距定位技术在其他领域有 广泛应用。.59.（四）B型超声诊断仪的原理与应用组织 空腔B超工作原理B型（Brightness Mode,辉度型）超声诊断仪（简 称B超）是辉度调制型，能显示二维信息（超声波传 播方向与探头移动方向所决定平面的断面影像）o.60.B超的特点B超探头移动（扫描）的方式可分为机械式扫 描和电子式扫描。B超的灰阶决定图像的层次感和清晰度。有64、128、256级灰阶等B超可以直观显示脏器的大小、形状、内 部结构，并可将实质性、液性和含气组织区 分出来，并且可观察动态情况。.61.五、M型超声诊断仪的原理与应用M型超声诊断仪（M超）也属于辉度调制型o M超是将单探头固定于体表一点，探测内 部深处组织界面的运动。M型超声诊断仪原理图M超横轴表示时间，纵轴表示深度。.62.M超诊断举例A.M型示左室扩大，内膜增厚，后壁运动低下M超的特点M超特别一般用于观察的记录动态脏器的 活动情况，特别适用于检查心脏功能，称为 超声心动图。通常超声心动图还显小心电图和心音图。M超显示的图像缺乏解剖形态的直观性，也不适用于静态脏器的检查。.64.六、超声多普勒诊断仪的原理与应用超声多普勒技术主要有超声多普勒血流 仪和彩色多普勒血流成像仪（CDFL简称 彩超）。彩超是把某处的回波信号分成两路，一路 建立该处的B超图象；另一路根据频移得到 该处血流速度信息，确定该处的颜色。彩超的颜色是伪彩色。.65.彩超的特点彩超既能观察解剖部位，又能观察内部 血液流动的状态，直观形象快速，是检查诊 断心脏、血管、腹部脏器（如肝、肾）、浅表 器官（如甲状腺）等疾病的的先进技术。.66.第三章液体的流动气体和液体没有固定的形状，称为流体(fluid),它们具有流动性(fluidity)。流动性是 流体的最基本特征。研究流体的学科可以根据研究对象的特点 分类：流体静力学、流体动力学流动的基本规律广泛运用于循环、呼吸过 程及医疗设备研究。.67.第一节理想液体的稳定流动一、理想液体实际液体有可压缩性和粘滞性理想液体是一个模型二、稳定流动“稳定”的概念：空间各点流速（大小和方向）不随时间而变化。流线和流管：.68.理想模型：突出主要方 面，忽略次要方面a.流线不能相交；a.流管内外的液体不能交换;b.稳定流动时流线分布情况不 b.稳定流动时流管形状不变;变；c.流管无限变细就成为流线.c.稳定流动时流线与流体质元的 运或轨迹重合,y。想象出来的 线和管cA图中A、B、流管通过该点时的速度方向液体在稳定流动时，液体粒子是作 匀速直线运动吗？流线和流管.69.三、连续性方程(Equation of continuity)1.流量（体积流量）2 单位：m%，平均流速：T2.连续性方程的条件：不可压缩的液体做稳定流动A t时间流体流过Si截面（流入）的体积V1=S1t1 A t流过S2截面（流出）的体积:丫2=2号2 t连续性方程由于稳定流动，流管形状不变，SiS2两截面间空 间体积不变；由于流体不可压缩，则流入的体积与 流出的体积相同：V1=V2,S1r1At=S2r2At方程结论：S1v1=S2v2 或：Su=常量讨论：同一流管中：截面积s大处流速与小;V1 hl各截面处流量相同，Sv=Qo 质量流量(0Sd)也是守恒的.71.第二节伯努利方程及其应用、伯努利方(Bernoulli equation)伯努利方程反映理想液体在重力场中做稳伯努利方程是理想液体_、口定流动时压强、流i做稳定流动时的基本规 律，它实质上是理想液体 在重力场中做稳定流动时 的功能关系。结论：/7r2+/7gh+P=恒量.72.伯努利方程有两种写法:pvpghl+P1=pv+pgh2+P2；pg2+pgh+P二常量同学们考虑一下：若分别在等高s不变）、等压（P不变）和等速不变）的三种条件下，伯努利方程变成怎样的形式？尸、Pgh.%，的单位是否相同？高度人是一个相对量，与参考位置有关。%P02和%mv2 样吗？.73.例13 2 使用压水泵，把水加压到6.6Xl()5pa,水以5.0ms的流速沿内半径2.0cm的地下管道向楼房供水。若进入楼房时水管半径为1.0cm,水管升 高LOm,求进入楼房时管内水流速度和压强。已知：P尸6.6X l()5pa,V1=5.0m-s1,rx=2.0cm,r2=1.0cm,/i2-/i1=lm求：火和尸2。解：由连续性方程：Si%=S2%，其中丛二兀丫，s2=Jir22,则进入楼房时流速为：0 _S(/3.14x(2.0 x10-2)2 S2 乃匕)3.14x LOxW21 2由伯努利方程：+-Zi+Pg则进入楼房时压强P2为：X 9 2=，+不夕(0-%)+阕(4初解题时，要按照：已知、求、解、答的顺序，并且过程中 应该有适当的中文说明。1 2=6.6x105+0.5x 1.0 x 103 x(5.02-20.02)+1.0 xl03x9.8x(-1.0)=4.6 义 IO,g)答：进入楼房时管内水流速度为20ms?压强为4.6Xl()5pa74.虹吸管当水从虹吸管下端流出 时，A、B、C、D处压强、速度、高度的关系如何？0虹吸管(syphon).79.伯努利方程应用举例 一稳定的的气流水平地流过飞机机翼，上表面气流的速率是80msT,下表面气流的速率是60 msT。若机翼的面积为4.。碇，问速率差 对机翼产生的升力为多少?空气的平均密度是L 02kg nr3。_:n上=&m L.;任3%=p 4M，&k,i;龙：hr虬拇对同-a人&g弋、右4打到佛作，g 十#以=Pt+QA”w PlH叫:兄坨八帮、*WJ Pf-pt=.（vj-以）一=（P广作）6=祗 v；*S二 T x 乙。2 x（心-，J）x a二夕 7/2”绻！为及工升九段孑支4力力$73.80.第三节实际液体的流动,、牛顿粘滞定律我们讨论的实际液体有内摩擦力（粘性），但体积变化很小（可以忽略）。（一）层流液体分层流动，各层流速不同，彼此 不互相混杂。相邻层之间有内摩擦力或粘性力层流示意图.81.(-)牛顿粘滞定律Av1.速度梯度不?万提问：速度梯度越大，说明什么?AxT菖if酸度有关。单位:A%应该取垂直 流层方向无液体本身的特性决定，还与,由2.牛顿粘滞定律f)电A%.82.4.牛顿液体与非牛顿液体在一定温度下，不同液体粘度可能是常 量，可能随切变率而变化。水、血浆、血清等均质液体都是牛顿液 体，而血液等含有悬浮物或弥散物的液体多 为非牛顿液体。.83二、实际液体的伯努利方程在考虑液体粘性后，液体流动会 有能量损失，伯努利方程修正为：Y、，1 2 1 1 2 1 n-71+您+耳=7卬2+Zh2+P2+w12其中/2表示单位体积液体从截面1流动到截面2时 损失的能量。对于一个水平均匀管，。和九都一样，则有：尸1二尸2+W12尸1尸2,沿液体流动方向压强下降。粘性液体流过水平均 匀管，管两端必须要维持一定的压强差。血液在血管中流动，也会有血压下降。.84.三、泊肃叶定律1.泊肃叶定律液体在半径为八长度为L的水平均匀管中做稳定 流动时，液体的流量。与压强差AP成正比：r4APQ=EQ=上R 其中尺=7irK称为流阻，在心血管系统研究中称为外周阻力，单位：Pa-s m-3o流阻的计算也可以向电阻一样有串联和并联关系。.85.了解：斯托克斯定律球形物体、层流、匀速运动小球在粘性流体中低速(ReVl)移动，小球表 面包裹一层流体，受到流体相邻的粘性阻力：F=6 Ji nrv(斯托克斯公式)球体在粘滞流体中下降的最终速度v2gr2（p_（y）9 77速度巩称为终极速度或沉降速度.86.血沉率通常以红细胞在一小时内下沉的距离来表示 红细胞沉降的速度,称为红细胞血沉率。正常成年男性的血沉率约为015毫米/小时，女性约为020毫米/小时。一般来说，凡体内有感染或组织坏死，或疾 病向不良性进展，血沉一般会加快。血沉测定 不是某一种疾病的特异性诊断指标。血细胞在血浆中沉降：由于。09X103处“3与。=7.05乂1。3版旭.3差距很小，导致沉降速度q很 小，很难分离血细胞。我们可以使用高速离心机，使加速度达到705g,以加大分离速度。.87.四、湍流、雷诺数粘性液体的流动形态主 要有层流和湍流两种。层1流i(laminar flow):体分层流动，各层流速 不同，彼此不互相混 杂。湍流(turbulent flow):流动具有混杂、紊乱的 特征时，叫做湍流。均匆涮流通过具有0.75英寸*孔的0.0625英寸 厚的平板后形成的湍洸(1英寸=254厘米)雷诺数液体的流动从层流变成湍流，除了与速度V 有关外，还与液体的粘度八 密度。和管道 半径r有关。定义雷诺数（纯数，没有单位冰e：Re二小上当必1000时，流动为层流；当的1500时，流体的流 动为湍流；当10007?次1500时，流体的流动可能是层 流，可能是湍流，称为过渡流。湍流的产生不仅与管半径有关，还受管的形状及内壁光 滑程度的影响。.举例3-4 血液在主动脉中流动，血液的粘度为4.0X 10-3Pa-S,密度为1.0 X 103kg.m4主动脉的半径为LOcm,为保持层 流，最大血流速度是多少？已知：血=4.0X10 3pa s,夕血=L0 X 103kg.m 3,r=1.0cm=0.01m求：Ke=1000时，血流的速度以1ax 解：为保持层流，雷诺数RevlOOO,则由可得最大血流速度Vmax为:Re 77 1000 x 4.0 x 10-3 八“i、vmax=-=-7-=0A(m-s 9 p r 1.0 X 103 X 0.01答：为保持层流，主动脉内血液最大速度为0.4msL主动脉血流速度约0.22ms,血管内的血流速度 通常比这个速度小，血液流动以层流为主。第3章布置习题p45习题三：3-2,3-4,3-9.91.第四节血液在循环系统中的流动一、血液的粘性血液的成分由血浆和血细胞组成的悬浊液组 成，是一种非牛顿流体。血液的粘度变化很大。根据流动的状态，可以 是水粘度的2倍到1000倍以上。测量血液的粘度，具有诊断价值。血液是非牛顿流体，而血浆是牛顿流体，血液 粘度的变化是由于血细胞的特性导致的。影响血液粘度的因素主要有血细胞比容（体积比）、红细 胞的聚集性、红细胞的变形性等。.92.二、心脏做功肺循环+021.血液循环简介-co22.血液循环消耗的能量由心脏做功来维持右心房一_左心房3.心脏做功分为左心室做功和右心室做功近似地认为心室和心房等高,对左心室，由伯努利方程，则2.0kPa右心室7ZZ23.3/L3kPa16.0/10.7kPa+C0.4-1 2 D _ 1 2 D3卬左室+&室=5夕右房+2&房一。2 体循环十 W左室到右房心脏做功的物理模型瓣4左心室5x0一 一 yP右房20（计不压强），d右房o,心室做功用于克服能量损耗4z=w左室到右房左心室做功:4=心室+不卬左室?乙.93.右心室做功右心室做功：/&=七室+右室2尸左室、尸右室分别表示左右心室平均动脉压，6尸右室二尸左室，0左室二o右室贝U心脏做功：A=Al+Ar=：%+mJ近似计算：取尸左室=L33X104pa,o左室=0.4ms”,P=1.0 X 103kg.m汽 贝（JA=L57 X 104J m 3o静息时心输出量5X 10-3m3minL则心脏每分钟做功78.5J。心脏的负荷还是比较大的。.94.三、血流速度分布血管总截面积与血液平均 流速的关系如右图。毛细血管的总截面积约为 主动脉的300400倍。毛细血管血液流速最小。各类血管总截面积与血液平均流速的关系.95.生动脉测血压时要固定测量位置和体位提问：谁没见过血压计？有谁知道它怎样用？它的测量原理是什么?第四章液体的表面现象这个表面是指：液体与气体接触处的自由 表面，液体与固体接触处的附着层。第一节表面张力和表面能一、液体的表面层二、表面张力与表面能液体表面层分子都有 进入液体内部的趋势。这种趋势宏观体现就 是表面张力。.99.表面张力大小：F=aL表面张力存在于液体的表 面，垂直于分界面。a：表面张力系数，单 位：Nm-i表面张力系数与表面能右图装置可以测定。注意：液膜有两面，F=2 aL,则a=FI2L.100.三、表面能下面我们讨论能量的变化。外力做功：A W=FrAx=2 aLNx=a-AS 等于表面能的增加量：Az 表面张力系数与表面能A=A w=。ASAE AW Cl-.=-AS ASa单位还可以是：J*m-2 o同学们要注意，生理学中的表面张力其实是表面张 力系数。表面张力系数与物质的性质有关，还与温度 和液体所含杂质有关。101第二节弯曲液面的附加压强静止液体表面可以是平面，也可以是曲面C 对于弯曲的液面，由于表面张力，液体内外 压强（Po和P）将不相同。(a)P=P。0)P=Po+P.(。)f=PtrP,弯曲液面的附加压强白表面张力产生的附加压强作用朝那方向呢?.102.球形液面的附加压强附加压强产生的原因:液 体弯曲面上表面张力的合成 形成的。附加压强：F 2a球形液面的附加压强Ps的作用总是指向 球心方向。.103.附加压强讨论:图中附加压强作用的方向怎样？尸与尸0谁 大谁小？.104.球形液膜的内外压强差PCPBPA,球形液膜的内外压强差为:PcPa=4aR右图中两个液膜KaKb，当阀门打开后，两个液膜将会发生什么变化?附加压强演示.105.第四节气体栓塞现象工润湿现象液体与固体接触时，在接触处出现润湿或不润湿的情况。润湿、不润湿与相互接触的液体、固体的性质有关。接触角用。表示微观解释润湿、不润湿是由于分子力不对称而引起。附着层：在固体与液体接触处的液体表面层。内聚力：附着层内分子所受液体 分子引力之和。附着力：附着层内分子所受固体 分子引力之和。.107.毛细现象管径很小的管子称为毛细管。毛细现象：润湿管壁的液体在细管里升高，不润 湿管壁的液体在细管里下降的现象。毛细现象是由表面张力和润湿（不润湿）现象共同 引起的。下面我讨论毛细管内液面上升或下降的高度。.108.71我们先假设液体润湿管壁，e 7毛细管刚插入水中时，管内液面为凹液面，玲二玲,P&P。，B、防等高点，但4凡，所以液体不能静止,管内液面将上升力，直至片=Pc为通面审PA=P.-K尸5=+pgh=Po-,la 2a cos 0h=-=-jpgR pgr-+pgh=Pc=P.K其中 K cos 0=r.当液体不润湿管壁时，.109.上式依然成立cos 8,液体才流动；(c)若管内有打个气泡，只有当时，液体才流动。(a)(b)气体栓塞.110.临床实例多量空气迅速进入血循环或原已溶解于血液内的气 体迅速游离，均可形成气体栓塞。前者可见于分娩或 流产时，由于子宫强烈收缩，空气被挤入破裂的子宫 壁静脉窦；头颈手术、胸壁和肺创伤损伤静脉时，空气也可在 吸气时因静脉腔内的负压而被吸入静脉。空气进入右 心后，由于心搏动，将空气和心腔内血液搅拌形成大 量的泡沫，泡沫状的液体有可压缩性，当心收缩时不 被排出而阻塞肺动脉出口，导致猝死。一般迅速进入 血循环的空气量在100ml左右时，即可导致心力衰竭,尸检可见右心肺有泡沫状气体存在。还有：病人输液；潜水员由深水上浮从高压氧仓出来。小第五节肺泡的表面张力一、表面活性物质液体的表面张力系数。由液体本身的特性决定，也受杂质的影响。溶液的。与所含的杂质成分与浓 度有关，少量杂质就能显著改变液体的。凝不同溶质发生变化浓度.112.表面活性物质表面活性物质：使。减小。若一种物质甲能 显著地降低另一种物质乙的表面张力，就说 甲对乙具有表面活性。表面非活性物质：使。增大对水来说，肥皂、磷脂、蛋黄素及某些有 机物是表面活性物质；糖类、氯化钠和某些 无机盐是表面非活性物质。.113.二、肺泡的表面张力口+、n士gy 厂L A-，B，川刁口刃/口。肺泡的表面活性物方肺可以维持正常形态。!肺泡表面活性物质(PS)以磷脂薄膜形式分布衬十肺泡腔侧面，可使肺泡气液界面的表面张力降低。lh o lar另外,当rfn 浓度 C JnoTnqT由尸s=尸Tn尸5 Jr1。与二成正比 r1a与L成正比 r总体上，pj肺泡表面活性物质(PS)的生理功能肺泡表面活性物质不仅可以降低肺泡表面张力来维持肺泡 的稳定性，还有一个重要作用就是减小通气阻力使我们可以 正常呼吸。2a 2X0.05 由犬=-?=2000Pas r 0.05x10-3肺泡内气压比泡外胸腔内压高2000Pa,气体要进入肺内，肺泡压强必须低于大气压400Pa。胸腔内压仅比大气压低670Pa,即使呼吸肌肉配合，也仅 比大气压低12001330Pa!由于肺泡有表面活性物质，使。显著减小，正常人体胸腔 的负压就足以维持呼吸！帽儿患艇燹1肺血栓时1可期S逊通羽 帆能翻埠产膻聘嬲M痫18成 在透明膜造成甚新吸窘迫综合症胸窒勒亡第4章布置习题课本P56习题四44、45、4-84-4题增加两个字：求血液在竖直毛细管中上升的高度。.116.第五章人体的生物电场和磁场场是物质存在的一种基本形态。电磁现象普遍存 在于自然界和生命现象之中。人们很早就认识了电现象和磁现象，但是当时还 不知道它们有什么联系。直到1820年奥斯特发现电 流的磁效应，1831年法拉第发现电磁感应，人们才 感觉到电和磁的关系是如此的密切。1873年麦克斯 韦出版了论电和磁，阐述了电磁场的理论，是 电磁学的集大成的成就。.117.电场和磁场现在我们知道，电荷的周围存在电场，磁 场是运动的电荷产生的（磁现象的电本质）。变 化的磁场也会产生电场。电场对处于其中的电荷有力的作用；磁场 对处于其中的运动电荷或电流都有力的作 用。.118.第一节电偶极子及电偶极层的电场回忆：库仑定律F=k=4 142r2 47ri其中左二-,%=8.85x1012 Fm-i4%I%称为真空介电常数或真空电容率电场里翻I滕 蝌的麟碉脚雌加联重的趟瞌性麹场线理量描述,能的特性用什么物理量描述?电势，点电荷电势，电势的迭加（标量的迭加，代数 和），等势面。.119.一、电偶极子的电势定义：等量异号点电荷相距很近时所组成的电荷系统称为电偶极子。轴线电偶极炬（电炬，矢量）P=qL电偶极子的电场是正负电荷分别 产生电场的矢量迭加，电势则是 代数和。u+=殳,u_=4乃 q 4飞 丫?I 则4=0+。=-=4.XIr2）4丹化L o电偶极子的轴线电偶极子电势讨论对于电偶极子，rL,LLeos。_ P(r2 4 4y0V 讨论:电偶极子的电势分布电势随距离下降得比点电荷快电势分布与方位有关。电偶极子在均匀电场中会受怎 样的力？第三节心电向量原理一、心肌细胞的除极与复极心脏有规律的收缩是电信号在心肌纤维传 播的结果。心肌纤维由大量心肌细胞组成。讨论心脏的电学特性要从心肌细胞入手。.122.心肌细胞的电学模型心肌细胞处于静息状态时，膜内、外两侧分别均匀聚集着等 量的负、正离子，对外不显电性，即外部空间各点的电势为 零。医学上称为极化状态。心肌细胞受刺激，发生除极过程，相当于一个变化电偶极子。除极结束后，心肌细胞处于反极化状态，对外又不显电性。心肌细胞紧接着又进行复极过程，又相当于一个变化的电偶极 子，但是电矩的方向与除极过程相反。复极完成后，心肌细胞恢复到极化状态，对外又不显电性。心肌细胞的电学模型(a)极化(b)除极(c)除极结束(d)复极(e)恢复到极化状态二、空间心电向量与平面心电向量（一）瞬时心电向量在某种刺激下，一个心肌细胞会出现除极与复 极。同样，对于大量心肌细胞组成的心肌，乃至整 个心脏也出现除极与复极。我们在研究心脏电性质时，可将其等效为一个电偶极子，称为心电偶。它在某一时刻的电偶极矩就是所有心肌细胞在该时电偶极矩的矢量和，称为瞬时心电向量。必.124.（二）空间心电向量环心肌的兴奋可以由一些细胞产生并由兴奋传导系 统在整个心脏横向、纵向传播开来。最初的兴奋通 常是由窦房结产生的，称为窦性心律。瞬时心电向量星一个在方向、大小都随时间在周 期变化的矢量我们把该向量箭头坐标按 时间空间的顺序加以描记、形成轨迹，则称此轨迹为空 间心电向量环。它是瞬时心电 向量的箭头时空变动的三维空间 曲线（箭尾收在一点），描述了瞬 时心电向量随时空变化的规律。.125.（三）平面心电向量环空间心电向量环在某一平面的投影得到一 个闭合曲线，称为平面心电向量环。在盯面（横面）、K面（额 面）、zx面（侧面）都有平面心电 向量环。z额面MU)0X X平面心电向量环%.126.由空间心电向量环可以看到，心脏在空间建立的 电场是随时间作周期变化的。任一瞬间，在空间两点（例如人体表面不同的两点左臂和右臂）的电势差或电压是确定且可以测量的。.127.一、心电导联通过电极引导体表电势（电位）与心电图机相连的 电路称为心电导联。由于人体的心电向量是在空间周期摆动的矢量，在人体不同部位测量到的电势各不相同，并且也是 周期变化的。以一定的线路连接导入体表电位差或 体表电位，并在机器上记录心脏的这种电位的变化（-）导联轴从心电图机的负极（无关电极，参考电极）到正极（探测电极）所连接部位画一条由负极指向正极的矢 线，称为导联轴。（二）标量心电图导联主要有标准导联（双极肢体导联）、加压导联（单极肢体加压导联）、胸导联（单极心前胸部 导联）。.129.1.标准导联-双极肢体导联直接取出体表两点间电压加以显示的导联称为标 准导联或双极肢体导联。右上肢R、左上肢L、左下肢F。有RL,RF,LF三个 导联轴（分别叫做标准I、II、III导联轴）标准导联特点由于电压曲线取决于两点电位的变化，标准导联 所显示的心电曲线不能确定是哪一个电极的电位变 化。为了观察体表一点电位的变化，需要在一个电位 不变的位置放置参考电极（中心电极）。这样测得的 电压曲线就只反映另一个电极（探测电极）处电位的 变化，这种导联称为单极肢体导联。.131.2.加压导联-单极肢体加压导联三个导联轴aVR、aVL aVp夹角120。，中心通过 数学计算可得电压近似为零，称为中心电端，可作 为“无关电极”。正极为探查电极，放在需要探查的部位(R,L,F)。5000舞港 ku?是,左.132.额面六轴系统将6个肢体导联的导联 轴，保持各自的方向，平 行移动到加压导联的零 点，组成额面6轴系统。6个导联轴均匀分布，每两个相邻的导联轴夹角 30度。记录前额面（上下，左 右方位）的心电向量。.133.3.胸导联标准导联和加压导联探测额面心电向量环投影信 号，胸导联测量横面心电向量环的投影信号。胸导联的各信号正 极如图所示，负极都 是参考电极（中心电 极）。导孽检测电极的位置胸导联从水平面（前后、左右方位）上观察心电向量-120之-150.;0胸导联的导联轴-V6 00左后1。门K.6d右.135.二、心电图的形成原理与描记由空间心电向量环经过第一次投影在额面、横 面、侧面上形成平面心电向量环，就是向量心电 图；第二次投影是把向量心电图投影到各导联轴上 形成标量心电图。同样的平面 向量环，在不 同的探查点波 形不同。N(a)环体分割投影法(b).136.心电图在临床上的应用心电图能记录至旗它检查无法获得的心脏电活动信息，反应心 肌传导功能是否正常，广泛用于心脏疾病的诊断，例如：1、可显示心脏电生理、解剖、代谢和血流动力学改变，并提 供各种心脏病确诊和治疗的基本信息。2、判断心律失常类型。3、具有心肌梗塞可能的先兆症状如胸痛、头晕、或昏厥的病 人的首选检查。4、诊断心绞痛。当冠状动脉供血不足引起心绞痛发作时，心 电图会发生变化。5、危重病人的心电监测。鉴于以上情况，心电图设备已成为各级医疗机构的基本配置。若心电图反应心肌传导阻滞，例如窦房结信号没有传递到心室 中，埋入一个心脏起搏器可以使病人维持适当的正常生活。.137.第五章布置习题P70习题五5-1.138.自古以来神奇的光一直吸引着人们：光是什么？是粒子、是波、是能量？光怎样 从物质中发出？又怎样成为物质的一部分？光速 为什么是宇宙物质运动的极限？有些科学已作了回答，有些还在争论不休。但毕竟想方设法去了解光，已带来了物理学一场 又一场的革命！第七章光的波动性人类对光本质的认识：牛顿的微粒说=惠更斯的波动说=麦克斯 韦电磁波说=爱因斯坦的光量子说光学(optics)几何光学(geometrical optics)物理光学(physical optics)波动光学(wave optics)量子光学(quantum optics).140.光的波动性光是电磁波。机械波传播需要媒质，电磁波在真空中也能传播。真空光速c=2.997 924 58X 108ms，（pl62附录电磁波是横波，E矢量和B矢量与传播方向都垂直。光的波动性表现在光有干涉、衍射、偏振等现象。.141.超短中 短4OXio 3X10舞 3X10183x：tf53X10U 2X10 3X1。3X1。3X10长-21YO2OOO0O TJfl4io6X射缀毫米被厘米波-域u分米被波 K(m)I3Xlu 3X10可见光谱电磁波谱,142.(optical polarazation)一、自然光和偏振光电场强度矢量表示光振动的方向，称为光 矢量。自然光线偏振光（偏振光）光振动所在平面称为振动面部分偏振光.143.起偏和检偏偏振片，透射轴 起偏器、检偏器提问：起偏器转动一个角度后，出 射的偏振光有什么变化？.144.马吕斯定律在检偏器后：EEqCOS 91-E-cos2 3，o（）则/=/0cos2，马吕斯定律注意：。变化时，出 射光强/的变化。你能说明为什么吗？.146.提问：判断这束入射光是自然光、偏振光，还是部 分偏振光？入射的是 什么光？1 2 03 Stop第四节旋光性物质的旋光性，旋光物质。旋光角与物质厚度成正比：4=aL 系数。称为物质的旋光率。对于溶液，旋光角还与浓度C有关右旋光0=a cL左旋与右旋左旋光迎光看溶液的旋光率除了与溶质的特性有关外，还与入 射光的波长和溶液温度有关。为了比较不同物质（药物）的旋光率（旋光系数、比旋度），通常在 20,钠黄光（人=589nm,太