医用物理学

 《医用物理学》教学大纲

课程编号：03.047.8.1
课程名称：医用物理学
Medical Physics
开课（二级）学院：中药学院
课程性质：限选公共课
学分：3学分
学时：本课程总学时为42学时。
前期课程：高等数学
授课对象：护理学专业
考核方式：平时考核占10％，期中成绩占20％，期末考核占70％。

课程基本要求（或课程简介）：
随着科学的发展，物理学在医学领域的应用日益广泛和深入。医学物理学是近代物理学与医学相结合所形成的交叉学科，它是医学院校一门重要的必修基础课。大纲要求学生通过学习这门课程，掌握物理学的基本理论、研究方法和科学思维方法，熟悉和了解物理学在医学领域中的应用，为后续课程的学习、为培养高级医学卫生人才奠定坚实的理科基础。
本大纲根据我院教学计划而制定，根据课程基本要求规定，将教学内容分为三级：掌握内容（一级要求），理解内容（二级要求）和了解内容（三级要求）。
The medical physics is a cross-study between the modern physics and medicine.It is an important compulsory course in medical colleges and universities. The program enables the students to grasp the elementary physics theory, the research method and the scientific thoughts. The students are required to be familiar with the physics application in the medicine field. This course lays a solid science foundation for the following curriculum study. According to the curriculum request, the content of this course is divided into three levels: mastering (first level), understanding (second level) and comprehending (third level).

大纲内容：
一、前言
【课程目的】
《医用物理学》主要阐述了物理学中最基本的知识和理论。通过本课程的教学，使学生逐步树立辨正唯物主义观点和思想方法，培养学生分析问题和解决问题的能力，为学习后续课程和从事医疗与科研工作打下必要的物理学基础。
【教学要求】
本课程的教学内容主要包括物体的弹性、流体力学、声学基础、电磁学、晶体管电路基础、量子物理、放射性同位素等基础知识。其实验教学必须受到充分重视。通过物理实验使学生学会常用仪器的使用，获得物理实验的方法和基本技能的训练，进一步培养学生独立工作的能力和实事求是的科学作风。
课堂教学要加强直观教学，采取启发式的教学方法，充分调动和发挥学生学习的主动性和创造性。

二、教学要求和内容、方法
第一章 物体的弹性
【目的要求】
1．了解力的平衡与人体骨骼受力分析。
2．掌握应力、应变和弹性模量的概念与计算。
3．理解黏弹性物质的动态特性和静态特性，了解骨骼和肌肉的力学性质。
【教学内容】
1．应力与应变：
（1）力的平衡与骨骼受力
（2）正应力和正应变
（3）切应力与切应变
（4）体应变
2．弹性模量：
（1）弹性与范性
（2）弹性模量
（3）弹性势能
3．物质的黏弹性：
（1）黏弹性物质应力-应变关系的动态特性
（2）黏弹性物质静态特征
4．骨骼和肌肉的力学性质：
（1）骨骼的力学性质
（2）肌肉的力学性质
【教学方式】
课堂讲授、CAI辅助教学。

第二章 流体动力学基础
【目的要求】
1．理解理想流体和稳定流动的概念。
2．掌握连续性原理和伯努利方程。
3．理解牛顿黏滞定律、泊肃叶定律、斯托克斯定律。
4．了解测量液体黏度的两种实验方法。
【教学内容】
1．理想流体 稳定流动：
（1）理想流体
（2）稳定流动
（3）连续性原理
2．伯努利方程及其应用：
（1）伯努利方程
（2）伯努利方程的应用
3．实际流体的流动：
（1）牛顿黏滞定律
（2）层流、湍流、雷诺数
4．泊肃叶定律 斯托克斯定律：
（1）泊肃叶定律
（2）斯托克斯定律
【教学方式】
课堂讲授、CAI辅助教学。

第三章 液体的表面性质
【目的要求】
了解产生液体表面现象的微观机制。
掌握表面张力系数的概念以及它与表面张力的关系；理解表面能的概念。
掌握弯曲液面的附加压强公式。
理解润湿与不润湿现象、毛细现象；理解毛细管中液面上升高度的公式。
5. 了解肺泡的压强、气体栓塞现象和表面吸附现象；了解表面活性物质的概念以及表面活性物质在呼吸过程中的作用。
【教学内容】
1．表面张力 表面能：
（1）表面张力
（2）表面张力系数
（3）表面能
2．弯曲液面内外的压强差：
（1）润湿现象
（2）毛细现象
3．表面吸附和表面活性物质：
4．肺泡中的压强 气体栓塞：
（1）肺泡中的压强
（2）气体栓塞
【教学方式】
课堂讲授、CAI辅助教学。

第四章 振动 波动 超声波
【目的要求】
1．掌握简谐振动和简谐波动的各物理量（特别是相位）的物理意义及各量之间的相互关系。
2．理解旋转矢量法，并能用以分析有关的简单问题。
3．理解两个同方向、同频率简谐振动的合成规律，以及合振动振幅极大、极小的条件。
4．掌握波动方程和多普勒效应，并能计算有关问题。
5．了解振动能量、波的能量、波的强度、波的衰减等概念。
6．了解声波的有关知识、超声波的主要特性及在医学上的应用。
【教学内容】
1．简谐振动：（自学）
（1）简谐振动的方程
（2）简谐振动的能量。
（3）同方向同频率简谐振动的合成。
2．波动：
（1）机械波的产生
（2）描述波动的物理量
（3）平面简谐波的表达式
（4）波的能量、波的衰减
3．声波：（自学）
（1）声波的物理性质
（2）声压与声阻
（3）声强与声强级
4．多普勒效应：
5．超声波及其医学应用：
（1）超声波的产生和接收
（2）超声波的特性与作用
（3）超声波在医学上的应用。
【教学方式】
课堂讲授、CAI辅助教学。

第五章 静电场与生物电现象
【目的要求】
1．掌握电场的概念、电场强度的定义和电场叠加原理。
2．掌握点电荷和点电荷系电场场强的计算方法。
3．理解电势概念，掌握点电荷和点电荷系电场的电势计算方法。
4．理解两种电介质极化的微观机制及宏观束缚电荷的产生；了解电极化强度概念。
5．了解神经传导的电学特性。
6．了解心电图波形形成的原理。
【教学内容】
1．电场 电场强度（自学）：
（1）库仑定律
（2）电场强度
2．电势差 电势（自学）
（1）电场力所作的功
（2）电势差、电势
（3）电势的计算
3．静电场中的电介质：
（1）电介质的分类
（2）电介质的极化
（3）极化强度
4．生物电 神经传导的电学特性：
（1）能斯脱方程
（2）静息电位、动作电位
（3）神经传导的电学特性
5．心电的物理基础：
（1）心电向量、心电向量环。
（2）心电图波的形成。
【教学方式】
课堂讲授、CAI辅助教学。

第六章 直流电
【目的要求】
1．理解电流密度、接触电位差、温差电动势。
2．掌握一段含源电路的欧姆定律和基耳霍夫定律及其应用。
3．理解惠斯通电桥的原理。
4．了解各位电位差的原理。
【教学内容】
1．电流强度：
（1）电流强度
（2）电流密度
2．一段含源电路的欧姆定律；
（1）电动势
（2）一段含源电路的欧姆定律
3．基尔霍夫定律：
（1）基耳霍夫第一定律
（2）基耳霍夫第二定律
4．惠斯通电桥和电位差计：（自学）
（1）惠斯通电桥
（2）电位差计
5．接触电位差 温差电动势：（自学）
（1）接触电位差
（2）温差电动势
（3）温差电现象的应用
【教学方式】
课堂讲授、CAI辅助教学。

第七章 电磁现象
【目的要求】
1．理解磁感应强度的概念。
2．掌握磁场对运动电荷的作用，了解质谱仪的工作原理。
3．理解安培力公式和磁场对载流线圈的作用。
4．掌握电磁感应定律，理解动生、感生电动势和自感、互感电动势的产生原因。
【教学内容】
1．磁现象 磁感应强度：
（1）磁现象
（2）磁现象的本质
（3）磁感应强度B
（4）磁通量及磁场中的高斯定律
2．磁场对运动电荷的作用：
（1）洛仑兹力
（2）带电粒子在磁场中的运动
（3）质谱仪的工作原理
3．磁场对载流导体的作用：
（1）安培力
（2）磁场对载流线圈的作用
4．电磁感应现象（自学）：
（1）法拉第电磁感应定律
（2）动生电动势和感生电动势
（3）自感与互感
【教学方式】
自学

第八章 交流电
【目的要求】
1．掌握正弦交流电的三要素。
2．理解纯电阻、纯电感和纯电容交流电路。
3．了解串联、并联谐振的条件和特征。
4．了解电磁振荡和电磁波的概念。
【教学内容】
1．正弦交流电：
（1）交流电的类型
（2）描述正弦交流电的特征量
2．纯电阻、纯电感和纯电容交流电电路：
3．串联谐振 并联谐振：
（1）串联谐振
（2）并联谐振
4．电磁振荡 电磁波：
（1）电磁振荡
（2）电磁波
（3）电磁波谱
【教学方式】
自学

第九章 几何光学与医用光学仪器
【目的要求】
1．理解几何光学的有关定律和原理；掌握单球面与共轴球面系统的成像公式。
2. 掌握薄透镜和厚透镜的成像规律；理解焦点、主点、节点的概念。
3. 了解眼球的构造、视角和视力的概念以及非正视眼的校正方法。
4．理解光的衍射现象 、掌握单缝衍射公式。
5．理解放大镜、显微镜的基本原理，理解并能计算显微镜的放大率和分辨限度。
6．了解检眼镜、纤镜的构造与原理。
【教学内容】
1．单球面折射 透镜：
（1）单球面折射
（2）共轴球面系统
2．眼睛的曲光系统：
（1）眼球的构造
（2）眼的光学系统
（3）视角
（4）眼的调节、非正视眼的校正
3．放大镜 显微镜：
（1）放大镜与角放大率
（2）显微镜
（3）显微镜的分辨限度
4．检眼镜 纤镜：
（1）检眼镜
（2）光学纤维 纤镜
【教学方式】
自学

第十章 光的辐射与吸收
【目的要求】
1．理解黑体辐射的概念和定律以及黑体单色辐出度与波长的关系。
2．掌握普朗克量子假说的要点。
3．了解红外线和紫外线的特点及其在医学上的应用。
4．掌握朗伯定律和朗伯－比尔定律，了解一般吸收和选择吸收的特点。
5．了解光度学的基本知识。
【教学内容】
1．黑体辐射：
（1）热辐射
（2）基尔霍夫辐射定律
（3）黑体辐射定律
（4）普朗克量子假说。
2．非温度辐射：
（1）荧光、磷光
（2）荧光分析
（3）荧光灯、紫外线灯
3．红外线和紫外线：
（1）红外线
（2）紫外线
4．光的吸收：
（1）光的吸收
（2）吸收的线性规律
（3）光的吸收与波长的关系
5．光度学基本知识：
（1）辐射通量与光见度函数
（2）光通量、发光强度与照度
【教学方式】
课堂讲授、CAI辅助教学。

第十一章 量子物理学基本知识
【目的要求】
1．掌握氢原子光谱的规律,理解玻尔的假设及其对氢原子的运用,了解原子光谱与分子光谱的区别。
2．了解电子衍射实验,理解海森伯不确定关系。
3．了解波函数和波函数的统计解释，了解定态薛定谔方程。
4．了解四个量子数及其作用。
5．了解激光原理和特点及其在医学上的应用。
【教学内容】
1．玻尔的氢原子理论：
（1）氢原子光谱的规律性
（2）玻尔的氢原子理论
2．原子光谱 分子光谱：
（1）原子光谱
（2）分子光谱
3．微观粒子的波粒二象性：
（1）德布罗意假设及实验验证
（2）不确定关系
4．波函数 薛定谔方程：（自学）
（1）波函数
（2）薛定谔方程
5．描述原子状态的四个量子数：
（1）能量量子化和主量子数
（2）轨道角动量量子化和角量子数
（3）轨道角动量空间量子化和磁量子数
（4）电子自旋和自旋磁量子数
6．激光及其医学应用：
（1）激光产生原理
（2）激光的特点
（3）激光器
（4）激光在医学上的应用
【教学方式】
课堂讲授、CAI辅助教学。

第十二章 原子核与放射性
【目的要求】
1．了解原子核的组成和基本性质，理解原子核的质量亏损和结合能的物理意义。
2．理解原子核的衰变类型，掌握衰变方程。
3．掌握放射性核素的衰变规律，理解衰变常数、半衰期、平均寿命、放射性活度等物理概念，能计算有关问题。
4．了解辐射剂量和辐射防护等概念。了解放射性核素的医学应用。
【教学内容】
1．原子核的基本性质：
（1）原子核的组成
（2）原子核的性质
（3）原子核的稳定性
2．原子核的衰变类型：
（1）α衰变
（2）β衰变
（3）γ衰变和内转换
3．放射性核素的衰变规律：
（1）衰变规律
（2）半衰期和平均寿命
（3）放射性活度
4．辐射剂量与辐射防护：
（1）辐射剂量
（2）辐射保护
5．放射性核素在医学上的应用：
（1）示踪原子的应用
（2）诊断
（3）治疗
【教学方式】
课堂讲授、CAI辅助教学。

第十三章 X射线
【目的要求】
1．了解X射线的产生、基本性质、强度和硬度
2．理解X射线谱及X射线产生的微观机制，计算X射线的最短波长。
3．理解物质对X射线的吸收规律。
4．了解X射线的医学应用和X射线断层摄影原理及X-CT的成像原理。
【教学内容】
1．X射线的产生及其性质：
（1）X射线的产生
（2）X射线的一般性质
2．X射线的强度与硬度
3．X射线谱：
（1）连续X射线谱
（2）标识X射线谱
4．物质对X射线的吸收规律
5．X射线在医学上的应用：
（1）治疗方面
（2）诊断方面
6．X-CT
【教学方式】
课堂讲授、CAI辅助教学。

第十四章 核医学成像技术
【目的要求】
1．原子核的角动量量子化和磁矩量子化。
2．了解核磁共振的基本原理和核磁共振波谱的测量。
3．了解核磁共振的成像方法和 照相原理。
4.了解发射型CT成像的原理。
【教学内容】
1．核磁共振原理：
（1）原子核的自旋和磁矩
（2）核磁共振的基本原理
（3）核磁共振波谱的测量
（4）弛豫
2．核磁共振成像方法：（自学）
3．γ照相：（自学）
（1）γ照相机的探头结构
（2）位置通道和能量通道
（3）显示记录系统
4．发射型CT成像：（自学）
（1）正电子反射型计算机断层显像
（2）同位素发射计算机辅助断层显像
【教学方式】
课堂讲授、CAI辅助教学。

第十五章 晶体管电路基础
【目的要求】
1．掌握晶体二极管的导电特性。
2．掌握晶体二极管的放大原理，学会用公式法和图解法分析简单的共发射极交流放大电路。
3．理解环境对放大器工作性能产生影响的原理并了解免除方法。
4．了解直流稳压电源的工作原理。
【教学内容】
1．晶体二极管：
（1）本征半导体和杂质半导体
（2）PN结
（3）晶体二极管
（4）稳压管
2．晶体三极管：
（1）晶体三极管的基本结构
（2）晶体三极管的放大作用
（3）晶体三极管的特性曲线
（4）晶体三极管的主要参数
3． 基本交流放大电路：
（1）共发射极大电路
（2）交流放大电路的基本分析方法
4．多级放大器：
（1）阻容耦合放大器
（2）差动放大器
5．电子电路的简单应用举例：
（1）直流稳压电源
（2）耳穴探测器
（3）简单的温控电路
【教学方式】
自学

三、课时分配
教学内容 讲课时数 实验内容 实验时数
第一章 物体的弹性
第二章 流体动力学基础
第三章 液体的表面性质
第四章 振动 波动 超声波
第五章 静电场与生物电现象
第六章 直流电
第七章 电磁现象
第八章 交流电
第九章 几何光学与医用光学仪器
第十章 光的辐射与吸收
第十一章 量子物理学基础知识
第十二章 原子核与放射性
第十三章 X射线
第十四章 核医学成像技术
第十五章 晶体管电路基础 4
3
3
4
4
3
2
自学
2
4
3
4
4
2
自学
合计 42

四、大纲使用说明
1．本大纲供护理专业使用，亦适用全校其它专业选修或辅修本课程的学生。
2．在教学过程中，任课教师可对授课顺序和内容及课时安排作适当调整，但不得影响课程的基本体系。

五、主要参考书目
《医用物理学》，邝华俊主编，人民卫生出版社，1984年正月；
《普通物理学》，程守洙主编，人民教育出版社，1982年2月；
《医用物理学》，顾启秀、余国建主编，上海科学技术出版社，1991年；
《医学物理学》（第五版），胡新珉主编，人民卫生出版社，2002年；
《医用物理学》，余国建主编，中国中医药出版社，2005年8月。