醫(yī)用物理-緒論、流體

《醫(yī)用物理學(xué)》緒論P(yáng)reface一.物理學(xué)的研究對象*物理學(xué)：是研究物質(zhì)世界的普遍性質(zhì)和基本規(guī)律的科學(xué)。*物理學(xué)的研究對象：機(jī)械運(yùn)動(dòng)、分子熱運(yùn)動(dòng)、電磁運(yùn)動(dòng)、光學(xué)、原子與原子核及其內(nèi)部運(yùn)動(dòng)等。*醫(yī)學(xué)物理學(xué)：學(xué)習(xí)醫(yī)學(xué)所必需的物理學(xué)基礎(chǔ)知識。物理學(xué)是生命科學(xué)的基礎(chǔ)：*生理過程：肌肉收縮、神經(jīng)電傳導(dǎo)、視覺調(diào)節(jié)、血液循環(huán)、能量代謝、心電和腦電、細(xì)胞膜通道的物質(zhì)輸運(yùn)、蛋白質(zhì)的合成等。*生存環(huán)境：大氣電離層、電磁污染、放射線污染等。*物理學(xué)與生命科學(xué)的交叉科學(xué)：生物物理學(xué)、生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)、血液流動(dòng)力學(xué)、超聲醫(yī)學(xué)、放射醫(yī)學(xué)、激光醫(yī)學(xué)、醫(yī)學(xué)影像物理學(xué)等。二.物理學(xué)與醫(yī)學(xué)的關(guān)系物理學(xué)為醫(yī)學(xué)和醫(yī)療提供新的方法和技術(shù)：*顯微鏡：

光學(xué)顯微鏡------微生物組織、細(xì)胞形態(tài)等；電子顯微鏡------細(xì)胞內(nèi)結(jié)構(gòu)、生物大分子等；*光學(xué)纖維內(nèi)鏡：

器官內(nèi)壁組織形態(tài)等；Ahumanredbloodcell

Asingle-celledbacteria

ofthetype:E.coli

器官內(nèi)壁*X射線：X光攝影、X光透視、X-CT、X光子刀治療腫瘤等；*激光：眼科手術(shù)（例如：準(zhǔn)分子激光治療近視）、溶栓術(shù)、美容等；*物理斷層技術(shù)：B超、X-CT、ECT、核磁共振等；注意幾個(gè)問題：1.學(xué)習(xí)中自學(xué)能力的培養(yǎng)；2.重視實(shí)驗(yàn);4.期評成績：5.下列情況者可在期評成績中加1--5分：能寫出較好的關(guān)于物理學(xué)在醫(yī)學(xué)中應(yīng)用的文章或課外科技實(shí)驗(yàn)文章；3.作好習(xí)題,老師隨時(shí)抽查;注意幾個(gè)問題：總評成績分配比例：期末理論課考試70％；平時(shí)成績30％；實(shí)驗(yàn)課、作業(yè)。醫(yī)學(xué)物理實(shí)驗(yàn)緒論（第一節(jié)）

醫(yī)學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的重要性一、什么是醫(yī)學(xué)物理實(shí)驗(yàn)？二、物理在醫(yī)學(xué)研究與發(fā)展中的作用

醫(yī)學(xué)物理實(shí)驗(yàn)緒論（第一節(jié)）

醫(yī)學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的重要性診斷――內(nèi)窺鏡、心電圖、X光、CT、核磁共振、超聲波治療――放射性、激光、微波、γ刀、PDT、熱療醫(yī)學(xué)物理實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理一、測量和誤差二、誤差分析與有效數(shù)字三、作圖與擬合醫(yī)學(xué)物理實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理一、測量和誤差測量——測量者采取某種測量方法用某種測量儀器將待測量與標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較。（質(zhì)量、長度、體積）醫(yī)學(xué)物理實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理用毫米刻度尺測量某物體的長度左端讀數(shù)為：10.00cm右端讀數(shù)為：15.25cm數(shù)字表測量某一電路中的電流1、若數(shù)字表有穩(wěn)定的輸出：3.888A2、

若數(shù)字表輸出不穩(wěn)定呢？醫(yī)學(xué)物理實(shí)驗(yàn)誤差——測量值與真值的差誤差的原因：

1.測量方法（伏安法測電阻、熱電偶測溫度）

2.測量者（經(jīng)驗(yàn)、估讀、疏忽）

3.測量儀器及標(biāo)準(zhǔn)量（定標(biāo)、環(huán)境、時(shí)效）

誤差分析的重點(diǎn)在測量方法（體溫計(jì)、單擺測g）。

測量者的估讀、儀器和標(biāo)準(zhǔn)量的不確定程度是可以用一定的方法評定的，稱為“不確定度評定”。醫(yī)學(xué)物理實(shí)驗(yàn)

測量結(jié)果的表示方法：1、測量結(jié)果的一般表示法：如，長度為（1.05±0.02）cm。2、測量結(jié)果的百分比表示法：如，長度為1.05cm，相對不確定度2%。醫(yī)學(xué)物理實(shí)驗(yàn)

有效數(shù)字表示法有效數(shù)字----從第一個(gè)不為0的數(shù)開始算起的所有數(shù)字。如,0.35(2個(gè));3.54(3個(gè));0.003540(4個(gè));3.5400(5個(gè))。測量值的末位有效數(shù)字是不確定的。醫(yī)學(xué)物理實(shí)驗(yàn)

加減法:與不確定度最大項(xiàng)的末位有效數(shù)字對齊。如：

57.31＋0.0156－2.24342（=55.08218）=55.08乘除法:與最少個(gè)數(shù)的有效數(shù)字相同。如：

57.31×0.0156÷2.24342（=0.398514767）=0.399注意：在前兩種不確定度表示方法中，測量值也必須按有效數(shù)字的規(guī)定來表示。有效數(shù)字的運(yùn)算規(guī)則:

1、清晰地看到定性關(guān)系（螺線管的磁場分布）2、方便地比較不同特性（不同曲線用不同符號或不同顏色）3、合理地從圖上得到有用的信息

（比如：求斜率或從圖上讀出曲線峰或谷處的信息等）

作圖法直線擬合為何作圖？二極管伏安特性直線求斜率螺線管中心軸線上的磁場分布教學(xué)內(nèi)容：第一節(jié)理想流體連續(xù)性方程第二節(jié)伯努利方程第三節(jié)粘性流體的運(yùn)動(dòng)第四節(jié)泊肅葉定律第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)與流變學(xué)基礎(chǔ)Chapter1.TheMotionofFluid第一章流體的運(yùn)動(dòng)*流體靜力學(xué)(hydrostatics)：*流體（fluid）：氣體和液體都具有流動(dòng)性，統(tǒng)稱為流體。研究靜止流體規(guī)律.*流體動(dòng)力學(xué)(fluiddynamics)：*人體中的流體運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象：血液流動(dòng)，呼吸氣體運(yùn)動(dòng)等。研究流體運(yùn)動(dòng).一、流體運(yùn)動(dòng)的研究方法：1.兩種研究方法

(1).Lagrange（拉格朗日）方法：將流體視為無限小的質(zhì)元組成，用牛頓定律研究各質(zhì)元的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)隨時(shí)間的變化規(guī)律。

(2).Euler（歐拉）方法：著眼于流體流經(jīng)的空間點(diǎn)，研究各空間點(diǎn)處流體質(zhì)元的速度分布及其隨時(shí)間的變化規(guī)律。第一節(jié)理想流體連續(xù)性方程(2).沒有內(nèi)摩擦力(nointernalfriction)(1).絕對不可壓縮(incompressibility)1000atmwater

VV

V/V=5%(或:完全沒有粘性)2.理想流體(idealfluid)模型特征:（2）流線（streamline）：在任一瞬間，可在流體中劃這樣一些線，使這些線上各點(diǎn)的切線方向和流體質(zhì)元在該點(diǎn)的速度方向相同，這些線叫做這一時(shí)刻的流線。（1）流速場（fieldofflow）:在流體所占據(jù)的空間每一點(diǎn)上,流經(jīng)該點(diǎn)的質(zhì)元均具有流速。這一空間稱為流速場。圓柱機(jī)翼3.流速場、流線、流管（3）流管（tubeofflow）：流體中通過某小截面積周邊各點(diǎn)的流線所組成的管狀物。*定常流動(dòng)（即穩(wěn)定流動(dòng)）中流線形狀和流管形狀不隨時(shí)間變化；*流線不相交；二.定常流動(dòng)：ABCvAvBvC定常流動(dòng)（steadyflow）：流體中流線上各點(diǎn)的速度都不隨時(shí)間而變。流場一般情況下，在流體流動(dòng)過程中的任意時(shí)刻，流體所占據(jù)的空間任意點(diǎn)的流速為：若流速分布不隨時(shí)間變化，即為定常流動(dòng)：（1）流線形狀不變；（2）流線就是流體粒子運(yùn)動(dòng)的軌跡。設(shè)截面積S1處的流速和密度分別為

1和ρ1

S1S2

1

1

2截面積S2處的流速和密度分別為

2和ρ2

2在短時(shí)間Δt（Δt→0）內(nèi)，

1

t

2

tm2=ρ2(

2Δt)S2=ρ2S2

2Δt通過截面S2的流體質(zhì)量：m1=ρ1(

1Δt)S1=ρ1S1

1Δt設(shè)流動(dòng)為定常流動(dòng)：通過截面S1的流體質(zhì)量：三.連續(xù)性方程連續(xù)性方程（equationofcontinuity）：在定常流動(dòng)中，同一流管的任一截面處的流體密度、流速和該截面面積的乘積為一常量。ρ1S1

1=ρ2S2

2

或ρS

=常量

對于不可壓縮流體，即ρ1=ρ2對定常流動(dòng)：m1=m2則有即：S與

成反比；S1

1=S2

2

或S

=常量ρ1S1

1=ρ2S2

2或ρS

=常量

S1

1=S2

2或S

=常量連續(xù)性方程（equationofcontinuity）：體積流量（S

）守恒：單位時(shí)間內(nèi)通過任一橫截面的流體體積（單位為m3/s）相等。質(zhì)量流量（ρS

）守恒：單位時(shí)間內(nèi)通過任一橫截面的流體質(zhì)量（單位為kg/s）相等。體積流量（S

）簡稱流量（Q）第二節(jié)伯努利方程XY*研究對象：作定常流動(dòng)的XY段理想流體。*研究系統(tǒng)：流管+地球。在△t內(nèi)，XY段流體移動(dòng)到X’Y’段；X’Y’一.伯努利方程的推導(dǎo)：設(shè)y處：S2、

2、F2、h2；在短時(shí)間Δt（Δt→0）內(nèi)，流體XY移至x′y′設(shè)x處：S1、

1、F1、h1；A=F1

1Δt-F2

2Δt=P1S1

1Δt-P2S2

2Δt=(P1-P2)V(S1

1Δt=S2

2Δt=V)xF1

1h1S1yS2

2F2h2x′y′

1

t

2

t外力作功A：P1P2根據(jù)功能原理推導(dǎo)方程：動(dòng)能的增量：在短時(shí)間Δt（Δt→0）內(nèi)，勢能的增量：機(jī)械能增量:根據(jù)功能關(guān)系:以V除各項(xiàng)，整理得:或伯努利方程（Bernoulliequation）：伯努利方程只適用于理想流體的定常流動(dòng)。單位體積流體的動(dòng)能

—

動(dòng)壓強(qiáng)單位體積流體的重力勢能靜壓強(qiáng)單位體積流體的壓強(qiáng)能理想流體在流管中作定常流動(dòng)時(shí)，任一截面處單位體積流體的動(dòng)能、重力勢能以及該處的壓強(qiáng)三項(xiàng)之和保持不變。對同一流管：二.伯努利方程的應(yīng)用1.水平管中壓強(qiáng)和流速的關(guān)系:若流體在水平管中流動(dòng)，h1=h2，則:即在水平管中流動(dòng)的流體，流速小的地方壓強(qiáng)較大，流速大的地方壓強(qiáng)較小。AB噴霧器水流抽氣機(jī)應(yīng)用：負(fù)壓引流（空吸作用）汾丘里流量計(jì)S1S2△h∵∴流體的流量：P2P1υ12.均勻管中壓強(qiáng)與高度的關(guān)系:即高處的壓強(qiáng)較小，低處的壓強(qiáng)較大。當(dāng)v1=v2時(shí)或流動(dòng)緩慢(v=0)時(shí)，人體位對其血壓的影響:3.兩端等壓的管中流速與高度的關(guān)系當(dāng)流管兩端處于相同壓強(qiáng)時(shí)，理想流體在兩端等壓的管中作定常流動(dòng)時(shí)，高端處的流速小，而低端處的流速大。實(shí)例:小孔流速速度梯度：表示A點(diǎn)速度沿z方向的變化率。

z一.牛頓粘性定律A相鄰流層間的切向相互作用力，或稱粘性力。內(nèi)摩擦力F:第三節(jié)粘性流體的流動(dòng)牛頓粘性定律:牛頓流體:水、酒精、血漿等。非牛頓流體：血液、瀝青、溶膠、軟膏等。

幾種流體的粘度:表2-1

液體粘度η（Pa·s）水 0℃ 1.80×10-3水 37℃ 0.69×10-3水 100℃ 0.30×10-3水銀 0℃ 1.69×10-3水銀 20℃ 1.55×10-3水銀 100℃ 1.00×10-3血液 37℃ 2.0--4.0×10-3血漿 37℃ 1.0--1.4×10-3血清 37℃ 0.9--1.2×10-3血液粘度吸煙、喝酒、油脂等。粘度η：表示流體粘性的強(qiáng)弱。１、層流（laminarflow）和湍流(turbulentflow)