《医学物理学》(第八版)复习题

1 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=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 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 2 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 (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 多，而外界必须对制冷机作的功 A 要少，故定义制冷系数 w=冷系数可以大于 1，且越大越好。对于卡诺制冷机，有 2/(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，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 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 15制冷机， 从 10冷藏室吸取热量，向 20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2W2W 5 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) 1银，初始温度 果加热使其温度上升到 100水银的 熵变是多少？ (水银的熔 点 39解热 04 J/( 比热容 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 2，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？ (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 06m，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 1400 (0 = 0 (2) 一平行板电容器有两层介质： 4， 2 2， 3 板面积 40板间电压 200V，试计算： 每层介质中的电场能 量密度； 每层 介质中的总电能； 电容器的 总电能。 第九章 直流电 2 q 6 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 5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 6936605mS/mS/600V/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 路积分的值，并讨论以下几个问题： 在每一个闭合线上各点的磁感应强度是否相等？为什么？ 在闭合线 各点的磁感应 强度是否为零？为什么？ 1 1 7 (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： 这两个线圈所受的磁力矩是否相等？ 所受的磁力是否相等？ 它们的磁矩是否相等？ 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) 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 2=10A，试求 (已知 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： 两次插入时，在线圈中产生的感应电动势是否相同？为什么？ 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： 11 2B V 的物理意义有何区别？ (4) 电磁波是如何产生的？举一个 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： P 2 8 (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 ， 从 ABCBA 的光程 差 是 。 (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 单缝上，在缝后放置一焦距为 会聚透镜，已知在透镜观测屏上中央明条纹宽为 入射光波长。 (2) 水的折射率是 璃的折射率是 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 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？ (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 1、 2、 3 的辐射，问这三个波1 2 3 3 1 d C 9 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 620： 钾的逸出功； 在 330紫外光照射下，钾的遏止电势差。 (2) 人红细胞直径 8m，厚 2-3m，质量 1013 测量红细胞位置的不确定性是 0.1m，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 的磁偶极子在磁