物理学绪论省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

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1、第1页医医用用物物理理学学Medicalphysics（理论课：理论课：36课时；试验课：课时；试验课：24课时）课时）主讲：张燕主讲：张燕Tel:5358700(O)13627718233E-mail:(物理学教研室物理学教研室)第2页主讲教师主讲教师:张张 燕燕 副教授副教授 教研室副主任教研室副主任1986年年6月月:毕业于广西师范大学毕业于广西师范大学学士学位学士学位1993年年6月月:毕业于北京医科大学毕业于北京医科大学硕士学位硕士学位中国医学物理学会会员中国医学物理学会会员广西光学学会理事广西光学学会理事广西医学学会激光医学广西医学学会激光医学分会委员分会委员九三学社广西区委会委员

2、九三学社广西区委会委员第3页物理学 真 善 美第4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：是研究物质运动普遍性质和基本是研究物质运动普遍性质和基本规律科学。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。*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5页二二.物理学与科学技术物理学与科学技术 物理学为其它学科创建技术和原理物理学为其它学科创建技术和原理P重大新技术领域创建总是经历长久物重大新技术领

3、域创建总是经历长久物 理酝酿理酝酿 如如 微电子技术发展微电子技术发展 物理学满足人类所深刻认识到最根本物理学满足人类所深刻认识到最根本 程度上了解自然界需要程度上了解自然界需要 (美国物理学评美国物理学评 述委员会述委员会)第6页1任何生命过程都与物理过程亲密任何生命过程都与物理过程亲密联络，生命现象本质联络，生命现象本质诸如能量交换、信息传递、体内控制和调诸如能量交换、信息传递、体内控制和调整、疾病发生机制、物理原因对机体作用等，整、疾病发生机制、物理原因对机体作用等，都必须遵照物理学规律。伴随物理学在生物都必须遵照物理学规律。伴随物理学在生物医学领域日益深入，它对说明生命本质不停医学领域

4、日益深入，它对说明生命本质不停作出新发觉作出新发觉三三.物理学与医学关系物理学与医学关系第7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、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、细胞膜血液循环、能量代谢、心电和脑电、细胞膜通道物质输运、蛋白质合成等。通道物质输运、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、生物医学工程学、血液流生物物理学、生物医学工程学、血液流动力学、超声医学、放射医学、激光医

5、学、动力学、超声医学、放射医学、激光医学、医学影像物理学等。医学影像物理学等。第8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；*X射线：射线：X光摄影、光摄影、X光透视、光透视、X-CT、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、溶栓术、美容等；眼科手术、溶栓术、美容等；*物理断层技术：物理断层技术：B超、超、X-CT

6、、ECT、核磁共振等；核磁共振等；第9页超声波在医学诊疗中应用超声波在医学诊疗中应用第10页医医 用用 内内 窥 镜第11页准分子激光治疗近视准分子激光治疗近视第12页X-ray PhotographyX X光摄影、光摄影、X X光透视光透视第13页X射线计算机断层成像（射线计算机断层成像（X-CT)第14页正电子发射型计算机断层成像正电子发射型计算机断层成像第15页Magnetic Resonance Imaging(MRI)核磁共振成像核磁共振成像第16页不少早期物理学家对医学发展作出主要贡献：不少早期物理学家对医学发展作出主要贡献：伽利略（伽利略（15641642）：）：制成脉搏计。制成

7、脉搏计。A.Borell(16081636)：计算人体肌肉力传导。计算人体肌肉力传导。伏打伏打(意意)(17371798)：阐述蛙肌上生物电。：阐述蛙肌上生物电。T.Young(17731829)研究人眼光学调整作用及色觉原理研究人眼光学调整作用及色觉原理牛顿和泊肃叶（牛顿和泊肃叶（17781829）：）：研究血液粘性流动。研究血液粘性流动。伦琴（伦琴（18351923）：发觉：发觉X射线后两周应用于临床。射线后两周应用于临床。当前：当前：X光透视；光透视；X-CT。第17页提出命题提出命题修改理论修改理论推测答案推测答案理论预言理论预言试验检验试验检验应应 用用b演绎法演绎法推理推理 演算演

8、算b归纳法归纳法假设假设 模型模型b定性和半定量定性和半定量直觉直觉 想象力想象力 洞察力洞察力物理学研究方法物理学研究方法第18页大学物理与中学物理区分大学物理与中学物理区分1.教学内容教学内容2.中学物理研究特殊性问题中学物理研究特殊性问题3.大学物理研究普通大学物理研究普通性问题性问题2.数学工具数学工具3.中学物理以初等数学和几何学为工具中学物理以初等数学和几何学为工具4.大学物理以高等数学为工具大学物理以高等数学为工具3.学习方式学习方式4.中学物理讲授内容和知识消化全部在课内进行中学物理讲授内容和知识消化全部在课内进行5.大学物理课上以讲授知识为主，课下自已消化了大学物理课上以讲授

9、知识为主，课下自已消化了解。解。6.所以，大学课堂，教学内容多，进行速度所以，大学课堂，教学内容多，进行速度快，快，7.作业数量少而精。作业数量少而精。第19页注意几个问题：注意几个问题：1.学习中自学能力培养；学习中自学能力培养；2.重视试验重视试验;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%,期考占期考占80%；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1-5分：分：能写出很好科普文章；能写出很好科普文章；3.作好习题作好习题,老师随时抽查老师随时抽查;第20页参考文件1.严导淦编物理学第3版，高等教育出版社2.程守洙、江之永遍普通物理学第5版，高等教育出

10、版社3.马文蔚编物理学第4版，高等教育出版社4.张三慧编大学物理学第2版，清华大学出版社5.吴百诗编大学物理新版，科学出版社第21页 假如将字母假如将字母 A A 到到 Z Z 分别编上分别编上 1 1 到到 26 26 分数，分数，(A=1,B=2.,Z=26)(A=1,B=2.,Z=26)你知识你知识(KNOWLEDGE)(KNOWLEDGE)得到得到 96 96 分分(11+14+15+23+12+5+4+7+5=96)(11+14+15+23+12+5+4+7+5=96)你努力你努力(HARDWORK)(HARDWORK)也只好到也只好到 98 98 分分(8+1+18+4+23+15

11、+18+11=98)(8+1+18+4+23+15+18+11=98)你态度你态度(ATTITUDE)(ATTITUDE)才是左右你生命全部才是左右你生命全部(1+20+20+9+20+21+4+5)=100(1+20+20+9+20+21+4+5)=100 第22页l内容：内容：l第一节第一节 理想流体理想流体 连续性方程连续性方程l第二节第二节 伯努利方程伯努利方程l第三节第三节 粘性流体运动粘性流体运动l第四节第四节 泊肃叶定律泊肃叶定律l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第二章 流体运动The Motion of Fluid第23页掌握掌握:理想流体和定常流动概

12、念；连续性方程及其应理想流体和定常流动概念；连续性方程及其应用；伯努利方程和物理意义及其应用；层流和湍流概用；伯努利方程和物理意义及其应用；层流和湍流概念；液体粘滞系数和流阻概念；泊萧叶定律及其应用。念；液体粘滞系数和流阻概念；泊萧叶定律及其应用。熟悉熟悉:牛顿粘滞定律；雷诺数；粘性流体粘滞性及产牛顿粘滞定律；雷诺数；粘性流体粘滞性及产生原因；斯托克斯公式及应用（沉降速度）；流量计生原因；斯托克斯公式及应用（沉降速度）；流量计和流速计原理。和流速计原理。了解了解:流管和流场概念；人体血循环系统中血流特点；流管和流场概念；人体血循环系统中血流特点；血流速度与血管中血压分布；粘性流体伯努利方程物血

13、流速度与血管中血压分布；粘性流体伯努利方程物理意义；牛顿流体与非牛顿流体。理意义；牛顿流体与非牛顿流体。第24页*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，气体和液体都含有流动性，统称为流体。统称为流体。研究静止流体规律研究静止流体规律.*流流体体动动力力学学(fluid dynamics)：研研究究流流体体运运动动.*人体中流体运动现象：人体中流体运动现象：血液流动，呼吸气血液流动，呼吸气 体运动等。体运动等。第25页第一节第一节 理想流体理想流体 连续性方程连续性方程一、流体运动研究方法一、流体运动研究方法二、定常流动二、定常流动三

14、、连续性方程三、连续性方程第26页一、流体运动研究方法一、流体运动研究方法：1.两种研究方法两种研究方法(1).Lagrange（拉格朗日）方法拉格朗日）方法：选择一个流体质点，跟踪观察选择一个流体质点，跟踪观察,描述其运动参数描述其运动参数(位移、速度等）与时间关系位移、速度等）与时间关系.(2).Euler（欧拉）方法欧拉）方法：在固定空间位置观察在固定空间位置观察流体质点运动情况，如空间流体质点运动情况，如空间某点速度、压强和密度等。某点速度、压强和密度等。描述其运动参数在空间分布描述其运动参数在空间分布及随时间及随时间改变情况。改变情况。第27页2.2.理想流体理想流体(ideal f

15、luid):ideal fluid):(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)10001000atmatmwater V VV V V/V=5%V/V=5%(或或:完全没有粘性完全没有粘性)第28页3 3、流速场、流线、流管、流速场、流线、流管（2 2）流线流线（streamlinestreamline）：）：（1 1）流速场流速场（field of flowfield of flow）在在流

16、流体体所所占占据据空空间间每每一一点点上上,流流经经该该点点质质元元均含有流速。这一空间称为流速场。均含有流速。这一空间称为流速场。ABCvAvBvC（流线不相交（流线不相交.).)圆圆 柱柱机机 翼翼 在任一瞬间，可在流体中划这么一些线，使这在任一瞬间，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些线上各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。相同，这些线叫做这一时刻流线。第29页（3 3）流管）流管（tube of flowtube of flow）：*定常流动中流线形状和流管形状不随时间改变定常流动中流线形状和流管形状不随时间改变；*流线

17、不相交流线不相交流管内外无流体交换流管内外无流体交换；流流体体中中经经过过某某小小截截面面积积周周围围各各点点流流线线所所组组成成管状物。管状物。第30页二二.定定常常流流动动（steady flow）（稳定流动）（稳定流动）ABCvAvBvC定常流动：定常流动：流体中流线上各点速度都不随时间而变流体中流线上各点速度都不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体流动过程中任意时刻，流体所占据空间刻，流体所占据空间任意点流速：任意点流速：若流速分布不随时间若流速分布不随时间改变改变：（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

18、是流体粒子运动轨迹。（3 3）流线不相交）流线不相交流管内外无流体交换流管内外无流体交换第31页例子：例子：流线流线定常流动定常流动第32页第33页S S1 1S S2 2v v1 1 1 1 2 2v v2 2经过经过S S1 1流体质量：流体质量：v v1 1 t tv v2 2 t tm m2 2=2 2(v(v2 2t)St)S2 2=2 2S S2 2v v2 2tt经过经过S S2 2流体质量：流体质量：m m1 1=1 1(v(v1 1t)St)S1 1=1 1S S1 1v v1 1tt设流体为稳定流动，流管形状不随时间改变。设流体为稳定流动，流管形状不随时间改变。三三.连续性

19、方程连续性方程（equation of continuity)equation of continuity)1 1S S1 1v v1 1=2 2S S2 2v v2 2 m m1 1=m=m2 2经过 t(t(t t0)0)时间后：时间后：第34页连续性方程连续性方程（equation of continuityequation of continuity）：1 1S S1 1 1 1=2 2S S2 2 2 2 或或 SS=常量常量 在定常流动中，同一流管任一截面处流体密在定常流动中，同一流管任一截面处流体密度、流速和该截面面积乘积为一常量。度、流速和该截面面积乘积为一常量。对于不可压缩流

20、体对于不可压缩流体，即，即1 1=2 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=常量常量第35页1 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）：(1 1=2 2)S S与与 成成反反比比:流管粗细改变引发流速改变：流管狭窄流速大流线密集。流管粗细改变引发流速改变：流管狭窄流速大流线密集。（前提：不可压缩流体在同一流管中作定常流动

21、）（前提：不可压缩流体在同一流管中作定常流动）第36页第37页第38页资资源源五五排排河河漂漂流流 第39页1 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截面流体体积（单位为横截面流体体积（单位为 m3/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横截面流体质量（单位为

22、一横截面流体质量（单位为 kg/skg/s）相等。相等。描写描写意义意义特例特例应用应用第40页血管中流速与截面之间关系血管中流速与截面之间关系左心室左心室右心房右心房主动脉主动脉毛细血管毛细血管腔静脉腔静脉Sv3cm3cm2 2900cm900cm2 218cm18cm2 230cms30cms-1-11mms1mms-1-15cms5cms-1-1第41页第二节 伯努利方程伯努利家族,科学世家,3代人中产生了8位科学家，多数为数学家，他们沉溺于数学就像酒鬼碰到了烈酒.丹尼尔伯努利，171月29日生于瑞士。他自幼兴趣广泛，先后就读于尼塞尔大学、斯特拉斯堡大学和海德堡大学，学习逻辑、哲学、医学

23、和数学。1724年，丹尼尔取得相关微积分议程主要结果，从而轰动了欧洲科学界。他还把牛顿力学引入对流体力学研究，其著名流体力学一书影响深远。他同时还是一位气体动力学教授。（图）为航空提供依据丹尼尔伯努利第42页 外力和非保守内力对系统作功之和等于系统外力和非保守内力对系统作功之和等于系统机械能增量机械能增量 A A外外+A A非保内非保内=E E =E Ek k+E Ep p 保守力保守力凡做功与路径无关，而只与起点及终点位置相关力，均称作保守力.如重力、万有引力、弹性力功都只与始、末位置相关，而与中间路径长短和形状无关。作功与路径相关力称为非保守力非保守力，比如:摩擦力。功效原理功效原理第43

24、页第二节 伯努利方程XY*研究对象：研究对象：作定常流动作定常流动X-YX-Y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，X-YX-Y段流体移动到段流体移动到X-YX-Y段；段；XY一.伯努利方程伯努利方程第44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依据功效原理推导方程：依据功效原理推导方程：A A外外+A A非保内非保内=E Ek k+E Ep p 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 2

25、S S2 2 2 2tt(S S1 1 1 1t=St=S2 2 2 2t=V)t=V)A=(A=(P P1 1-P P2 2)V)VxF F1 11h h1 1S1yS22F F2 2h h2 2xy1t2t外力作功：外力作功：P1P2第45页动能增量：动能增量：在短时间在短时间tt（t0t0）内，内，势能增量：势能增量：xF F1 1 1h1S1y2 F F2 2h2xy1t2t机械能增量机械能增量第46页依据功效关系依据功效关系以以V除各项，整理得除各项，整理得或或(m=V)第47页伯努利方程伯努利方程（Bernoulli equationBernoulli equation）：伯努利方

26、程只适合用于伯努利方程只适合用于理想流体定常流动理想流体定常流动。第48页单位体积动能单位体积动能 动压动压单位体积重力势能单位体积重力势能静压静压单位体积压强能单位体积压强能 理想流体在流管中作定常流动时，单位体积理想流体在流管中作定常流动时，单位体积动能、重力势能以及该点压强之和为一常数。动能、重力势能以及该点压强之和为一常数。伯努利方程各伯努利方程各项物理含义项物理含义第49页1 1。P P是绝对压强是绝对压强.绝对压强与计示压强绝对压强与计示压强注意：注意：2 2。依据零势面不一样选择，。依据零势面不一样选择，h h可正可负可为零可正可负可为零.S2P2h22第50页例题：例题：设有设

27、有流量流量为为0.12m0.12m3 3ss-1-1水流过如图所表示管子。水流过如图所表示管子。A A点压强为点压强为2102105 5PaPa，A A点截面积为点截面积为100cm100cm2 2，B B点截面积为点截面积为60cm60cm2 2 ，B B点比点比A A点高点高2m2m。假设水内摩擦能够忽略不计，。假设水内摩擦能够忽略不计，求求A A、B B点流速和点流速和B B点压强。点压强。PA1S2PBhBBABSASBA流量（体积流量）流量（体积流量）=S S PB+(1/2)B2+ghB=PA+(1/2)A2思绪思绪:第51页PAPBhBB已知：Q=0.12 m3/s A：SA=1

28、0-2 m2 PA=2105 N/m2 hA=0;A=?B：SB=6010-4 m2；PB=?；hB=2m;B=?解：由连续性方程得：A=Q/SA=12m/s B=Q/SB=20m/s由泊努利方程得：PB+(1/2)B2+ghB=PA+(1/2)A2 PB=5.24104 N/m2 ABSASBA第52页二二.伯努利方程应用伯努利方程应用1.1.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，则由则由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。第53页应用：应用：

29、负压引流负压引流（空吸作用）（空吸作用）AB喷雾器示意图喷雾器示意图水流抽气机示意图水流抽气机示意图第54页(把漏斗插在吹风机风筒口处,风会把放在漏斗中布吹开,但假如把乒乓球放在漏斗里,可看到乒乓球好象被吸住了,不会掉下来.船吸现象船吸现象第55页香蕉球足球水平運動和旋轉兩種運動同時存在情形 应用：应用：“香蕉球香蕉球”第56页汾丘里汾丘里流量计流量计S S1 1S S2 2h h流体流量：流体流量：P2P11第57页流速计流速计:即d dc cv vc c h hv v第58页比托管比托管h hv v第59页第60页2.2.压强与高度关系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

30、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，由时，由压强计与压强计与计示压强计示压强第61页体位对血压影响体位对血压影响(p37)(p37)动脉动脉动脉动脉静脉静脉静脉静脉6.8kPa第62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当流管两端处于相同压强 时，时，由由伯努利方程得：伯努利方程得：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，高高端处流速小，而低端处流速大端处流速小，而低端处流速大。实例:小孔流速(P.30)第63页应用:虹吸管无须水泵，水往高处流，然后再.第6

31、4页如图所表示，将虹吸管一如图所表示，将虹吸管一端插入开口容器。设液体为端插入开口容器。设液体为理想流体，密度为理想流体，密度为;大气压大气压为为P0。求求:（1）虹吸管中液体流速）虹吸管中液体流速;（2）虹吸管最高处压强。）虹吸管最高处压强。第65页解：（1）选取从液面D点到C点一条流线，并以C所在平面为参考点建立伯努利方程，因为VD0，PD=PC=P0，所以故第66页（2）因为虹吸管中液体流速处处相等，选取B到C一条流线，以C为参考面，建立伯努利方程因为所以例题2-1:第67页总结总结学习要求学习要求掌握理想流体和定掌握理想流体和定常常流动概念、连续性方程及伯努利方程流动概念、连续性方程及

32、伯努利方程物理意义并熟练应用物理意义并熟练应用主要内容主要内容基本概念基本概念理想流体理想流体绝对不可压缩、完全没有粘滞性流体。绝对不可压缩、完全没有粘滞性流体。定常流动定常流动流场中各点流速不随时间改变。流场中各点流速不随时间改变。公式公式:连续性方程连续性方程:S S1 1 1 1=S=S2 2 2 2 或或 S S =常量常量=流量流量=V/t=V/t伯努利方程伯努利方程:第68页伯努利方程应用伯努利方程应用:贝克汉母贝克汉母“香焦球香焦球”帆船顶风前进动力帆船顶风前进动力是什么是什么?飞机怎样取得升力飞机怎样取得升力?第69页第70页水翼艇是一个在艇体装有水翼高速舰艇在通常情况下水翼艇

33、是一个在艇体装有水翼高速舰艇在通常情况下水翼艇能以水翼艇能以9393千米小时速度连续航行，最高航速可达千米小时速度连续航行，最高航速可达110110千米小时水翼艇之所以速度么快，关键是能在水千米小时水翼艇之所以速度么快，关键是能在水上飞行它飞行，全靠它那副特有水翼上飞行它飞行，全靠它那副特有水翼 水翼上下表面水流速不一样，这就在水翼表面造成了水翼上下表面水流速不一样，这就在水翼表面造成了上下压强差，于是在水翼上就产生了一个向上举力上下压强差，于是在水翼上就产生了一个向上举力当水当水翼艇开足马力抵达一定速度时，水翼产生举力开始大于艇翼艇开足马力抵达一定速度时，水翼产生举力开始大于艇体重力，把艇体

34、托出水面，使艇体与水面保持一定距离，体重力，把艇体托出水面，使艇体与水面保持一定距离，减小了舰艇在水中航行阻力减小了舰艇在水中航行阻力.第71页作用于雨伞伯努力原理作用于雨伞伯努力原理第72页到水流湍急江河里去游泳是很危险事到水流湍急江河里去游泳是很危险事.刮风时，掀起屋顶刮风时，掀起屋顶.火车行驶时火车行驶时,决不可站在离路轨很近地方决不可站在离路轨很近地方.火火车站台上都有一条安全线，禁止人们进入车站台上都有一条安全线，禁止人们进入安全线以内区域安全线以内区域.第73页第三节 粘性流体流动速度梯度速度梯度：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.牛顿粘滞定律牛顿粘

35、滞定律内内 摩摩 擦擦 力力（internal internal frictional force):frictional force):相相邻邻流流层层间间切切向向相相互互作作用用力，或称力，或称粘性粘性力。力。A第74页zz梯梯 度度描写描写v随随z改变快慢程度改变快慢程度第75页内摩擦力内摩擦力:+d 牛顿牛顿粘性定律粘性定律:定律另一表式定律另一表式:(切应力)牛顿流体牛顿流体非牛顿流体非牛顿流体切变率第76页粘度：粘度：表示流体粘性强弱。表示流体粘性强弱。表表2-12-1 液液体体 粘粘度度（PasPas）水水00 1.8010 1.8010-3-3水水3737 0.6910 0.6

36、910-3-3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血液血液粘度粘度 吸烟、喝酒、油脂等。吸烟、喝酒、油脂等。第77页、层流（、层流（laminar flowlaminar flow）和湍流和湍流(turbulent fl

37、ow)turbulent flow)层流层流:流体分层流动流体分层流动.（实际流体粘性流体）（实际流体粘性流体）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第78页湍流湍流:流体流动杂乱而不稳定流体流动杂乱而不稳定.有色甘油有色甘油无色甘油无色甘油第79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：第80页层流：层流：较粗较直动脉血管中血流；较粗较直动脉血

38、管中血流；湍流：湍流：血管弯曲和分叉处血流；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81页第82页1733年，一位叫海耶斯牧师，首次测量年，一位叫海耶斯牧师，首次测量了动物血压。他用尾端接有小金属管、长了动物血压。他用尾端接有小金属管、长270厘米玻璃管插入一只马颈动脉内，此时厘米玻璃管插入一只马颈动脉内，此时血液马上顷入玻璃管内，高达血液马上顷入玻璃管内，高达270厘米，这厘米，这表示马颈动脉内血压可维持表示马颈动脉内血压可维持270厘米血柱高，厘米血柱高，高度会因马心跳而稍

39、微升高或降低，心脏高度会因马心跳而稍微升高或降低，心脏收缩时血压升高（收缩压），心脏松驰时收缩时血压升高（收缩压），心脏松驰时血压下降（舒血压）。血压下降（舒血压）。直到直到1856年，医生们才开始用上述方年，医生们才开始用上述方法测量血压，不过这种方法确实令人害怕。法测量血压，不过这种方法确实令人害怕。很幸运，一个人道测量血压方法很快就问很幸运，一个人道测量血压方法很快就问世了。世了。1896年意大利医生里瓦罗基创造了年意大利医生里瓦罗基创造了腕环血压计。腕环血压计。血压计血压计:第83页腕环血压计有一条能够围绕在手臂、且能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

40、气橡皮球上，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或其它测压器装置上。测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，然后渐渐将空气压时，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时，肱动脉被打入橡皮袋，压力升高到一定程度时，肱动脉被压扁，造成血液停顿。然后再慢慢放气，当橡皮压扁，造成血液停顿。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时，袋压力低于心脏收缩排出血液时产生动脉压时，血液便开始恢复，用听诊器可听到脉搏跳动，此血液便开始恢复，用听诊器可听到脉搏跳动，此时水银柱显示出来压力即为收缩压。当压力继

41、续时水银柱显示出来压力即为收缩压。当压力继续降低到心脏舒张时降低到心脏舒张时,不能妨碍血液通畅，此压即不能妨碍血液通畅，此压即为舒张压。收缩压和舒张压是医生用来判断循环为舒张压。收缩压和舒张压是医生用来判断循环系统疾病依据系统疾病依据.第84页听诊器是听诊器是18由法国医师林奈克创造。因为听筒创造，由法国医师林奈克创造。因为听筒创造，使得林奈克能诊疗出许多不一样胸腔疾病，他也被后人尊使得林奈克能诊疗出许多不一样胸腔疾病，他也被后人尊为胸腔医学之父。为胸腔医学之父。1840年，英国医师乔治年，英国医师乔治.菲力普菲力普.卡门改良了林奈克设卡门改良了林奈克设计单耳听筒。卡门认为，双耳能更正确地诊疗

42、。他创造听计单耳听筒。卡门认为，双耳能更正确地诊疗。他创造听诊器是将两个耳栓用两条可弯曲橡皮管连接到可与身体接诊器是将两个耳栓用两条可弯曲橡皮管连接到可与身体接触听筒上，听筒是一中空镜状圆椎。卡门听诊器，有利于触听筒上，听筒是一中空镜状圆椎。卡门听诊器，有利于医师听诊静脉、动脉、心、肺、肠内部声音，甚至能够听医师听诊静脉、动脉、心、肺、肠内部声音，甚至能够听到母体内胎儿心音。到母体内胎儿心音。最近又有电子听诊器问世，它能放大声音，并能使一组最近又有电子听诊器问世，它能放大声音，并能使一组医师同时听到被诊疗者体内声音，还能统计心脏杂音，与医师同时听到被诊疗者体内声音，还能统计心脏杂音，与正常心音

43、比较。即使新型听诊器不停问世，不过医师们普正常心音比较。即使新型听诊器不停问世，不过医师们普遍爱用依然是由林奈克设计，经卡门改良旧型听诊器。遍爱用依然是由林奈克设计，经卡门改良旧型听诊器。第85页三、粘性流体伯努利方程伯努利方程液体在粗细均匀水平管中作层流时，沿液流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：方向，液体压强是逐步降低：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外压强来维持。：粘性流体流动需要一定外压强来维持。此时有：此时有：第86页R四、斯托克司定律四、斯托克司定律（stokeslaw）r-r-球体半

44、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流体体间间存存在在着着摩摩擦擦力力,即即为为球球体体受受到到粘粘性性阻阻力力:第87页r rF FW Wv vf f 重力：浮力：阻力：平衡时即终极终极速度：速度：或称为沉降速度或称为沉降速度球体在粘性流体中下落时终极速度：球体在粘性流体中下落时终极速度：离离心心机机从从悬悬浮浮液液中中分分离离微微粒粒原理：原理：（离心加速度离心加速度 2 2）第88页P P1 1P P2 2内摩擦力：内摩擦力：定

45、常流动时：定常流动时：压力差：压力差：流速随半径改变：在管轴（流速随半径改变：在管轴（r=0r=0）处最大，沿管径方处最大，沿管径方 向呈抛物线分布。向呈抛物线分布。RrFf第四节第四节 泊肃叶定律泊肃叶定律 (Poiseuille law)Poiseuille law)流流体体在在圆圆管管中中层层流流时速度分布：时速度分布：p36第89页当r=R时,=0当r=0时，=max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：r第90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-管管内半径；内半径；P=PP=P1 1-P-P2 2 管两端压强差；管两端

46、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牛顿流体在水平均匀圆管中层流时流量：流量：第91页流阻流阻(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：Rf1Rf2Rf3并联：并联：串联：串联：Rf1Rf2Rf3第92页对心血管系统：指血液流向外周血管所碰到阻力。医学应用医学应用第93页 血液循环血液循环心脏、血管心脏、血管机体循环系统机体循环系统血液经过心血管血液经过心血管系统完成各种物系统完成各种物质运输质运输体循环体循环/大循环大循环肺循环肺循环/小循环小循环第第

47、五五节节 血血流流动动力力学学与与流流变变学基础学基础第94页2 2、心脏功、心脏功体循环肺循环心脏作功心脏作功:(左心室左心室)(左心房左心房)第95页血容量充分心泵功效正常血管容量正常正常血液循环第96页心脏心脏-心肌组织组心肌组织组成，具瓣膜结构，成，具瓣膜结构，分隔为心房心室并分隔为心房心室并与血管连通与血管连通,经过心经过心肌细胞电活动，心肌细胞电活动，心脏交替进行收缩和脏交替进行收缩和舒张，以及瓣膜规舒张，以及瓣膜规律性开启律性开启/关闭，实关闭，实现泵血功效现泵血功效.心脏泵血功效心脏泵血功效第97页第98页二、血流速度分布二、血流速度分布血管中流速与截面之间关系血管中流速与截面

48、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99页第100页三三.血流过程中血压分布血流过程中血压分布The pressure variation in the blood as it moves through the circulatory system.0第101页学习要求学习要求1掌握牛顿粘滞定律和泊肃叶定律意义和应用。掌握牛顿粘滞定律和泊肃叶定律意义和应用。2了解粘性流体伯努利方程物理意义、层流和湍了解粘性流体伯努利方程物理意义、层流和湍流、雷诺数、斯托克司定律及应用。流、雷诺数、斯托克司定律及应用。3了解心脏作功、血流速度及血

49、管中血压分布。了解心脏作功、血流速度及血管中血压分布。层流层流:流体分层流动，相邻两层流体之间只作相对滑动，流流体分层流动，相邻两层流体之间只作相对滑动，流层间没有横向混杂层间没有横向混杂.湍流湍流:流体不再保持分层流动，各流体层将混同起来，并有流体不再保持分层流动，各流体层将混同起来，并有可能形成旋涡，整个流动显得杂乱而不稳定可能形成旋涡，整个流动显得杂乱而不稳定雷诺数：雷诺数：泊肃叶定律：泊肃叶定律：斯托克司定律：斯托克司定律：牛顿粘性定律：牛顿粘性定律：流阻流阻:终极终极速度速度:Summary主要内容主要内容第102页1 1某某种种粘粘性性流流体体在在半半径径为为r r，长长度度为为L

50、 L一一根根水水平平管管中中流流动动，体体积积流流量量为为Q Q；若若改改在在另另一一根根半半径径为为r/2r/2，长长度度相相同同，管管两两端端压压强强差差也也相相同同水水平平 管管 中中 流流 动动，则则 其其 体体 积积 流流 量量 为为_。2 2血血液液粘粘度度系系数数为为3.0103.010-3-3 P Pa as,s,密密度度为为1.05101.05103 3 kgmkgm-3-3。主主动动脉脉内内直直径径为为1.0 1.0 cm cm,则则血血液液在在主主动动脉脉中中流流动动速速度度必必须须小小于于或或等等于于_ _ msms-1-1,才才能能确确保保血血液液在在主主动动脉脉中中