医学物理学医学知识讲座专家讲座

医学物理学Medicalphysics医学物理学医学知识讲座第1页《医学物理学》是高等医学教育中一门主要基础课，它任务和目标是使学生比较系统地掌握当代医学所需要物理学基础理论、基本知识、基本技术和方法，培养学生辩证唯物主义世界观和分析问题、处理问题能力。课程学习为医学生深入认识和了解生命现象、后续课程学习以及未来从事临床和生命科学研究工作打下必要物理基础。医学物理学医学知识讲座第2页教学安排1.理论课：4-14周2.试验课：10-15周成绩统计1.理论课成绩2.试验课成绩3.平时成绩考试题型1.试验题（8分）2.正误判断题（每小题2分，共20分）3.填空题（每小题2分，共20分）

4.单项选择题（每小题3分，共30分）5.计算题（共22分）关于自主学习：自主学习：理论课教学＞2：1医学物理学医学知识讲座第3页固体气体、液体流动性：介质质点相对位置易变性流体(fluid)：气体、液体，含有流动性。流体力学(fluidmechanics)：流体静力学流体动力学第三章流体运动医学物理学医学知识讲座第4页

第一节理想流体稳定流动一、理想流体

理想流体(idealfluid)：绝对不可压缩、无粘滞性流体，是一个理想模型。1.流体性质A.流动性(fluidity)B.可压缩性(compressibility)C.粘滞性(viscosity)f流体含有内摩擦力性质医学物理学医学知识讲座第5页二、稳定流动

1.流线（streamline）

流线上各点切线方向和流经该点流体粒子速度方向相同。2.稳定流动(steadyflow)

流场中各点流速都不随时间改变，这么流动称为稳定流动(steadyflow)：流场流速分布:ABAB医学物理学医学知识讲座第6页

稳定流动流体中,任意截面s周围各点发出流线所组成管状体。返回3.流管(tubeofflow)医学物理学医学知识讲座第7页s1s2稳定流动流线及流管特点:流线及流管形状保持不变。流线与流体粒子运动轨迹相重合。流线不能相交。流管内外流体都不会穿越管壁。医学物理学医学知识讲座第8页三、连续性方程在稳定流动流场中取一细流管△t时间内，流入S1流体体积为:△t时间内，流出S2流体体积为:V1=V2=s1v1△tS2v2△t1.若流体不可被压缩：ρ1=ρ2s1v1=s2v2沿同一流管,体积流量守恒S1S2v1v2v1△tv2△t医学物理学医学知识讲座第9页ρ1s1v1△t

=ρ2s2v2△t△t时间内，流入S1液体质量为:ρ2s2v2△tρ1s1v1△t△t时间内，流出S2液体质量为:M1=M2=2.若流体可被压缩：S1S2v1v2v1△tv2△t医学物理学医学知识讲座第10页即:ρ1s1v1=ρ2s2v2连续性方程：在稳定流动流场中，沿同一流管,质量流量守恒。(质量流量守恒)ρSv为单位时间流过S质量，故ρSv称为质量流量。医学物理学医学知识讲座第11页返回例:分支流管不可压缩粘滞流体医学物理学医学知识讲座第12页血液流动体循环肺循环毛细血管体循环主动脉

大动脉小动脉静脉小静脉医学物理学医学知识讲座第13页不一样血管段血流速度分布毛细血管体循环主动脉

大动脉小动脉静脉小静脉S主

v主=s大

v大=s毛

v毛医学物理学医学知识讲座第14页一、伯努利方程对象：作稳定流动理想流体第二节伯努利方程医学物理学医学知识讲座第15页②机械能改变量：△E=Ex2y2－Ex1y1=(Ex2y1+Ey1y2)-(Ex1x2+Ex2y1)=mgh2+mv22/2-mgh1-mv12/2①外力作功：

W=F1L1-F2L2

=p1s1v1Δt-p2s2v2Δt

稳定流动：

s1v1Δt

=s2v2Δt

=V∴

W=p1

V

-p2V③不考虑内摩擦，由功效原理知：p1

V

-p2V

=mgh2+mv22/2–mgh1-mv12/2

因为液体不可压缩：m/V=ρ医学物理学医学知识讲座第16页柏努利方程：作稳定流动理想流体，单位体积动能、重力势能以及该点压强之和为一常量。返回ρv2/2称为动压强，(P+ρgh)称为静压强。例3-1粘性流体伯努利方程？医学物理学医学知识讲座第17页1.连续性方程：2.柏努利方程：s1v1=s2v2S1v1S2v2h2h1P1P2关键点回顾医学物理学医学知识讲座第18页二、伯努利方程应用v1hs1s2

汾丘里流量计v2水平流管：h1=h2S1v1=S2v2P1+ρv12/2

=P2+ρv22/2而：P2－P1=ρgh1.流量计原理Q=S1v1=S2v2医学物理学医学知识讲座第19页故液体流量为：气体流量测量：医学物理学医学知识讲座第20页vAB2.将B口折弯:液体上升同等高度2.流速计原理B管液体上升高于A管医学物理学医学知识讲座第21页“滞止区”:2.流速计原理医学物理学医学知识讲座第22页A、B两点近似看作同高点:PA+0=PB+ρV2/2PA－PB=ρ’ghρ’是液体密度

ρ是气体密度故有：测气体速度仪器（皮托管）医学物理学医学知识讲座第23页3.体位对血压影响

主动脉和大动脉流速差异不大，由伯努利方程知：

P1+ρgh1=P2+ρgh2高处流体压强较小，而低处压强大测量血压时一定要注意测量体位血压：主动脉内血液压强计示压强：血液压强P与大气压P0之差医学物理学医学知识讲座第24页返回P1+ρgh1=P2+ρgh2医学物理学医学知识讲座第25页26例：红细胞轴向集中（红细胞轴流现象）。血浆层医学物理学医学知识讲座第26页274、虹吸管h1h2h2-h1abcde①求ve对a、e两点列伯努利方程医学物理学医学知识讲座第27页28h1h2h2-h1abcdePc〈Pd〈Ｐe②求速度③求压强医学物理学医学知识讲座第28页例.水在粗细均匀虹吸管中稳定流动，下列图中各点压强关系是：[]A．P1=P2=P3=P4；B．P1=P4＞P2=P3；C．P1＞P2＞P3＞P4；D．P1＞P2=P3=P4。医学物理学医学知识讲座第29页h计算题:如图所表示,截面均匀采气管采集CO2气体。若U型管中水柱高度差为2cm，采气管截面积为10cm2，CO2气体密度为2kg/m3,求：(1)采气管中CO2气体流速；（2）1秒钟内所采集CO2气体体积。（5分）医学物理学医学知识讲座第30页31实际流体：流动时存在内摩擦力，表现出粘滞性流体。实际流体流动形态一、层流和湍流第三节粘性流体流动湍流层流医学物理学医学知识讲座第31页1、层流Laminarflow(片流)

层流(Laminarflow)：流体分层流动运动状态。相邻流层之间只作相对滑动，流层之间流体粒子不会彼此混杂。xx2x1v2v1v0医学物理学医学知识讲座第32页2、湍流turbulentflow（涡流）

流体速度超出一定数值时，流体将不再保持分层流动，流体流动显得杂乱而不稳定，流体粒子不停摩擦、碰撞，形成旋涡，甚至发声、发烧。例：心音、血压测量毛细血管体循环主动脉

大动脉小动脉静脉小静脉医学物理学医学知识讲座第33页3、雷诺数Re

英国工程师雷诺(Reynold)提出用雷诺数Re(Reynold’snumber)来判断流体流动状态。Re是一个没有量纲数

在圆管中流动实际流体医学物理学医学知识讲座第34页毛细血管体循环主动脉

大动脉小动脉静脉小静脉普通来说:

Re＜1000，液体做层流；

Re

＞1500，液体做湍流；

1500

＞Re

＞

1000，过渡流。问：在一段粗细不均匀流管中何处会先发生湍流？例3-2医学物理学医学知识讲座第35页fvxvv+dvdx二、牛顿粘滞定律1.速度梯度dv/dx：(velocitygradient)速度在空间上改变率。2.牛顿粘滞定律试验表明：内摩擦力f大小与两流层接触面积S以及临层速度梯度dv/dx成正比。医学物理学医学知识讲座第36页一些流体粘度值：液体

粘度（Pa·s）

液体粘度（Pa·s）水

0℃

1.8x10-3酒精

37℃

0.859x10-3水

37℃

0.69x10-3甘油

0℃

4.6水

100℃

0.3x10-3甘油

15℃

1.5血液

37℃2.0～4.0x10-3

空气

15℃0.018x10-3η:称为粘度（viscosity），又称粘滞系数、内摩擦系数.

由流体性质决定，与温度相关.单位：帕斯卡·秒(Pa·S)

医学物理学医学知识讲座第37页牛顿粘滞定律切变率表述：为切变率其中：为切应力；医学物理学医学知识讲座第38页牛顿流体：遵照牛顿粘滞定律流体。同一温度下粘度为一常数。如：水、酒精、血浆。非牛顿流体：不遵照牛顿粘滞定律流体。同一温度下粘度不为一常数而随切变率改变。如：悬浮液、血液。正比关系医学物理学医学知识讲座第39页血液粘度随切变率改变血液流变学：主要是经过观察血液粘度、粘弹性、流动、凝集等流变性和红细胞变形及聚集、血小板聚集等指标来研究血液和血管宏观与微观流变性规律。

η医学物理学医学知识讲座第40页返回VV第四节粘性流体运动规律一、粘性流体伯努利方程医学物理学医学知识讲座第41页

ΔE：单位体积流体克服内摩擦力所作功。假如流体在等截面积水平管中匀速流动:h1=h2,v1=v2

上式应变为：P1=P2+ΔE即沿流动方向，粘性流体压强逐步降落。只有P1

＞P2才能维持粘性流体作匀速流动。返回VV医学物理学医学知识讲座第42页返回沿血流方向血压降落医学物理学医学知识讲座第43页二、泊肃叶定律

粘性流体在等粗水平圆管中作层流时，流速V在截面S上呈抛物线型分布：LP1P2△p=P1－P2Rr

管轴（r=0）处流速最大：

1、速度分布管壁（r=R）处流速最小：平均流速：医学物理学医学知识讲座第44页毛细血管体循环主动脉

大动脉小动脉静脉小静脉Q=△PRf此公式还能够写为：返回其中：Rf=8ηL/πR4，称为流阻（flowresistance）,医学上把Rf称为外周阻力；△P为血压降落。例：P38例3－3问：流管串联、并联？

2、流量公式医学物理学医学知识讲座第45页返回沿血流方向血压降落毛细血管体循环主动脉

大动脉小动脉静脉小静脉医学物理学医学知识讲座第46页毛细血管体循环主动脉

大动脉小动脉静脉小静脉血压降落和血压分布医学物理学医学知识讲座第47页三、斯托克司定律

(Stokes’law)对球形物体，粘滞阻力为：浮力粘滞阻力重力

设小球密度为ρ、半径为R，液体密度为，到达平衡时：V——收尾速度或沉降速度(自主学习)医学物理学医学知识讲座第48页例.用斯托克斯定律测量液体粘度时，所用沉降物体及其在流体中下落速度应为：

A．任何形状，任何速度；B．球形物体，加速下落段；C．小物体，下落很慢；

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