理学类广西医科大学物理学教研室省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

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1、广西医科大学物理学教研室广西医科大学物理学教研室主主 讲：讲：莫莫 华华(共共60课时，其中理论课时，其中理论36课时，试验课时，试验24课时课时)电话电话:5358270 13367805983地址：地址：106馆三楼馆三楼E-mail: 医医 用用 物物 理理 学学 第1页 绪绪 论论 Preface一一.物理学研究对象物理学研究对象*物理学：物理学：是研究物质世界普遍性质和基本规律科学。是研究物质世界普遍性质和基本规律科学。*物理学研究对象：物理学研究对象：机械运动、分子热运动、电磁运动、光学、机械运动、分子热运动、电磁运动、光学、原子与原子核及其内部运动等。原子与原子核及其内部运动等。

2、*医学物理学：医学物理学：学习医学所必需物理学基础知识。学习医学所必需物理学基础知识。第2页物理学是生命科学基础：物理学是生命科学基础：*生理过程：生理过程：肌肉收缩、神经电传导、视觉调整、血肌肉收缩、神经电传导、视觉调整、血液循环、能量代谢、心电和脑电、细胞膜通道物质液循环、能量代谢、心电和脑电、细胞膜通道物质输运、蛋白质合成等。输运、蛋白质合成等。*生存环境：生存环境：大气电离层、电磁污染、放射线污染等。大气电离层、电磁污染、放射线污染等。*物理学与生命科学交叉科学：物理学与生命科学交叉科学：生物物理学、生物医生物物理学、生物医学工程学、血液流动力学、超声医学、放射医学、学工程学、血液流动

3、力学、超声医学、放射医学、激光医学、医学影像物理学等。激光医学、医学影像物理学等。二二.物理学与医学关系物理学与医学关系第3页物理学为医学和医疗提供新方法和技术：物理学为医学和医疗提供新方法和技术：*显微镜：显微镜：光学显微镜光学显微镜-微生物组织、细胞形态等；微生物组织、细胞形态等；电子显微镜电子显微镜-细胞内结构、生物大分子等；细胞内结构、生物大分子等；*光学纤维内镜：光学纤维内镜：器官内壁组织形态等；器官内壁组织形态等；AhumanredbloodcellAsingle-celledbacteriaofthetype:E.coli器官内壁器官内壁第4页*X*X射线：射线：X X光摄影、光

4、摄影、X X光透视、光透视、X-CTX-CT、X X光子刀治疗肿瘤等；光子刀治疗肿瘤等；*激光：激光：眼科手术（比如：眼科手术（比如：准分子激光治疗准分子激光治疗近视近视）、溶栓术、美容等；）、溶栓术、美容等；*物理断层技术：物理断层技术：B B超、超、X-CTX-CT、ECTECT、核磁共振等；核磁共振等；第5页注意几个问题：注意几个问题：1.1.学习中自学能力培养；学习中自学能力培养；2.2.重视试验重视试验;4.4.期评成绩：平时测验和试验占期评成绩：平时测验和试验占20%,20%,期考占期考占80%80%；5.5.以下情况者可在期评成绩中加以下情况者可在期评成绩中加1-51-5分：分：

5、能写出很好科普文章；能写出很好科普文章；3.3.作好习题作好习题,老师随时抽查老师随时抽查;第6页教学内容：教学内容：第一节第一节 理想流体理想流体 连续性方程连续性方程第二节第二节 伯努利方程伯努利方程第三节第三节 粘性流体运动粘性流体运动第四节第四节 泊肃叶定律泊肃叶定律第五节第五节 血流动力学与流变学基础血流动力学与流变学基础Chapter 1.The Motion of Fluid第一章第一章 流体运动流体运动*流体静力学流体静力学(hydrostatics)：*流体流体（fluid）：气体和液体都含有流动性，统称为流体。气体和液体都含有流动性，统称为流体。研究静止流体规律研究静止流体

6、规律.*流流体体动动力力学学(fluid dynamics)：*人体中流体运动现象：血液流动，呼吸气体运动等。人体中流体运动现象：血液流动，呼吸气体运动等。研究流体运动研究流体运动.第7页一、流体运动研究方法一、流体运动研究方法 ：1.1.两种研究方法两种研究方法 (1).Lagrange(1).Lagrange（拉格朗日）方法拉格朗日）方法 ：将流体视为无限小质元组成，用牛顿定律研将流体视为无限小质元组成，用牛顿定律研 究各质元运动状态随时间改变规律。究各质元运动状态随时间改变规律。(2).Euler(2).Euler（欧拉）方法欧拉）方法 ：着眼于流体流经空间点，研究各空间点处流着眼于流体

7、流经空间点，研究各空间点处流 体质元速度分布及其随时间改变规律。体质元速度分布及其随时间改变规律。第一节第一节 理想流体理想流体 连续性方程连续性方程第8页(2).(2).没有内摩擦力没有内摩擦力 (no internal friction)no internal friction)(1).(1).绝对不可压缩绝对不可压缩(incompressibility)incompressibility)1000atmwater VV V/V=5%(或或:完全没有粘性完全没有粘性)2.2.理想流体理想流体(ideal fluid)ideal fluid)模型特征模型特征:（2 2）流线流线（stream

8、linestreamline）：在任一瞬间，）：在任一瞬间，可在流体中划这么一些线，使这些线上各可在流体中划这么一些线，使这些线上各点切线方向和流体质元在该点速度方向相点切线方向和流体质元在该点速度方向相同，这些线叫做这一时刻流线。同，这些线叫做这一时刻流线。（1 1）流流速速场场（field field of of flowflow）:在在流流体体所所占占据据空空间间每每一一点点上上,流经该点质元均含有流速。这一空间称为流速场。流经该点质元均含有流速。这一空间称为流速场。圆圆 柱柱机机 翼翼3.3.流速场、流线、流管流速场、流线、流管第9页（3 3）流流管管（tube tube of of

9、flowflow）：流流体体中中经经过过某某小小截截面面积积周周围各点流线所组成管状物。围各点流线所组成管状物。*定常流动（即稳定流动）中流线形状和流管形状不随定常流动（即稳定流动）中流线形状和流管形状不随时间改变；时间改变；*流线不相交；流线不相交；第10页二二.定常流动：定常流动：ABCvAvBvC定定常常流流动动（steady steady flowflow）：流流体体中中流流线线上上各各点点速速度度都都不不随时间而变。随时间而变。流场流场 普通情况下，在流普通情况下，在流体流动过程中任意时刻，体流动过程中任意时刻，流体所占据空间任意点流体所占据空间任意点流速为：流速为：若流速分布不随时

10、间若流速分布不随时间改变，即为改变，即为定常流动定常流动：（1 1）流线形状不变；（）流线形状不变；（2 2）流线就是流体粒子运动轨迹。）流线就是流体粒子运动轨迹。第11页第12页设截面积设截面积S S1 1处流速和密度分别为处流速和密度分别为 1 1和和1 1 S1S2112 截面积截面积S S2 2处流速和密度分别为处流速和密度分别为 2 2和和2 22在短时间在短时间tt（t0t0）内，内，1t2tm2=2(2t)S2=2S2 2t经过截面经过截面S S2 2流体质量：流体质量：m1=1(1t)S1=1S1 1t设流动为定常流动：设流动为定常流动：经过截面经过截面S S1 1流体质量：流

11、体质量：三三.连续性方程连续性方程第13页连连续续性性方方程程（equation equation of of continuitycontinuity）：在在定定常常流流动动中中，同同一一流流管管任任一一截截面面处处流流体体密密度度、流流速速和和该该截截面面面面积乘积为一常量。积乘积为一常量。1 1S S1 1 1 1=2 2S S2 2 2 2 或或 SS=常量常量 对于不可压缩流体对于不可压缩流体，即，即1 1=2 2对定常流动：对定常流动：m m1 1=m=m2 2则有则有即：即：S S与与 成反比；成反比；S S1 1 1 1 =S S2 2 2 2 或或 S S=常常量量第14页1

12、 1S S1 1 1 1=2 2S S2 2 2 2 或或 SS =常量常量 S S1 1 1 1=S=S2 2 2 2 或或 S S =常量常量连续性方程连续性方程（equation of continuityequation of continuity）：体体积积流流量量（S S）守守恒恒：单单位位时时间间内内经经过过任任一一横横截截面面流流体体积（单位为体体积（单位为 m3/sm3/s）相等。相等。质质量量流流量量（SS）守守恒恒：单单位位时时间间内内经经过过任任一一横横截截面面流流体质量（单位为体质量（单位为 kg/skg/s）相等。相等。体积流量（体积流量（S S）简称流量（简称流量

13、（Q Q）第15页第二节第二节 伯努利方程伯努利方程XY*研究对象：研究对象：作定常流动作定常流动XYXY段理想流体。段理想流体。*研究系统：研究系统：流管流管+地球。地球。在在t t内，内，XYXY段流体移动到段流体移动到XYXY段；段；XY一.伯努利方程推导：伯努利方程推导：第16页设y处：S2、2、F2、h2；在短时间在短时间tt（t0t0）内，流体内，流体XYXY移至移至xyxy设x处：S1、1、F1、h1；A=FA=F1 1 1 1t-Ft-F2 2 2 2t=Pt=P1 1S S1 1 1 1t-Pt-P2 2S S2 2 2 2tt=(P1-P2)V(S S1 1 1 1t=St

14、=S2 2 2 2t=V)t=V)xF11h1S1yS22F2h2xy1t2t外力作功外力作功A A：P1P2依据功效原理推导方程：依据功效原理推导方程：动能增量：动能增量：在短时间在短时间tt（t0t0）内，内，势能增量：势能增量：机械能增量机械能增量:第17页依据功效关系依据功效关系:以以V V除各项，整理得除各项，整理得:或或伯努利方程（伯努利方程（Bernoulli equationBernoulli equation）：伯努利方程只适合用于理想流体定常流动。伯努利方程只适合用于理想流体定常流动。第18页单位体积单位体积流体流体动能动能 动压强动压强单位体积流体重力势能单位体积流体重力

15、势能静压强静压强单位体积流体压强能单位体积流体压强能 理理想想流流体体在在流流管管中中作作定定常常流流动动时时，任任一一截截面面处处单单位位体体积流体动能、重力势能以及该处压强三项之和保持不变。积流体动能、重力势能以及该处压强三项之和保持不变。对同一流管：对同一流管：第19页二二.伯努利方程应用伯努利方程应用1.1.水平管中水平管中压强和流速关系压强和流速关系:若流体在水平管中流动，若流体在水平管中流动，h h1 1=h=h2 2，则则:即在水平管中流动流体，即在水平管中流动流体，流速小地方压强较大，流速小地方压强较大，流速大地方压强较小。流速大地方压强较小。AB喷雾器喷雾器水流抽气机水流抽气

16、机应用：应用：负压引流负压引流（空吸作用）（空吸作用）第20页第21页汾丘里汾丘里流量计流量计S S1 1S S2 2hh流体流量：流体流量：P2P11第22页2.2.均匀管中压强与高度关系均匀管中压强与高度关系:即高处压强较小，低处压强较大。即高处压强较小，低处压强较大。当当v v1 1=v=v2 2 时或流动迟缓时或流动迟缓(v v=0)=0)时，时，人体位对其血压影响人体位对其血压影响:第23页3.3.两端等压管中流速与高度关系两端等压管中流速与高度关系当流管两端处于相同压强时，当流管两端处于相同压强时，理理想想流流体体在在两两端端等等压压管管中中作作定定常常流流动动时时，高高端端处处流

17、流速速小小，而而低低端端处流速大处流速大。实例实例:小孔流速小孔流速第24页速度梯度速度梯度：表示表示A A点速度沿点速度沿z z方向改变率。方向改变率。z一一.牛顿粘性定律牛顿粘性定律A相相邻邻流流层层间间切切向向相相互互作作用用力力，或称粘性力。或称粘性力。内摩擦力内摩擦力F:F:第三节第三节 粘性流体流动粘性流体流动牛顿粘性定律牛顿粘性定律:牛顿流体牛顿流体:水、酒精、血浆等。水、酒精、血浆等。非牛顿流体：血液、沥青、溶胶、软膏等。非牛顿流体：血液、沥青、溶胶、软膏等。第25页几个流体粘度几个流体粘度:表表2-12-1 液体液体 粘度粘度（PasPas）水水00 1.8010 1.801

18、0-3-3水水3737 0.6910 0.6910-3-3水水100 100 0.3010 0.3010-3-3水银水银00 1.6910 1.6910-3-3水银水银2020 1.5510 1.5510-3-3水银水银100 100 1.0010 1.0010-3-3血液血液3737 2.0-4.010 2.0-4.010-3-3血浆血浆3737 1.0-1.410 1.0-1.410-3-3血清血清3737 0.9-1.210 0.9-1.210-3-3血液粘度血液粘度 吸烟、喝酒、油脂等。吸烟、喝酒、油脂等。粘度粘度：表示流体粘性强弱。：表示流体粘性强弱。第26页、层流、层流（lamin

19、ar flow）和湍流和湍流(turbulent flow)层流层流:流体分层流动。流体分层流动。无色甘油无色甘油有色甘油有色甘油二、层流与二、层流与湍流雷诺数湍流雷诺数粘性流体层流速度分布：粘性流体层流速度分布：轴线处流速最大；轴线处流速最大；管壁处流速最小。管壁处流速最小。湍流湍流:流体流动杂乱而不稳定。流体流动杂乱而不稳定。第27页R Re e1000 000000时，流体作湍流；时，流体作湍流；10001000R Re e 000000时，流体流动不稳定时，流体流动不稳定雷诺数雷诺数（Reynold number)（无单位）（无单位）由雷诺数判断流动类型：由雷诺数判断流动类型：层流：较

20、粗较直动脉血管中血流；层流：较粗较直动脉血管中血流；湍流：血管弯曲和分叉处血流；湍流：血管弯曲和分叉处血流；血液经过心脏瓣膜时发出声音；血液经过心脏瓣膜时发出声音；听诊器听诊听诊器听诊,血压计测血压。血压计测血压。人体中血液流动：人体中血液流动：第28页腕环血压计有一条能够围绕在手臂、且能充气长形橡皮腕环血压计有一条能够围绕在手臂、且能充气长形橡皮袋，橡皮袋一端接到打气橡皮球上，另一端接到水银测压器袋，橡皮袋一端接到打气橡皮球上，另一端接到水银测压器或其它测压器装置上。测压时，将橡皮袋围绕缚于上臂，然或其它测压器装置上。测压时，将橡皮袋围绕缚于上臂，然后渐渐将空气打入橡皮袋，压力升高到一定程度

21、时，肱动脉后渐渐将空气打入橡皮袋，压力升高到一定程度时，肱动脉被压扁，造成血液停顿。被压扁，造成血液停顿。血压计测血压原理血压计测血压原理 然后再慢慢放气，当橡皮袋压力然后再慢慢放气，当橡皮袋压力低于心脏收缩排出血液时产生动脉压低于心脏收缩排出血液时产生动脉压时，血液便开始恢复，用时，血液便开始恢复，用听诊器可听听诊器可听到脉搏跳动到脉搏跳动，此时水银柱显示出来压，此时水银柱显示出来压力即为力即为收缩压收缩压。当压力继续降低到心。当压力继续降低到心脏舒张时，不能妨碍血液通畅，此压脏舒张时，不能妨碍血液通畅，此压即为即为舒张压舒张压。收缩压和舒张压是医生。收缩压和舒张压是医生用来判断循环系统疾病

22、依据。用来判断循环系统疾病依据。第29页 液体在粗细均匀水平管中作层流时，沿液流方向，液液体在粗细均匀水平管中作层流时，沿液流方向，液体压强是逐步降低：体压强是逐步降低：原原因因：内内摩摩擦擦力力作作功功引引发发能能量量损损耗。耗。结论：结论：粘性流体流动需要一定压强差来维持。粘性流体流动需要一定压强差来维持。此时有：此时有：三、粘性流体三、粘性流体伯努利方程伯努利方程第30页Rr-r-球体半径；球体半径；v-v-球体相对流体速度；球体相对流体速度；-流体粘度。流体粘度。vvF斯托克司定律：斯托克司定律：相相对对流流体体运运动动球球体体，其其表表面面附附着着一一层层流流体体与与周周围围流体间存

23、在着摩擦力流体间存在着摩擦力,即为球体受到粘性阻力即为球体受到粘性阻力:四、斯托克司定律（四、斯托克司定律（stokeslawstokeslaw）第31页r rF FW W f f 重力：浮力：阻力：平衡时即(或称沉降速度或称沉降速度)球体在粘性流体中下落时收尾速度：球体在粘性流体中下落时收尾速度：（分层沉淀）（分层沉淀）主要影响收尾速度因数：主要影响收尾速度因数：第32页粒子粒子0 0离心分离离心分离-从悬浮液中快速从悬浮液中快速分离微粒原理。分离微粒原理。用用代替代替应用：离心机应用：离心机 加紧离心机转速能够使加紧离心机转速能够使 2 2大于大于g g几十万几十万倍。离心加速度经惯用重力

24、加速度倍数来表倍。离心加速度经惯用重力加速度倍数来表示，以此表明离心机离心能力大小，超速离示，以此表明离心机离心能力大小，超速离心机加速度可达心机加速度可达5105105 5g g。第33页P P1 1P P2 2定常流动时：定常流动时：RrFf第四节第四节 泊肃叶定律泊肃叶定律 (Poiseuille law)流体在圆管中层流时速度分布：流体在圆管中层流时速度分布：内摩擦力：内摩擦力：压力差：压力差：对圆管中某一对圆管中某一环行流层环行流层:v s r第34页Q-Q-体积流量；体积流量；-流体粘度；流体粘度；L-L-管长度；管长度；R-R-管内半径；管内半径；P=PP=P1 1-P-P2 2

25、 管两端压强差；管两端压强差；R RL LP P1 1P P2 2Q Q牛顿流体在水平均匀圆管中层流时流量：牛顿流体在水平均匀圆管中层流时流量：流阻流阻(flow resistance):flow resistance):泊肃叶定律另一表式泊肃叶定律另一表式:（流阻串联与并联）（流阻串联与并联）第35页第五节血流动力学与流变学基础：第五节血流动力学与流变学基础：血液循环血液循环:体循环体循环/大循环大循环肺循环肺循环/小循环小循环一一.心血管系统：心血管系统：指血液流向外周血管所碰到阻力。指血液流向外周血管所碰到阻力。第36页二二.血管中流速与截面之间关系血管中流速与截面之间关系cmcm2 2cm/scm/s左心室左心室右心房右心房毛细血管网毛细血管网动脉动脉静脉静脉第37页三三.血流过程中血压分布血流过程中血压分布0The pressure variation in the blood as it moves through the circulatory system.第38页更多资源初一语文初一英语初一数学初一政治初一历史初一地理初一生物第39页