《医学物理学》第八版复习题.doc

复 习 题第一章 刚体转动1 名词解释：刚体在任何情况下大小、形状都保持不变的物体.，力矩给定点到力作用线任意点的向径和力本身的矢积，也指力对物体产生转动效应的量度，即力对一轴线或对一点的矩。，转动惯量反映刚体的转动惯性大小，进动自转物体之自转轴又绕着另一轴旋转的现象，又可称作旋进2 填空：(1) 刚体转动的运动学参数是 、 、 。(2) 刚体转动的力学参数是 、 。(3) (4) 陀螺在绕本身对称轴旋转的同时，其 对称轴 还将绕 竖直 回转，这种回转现象称为进动。3. 问答：(1) 有一个鸡蛋不知是熟还是生，请你判断一下，并说明为什么？可根据两者旋转情况的不同来加以判别。 熟鸡蛋内部凝结成固态，可近似为刚体，使它旋转起来后对质心轴的转动惯量可以认为是不变的常量，鸡蛋内各部分相对转轴有相同的角速度，因桌面对质心轴的摩擦力矩很小，所以熟鸡蛋转动起来后，其角速度的减小非常缓慢，可以稳定地旋转相当长的时间。 生鸡蛋内部可近似为非均匀分布的流体，使它旋转时，内部各部分状态变化的难易程度不相同，会因为摩擦而使鸡蛋晃荡，转动轴不稳定，转动惯量也不稳定，使它转动的动能因内摩擦等因素的耗散而不能维持，使转动很快停下来。(2) 地球自转的角速度方向指向什么方向？作图说明。(3) 中国古代用指南针导航，现代用陀螺仪导航，请说明陀螺仪导航的原理。当转子高速旋转之后，对它不再作用外力矩，由于角动量守恒，其转轴方向将保持恒定不变，即把支架作任何转动，也不影响转子转轴的方向。(4) 一个转动的飞轮，如果不提供能量，最终将停下来，试用转动定律解释该现象。由转动定律可知M=Jdw/dt转动着的轮子一般总会受到阻力矩的作用，若不加外力矩，克服阻力矩做功，轮子最终会停下来（受阻力矩作用W越来越小）第二章 物体弹性1. 名词解释：应力物体由于外因(受力、湿度、温度场变化等)而变形时，在物体内各部分之间产生相互作用的内力，以抵抗这种外因的作用，并力图使物体从变形后的位置回复到变形前的位置，应变机械零件和构件等物体内任一点（单元体）因外力作用引起的形状和尺寸的相对改变，抗张强度使得测试片由原始横截面开始断裂的最大负荷，杨氏模量它是沿纵向的弹性模量2. 填空：(1) 物体变形分为 弹性形变 和 塑性形变 两类。(2) 物体变形是由于有 的作用而产生了 变化。(3) 物体的应力与应变，经历 、 、 、 四个阶段。(4) 物体在颈缩阶段会发生 ，当弹性阶段与颈缩阶段较近时，材料表现为 。3. 问答：(1) 用什么力学指标评价骨骼硬度较为合适？为什么？(2) 骨质疏松的力学特性表现是什么？ 第三章 流体的运动1. 名词解释：可压缩流体具有可压缩性的流体，黏性描述流体黏性大小的物理量，流场流体运动所占据的空间称为流场，层流流体在管内流动时，其质点沿着与管轴平行的方向作平滑直线运动。此种流动称为层流或滞流，亦有称为直线流动的，紊流如果流体的流速逐渐增大，当增大到某一临界值时，就会发现流体各部分相互掺混，甚至有漩涡出现，这种流动状态叫紊流。2. 填空：(1) 伯努利方程表明，任何一处流体的 和 之和总是恒定的。(2) 文丘里流量计是利用 原理设计，测量的流量值与 成正比。(3) 流体流动状态是根据 判断，当它W2，问(a)与(b)中，两个热机的效率是否相同？为什么？ (a) (b)(2) 当物体放入冰箱内，该物体温度高，对冰箱制冷效果好？还是物体温度低，对冰箱制冷效果好？为什么？对于制冷机，人们关心的是从低温热源吸取热量Q2要多，而外界必须对制冷机作的功A要少，故定义制冷系数w=Q2/A=Q2/(Q1-Q2)制冷系数可以大于1，且越大越好。对于卡诺制冷机，有Wr=T2/(T1-T2) 由此可见，若两热源的温度差越大，则制冷系数越小，从低温热源吸取相同的热量Q2时，外界对制冷机作的功A就有增大，这对制冷是不利的；制冷温度T2越低，制冷系数越小，对制冷也是不利的。(3) 茶杯中的水变凉，在自然情况下，是否可以再变热？为什么？一切与热有关的自然现象都与热力学第二定律有关，有熵增加原理可知，在封闭系统中发生的任何不可逆过程，都将导致整个系统的熵增加。(4) 控制饮食和增加身体运动是否可以控制人体体重？为什么？4. 计算：(1) 有一台功率为15kW的制冷机，从-10oC的冷藏室吸取热量，向20oC的物体放出热量，问每分钟从冷藏室吸取多少热量？(2) 有一台热机工作在1000K和300K的热源之间，为了提高热机效率，有两种方案：(1) 将热源温度提高到1100K；(2) 将冷源温度降到200K。问两种方案哪一种更好？(3) 1kg水银，初始温度-100oC，如果加热使其温度上升到100oC，问水银的熵变是多少？ (水银的熔点-39oC，溶解热1.17104 J/(kg oC)，比热容-138 J/(kg oC)第八章 静电场1. 名词解释：电通量，电势，等势面，电偶极子，电偶极矩，束缚电荷，电介质极化，位移极化，心电向量，心电向量环2. 填空：(1) 在电场中描绘的一系列的曲线，使曲线上每一点的 方向都与该点处的电场强度方向 ，这些曲线称为电场线。(2) 导体静电平衡的必要条件是导体内任一点的电场强度为 ，而电介质静电平衡时介质内任一点的电场强度 。(3) 带电导体表面处的电场强度与 成正比，因此，避雷针尖端可以吸引很多 ，并通过接地线放电。(4) 带电导体处于静电平衡时，电荷分布在 ，导体内部电荷为 。3. 问答：(1) 如果在高斯面上的电场强度处处为0，能否可以判断此高斯面内一定没有净电荷？反过来，如果高斯面内没有净电荷，是否能够判断面上所有各点的电场强度为0?(2) 避雷针的尖端为什么是尖的？(3) 在一均匀电介质球外放一点电荷q，分别用如图所示的两个闭合曲面S1和S2，求通过两闭合面的电场强度E通量，电位移D通量。在这种情况下，能否找到一个合适的闭合曲面，可以应用高斯定理求出闭合曲面上各点的场强？S1S2q(4) 从心肌细胞的电偶极矩出发阐述心电图的形成。4. 计算：(1) 地球的半径是6.37106m，地球表面的电场强度约为200V/m，方向指向地心，试计算地球带的总电量。在距离地面1400m的高空处，电场强度降为20V/m，方向仍指向地心，试计算该1400m厚的大气层平均电荷密度。 (e0 = 8.8510-12 C2/Nm2)(2) 一平行板电容器有两层介质：er1 = 4，d1 = 2 mm；er2 = 2，d1 = 3 mm，极板面积40cm2，极板间电压200V，试计算：l 每层介质中的电场能量密度；l 每层介质中的总电能；l 电容器的总电能。第九章 直流电1. 名词解释：载流子，容积导体，时间常数，膜电位，静息电位，动作电位，阈电位2. 填空：(1) 在由四个网孔、六个节点组成的电路中，独立的回路方程有 ，独立的节点方程有 。(2) 电容器充电时，其电位按 规律上升，起始电流最 (大或小)。(3) 在半透膜两侧，有一种离子有浓度差时，则用 计算膜电位，有多种离子有浓度差时，则用 计算膜电位。3. 问答：(1) 心电起源于心脏特殊传导系统中，人体体表上的任意两点是否可以测量心电图？为什么？(2) 一个电极的漏电流是5mA，如果这个电极是接在人体体表，是否对人体有安全影响？如果这个电极是插入在心脏附近，是否对人体有安全影响？为什么？(3) 在膜片钳中，通常是用通道电流来阐述离子通道的开闭状况，为什么？ 4. 计算：(1) 在以下电路中，设ENa=56mV、EK=-93mV、ECl=-66mV，CM=10pF，gNa=15mS/cm2、gK=0.53 mS/cm2、gCl=0.2mS/cm2，VM=26mV，dVM/dt=100V/s。计算此刻的膜电流。第十章 恒磁场1. 名词解释：磁通量，磁偶极子，磁偶极矩，霍耳效应，磁介质，磁化 2. 填空：(1) 物质磁性的本质是 ，任何物质中的分子都存在 ，该电流使物质对外显示出磁性。(2) 在磁场中，沿任一 磁感应强度矢量的线积分，等于真空导磁率乘以穿过以该闭合曲线为边界所张任意曲面的各 的代数和。(3) 磁场是 有旋 场，其特性是磁场任一闭合曲面的 等于零。(4) 磁介质在磁场的作用下内部状态发生地变化叫做 。在这种现象作用下，磁感应强度增加的磁介质称为 ，反之，称为 。3. 问答：(1) 设图中两导线中的电流均为8A，试分别求三个闭合线L1、L2、L3环路积分的值，并讨论以下几个问题：l 在每一个闭合线上各点的磁感应强度是否相等？为什么？l 在闭合线L2上各点的磁感应强度是否为零？为什么？L2L1L3I1I2(2) 在一个均匀磁场中，三角形线圈和圆形线圈的面积相等，并通有相同的电流。问：l 这两个线圈所受的磁力矩是否相等？l 所受的磁力是否相等？l 它们的磁矩是否相等？l 当它们在磁场中处于稳定位置时，线圈中电流所激发出来的磁场方向与外磁场方向是相同、相反或垂直？(3) Helmholtz线圈有何特点？4. 计算：(1) 两根长直导线互相平行地放置在真空，如图所示，其中通以同向的电流I1=I2=10A，试求P点的磁感应强度。(已知PI1=PI2=0.5m，PI1PI2)PI1I2第十一章 电磁感应与电磁波1. 名词解释：感应电流，电磁感应，自感应，互感应 2. 填空：(1) 当穿过一个闭合导体回路所包围的面积内的磁通量发生变化时，在导体回路中会产生 ，感应电流的方向总是使得它所激发的磁场来 引起感应电流的磁通量的变化。(2) 感应电动势包括 电动势和 电动势两种。(3) 螺线管线圈是 元件，它储存的磁场能与螺线管内的 成正比，和 成反比。(4) 麦克斯韦方程组表明了 、 、 、 之间的关系。3. 问答：(1) 将一磁铁插入闭合电路线圈中，一次迅速插入，另一次缓慢插入，问：l 两次插入时，在线圈中产生的感应电动势是否相同？为什么？l 两次推磁铁的力所作的功是否相等？(2) 自感电动势能不能大于电源的电动势？为什么？(3) 磁场能的两种表达：Wm=LI2，Wm=V的物理意义有何区别？(4) 电磁波是如何产生的？举一个RF医疗应用的例子。第十二章 物理光学1. 名词解释：单色光，相干光，光程，半波损失，光的衍射，偏振光，光矢量 2. 填空：(1) 获得相干光的条件是：从 的同一部分发出的光，通过某些装置进行 后才能符合相干条件的相干光。(2) 在下图中，光线在媒质n2中的光程是 ，从ABCBA的光程差是 。ABdC(3) 瑞利准则表明：对一种光学仪器来说，如果一个点光源的衍射图样的中央 处正好与另一个点光源的衍射图样的第一个 处相重合，这时，人眼刚好能够判别两个不同的物体。(4) 当起偏器与检偏器光轴有角度，检偏器透射光强是起偏器透射光强的 倍。3. 问答：(1) 汽车玻璃贴膜的厚度对单向透视特性有影响吗？为什么？ (2) 手机上的照相机可以拍摄远景吗？为什么？(3) 光学显微镜可以观察细胞器吗？为什么？(4) 如何用实验确定一束光是自然光，还是线偏振光或圆偏振光？4. 计算：(1) 一单色光垂直照射在宽0.1mm的单缝上，在缝后放置一焦距为2.0m的会聚透镜，已知在透镜观测屏上中央明条纹宽为2.5mm，求入射光波长。(2) 水的折射率是1.33，玻璃的折射率是1.50，当光由水中射向玻璃反射时，起偏振角是多少？当光由玻璃中射向水反射时，起偏振角又是多少？第十五章 量子物理基础1. 名词解释：黑体，辐射出射度，遏制电压，红限，能量子，量子数，基态，受激态，波函数2. 填空：(1) 当温度升高，黑体的能量辐射与温度成 次方上升，辐射的电磁波长变 (短或长)。(2) 普朗克能量量子化假设包括： 和 。(3) 爱因斯坦光子假设包括： 和 。(4) 光子的粒子性是通过 和 实验证实。(5) 戴维孙-革莫实验使人们知道当电子束射入晶体，可以通过电子探测器获得电子 图，因此，人们确定电子具有 性。(6) 微观粒子不可能同时具有确定的位置和动量，微观粒子不可能同时具有确定的 和 。3. 问答：(1) 医用红外热像仪常用于皮肤癌、乳腺癌等的诊断，阐述其物理原理。(2) 在光电效应实验中，如果：(1) 入射光强度增加1倍；(2) 入射光频率增加1倍；这两种情况的结果有何不同？l1l2l3E1E2E3(3) 如图所示，被激发的氢原子跃迁到低能级时，可激发波长为l1、l2、l3的辐射，问这三个波长之间的关系如何？(4) 在电子显微镜中观察细胞结构时，图像分辨力与保护细胞活性有矛盾吗？为什么？4. 计算：(1) 钾的红限波长为620nm，求：l 钾的逸出功；l 在330nm的紫外光照射下，钾的遏止电势差。(2) 人红细胞直径8mm，厚2-3mm，质量10-13 kg。设测量红细胞位置的不确定性是0.1mm，计算其速率的不确定量是多少？第十九章 磁共振1. 名词解释：塞曼效应，磁化强度矢量，拉莫尔进动，磁共振，弛豫过程2. 填空：(1) 氢原子的量子数包括 、 、 、 四种。(2) 当磁矩为m的磁偶极