医用物理学课后习题参考问题详解

第一章 人体力学的基础知识l-l 一半径为R = 0.5m 的飞轮以角速度πω8=rad/s 绕中心轴转动，转动惯量I ＝2kg·m 2，现在飞轮边缘施加一沿圆周切线方向的制动力F = 8N ，使飞轮均匀减速直到停止。

求：（1）飞轮角加速度的大小；（2）从制动到飞轮停止转动所经过的时间及飞轮转过的圈数。

解 （1）由转动定律 αI M =，有飞轮的角加速度225.08=⨯===I FR I M α rad/s 2 （2）从制动到飞轮停止转动所经过的时间为ππαω4280===t s αθω2 20=飞轮转过的角度为22201622)8(2 ππαωθ=⨯== 由此得飞轮转过的圈数为ππππθ821622===n （圈） 1-2 质量为m 和3m 的两个小球，固定在一根质量为2m ，长度为l 的均匀细杆两端，系统绕距质量为3m 的小球l /3的垂直于细杆的轴在水平面上转动。

求：（1）该系统对该轴的转动惯量；（2）当质量为3m 的小球速度为υ时，系统的角动量。

解 （1）根据题意，作图1-1，系统绕过O 点的轴转动。

系统对轴的转动惯量为22222)61(22121)31(3)32(ml l m ml l m l m I =+⨯++= 其中后两项是应用平行轴定理得到的细杆的转动惯量。

（2）由r ωυ=，有系统的角速度为 ll r υυυω33/=== 由此得系统的角动量为l m l ml I L υυω332=⋅==1-3 一根质量为M 长为2l 的均匀细棒，可以在垂直平面内绕通过质心O 的水平轴转动。

开始时，细棒静止在水平位置上。

有一质量为m 的小球，以速度u 垂直落在棒的端点。

设小球与棒作弹性碰撞，求碰撞后小球的速度υ及棒的角速度。

解 依题意作图1-2。

由角动量守恒定律 l m I m u l υω+=由能量守恒定律222212121υωm I mu += 联立以上方程，解得u m M M m 33+-=υ, lm M m u )3(6+=ω 若3m > M ，则碰撞后小球的速度方向与原速度方向相同，若3m < M ，则碰撞后小球反弹，速度方向与原速度方向相反。

《医用物理学》复习题及解答《医用物理学》复习 一、教材上要求掌握的习题解答：第1章 习题1 )31(P 1-7 ⑴ )rad (.t ππωα40500210=-⨯=∆∆=， 圈5.2)(55.0402121220→=⨯⨯=+=rad t t ππαωθ⑵由αJ M =得：)(1.471540215.052212N mr F mr J Fr ==⨯==⇒==ππααα )(10109.125.11515.01522J Fr M W ⨯==⨯⨯===πππθθ ⑶由t αωω+=0得：)/(4001040s rad ππω=⨯= 由ωr v =得：)/(4.1886040015.0s m v ==⨯=ππ 由22222)()(ωατr r a a a n +=+=得：)/(24000)24000()6()40015.0()4015.0(222222222s m a πππππ≈+=⨯⨯+⨯=1-8 ⑴ 由αJ M =、FR M =、221mR J =得：α221mR FR = 则 2/2110010022s rad mR F =⨯⨯==α ⑵ J S F W E k 5005100=⨯=⋅==∆1-15 ⑴已知骨的抗张强度为71012⨯Pa ，所以 N S F C 4471061051012⨯=⨯⨯⨯==-σ ⑵ 已知骨的弹性模量为9109⨯Pa ，所以 101.0109105105.4944==⨯⨯⨯⨯=⋅==-E S F E σε％ 1-16 ∵ l S l F E ∆⋅⋅==0εσ ∴ m E S l F l 4940101091066.0900--=⨯⨯⨯⨯=⋅⋅=∆第2章 习题2 )46(P2-5由连续性方程 2211V S V S = 及 1221S S =得：122V V = 取第2点处的水管位置为零势面，则由理想流体的伯努利方程有： 2222112121v P gh v P ρρρ+=++而 Pa P P )10(401+= 202P P P '+= （0P 为大气压强）KPaPa gh v v P 8.13108.1318.910)42(102110)(2110332234222142=⨯=⨯⨯+-⨯+=+-+='ρρ2-8 如图，设水平管粗、细处的截面积、压强、流速分别为111v p S 、、和222v p S 、、，2CO 、水的密度分别为21ρρ、。

医用物理学课后练习题含答案
一、选择题
1.根据X射线照片的特征，下列哪项不是纤维样肺病的特点？
A. 肺门淋巴结增大
B. 双侧肺内网状磨玻璃影
C. 肺内斑片状高密度影
D. 胸腔积液或纤维化
答案：C
2.以下哪一项不属于CT扫描的基本步骤？
A. 选择适当的切面
B. 调节层厚
C. 选定切片
D. 光电转换
答案：D
3.下列哪项不是真空吸引原理的应用之一？
A. 针灸吸气
B. 饲喂牛奶
C. 飞机起重
D. 吸尘器清洁
答案：C
二、判断题
1.医用CT扫描仪的X射线灵敏度越高，获得的图像越清晰。

正确或错误？答案：错误
2.超声波在医学影像中的应用局限在脑部、肺部和心脏等重要脏器。

正确或错误？答案：错误
三、简答题
1.请简要描述核磁共振成像（MRI）的原理。

MRI成像是通过对人体进行高频电磁信号的照射，使人体内的原子产生共振吸收，产生电磁信号，接受信号后通过计算机循环分析，还原出高清晰度的图像。

MRI不仅可以观察软组织，对于脑、胸部和腹部等部位的对比度也非常好。

2.什么是加速器放射治疗？请谈一谈这种治疗方法的优势和不足。

加速器放射治疗是利用高能量的电子或X射线照射到肿瘤组织上面，对肿瘤细胞的DNA分子进行破坏而达到治疗的目的。

它的优点在于能够高度精确地定位到病变组织，从而减少对正常组织的影响，同时可控性也很高，能够精确调节剂量。

其不足之处在于，辐射剂量会对周围的正常细胞造成影响，从而引起其他症状和并发症，同时，这种治疗也需要高昂的费用支持，对于较为贫困的地区来说治疗难度较高。

第一章习题答案1-4解：对滑轮：由转动定律 (TT )rJ 1 mr 2122对 m： mg TmaTm ( g a )111111对 m ：TKmgmaTm ( aK g )222222得T 1T 2ma 联立上式得 amgK mg又因为 ar122mm 1m2 2(1K)m2m则 Tmg ma2mg11 m mm1122(1K )mmKTmg m g12mgK222m 2m m1221-5.解: 以质心为转轴剖析 ,摩擦力矩为转动力矩。

因 A 、B 、C 的质量和半径相同， 故支持力 F N相同。

由摩擦力F f = μ，摩擦力矩 M =F f· R 可知，三者的摩擦力矩也相同。

F N圆盘 A 的转动惯量 J A = 1 m r 2;实心球 B 的转动惯量 J B =2 m r 2 ; 圆环 C 的转动惯量 J C =25m r 2 .由 M =J α可知B＞A＞C ,所以 B 先抵达 ,C 最后抵达 .1-6.解 :地球自转角速度=24 2 ,转动惯量 J= 2mR 2 ,则角动量 L J,转动动能60 60512E k = J1-7.解: EF/S = l 0F,将各已知量代入即可求解ll/l 0 S l第二章习题答案2-1.①.②. 皮球在上涨和下降阶段均受恒力(重力 ),因此皮球上下运动不是简谐振动.小球在半径很大的圆滑凹球面的底部摇动时,所受的力是指向均衡地点的答复力,且因为是小幅度摇动,答复力的大小和位移成正比(近似于单摆的小幅度摇动)。

所以此状况下小球小幅度摇动是简谐振动。

第四章习题答案4-1.答：射流在静止气体中发射时，射流双侧的一部分气体随射流流动，进而在射流双侧形成局部低压区。

远处的气压未变，所以远处气体不停流向低压区，以增补被卷吸带走的气体，进而形成了射流的卷吸作用。

4-2.答：关于必定的管子，在流量必定的状况下，管子越粗流速越小；在管子两头压强差必定的状况下，管子越粗流速越快。

第十一章 几何光学通过复习后，应该:1.掌握单球面折射成像、共轴球面系统、薄透镜成像、薄透镜的组合、放大镜和显微镜;2.理解共轴球面系统的三对基点、眼的分辨本领和视力、近视眼、远视眼、散光眼的矫正;3.了解透镜像差、眼的结构和性质、色盲、检眼镜、光导纤维内窥镜。

11-1 一球形透明体置于空气中，能将无穷远处的近轴光线束会聚于第二个折射面的顶点上，求此透明体的折射率。

习题11-1附图（原11-2附图）解: 无穷远处的光线入射球形透明体，相当于物距u 为∞，经第一折射面折射，会聚于第二折射面的顶点，则v=2r（r 为球的半径），已知n 1 =1.0，设n 2 =n（即透明体的折射率），代入单球面折射成像公式，得rn r n 1.0-20.1=+∞ 解得n =2.0，即球形透明体的折射率。

11-2 在3m 深的水池底部有一小石块，人在上方垂直向下观察，此石块被观察者看到的深度是多少?（水的折射率n =1.33）习题11-2附图（原11-3附图）解: 这时水池面为一平面的折射面，相当于r 为∞，已知u =3m，n 1 =1.33，n 2 =1.0，观察者看到的是石块所成的像，设其像距为v ，应用单球面折射成像公式，得∞=+ 1.33-.010.1m 333.1v 解得v =-2.25m，这表明石块在水平面下2.25m 处成一虚像，即观察者看到的“深度”。

11-3 圆柱形玻璃棒（n =1.5）放于空气中，其一端是半径为2.0cm 的凸球面，在棒的轴线上离棒端8.0cm 处放一点物，求其成像位置。

如将此棒放在某液体中（n =1.6），点物离棒端仍为8.0cm，问像又在何处?是实像还是虚像?习题11-3附图 （a）【原11-5附图（a）】解: ①如本题附图（a）所示，已知n 1 =1.0，n 2 =1.5，u =8.0cm，r =2.0cm，代入单球面折射成像公式，得cm0.2 1.0-.515.1cm 0.80.1=+v得v =12cm，在玻璃棒中离顶点12cm 处成一实像。

1-1 回答下列问题：（1）位移和路程有何区别？两者何时量值相等？何时并不相等？（2）平均速度和平均速率有何区别？速度与速率有何区别？答：（1）位移是矢量，是由初始位置指向终点位置的有向线段。

路程是标量，是质点沿轨迹运动所经路径的长度。

当质点作单向的直线运动时两者数值相等。

除此之外二者不相等。

路程的大小大于位移的大小。

（2）平均速度是位移除以时间，是矢量。

平均速率是路程除以时间，是标量。

一般来说，平均速率大于平均速度的大小。

速度是位置矢量对时间的一阶导数，是矢量。

速率是路程对时间的一阶导数，是标量。

瞬时速度的大小等于瞬时速率。

1-2 ｜r ∆｜与r ∆ 有无不同?t d d r 和t d d r有无不同? t d d v和td d v 有无不同?其不同在哪里?解：（1）r∆是位移的模，∆r 是位矢的模的增量，即r ∆12r r -=，12r r r-=∆；（2）t d d r 是速度的模，即t d d r=v =t s d d .trd d 只是速度在径向上的分量.(3)t d d v 表示加速度的模，即tva d d=，t v d d 是加速度a 在切向上的分量.1-3 下列表述有错误吗？如有错误，请改正。

（1）12r r r -=∆ ； （2）dt v r=∆；（3）12r r r d-=； （4）F td I d =； （5）t F I ∆=∆ ； （6）r d F W∙=；（7）⎰⨯=bar d F W ；（8）21222121mv mvr d F -=∙ ，21222121mv mv W -=∆。

答：上述表述均有错，每式分别应改为 （1）12r r r -=∆； （2）⎰=∆21t t dt v r；（3）12r r r-=∆； （4）dt F I d =；（5）t F I ∆=∆ ； （6）r d F dW∙=；（7）⎰∙=bar d F W ；（8）2122212121mv mvr d F r r -=∙⎰，21222121mv mv W -= 1-4 两个圆盘用密度不同的金属制成的，但质量和厚度都相等，问哪个圆盘具有较大的转动惯量？飞轮的质量主要分布在边缘上，有什么好处？答：密度小的圆盘的转动惯量大。

第一章 生物力学基础1-1 两物体的转动动能之比为1:8，转动惯量之比为2:1，求两物体的角速度之比。

解：由211112k E I ω=，222212k E I ω=，且121/8k k E E =，12/2I I =，可得1214ωω=1-2 细棒长度为1m ，质量为6kg ，转轴与棒垂直，距离一端为0.2m ，求转动惯量。

解：0.80.82230.20.211.0083I r dm x dx x λλ--====⎰⎰ kg/m 21-3 圆盘质量为m ，半径为R ，质量分布均匀，轴过盘中心且与盘面垂直，求转动惯。

解：4232212242Rm R J r dm r dr mR R πσππ===⋅⋅=⎰⎰1-4 一个飞轮的转动惯量为2335kg m ⋅，转速为每分钟72转，因受摩擦力矩作用而均匀减速，经40s 停止，求摩擦力矩。

解： 由每分钟72转可得角速度为2π×72/60=2.4π rad/s ， 由0t ωωβ=+ 可得 0 2.440πβ=+⨯，0.06βπ=- rad/s ， 由M I β=，可得 335(0.06)63.15 N m M π=⨯-=-1-5 在自由旋转的水平圆盘边上，站着一质量为m 的人，圆盘半径为R ，转动惯量为J ，角速度为ω，如果这人由盘边走到盘心，求角速度变化。

解：由角动量守恒()2J mR J ωω+=220(1)J mR mR J Jωωω+==+ 角速度变化20mR Jωωω-= 1-6 一个人坐在转台上，将双手握住的哑铃置于胸前，转台以一定角速度0ω转动（摩擦不计），人和转台的转动惯量为0J ，如果此人将两手平伸，使人和转台的转动惯量增加为原来的2倍，求：（1）人和转台的角速度；（2）转动动能。

解：（1）由角动量守恒0002J J ωω=，所以0/2ωω=（2）222001122224k J E I J ωωω⎛⎫=== ⎪⎝⎭1-7 解释以下各物理量的定义、单位以及它们之间的关系：（1）压应变、压应力、杨氏模量；（2）切应变、切应力、切变模量；（3）体应变、体应力、体变模量。

医用物理学课后习题参考答案练习一 力学基本定律（一）1．j i 55+；j i 54+；i 4２．2/8.4s m ；2/4.230s m ；rad 15.3 ３．（2）；４．（3） 5．（1）由⎩⎨⎧-==22192ty t x 得)0(21192≥-=x x y ，此乃轨道方程 （2）j i r 1142+=，j i r 1721+=，，s m v /33.6=（3）i t i dt rd v 42-==，j dt v d a 4-== st 2=时，j i v 82-=， 6．（1）a dt dv = 2/1kv dtdv-=∴有⎰⎰-=-⇒-=-vv tkt v vkdt dv v2/102/12/122 当0=v 时，有kv t 02=（2）由（1）有2021⎪⎭⎫ ⎝⎛-=kt v vkvkt v k vdt x tk v 3221322/3000/2300=⎪⎭⎫⎝⎛--==∆⎰练习二力 学基本定律（二）1．kg m 2222．j i 431+；j i 321+3．（4）4．（1）5．．（1） （2）r mg W f πμ2⋅-=∴j i v 62-=∴j a 4-=2020208321221mv mv v m E W k f -=-⎪⎭⎫ ⎝⎛=∆=rgv πμ163 2=∴（3）34)210(20=∆-=k E mv N （圈） 6．设人抛球后的速度为V，则人球系统抛球过程水平方向动量守恒)() (V u m MV v m M o ++=+∴ mM muv V +-=0人对球施加的冲量mM mMumv V u m I +=-+=0)( 方向水平向前练习三 刚体的转动（一）１．2.20-s rad ；1.48-s rad ２．034ω；2021ωJ ３．（１）；４．（５）５．ααR a MR TR maT mg ===-221 R M m mg )2/(+=α；2/M m mga +=；6．（1）由角动量守恒得： 02211=+ωωJ J0222=+⋅ωJ RvMR )(05.0122--=-=S J mRv ω （2）πωω2)]([21=--t (s) 55.02π=t (rad) 1122πωθ==t （3）(s) 422ππωπ===vRT (r a d ) 0.2 2πωθ==∴T 练习四 刚体的转动（二）1．gl 3 2．06.0ω3．（1）；πω4504．（3）；5．1111a m T g m =- 2222a m g m T =- α)(2121J J r T R T +=- αR a =1 αr a =2联立解得：22212121)(rm R m J J gr m R m +++-=α 222121211)(r m R m J J Rg r m R m a +++-=222121212)(r m R m J J rgr m R m a +++-= g m r m R m J J r R r m J J T 12221212211)(++++++=g m r m R m J J r R R m J J T 22221211212)(++++++=6．23121202lmg ml =⋅ω lg30=ω 2222022131213121mv ml ml +⋅=⋅ωω lmv ml ml +=ωω2023131 gl v 321=练习五 流体力学（一）1．h 、P 、v 2．P 、v 3．（3） 4．（4）5．（1）粗细两处的流速分别为1v 与2v ；则 2211v S v S Q ==12131175403000--⋅=⋅==s cm cms cm S Q v ；121322*********--⋅=⋅==s cm cm s cm S Q v （2）粗细两处的压强分别为1P 与2P2222112121v P v P ρρ+=+)(1022.4)75.03(102121213223212221Pa v v P P P ⨯=-⨯⨯=-=-=∆ρρ P h g ∆=∆⨯⋅-)(水水银ρρ；m h 034.0=∆6．（1）射程 vt s =gh v ρρ=221 gh v 2 =∴ 又 221gt h H =- g h H t )(2-=)(2)(22 h H h gh H gh vt s -=-⋅==∴tt =0.5st t =0s （2）设在离槽底面为x 处开一小孔，则同样有：)(2121x H g v -=ρρ )(21x H g v -= 又 2121gt x = gxt 21= )()(2 111h H h s x H x t v s -==-==∴ h x =∴则在离槽底为h 的地方开一小孔，射程与前面相同。