醫(yī)用物理-緒論、流體

《醫(yī)用物理學》緒論Preface一.物理學的研究對象*物理學：是研究物質(zhì)世界的普遍性質(zhì)和基本規(guī)律的科學。*物理學的研究對象：機械運動、分子熱運動、電磁運動、光學、原子與原子核及其內(nèi)部運動等。*醫(yī)學物理學：學習醫(yī)學所必需的物理學基礎(chǔ)知識。物理學是生命科學的基礎(chǔ)：*生理過程：肌肉收縮、神經(jīng)電傳導、視覺調(diào)節(jié)、血液循環(huán)、能量代謝、心電和腦電、細胞膜通道的物質(zhì)輸運、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。*物理學與生命科學的交叉科學：生物物理學、生物醫(yī)學工程學、血液流動力學、超聲醫(yī)學、放射醫(yī)學、激光醫(yī)學、醫(yī)學影像物理學等。二.物理學與醫(yī)學的關(guān)系物理學為醫(yī)學和醫(yī)療提供新的方法和技術(shù)：*顯微鏡：

光學顯微鏡------微生物組織、細胞形態(tài)等；電子顯微鏡------細胞內(nèi)結(jié)構(gòu)、生物大分子等；*光學纖維內(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；注意幾個問題：1.學習中自學能力的培養(yǎng)；2.重視實驗;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)于物理學在醫(yī)學中應(yīng)用的文章或課外科技實驗文章；3.作好習題,老師隨時抽查;注意幾個問題：總評成績分配比例：期末理論課考試70％；平時成績30％；實驗課、作業(yè)。醫(yī)學物理實驗緒論（第一節(jié)）

醫(yī)學物理實驗的重要性一、什么是醫(yī)學物理實驗？二、物理在醫(yī)學研究與發(fā)展中的作用

醫(yī)學物理實驗緒論（第一節(jié)）

醫(yī)學物理實驗的重要性診斷――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)學物理實驗實驗數(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)學物理實驗實驗數(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準量進行比較。（質(zhì)量、長度、體積）醫(yī)學物理實驗實驗數(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)學物理實驗誤差——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、估讀、疏忽）

3.測量儀器及標準量（定標、環(huán)境、時效）

誤差分析的重點在測量方法（體溫計、單擺測g）。

測量者的估讀、儀器和標準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)學物理實驗

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)學物理實驗

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

加減法:與不確定度最大項的末位有效數(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)粘性流體的運動第四節(jié)泊肅葉定律第五節(jié)血流動力學與流變學基礎(chǔ)Chapter1.TheMotionofFluid第一章流體的運動*流體靜力學(hydrostatics)：*流體（fluid）：氣體和液體都具有流動性，統(tǒng)稱為流體。研究靜止流體規(guī)律.*流體動力學(fluiddynamics)：*人體中的流體運動現(xiàn)象：血液流動，呼吸氣體運動等。研究流體運動.一、流體運動的研究方法：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)元的運動狀態(tài)隨時間的變化規(guī)律。

(2).Euler（歐拉）方法：著眼于流體流經(jīng)的空間點，研究各空間點處流體質(zhì)元的速度分布及其隨時間的變化規(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，使這些線上各點的切線方向和流體質(zhì)元在該點的速度方向相同，這些線叫做這一時刻的流線。（1）流速場（fieldofflow）:在流體所占據(jù)的空間每一點上,流經(jīng)該點的質(zhì)元均具有流速。這一空間稱為流速場。圓柱機翼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的流線所組成的管狀物。*定常流動（即穩(wěn)定流動）中流線形狀和流管形狀不隨時間變化；*流線不相交；二.定常流動：ABCvAvBvC定常流動（steadyflow）：流體中流線上各點的速度都不隨時間而變。流場一般情況下，在流體流動過程中的任意時刻，流體所占據(jù)的空間任意點的流速為：若流速分布不隨時間變化，即為定常流動：（1）流線形狀不變；（2）流線就是流體粒子運動的軌跡。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)流動為定常流動：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：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段流體移動到X’Y’段；X’Y’一.伯努利方程的推導：設(shè)y處：S2、

2、F2、h2；在短時間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)功能原理推導方程：動能的增量：在短時間Δt（Δt→0）內(nèi)，勢能的增量：機械能增量:根據(jù)功能關(guān)系:以V除各項，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。單位體積流體的動能

—

動壓強單位體積流體的重力勢能靜壓強單位體積流體的壓強能理想流體在流管中作定常流動時，任一截面處單位體積流體的動能、重力勢能以及該處的壓強三項之和保持不變。對同一流管：二.伯努利方程的應(yīng)用1.水平管中壓強和流速的關(guān)系:若流體在水平管中流動，h1=h2，則:即在水平管中流動的流體，流速小的地方壓強較大，流速大的地方壓強較小。AB噴霧器水流抽氣機應(yīng)用：負壓引流（空吸作用）汾丘里流量計S1S2△h∵∴流體的流量：P2P1υ12.均勻管中壓強與高度的關(guān)系:即高處的壓強較小，低處的壓強較大。當v1=v2時或流動緩慢(v=0)時，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)系當流管兩端處于相同壓強時，理想流體在兩端等壓的管中作定常流動時，高端處的流速小，而低端處的流速大。實例:小孔流速速度梯度：表示A點速度沿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：表示流體粘性的強弱。１、層流（laminarflow）和湍流(turbulentflow)