1、力學基本規(guī)律

緒論醫(yī)用物理學一、物理學的研究對象*物理學：是研究物質(zhì)世界的廣泛性質(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知識。★空間尺度(相差1045——1046)1026m(約150億光年)(宇宙)——10－20m(夸克)★時間尺度(相差1045)1018s(150億年)(宇宙年齡)——10-27s(X射線周期)★速率范圍0(靜止)——3x108m/s(光速)不同尺度和速度范圍的對象要用不同的物理學方法研究▲研究對象十分寬泛物理學是生命科學的基礎：*生理過程：肌肉縮短、神經(jīng)電傳導、視覺調(diào)理、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。*生計環(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織科學：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)學的關系物理學為醫(yī)學和醫(yī)療供應新的方法和技術(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光拍照、X光透視、X-CT、X光子刀治療腫瘤等；*激光：眼科手術(shù)（比如：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；三、物理學基礎知識的回顧*力學：力的看法、力的三因素、牛頓三定律……*光學：反射、折射、衍射……*電磁學：歐姆定律、靜電場、磁場、電磁感覺……*熱學：物態(tài)、浮力、溫度、壓強……大學物理與高中物理的差異：對于看法的論述更詳細、更科學借助數(shù)學方法進行分析（微積分）四、單位和量綱任何物理量，都包含數(shù)據(jù)和單位兩個部分?；締挝唬呵Э耍╧g）、米（m）、秒（s）基本量，基本單位；導出量，導出單位。力學中常用的單位制為國際單位制導出量都能夠用基本量表示。導出量用基本量表示的式子，稱為該物理量的量綱。國際單位制：基本量和基本單位力學基本量：質(zhì)量、長度、時間導出量速度：v=s/t加快度：a=s/t2力：F=ma功：A=F·s導出單位米/秒（m·s-1）米/秒2（m·s-2）千克·米/秒2=牛頓（N）千克·米2/秒2=焦耳（J）量綱[v]=LT-1[a]=LT-2[F]=MLT-2[A]=ML2T-2基本量的量綱：長度[l]=L、質(zhì)量[m]=M、時間[t]=T用通式表示：物理量Q的量綱[Q]=MpLqTr量綱指數(shù)：各基本量量綱的指數(shù)p、q、r。(1)檢驗物理公式能否正確：依照：量綱相同的量才能相加減；量綱相同的量才能相等。(2)單位制換算：已知基本量在兩個單位制中的換算關系，并代入物理量的量綱中，即可得出該物理量在兩個單位制中的換算關系。(3)成立經(jīng)驗公式：從實驗中找出物理規(guī)律，成立經(jīng)驗公式時等號兩邊量綱一定相同，并可確定比率系數(shù)的量綱。量綱的作用五、希臘字母發(fā)音比較表1.學習中自學能力的培養(yǎng)；2.重視實驗;4.期評成績：平時10%,實驗占20%,期考占70%；3.作好習題,準時上課（隨時抽查點名）;六、學習與核查1、《新世紀大學物理》，華東師范大學第一版，陳穎聰，田楊萌主編，陳熙謀主審。介紹原因：貼近我們的教課系統(tǒng)，“物理原理與現(xiàn)代技術(shù)”。2、《醫(yī)學物理學學習指導》，人民衛(wèi)生第一版社，胡新民主編。介紹原因：習題指導。3、沈元華，陸申龍主編，《基礎物理實驗》，高等教育第一版社。4、甘平，李樂霞等編寫，《醫(yī)學物理實驗》，科學第一版社。參照資料：第一章力學基本規(guī)律醫(yī)用物理學教課內(nèi)容與要求：熟悉量綱參照系牛頓三定律掌握質(zhì)點的運動掌握應力與應變彈性模量熟悉物質(zhì)的粘彈性認識骨骼與肌肉的力學性質(zhì)第一章力學基本規(guī)律在力學中，我們把靜止狀態(tài)、勻速直線運動狀態(tài)以及勻速轉(zhuǎn)動狀態(tài)稱為物體的均衡狀態(tài)。形變：彈性：均衡狀態(tài)：在外力作用下，物體形狀或大小發(fā)生的變化撤掉外力作用后，物體恢復本來的形狀物體大小和形狀的變化對其運動的影響可忽視時的理想模型．一、質(zhì)點物體能否抽象為質(zhì)點，視具體情況而定．地——日間距：

1.5×108km地球半徑：

6.37×

103km太陽地球第一節(jié)質(zhì)點的運動二、地點矢量地點矢量（位矢）方向：大?。涸谀骋粫r刻，以坐標為原點，以運動質(zhì)點所在地點為終點的有向線段*(x,y,z)地點矢量（位矢）在某一時刻，以坐標為原點，以運動質(zhì)點所在地點為終點的有向線段地點矢量（位矢）三、運動方程質(zhì)點運動方程的矢量表示式質(zhì)點運動方程的直角坐標系表示式質(zhì)點的運動就是它的地點隨時間的變化，也就是它的位矢隨時間的變化。質(zhì)點運動方程的標量表示式分量式從上式中消去參數(shù)得質(zhì)點的軌跡方程．PBA四、位移1、在x-y平面內(nèi)運動2、在三維空間運動五、行程( )從P1到P2：路程位移與行程的差異(1)位移是矢量，行程是標量．(2)兩點間位移是獨一的．(3)一般情況五、路程(

)注意位移與位矢的差異？意義不同？六、速度1、均勻速度（meanvelocity）在時間內(nèi)，質(zhì)點位移為BAsD位移△r和發(fā)生這段位移所經(jīng)歷的時間△t的比稱為質(zhì)點在這一段時間內(nèi)的均勻速度是矢量，它的方向就是位移的方向2．瞬時速度（簡稱速度（velocity）位矢對時間一階導數(shù)位移對時間的變化率稱為速度直角坐標系中，速度的重量表示式速度與速率不同。速度是矢量，速率是標量。速度是位移對時間的變化率。速率是行程對時間的變化率。速度的大小稱為速率BAO△s3．速率（speed）一運動質(zhì)點在某瞬時位于位矢的端點處，其速度大小為（A）（B）（C）（D）談論注意P(x,y)1.均勻加快度B與同方向反應速度大小和方向隨時間變化快慢的物理量七、加快度A速度的變化△v和所經(jīng)歷的時間△t的比稱為質(zhì)點在這一段時間內(nèi)的均勻加快度2．(瞬時)加快度位矢對時間的二階導數(shù)速度對時間的變化率加快度大小加快度方向曲線運動指向凹側(cè)直線運動a的方向和v的方向一致時，v的方向不變而量值改變，質(zhì)點將作直線運動。a的方向與v的方向不相同也不垂直時，質(zhì)點作曲線運動。切向加快度改變速度的量值，法向加快度改變速度的方向。a的方向和v的方向垂直時，v的方向變化而量值不變，質(zhì)點將作圓周運動。加快度是矢量。不管是速度的大小，還是方向發(fā)生變化，或許二者都發(fā)生變化，都會有加快度。假如質(zhì)點作勻加快直線運動，假定在t=0時刻，質(zhì)點的位移是r0，速度是v0，可得任意t時刻質(zhì)點的位移r和速度v分別為積分積分描述質(zhì)點運動的四個基本物理量擁有三個特點：矢量性注意矢量和標量的差異。瞬時性注意瞬時量和過程量的差異。相對性對不同參照系有不同的描述。求導求導積分積分質(zhì)點運動學兩類基本問題☆由質(zhì)點的運動方程能夠求得質(zhì)點在任一時刻的位矢、速度和加快度；☆已知質(zhì)點的加快度以及初始速度和初始地點,可求質(zhì)點速度及其運動方程．1、質(zhì)點沿軌道AB作曲線運動，速率逐漸減小，圖中哪一種狀況正確地表示了質(zhì)點在C處的加快度?【提示：因為質(zhì)點作曲線運動，所以，加快度的方向指向曲線的內(nèi)側(cè)，又速率逐漸減小，所以加快度的切向重量與運動方向相反】練習2、質(zhì)點做直線運動的方程為B、勻加快直線運動，加快度沿X軸負方向C、變加快速直線運動，加快度沿X軸正方向D、變加快直線運動，加快度沿X軸負方向A、勻加快直線運動，加快度沿X軸正方向B、勻加快直線運動，加快度沿X軸負方向C、變加快速直線運動，加快度沿X軸正方向B、勻加快直線運動，加快度沿X軸負方向D、變加快直線運動，加快度沿X軸負方向C、變加快速直線運動，加快度沿X軸正方向B、勻加快直線運動，加快度沿X軸負方向C、變加快速直線運動，加快度沿X軸正方向B、勻加快直線運動，加快度沿X軸負方向D、變加快直線運動，加快度沿X軸負方向C、變加快速直線運動，加快度沿X軸正方向B、勻加快直線運動，加快度沿X軸負方向3、河水向東流速為20km/h,船相對河水向北偏西30o航行，航速為40km/h。此時向西刮風，風速為20km/h。求在船上觀察煙囪冒出的煙的飄向（即風相對船的速度方向)以及速度大小。解:由矢量疊加原理可知v船地=v船水+v水地v風地=v風船+v船地v風船=v風地－v船地v風船=40km/h煙的飄向：向南偏西30o東西北南v船水6040v水地20v船地30v風船優(yōu)異的英國物理學家，經(jīng)典物理學的奠定人。他的不朽巨著《自然哲學的數(shù)學原理》總結(jié)了古人和自己對于力學以及微積分學方面的研究成就，其中含有三條牛頓運動定律和萬有引力定律，以及質(zhì)量、動量、力和加快度等看法。在光學方面，他說了然色散的因由，發(fā)現(xiàn)了色差及牛頓環(huán)，他還提出了光的微粒說。牛頓IssacNewton（1643－1727）第二節(jié)牛頓運動定律任何物體都要保持其靜止或勻速直線運動狀態(tài)，直到外力迫使它改變運動狀態(tài)為止.一、牛頓第必定律慣性和力的概念時，恒矢量如物體在一參照系中不受其余物體作用，而保持靜止或勻速直線運動，這個參照系就稱為慣性參照系．二、牛頓第二定律

動量為

的物體，在合外力的作用下，其動量隨時間的變化率應當?shù)扔谧饔糜谖矬w的合外力．當時，

為常量合外力即(1)瞬時關系(2)牛頓定律只合用于質(zhì)點注意(3)力的疊加原理…兩個物體之間作用力和反作用力

，沿同一直線，大小相等，方向相反，分別作用在兩個物體上．（物體間相互作用規(guī)律）三、牛頓第三定律地球例分析物體間的相互作用力作用力與反作用力特點：(1)大小相等、方向相反，分別作用在不同物體上,同時存在、同時消失，它們不可以相互抵消．(2)是同一性質(zhì)的力．注意3.牛頓第三定律（Newton’sthirdlaw）物體A以力FA作用在物體B上，則物體B也必然同時以一個等大反向的力FB作用在物體A上。二、力學單位的國際單位制和量綱若一組物理量相互獨立，且其余物理量均是這些物理量的某種規(guī)律的組合，這些物理量稱為基本量。1.基本量第三定律不波及物體的運動，與參照系沒關，不論在慣性系還是非慣性系中均成立。物理量量綱單位符號長度L米m質(zhì)量M千克kg時間T秒s電流強度I安培A熱力學溫度開爾文K發(fā)光強度J坎得拉cd物質(zhì)的量N摩爾mol選擇不同的基本單位，就構(gòu)成了不同的單位制。目前國內(nèi)外通用的單位制叫國際單位制，即SI。（SI）7個基本量信息表2.單位制SI中的力學基本單位3.量綱（dimension）一個物理導出量用若干個基本量的乘方之積表示出來的表達式，稱為該物理量的量綱。物理量量綱單位符號長度L米m質(zhì)量M千克kg時間T秒sdimv=L·T-1速度的量綱例2力的量綱dimF=M·L·T-2只有量綱相同的物理量才能相加減和用等號聯(lián)接～：指數(shù)物理量Q的量綱表示式dima=L·T-2dimp=M·L·T-1加快度的量綱?動量的量綱?問題動能的量綱?dimEk=M·L2·T-2不同的單位制，假如基本量的選擇不同，則同一物理量的量綱也不同。量綱和單位都能反應物理量的特點，反應當物理量與基本物理量間的關系。量綱與單位不同。任何物理量的量綱是獨一的，但單位能夠有多個。速度的量綱是L·T-1，其單位能夠是m/s、km/s、km/h。①可定出同一物理量不同單位間的換算關系②可檢驗文字結(jié)果的正誤③定出方程中比率系數(shù)的量綱和單位1牛頓=1千克·米/秒2=1000克·100厘米/秒2=105千克·厘米/秒2=105達因比如：勻速直線運動的方程是4.量綱的作用三、慣性系和非慣性系1.慣性系（inertialframe）吻合牛頓第必定律的參照系稱為慣性系確認某一參照系為慣性系，則相對于此參照系作勻速直線運動的任何其余參照系必定是慣性系。相對于一個已知慣性系作加快運動的參照系，必定是一個非慣性系。牛頓定律不成立的參照系稱為非慣性系慣性系S中有一質(zhì)點，質(zhì)量為m，在外力F的作用下加快度為a。另一參照系S′,相對于慣性系S以加快度a0平動，在S′中質(zhì)點的質(zhì)量為m，在外力F的作用下加快度為a′,則a=a′+a0地球可近似慣性參照系，凡是相對地球靜止或勻速直線運動的參照系均為慣性參照系。2.非慣性系F0=?ma0稱為慣性力在非慣性系中形式上應用牛頓第二定律，一定要引入慣性力。在S’中觀察時，除了實質(zhì)的外力F外，質(zhì)點還遇到一個大小和方向由（?ma0）表示的力。慣性力不過參照系非慣性運動的表現(xiàn)，或許說是物體的慣性在非慣性系中的表現(xiàn)。慣性力不是物體間的相互作用，也沒有反作用力，是虛假的。日心系地面系地心系日心系、地面系、地心系近似是慣性系如圖，繞一個相對于慣性系固定軸勻速轉(zhuǎn)動的盤，盤上的一根細繩的兩頭分別連著固定軸和質(zhì)點m。繞一個相對于慣性系固定的軸作轉(zhuǎn)動的盤就是一個非慣性系。質(zhì)點靜止，說明質(zhì)點遇到的拉力T和與拉力均衡的離心力達到均衡。即fc稱為離心力TRmfeω慣性離心力離心計快速分別懸浮液中不同密度微粒的機械轉(zhuǎn)速60000，R=10cm這樣的高速離心計可分別線度小于幾個微米的病毒和蛋白質(zhì)分子例3離心計物體遇到外力作用后，外力將向物體內(nèi)部傳達，惹起物體內(nèi)部各相鄰點之間相對運動，以致其體積或形狀發(fā)生改變，使物體產(chǎn)生變形。彈性形變：能恢復原狀的形變；比如：橡皮筋等。塑性形變：不可以或許部分恢復原狀的形變；比如：銅絲等。為研究物體的形變，而引入的兩個基本看法:應力與應變第六節(jié)應力與應變1、正應力與正應變(normalstressandnormalstrain)這種物體內(nèi)部各部分之間所產(chǎn)生的相互作用力稱為內(nèi)力正應力:正應力包含：張應力和壓應力求每一點的應力：正應變——物體在正應力作用下單位長度所發(fā)生的該變量物體內(nèi)部任一小單元，在應力作用下都可發(fā)生變形，變形程度用應變來描述。應變是一種無量綱的量當物體受到張應力而伸長時，即時，此時的正應變稱為張應變；當物體受到壓應力而縮短時，即時，此時的正應變稱為壓應變。2、切應力與切應變(shearingstressandshearingstrain)平行作用在物體某截面上的內(nèi)力F與該截面面積S的比值，定義為物體在該截面地方受的切應力。某截面挪動的距離與該截面究竟面的距離的比值稱為切應變3、體應力與體應變(bulkstressandbulkstrain)體應變：物體各部分各方向受相同壓力作用，體積變化而形狀不變時，體積變化與原體積之比。幾個看法應力：作用在單位截面積上的內(nèi)力，單位是帕斯卡。應變：物體受外因影響而產(chǎn)生應力時，所發(fā)生的相對形變。應力分布：物體內(nèi)部各處應力的大小和方向的分布狀況。應力線：在物體內(nèi)部假想的一組曲線，曲線上個點的切線方向是該點的應力方向，曲線的密集程度反應當點應力的大小。熱應力：熱效應也能產(chǎn)生應力，如冬季室外水管的凍裂等。例：人骨骼上的肱二頭肌可對相連的骨骼施加大概600N的力。設肱二頭肌橫截面的均勻值為S1＝5.010-3m2，與骨骼相連肌腱的橫截面積均勻值為S2＝5.010-5m2，求肱二頭肌和肌腱的張應力。解：依據(jù)張應力的公式，對肱二頭肌而言，張應力為對肌腱而言，張應力為第七節(jié)彈性模量一、彈性和范性彈性力——使物體恢復原狀的微粒間的力。彈性——物體恢復形變的特征。如彈簧或橡皮筋。范性(塑性)——物體形變后，不可以恢復原狀的特征。當外力超出應力的彈性范圍時，物體形變不可以復原。彈塑性——物體介乎于彈性和塑性之間的性質(zhì)。應力應變關系曲線：“a”為正比率極限；彈性區(qū)“b”為彈性極限，ab為彈性區(qū)；“c”為斷裂點。“bc”為塑性形變區(qū)；二、彈性模量外力作用使物體形變，力與形變之間關系，可用應力與應變之間函數(shù)關系表示。在正比極限范圍內(nèi)，應力與應變的比值叫該資料的彈性模量。這一規(guī)律叫做胡克定律1、楊氏模量E應力和應變之比,稱為楊氏模量,用符號E表示:張應力張應變2、切變模量G切應力與切應變的比值稱為切變模量,用符號G表示:切應力切應變3、體積彈性模量K壓強與體應變的比值體應力體應變體應模量的倒數(shù)，稱為壓縮系數(shù)或壓縮率4、應力、應變、彈性模量公式小結(jié)一覽表應力分類應力應變模量（名稱)張/壓應力切應力

體壓強彈性模量表示物體變形的難易程度，模量越大，物體越不簡單變形。彈性模量能夠是一個變化的量；在必定范圍內(nèi)，對于某些資料彈性模量是一個定值。非線性彈性體：彈性模量大小與物體變形有關的物體。大多半生物資料為非線性彈性體。練習一1.一長為0.5m，直徑為2×10-3m的鋼絲繩，當遇到450N的張力作用時，其張應力為__________。答案：1．43×108N／m22、已知：骨長Lo=0.4m，S=5cm2，F(xiàn)=500N，E=1×1010N/m2。求：ΔL=？（ΔL/Lo）=？解：3、股骨骨骼楊氏模量E=0.91010N/m2；最小截面積610-4m2，抗壓強度＝17107N/m2，求：受壓負荷多大時骨骼碎裂？假定碎裂前應力與應變是線性關系，則碎裂時應變?yōu)槎嗌伲拷猓嚎箟簭姸燃此榱褧r的應力物質(zhì)的黏彈性一些物體的應力與應變不是馬上達到穩(wěn)固的一一對應關系，而是需要一個時間過程，這種物質(zhì)稱為黏彈性物質(zhì)。比如：橡膠、油漆、藥膏、肌肉組織等蠕變：當對黏彈性物體施加恒定應力時，開始有一快速的較大應變，而隨后有一緩慢的連續(xù)應變過程，最后才達到擁有恒定應變量的穩(wěn)固狀態(tài)。應力廢弛(應力弛豫)：黏彈性物質(zhì)在發(fā)生恒定應變的狀況下，它所受應力有一個隨時間不斷減小最后才達到恒定值的過程。滯后(遲滯)：當對粘彈性物質(zhì)做周期性的加載或卸載時，兩種狀況下的應力與應變關系曲線不重合。黏彈性的靜態(tài)特點從一開始應力與應變就表現(xiàn)為非線性關系，沒有正比部分；黏彈性物體平時被拉長到原廠的數(shù)倍而不會斷裂；在抗張強度內(nèi)的整個形變過程中，當除掉外力后，黏彈性體均能恢復到本來的形