医用物理学之定常流动

医用物理学绪论(了解),第2章 流体的运动,2.1 理想流体的定常流动,(1) 理想流体(掌握),(2) 定常流动(掌握),(3) 流线、流管(理解),(4) 连续性方程(掌握),一、医学物理课程&学科介绍,1、课程地位和教学内容选择,课程地位：医学物理学是物理学的重要分支学科，是物理学与医学相结合所形成的交叉学科，是高等医学教育中的一门必修基础课。主要介绍物理学的基本概念、基本理论，为医学生学习现代医学准备必要的物理基础。,医学物理学教学大纲,讲授内容：在基本保持物理学本身系统性的前提下，结合医学专业的需要，对物理学与医学联系密切的内容作进一步的讨论，当然主要是针对这些问题中的物理学原理，不过多涉及具体的医学内容。,2、医学物理学科现状,国际上医学物理学已形成四大专业领域：放射肿瘤、医学影像物理学、核医学物理学、医用辐射安全与防护。不仅在欧美发达国家，甚至马来西亚、尼泊尔等小国，医学物理学已经被社会和政府广泛重视。,新加坡、香港和台湾已建立医学物理师制度。,我国与发达国家相比差距相当大：1)医学物理学科人才培养不受重视。 2)医学物理师没有职称序列，只能并入技师、工程师、教师或研究员系列。,主要就业领域：临床工作的医学物理师、医疗仪器和设备产业的工作人员,10 医学1001 基础医学（可授医学、理学学位）1002 临床医学1003 口腔医学1004 公共卫生与预防医学（可授医学、理学学位）1005 中医学1006 中西医结合1007 药学（可授医学、理学学位）1008 中药学（可授医学、理学学位）1009 特种医学1010 医学技术（可授医学、理学学位）1011 护理学（可授医学、理学学位）,学位授予和人才培养学科目录（2011年）,医学技术囊括六大专业领域：1.医学检验专业，2.医学影像专业，3.医学物理专业，4.康复治疗专业，5.医学诊断专业，6.医学治疗专业,二、物理学与医学的关系,目前医学研究已从宏观形态进入到微观机制，从细胞水平上升到分子水平，从定性分析进入到定量研究。,医学的发展离不开物理的理论、方法和技术。,1. 许多物理学的新发现、新发明直接推动医学的发展,显微镜的发明为细胞的发现提供条件，使生物医学发展到细胞水平。,X射线的发现开创医学影像诊断的先河。,To,1595年，荷兰眼镜制造匠人詹森制作了第一台显微镜。,这个显微镜制作水平很低，无论放大倍数和分辨能力都相当低。詹森虽然是发明显微镜的第一人，却并没有发现显微镜的真正价值。,第一台显微镜,用显微镜观察软木塞薄片，看到很多蜂巢一样的小室，使用 “细胞”来说明，“细胞”（“cell”）一词从此被生物界采用。,罗伯特.胡克 Robert Hoo-ke,英国物理学家（1635-1703）,实际上他观察到的只是细胞死后残留的细胞壁。,第一个观察到细胞的人,1、一生磨制了400多架显微镜，最大放大倍数270。,列文虎克 Leeuwenhoek,(1632-1723),3、入选英国皇家学会会员,看到的是真正的细胞,显微镜学家,第一个观察到细菌的人,微生物学的开拓者,2、实实在在看到并记录了一类从前没有人看到过的微小生命；证实了毛细血管的存在。,Back,2. 许多物理学家直接对医学发展做出重大贡献,波动光学奠基人之一托马斯 杨本人就是医生,物理学家乔治 冯 贝克西发现内耳的电生理功能,物理学家沃森、克里克建立DNA分子双螺旋结构模型,物理学家伽莫夫提出蛋白质遗传密码的设想,3. 诺贝尔生理学/医学奖中有1/5是将物理学应用到医学而取得的重要成果,与医学物理学科有关的诺贝尔奖获奖情况,(1)超声,1） 超声诊断：B超、超声多普勒血流计、超声胎心仪等,2） 超声治疗：体外超声碎石、碎血栓；利用超声波的热效应，加快骨伤愈合速度、治疗关节炎等,4. 物理学为医学提供诊断治疗方法,胎儿13周,胎儿32周,双胞胎 14周,(2)放射性,1） 诊断：同位素示踪技术,2） 治疗：抑制和破坏肿瘤细胞,(4)四大现代医学影像技术,X射线成像、 超声成像技术、 核医学成像：正电子发射计算机断层成像(PET) MRI,Magnetic Resonance Imaging,磁共振成像,(5)激光,1） 激光诊断：OCT(光学相干层析成像技术),2） 激光治疗：眼科手术（如准分子激光治疗近视）,3） 其他：激光验血划痕器、光镊与人工受精,一种新的断层成像技术。具有高灵敏度、高分辨率,无损伤、可在体检测等优越性，应用于眼科疾病、牙科疾病等的诊断。,微光机电系统(MOEMS)的医学应用,带有摄像机的胶囊型内窥镜直径0.9cm，长2.3cm，被病人吞下后，可在食道、胃、十二指肠、小肠、大肠等处拍摄图像。,胶囊型内窥镜的问世，与一般的内窥镜比较，完全避免病人在检查过程中所产生的苦痛。,微型内窥镜的内部结构：,1、光学圆盖 2、透镜固定环3、透镜 4、照明发光二极管 5、互补金属氧化物半导体成像器 6、电池 7、专用集成电路 8、天线, 课后复习，完成作业和学习指导的题目。(理论课作业将不定期抽查), 记笔记：记思路、记教学要求(了解/理解/掌握), 阶段总结复习。, 重视预习，培养自学能力、独立思考能力。,三、医用物理学学习方法,成绩评定:,期末考试占70%，平时成绩30%,平时成绩主要来自实验报告，外加少量的加减分。,办公室及实验室地点：2号楼2楼,教研室网站：学生网教学在线教研室网站物理教研室,物理教研室隶属信息工程学院，专职教学人员10人，物理&电子学实验室4人，主要承担课程：医用物理学、医用电子学、大学物理、影像物理学, 临床1班-6班：,实验绪论课时间地点,第一周周三晚上7:30-9:50(3学时), 麻醉19班-22班：,第一周周四晚上7:30-9:50(3学时), 影像23班-26班：,第一周周五晚上7:30-9:50(3学时),地点：第2课室,（第1周无实验操作课）,教学进度表说明,第2章 流体的运动,物质存在的三种状态固、液、气液体和气体各部分之间很容易发生相对运动流动性具有流动性的物体流体如：水、酒精、血液、空气研究流体运动规律及流体与其中物体之间相互作用规律的科学流体力学,2.1 理想流体的定常流动,一、关于理想流体的几个概念,1. 理想流体,实际液体和气体除具有共同的流动性外, 还在不同程度上具有两种性质：可压缩性和黏性。,可压缩性：体积(密度)随压强变化的性质,液体的可压缩性很小，气体可压缩性较大,黏性：流动的流体中各部分之间存在内摩擦的性质,甘油、血液黏性较大，气体、水、酒精黏性很小,在一定条件下可忽略流体的可压缩性和黏性，只考虑流动性,绝对不可压缩,它是一种理想化模型，实际不存在。,理想流体,完全没有黏性,2. 定常流动,流体的运动相当复杂，同一时刻，不同点流速可能不同；不同时刻，某一定点的流速也可能不同。,v = f (x, y, z, t),流场：任一时刻t，在流体所占据的空间的每一点上,流经该点的质点均具有流速。这一空间称为流体速度场，简称流场。,流体质点流经空间任一给定点时速度不随时间变化，这种流动称为定常流动。,例如, 沿着管道或渠道缓慢流动的水流, 在一段不长的时间内可以认为是定常流动。,v = f (x, y, z),3. 流线、流管,(1) 流线,任一时刻，在流场中作出一系列曲线，使得曲线上的每一点的切线方向与该时刻流经该点的流体质点速度方向相同，这些曲线称为流线。,流线的特点：,a. 任意两条流线不能相交。,b. 流线形状可以随时间变化。,c. 流线的疏密程度反映流速的大小。,什么情况下不随时间变化？,流体中每个质点都有自己的运动轨迹，质点的运动轨迹称为迹线。,流线与迹线一般不重合。定常流动时，流线形状保持不变，流线与迹线重合。,(2) 流管,在流体中作封闭曲线，通过封闭曲线上各点的流线围成的细管叫做流管。,a. 管内的流体不能穿越管壁到管外，管外的流体也不能穿过管壁流进管内。,b. 定常流动时，流管形状和位置保持不变，像固定的“管道”，流体在其中流动。流管无限变细即成流线，意味着流体质点是沿流线运动的，即定常流动时流线与迹线重合。,流管的特点：,二、连续性方程,或,在定常流动的流体中任取一细流管，在流管中任取两个横截面S1、S2，设 S1、S2上的平均流速分别为v1和v2。,t 内通过 S1 流入的流体质量：,同一时间内通过 S2 流出的流体质量为,流入等于流出：,或,或, 可压缩流体稳定流动时的连续性方程,定常流动时，同一流管中任一横截面处的流体密度 、平均流速 v 和该截面面积 S 的乘积为一常量。,：单位时间内通过任一截面 S 的流体质量,单位：, 该横截面的质量流量,若流体不可压缩，,或,不可压缩的流体作稳定流动时的连续性方程,S大v小 流线稀疏；S小 v大流线密集,不可压缩的流体作定常流动时，流管的横截面积与该处平均流速的乘积为一常量。,有 1=2,则,单位时间内通过任一截面 S 的流体体积,单位：,横截面处的平均流速：,该横截面的体积流量,Sv,Q =,(简称流量),实际流体作定常流动时，质量流量守恒。,小结：,理想流体作定常流动时，体积流量守恒。,如图所示的水管，在流过1管后，分两支由2、3管流去。已知三管的横截面积分别为S1=100cm2, S2=80cm2, S3=40cm2, 1、2两管中的流速分别为v1=40c