理学类广西医科大学物理学教研室市公开课获奖课件

1、广西医科大学物理学教研室主 讲：莫 华(共60学时，其中理论36学时，试验24学时)电话: 5358270址： 106馆三楼E-mail: 医 用 物 理 学 第1页第1页 绪 论 Preface一. 物理学研究对象* 物理学：是研究物质世界普遍性质和基本规律科学。* 物理学研究对象：机械运动、分子热运动、电磁运动、光学、原子与原子核及其内部运动等。*医学物理学：学习医学所必需物理学基础知识。第2页第2页物理学是生命科学基础：*生理过程：肌肉收缩、神经电传导、视觉调整、血液循环、能量代谢、心电和脑电、细胞膜通道物质输运、蛋白质合成等。*生存环境：大气电离层、电磁污染、

2、放射线污染等。*物理学与生命科学交叉科学：生物物理学、生物医学工程学、血液流动力学、超声医学、放射医学、激光医学、医学影像物理学等。二. 物理学与医学关系第3页第3页物理学为医学和医疗提供新办法和技术：*显微镜： 光学显微镜-微生物组织、细胞形态等； 电子显微镜-细胞内结构、生物大分子等；*光学纤维内镜： 器官内壁组织形态等；A human red blood cell A single-celled bacteria of the type: E. coli 器官内壁第4页第4页*X射线：X光照相、X光透视、X-CT、 X光子刀治疗肿瘤等；*激光：眼科手术（比如：准分子激光治疗 近视）、溶栓

3、术、美容等；*物理断层技术：B超、X-CT、ECT、核磁共振等；第5页第5页注意几种问题：1.学习中自学能力培养；2.注重试验;4.期评成绩：平时测验和试验占20%, 期考占80%； 5.下列情况者可在期评成绩中加1-5分： 能写出较好科普文章；3.作好习题, 老师随时抽查;第6页第6页教学内容：第一节 抱负流体 连续性方程第二节 伯努利方程第三节 粘性流体运动第四节 泊肃叶定律第五节 血流动力学与流变学基础Chapter 1. The Motion of Fluid第一章 流体运动* 流体静力学(hydrostatics)：* 流体（fluid）：气体和液体都含有流动性，统称为流体。研究静止

4、流体规律.*流体动力学(fluid dynamics) ：*人体中流体运动现象：血液流动，呼吸气体运动等。研究流体运动.第7页第7页一、流体运动研究办法 ： 1.两种研究办法 (1).Lagrange（拉格朗日）办法 ： 将流体视为无限小质元构成，用牛顿定律研 究各质元运动状态随时间改变规律。 (2).Euler（欧拉）办法 ： 着眼于流体流经空间点，研究各空间点处流 体质元速度分布及其随时间改变规律。第一节 抱负流体 连续性方程第8页第8页(2).没有内摩擦力 (no internal friction)(1).绝对不可压缩(incompressibility)1000atmwaterVVV

5、/V=5%(或:完全没有粘性)2.抱负流体(ideal fluid)模型特性:（2）流线（streamline）：在任一瞬间，可在流体中划这样一些线，使这些线上各点切线方向和流体质元在该点速度方向相同，这些线叫做这一时刻流线。（1）流速场（field of flow）:在流体所占据空间每一点上,流经该点质元均含有流速。这一空间称为流速场。圆 柱机 翼3.流速场、流线、流管第9页第9页（3）流管（ tube of flow）：流体中通过某小截面积周围各点流线所构成管状物。*定常流动（即稳定流动）中流线形状和流管形状不随时间改变；*流线不相交；第10页第10页二.定常流动：ABCvAvBvC定常流

6、动（steady flow）：流体中流线上各点速度都不随时间而变。流场 普通情况下，在流体流动过程中任意时刻，流体所占据空间任意点流速为： 若流速分布不随时间改变，即为定常流动：（1）流线形状不变；（2）流线就是流体粒子运动轨迹。第11页第11页第12页第12页设截面积S1处流速和密度分别为1和1 S1S2112 截面积S2处流速和密度分别为2和22在短时间t（t0）内，1t2tm2=2(2t)S2=2S22t通过截面S2流体质量：m1=1(1t)S1=1S11t设流动为定常流动：通过截面S1流体质量：三. 连续性方程第13页第13页连续性方程（equation of continuity）：

7、在定常流动中，同一流管任一截面处流体密度、流速和该截面面积乘积为一常量。1S11 =2S22 或 S=常量 对于不可压缩流体，即1 =2对定常流动：m1= m2则有即： S与成反比；S11 = S22 或 S=常量第14页第14页1S11 =2S22 或 S =常量 S11 = S2 2 或 S =常量连续性方程（equation of continuity）：体积流量（S）守恒：单位时间内通过任一横截面流体体积（单位为 m3/s）相等。质量流量（S）守恒：单位时间内通过任一横截面流体质量（单位为 kg/s）相等。体积流量（S）简称流量（Q）第15页第15页第二节 伯努利方程XY*研究对象：作

8、定常流动XY段抱负流体。*研究系统：流管+地球。在t内，XY段流体移动到XY段；XY一.伯努利方程推导：第16页第16页设y处：S2、2、F2、h2；在短时间t（t0）内，流体XY移至xy设x处：S1、1、F1、h1；A= F11t- F22t= P1S1 1t- P2S22t=(P1 -P2 )V (S11t = S2 2t =V)xF11h1S1yS22F2h2xy1t2t外力作功A：P1P2依据功效原理推导方程：动能增量：在短时间t（t0）内，势能增量：机械能增量:第17页第17页依据功效关系:以V除各项，整理得:或伯努利方程（Bernoulli equation）：伯努利方程只适合用于

9、抱负流体定常流动。第18页第18页单位体积流体动能 动压强单位体积流体重力势能静压强单位体积流体压强能 抱负流体在流管中作定常流动时，任一截面处单位体积流体动能、重力势能以及该处压强三项之和保持不变。对同一流管：第19页第19页二. 伯努利方程应用1.水平管中压强和流速关系:若流体在水平管中流动，h1=h2，则:即在水平管中流动流体， 流速小地方压强较大， 流速大地方压强较小。AB喷雾器水流抽气机应用：负压引流（空吸作用）第20页第20页第21页第21页汾丘里流量计S1S2h流体流量：P2P11第22页第22页2.均匀管中压强与高度关系:即高处压强较小，低处压强较大。当v1=v2 时或流动缓慢

10、(v =0)时，人体位对其血压影响:第23页第23页3.两端等压管中流速与高度关系当流管两端处于相同压强时，抱负流体在两端等压管中作定常流动时，高端处流速小，而低端处流速大。实例: 小孔流速第24页第24页速度梯度：表示A点速度沿z方向改变率。z一.牛顿粘性定律A相邻流层间切向互相作用力，或称粘性力。内摩擦力F:第三节 粘性流体流动牛顿粘性定律:牛顿流体: 水、酒精、血浆等。非牛顿流体：血液、沥青、溶胶、软膏等。 第25页第25页几种流体粘度:表2-1 液体 粘度（Pas）水0 1.8010-3水37 0.6910-3水100 0.3010-3水银0 1.6910-3水银20 1.5510-3

11、水银100 1.0010-3血液37 2.0-4.010-3血浆37 1.0-1.410-3血清37 0.9-1.210-3血液粘度 吸烟、喝酒、油脂等。粘度：表示流体粘性强弱。第26页第26页、层流（laminar flow）和湍流(turbulent flow)层流: 流体分层流动。无色甘油有色甘油二、层流与湍流雷诺数粘性流体层流速度分布：轴线处流速最大；管壁处流速最小。湍流:流体流动杂乱而不稳定。第27页第27页Re000时，流体作湍流；1000Re000时，流体流动不稳定雷诺数（Reynold number)（无单位）由雷诺数判断流动类型： 层流：较粗较直动脉血管中血流；湍流：血管弯曲

12、和分叉处血流； 血液通过心脏瓣膜时发出声音； 听诊器听诊,血压计测血压。人体中血液流动：第28页第28页腕环血压计有一条能够围绕在手臂、且能充气长形橡皮袋，橡皮袋一端接到打气橡皮球上，另一端接到水银测压器或其它测压器装置上。测压时，将橡皮袋围绕缚于上臂，然后渐渐将空气打入橡皮袋，压力升高到一定程度时，肱动脉被压扁，造成血液停止。血压计测血压原理 然后再慢慢放气，当橡皮袋压力低于心脏收缩排出血液时产生动脉压时，血液便开始恢复，用听诊器可听到脉搏跳动，此时水银柱显示出来压力即为收缩压。当压力继续减少到心脏舒张时，不能阻碍血液通畅，此压即为舒张压。收缩压和舒张压是医生用来判断循环系统疾病依据。第29

13、页第29页 液体在粗细均匀水平管中作层流时，沿液流方向，液体压强是逐步减少：原因：内摩擦力作功引起能量损耗。结论：粘性流体流动需要一定压强差来维持。此时有：三、粘性流体伯努利方程第30页第30页Rr-球体半径；v-球体相对流体速度；-流体粘度。vvF斯托克司定律：相对流体运动球体，其表面附着一层流体与周围流体间存在着摩擦力,即为球体受到粘性阻力:四、斯托克司定律（stokeslaw）第31页第31页rFWf 重力：浮力：阻力：平衡时即(或称沉降速度)球体在粘性流体中下落时收尾速度：（分层沉淀）主要影响收尾速度因数：第32页第32页粒子0离心分离-从悬浮液中快速分离微粒原理。用代替应用：离心机

14、加快离心机转速能够使2不小于g几十万倍。离心加速度经惯用重力加速度倍数来表示，以此表明离心机离心能力大小，超速离心机加速度可达5105g。第33页第33页P1P2定常流动时：RrFf第四节 泊肃叶定律 (Poiseuille law)流体在圆管中层流时速度分布：内摩擦力：压力差：对圆管中某一环行流层:v s r第34页第34页Q-体积流量；-流体粘度；L-管长度；R-管内半径；P=P1-P2 管两端压强差； RLP1P2Q牛顿流体在水平均匀圆管中层流时流量：流阻(flow resistance) :泊肃叶定律另一表式:（流阻串联与并联）第35页第35页第五节血流动力学与流变学基础：血液循环:体循环/大循环肺循环/小循环