医用物理学大一期中复习提纲

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医用物理前半学期知识点总结 整理:临五四班物理小组 第一章:流体力学 流体:具有流动性的物体 (气体和液体 ) 流体力学: 研究流体运动及与其中的物体之间相互作用规律 应用:血液的动力学,与血液流动相关的现象,如粘度,血压等学习要求 :

掌握: 液体连续性原理,柏努利方程泊肃叶公式

熟悉: 粘滞系数、牛顿粘滞系数

了解: 血循环系统的血液的速度和血压变化、血压测量、雷诺数第一节 理想液体的流动 (Flow of ideal liquid)

流体的性质:流体是一种可以流动的物质,流体包括空气的液体能承受很大的压力

能适应任何形状的容器 无法承受拉力 理想液体:绝对不可压缩、无粘滞性的液体。 稳定流动:每一定点的液体的速度不随时间而变的流动。 (实际和理想液体均可有稳定流动 ) 流线的切线方向,该点液体流动方向. 流管:由一系列流线组成的周围封闭,二端开口的管状物 液流连续原理 : S1v1 S2v

2 Q

(Q 流量,同一流管的流量为恒量

横截面大的,流速小) 适用范围: 不可压缩液体的稳定流动 同一流管中任意二个垂直于流管的截面 实际和理想液体均可适用 理想液体在同一垂直于流管截面处各点流速相同。 而实际液体是不同 的,由该截面的平均流速来代替液流连续原理的流速。 思考:水笼头流出的水为什么会变得越来越细? 伯努利方程: 适用范围; 1 vA2 ghA PA 1 vB2 ghB P

B

2 2

同一流管 理想液体 讨论:由于理想液体在运动时,没有与运动方向平行的切向力作用, 所以任一点的压强只与位置有关,与方位无关。 同一高度处,流速越大,压强就越小。 例:求 PA 、 PC 及 等粗 细 管 中 的 流 速 。

答案 : PA P0 gh4 Pc P0 g (h

3 h4 )

例:如图所示,大容器底部接一根粗细不均的竖直细管 BC,B 处横 截面积为 C 处的两倍, B,C 间高度差为 50cm。容器内水面 (理想液体)至出口 C 处的高度为 1.8m。求图中竖直管中水面上升的高度。

答案:hD 0.85m

伯努利方程的应用: 1. 空吸作用 (Suction),应用:喷雾器,口腔科的吸唾器。 2. 汾丘里管 (Venturi Tube),应用:测量流体流速第二节 实际液体的流动

一、牛顿粘滞定律 粘滞系数 层流:实际液体具有粘滞性,如果液体流动层次分明为层流 (Laminar flow) 。 湍流:当流体流速超过某一数值时, 流体不再保持分层流动, 而可能 向各个方向运动,有垂直于管轴方向的分速度,各流层将混淆起来, 并有可能出现涡旋,这种流动状态叫湍流。 流体作湍流时所消耗的能量比层流多, 湍流区别于层流的特点之一是

它能发出声音。 过渡流动:介于层流与湍流间的流动状态很不稳定 .

1. 粘性力(内摩擦力):相邻两流层之间因流速不同而作相对运动时,在切线方向上存在着的相互作用力。 2. 牛顿粘性定律:若 x 方向上相距 dx 的两液层的速度差为 dv,则 dv/dx 表示在垂直于流速方向单位距离的液层间的速度差叫做速度 梯度,一般不同 x 处,速度梯度不同,距管轴越远,速度梯度越大,

其单位为 1/s 。 实验证明: F ∝ S ,dv/dx 二、牛顿液体与非牛顿液体 遵循牛顿粘性定律的流体叫牛顿流体, 匀质液体的粘滞度不随切率的

变化而改变,如:水、血浆 不遵循牛顿粘性定律的流体叫非牛顿流体, 非匀质液体的粘滞度随着

切率的减小而增大,如:血液 三、层流与湍流 雷诺数

R e

vd

四、泊肃叶公式 (Poiseuille ’s formular) 适用条件:实际液体,层流 等粗水平管中流动情况 v p1 p2 r 2 r04 ( p1 p1 p2

8 0 Q p2 ) l 8 l R

泊肃叶公式讨论: 泊肃叶公式:流速 v 与面积 s 成正比 连续性原理:流速 v 与面积 s 成反比 区别:泊肃叶公式指不同的水平管之间比较 连续性原理指同一流管的不同粗细位置间比较 流阻 : 8 r 0 l R 4

流阻单位: Pa.s/m3 或 N.S/m5

例:图中所示的大容器中盛有粘滞性液体。 在容器侧壁同一深度处接有两根水平管 A、 B,已知 A、B 两管的半径为 0.5cm 和 1cm,管长分别为 10cm 和 20cm,求两管中流量之比 QA/QB ?

rA4 ( PA P0 )

r A4l B QA 8 l A 1

QB rB4 ( PB P0 ) rB4l A 8

答案; 8 l B

各类血管的功能

血管由动脉、毛细血管和静脉组成 1. 弹性贮器血管 :主动脉和大动脉 2. 分配血管:中动脉 3. 毛细血管前阻力血管:小动脉、微动脉 4. 毛细血管前括约肌 5. 交换血管:真毛细血管 6. 毛细血管后阻力血管:微静脉 7. 容量血管:静脉系统 8. 短路血管:小动脉和小静脉间的吻合支 斯托克斯定律 固体在粘性流体中运动时将受到粘性阻力作用, 若物体的运动速度很 小,它所受的粘性阻力可以写为 :f k vl 比例系数 k 由物体形状 决定。 对于球体,若半径为 R ,则 k = 6 π , f 6 vR

收尾速度(沉降速度) 2 gR2 vT

9

应用 :

① 在已知 R、ρ、 σ的情况下,只要测得收尾速度便可以求出液 体的粘滞系数 η 。 ② 在已知 η 、 ρ、 σ 的情况下,只要测得收尾速度便可以求出 球体半径 R 。 第三节 血液的流动 (Flow of blood) 一、 红细胞的轴流现象

二、 循环系统中血流速度的变化

三、循环系统中血压的变化及其测量 血压的形成 (blood pressure) ( 1) 血液充盈程度 ( 2) 心室射血 (势能和血流的动能 ) ( 3)血液遇到的阻力 主动脉和大动脉的弹性贮器作用缓冲作用和连续的血流 血压的测量 血压是指血管内的血液对于单位面积血管壁的侧压力,也即压强。

由于心脏的收缩与舒张,动脉中的压强发生变化, 动脉中血压的最大值为心缩压,最小值为舒张压血压单位单位转换 影响动脉血压的因素; 心输出量 ,外周阻力 ,循环系统的血液充盈程度 , 主动脉的弹性贮器作用 重力对血液流动的影响: 血压低; 静脉有较大的可扩张性; 静脉充盈受跨壁压的影响; 重力对静脉血压的影响大; 加速运动对血压的影响:

正向加速度:心血管系統 (下肢瘀血,视觉和知觉丧失) 、呼吸系统负向、横向加速度:心血管系统、肌肉骨骼系统、体液平衡、前庭器官、适应能力

第二章 振动和波

掌握:谐振动方程、波动方程 熟悉:同方向、同频率振动合成 了解:驻波、拍、振动合成与分解 机械波产生的两个条件:波源,媒质 一、 谐振动 a 2 x

谐振动方程式: x A cos( t )

A 振幅 角频率 T 周期 f 频率 t+ 相位

二、 谐振动的合成 (1)速度在相位的比位移超前 /2 , 加速度超前速度 , 相位差 /2 。 同向:相位相同 反向:相位相差 π 同频、同方向振动的叠加 AA

1

2 A22 2A1 A2 cos(

2 1)

tg 1 ( A1 sin 1 A2 sin 2 ) A1 cos 1 A2 cos 2

当: 1. = 2 - 1 = 2k 同相

A=A1+A2 振幅加强 2. = 2 - 1 = (2k+1) 反相 A=|A1-A2| 振幅减弱

3. 其他情况: |A1-A2| A A1+A2

(2)拍

1. 合振动不是简谐运动 2. |f2-f1|<3. 合振幅是变化的,幅值 2A ,其强度变化的频率为 |f2-f1| , 称拍频 ( 3)复杂振动的分解 傅里叶 (Fourier) 证明:一个任意 ( 具有周期为 T=2 / ) 周期性振

动,能分解为一系列圆频率等于 的整数倍的谐振动。 F (t) A0 ( An cosn t Bn sinn t) n 1

其中: A0、An 和 Bn 为恒量,即分振动的振幅

称为基频 n 称 n 次谐波三、 波动

波的特点:(1)具有一定的传播速度; ( 2)伴随着能量的传播; ( 3)能产生反射、折射、干涉和衍射等现象;