医学物理学题库讲解(DOC 14页).doc

1、复 习 题第一章 刚体转动1 名词解释刚体：如果一个物体在外力作用下，它的各部分之间的距离保持不变，或者它的形状和大小都不发生变化，那这个物体被称为刚体力矩：力矩是指作用力使物体绕着转动轴或支点转动的趋向转动惯量：转动惯量是刚体转动惯性的量度，转动惯量越大，刚体的转动惯性就越大进动：一个自转的物体受外力作用导致其自转轴绕某一中心旋转，这种现象被称为进动2 填空：(1) 刚体转动的运动学参数是 角位移 、 角速度 、 角加速度 。(2) 刚体转动的力学参数是 力矩 、 转动惯量 。(3) 陀螺在绕本身对称轴旋转的同时，其 对称轴 还将绕 竖直 回转，这种回转现象称为进动。3. 问答：(1) 有一

2、个鸡蛋不知是熟还是生，请你判断一下，并说明为什么？可以根据两者旋转情况的不同加以辨别。熟鸡蛋内部凝结成固态，可近似为刚体，使它旋转起来后对质心轴的转动量可以认为是不变的常量，鸡蛋内各部分相对转轴有相同的角速度，因桌面对质心轴的摩擦力矩很小，所以熟鸡蛋转起来后。其角速度减小非常缓慢，可以稳定的旋转相当长时间。生鸡蛋内部可近似为非均匀分布的流体，使它旋转时，内部各部分状态变化的难易程度不相同，会因为摩擦而使鸡蛋晃荡，转动轴不稳定，转动惯量也不稳定。使它转动的动能因内部摩擦等因素耗散而不能维持，使转动很快停下来。(2) 地球自转的角速度方向指向什么方向？作图说明。绕自转轴自西向东的转动(3) 中国古

3、代用指南针导航，现代用陀螺仪导航，请说明陀螺仪导航的原理。陀螺仪主要是由一个位于轴心且可旋转的转子构成，基于角动量守恒的理论。 陀螺仪一旦开始旋转，由于转子的角动量，陀螺仪有抗拒方向改变的趋向。物体高速旋转时，角动量很大，旋转轴会一直稳定指向一个方向。(4) 一个转动的飞轮，如果不提供能量，最终将停下来，试用转动定律解释该现象。刚体的定轴转动定律为M=J。转动着的飞轮，不供给能量，它只受阻力矩M的作用，角加速度0，即做减速转动，从而最终停止下来。第二章 物体弹性1. 名词解释：应力：在所考察的截面某一点单位面积上的内力称为应力。应变：物体在受到外力作用下会产生一定的变形，变形的程度称应变抗张强

4、度：断裂点的应力称为材料的抗张强度杨氏模量：正应力与线应变的比值Y称为杨氏模量2. 填空：(1) 物体变形分为 弹性形变 和 塑性形变 两类。(2) 物体变形是由于有 外力 的作用而产生了 形状和大小 变化。(3) 物体的应力与应变，经历 弹性 、 屈服 、 硬化 、 颈缩 四个阶段。(4) 物体在颈缩阶段会发生 断裂 ，当弹性阶段与颈缩阶段较近时，材料表现为 脆性 。3. 问答：(1) 用什么力学指标评价骨骼硬度较为合适？为什么？从力学角度来讲，所有材料的力学指标都必须通过拉伸实验，而拉伸实验得出的指标分别为下列几个重要参数：1.屈服强度（代指材料的最大允许工作强度）；2.极限强度（代指材料

5、承受的最大强度，超过强度即失效）；3.弹性模量（应力应变曲线斜率值)(2) 骨质疏松的力学特性表现是什么？ 人患上骨质疏松后，骨头的杨氏模量减少，抗形变能力下降，若应力大于骨头的承受能力，容易引起骨折第三章 流体的运动1. 名词解释：可压缩流体：具有可压缩性的流体被称为可压缩流体黏性：流体在运动状态下抵抗剪切变形速率能力的性质，被称为粘性流场：流速随空间分布被称为流场层流：相邻两层流体之间只做相对滑动，流层间没有横向混杂，被称为层流湍流：杂乱不稳定的流动状态被称为湍流2. 填空：(1) 伯努利方程表明，任何一处流体的 压强 和单位体积的动能、重力势能之和总是恒定的。(2) 文丘里流量计是利用

6、伯努利方程 原理设计，测量的流量值与 液面高度差h 成正比。(3) 流体流动状态是根据 雷诺数 判断，当它W2，问(a)与(b)中，两个热机的效率是否相同？为什么？（a）不相同，因为其高温线和低温线不同；（b）相同，因为其高温线和低温线相同 (a) (b)(2) 当物体放入冰箱内，该物体温度高，对冰箱制冷效果好？还是物体温度低，对冰箱制冷效果好？为什么？(3) 茶杯中的水变凉，在自然情况下，是否可以再变热？为什么？不可能。热量不肯呢过自发的熊低温物体传到高温物体。一切与热有关的自然现象都与热力学第二定律有关，由熵增加原理可知，在封闭系统中发生的任何不可逆过程，都将导致整个系统的熵增加。(4)

7、控制饮食和增加身体运动是否可以控制人体体重？为什么？可以。人体可以看成一个热力学系统，根据热力学第一定律，当系统吸收热量Q为负数，便可以减轻体重；相反的，当系统吸收热量Q为正数，便可以增加体重第八章 静电场1. 名词解释：电通量：通过电场中某一面积的电场线总数称为通过该面积的电通量电势：描述电场的能的性质被称为电势等势面：静电场中由电势相等的点所连成的曲面，且规定任何两个相邻曲面间的电势差相等的面叫做等势面电偶极子：两个相距很近的等量异号电荷+Q和-Q所组成的带电系统叫电偶极子电偶极矩：电偶极子中的一个电荷的电量绝对值与轴线的乘积叫电偶极矩束缚电荷：在物体内不能自由移动且不能用传导的方法移走的

8、电荷叫束缚电荷电介质极化：在外电场作用下各向同性的军训电介质表面出现束缚电荷的现象较电介质极化位移极化：在垂直于外电场方向的介质端面上出现束缚电荷，叫位移极化心电向量：在某一时刻，电偶极矩就是所有心肌细胞在该时刻的电偶极矩的矢量和，叫心电向量心电向量环：心电向量在大小和方向上都随时间作周期性变化的矢量，其轨迹叫心电向量环2. 填空：(1) 在电场中描绘的一系列的曲线，使曲线上每一点的 电场 方向都与该点处的电场强度方向 相同 ，这些曲线称为电场线。(2) 导体静电平衡的必要条件是导体内任一点的电场强度为 0 ，而电介质静电平衡时介质内任一点的电场强度 不为0 。(3) 带电导体表面处的电场强度

9、与 电荷密度 成正比，因此，避雷针尖端可以吸引很多 电荷 ，并通过接地线放电。(4) 带电导体处于静电平衡时，电荷分布在 外表面 ，导体内部电荷为 0 。3. 问答：(1) 如果在高斯面上的电场强度处处为0，能否可以判断此高斯面内一定没有净电荷？反过来，如果高斯面内没有净电荷，是否能够判断面上所有各点的电场强度为0?第一问可以判断。据高斯定理，高斯面上的E的积分等于面内静电荷总量，E为零，则不管什么形状的高斯面积分都等于零，故静电荷一定为零。第二问不可以判断。因为如果有一对正负电荷分部在高斯面的接近边缘的地方，这样的情况时高斯面内没有静电荷，但是在接近电荷的高斯面区域E并不为零。(2) 避雷针

10、的尖端为什么是尖的？雷雨时，避雷针和高楼顶部都被感应上大量电荷，由于避雷针针头是尖的，而静电感应时，导体尖端总是聚集了最多的电荷这样，避雷针就聚集了大部分电荷(3) 在一均匀电介质球外放一点电荷q，分别用如图所示的两个闭合曲面S1和S2，求通过两闭合面的电场强度E通量，电位移D通量。在这种情况下，能否找到一个合适的闭合曲面，可以应用高斯定理求出闭合曲面上各点的场强？S1S2q对于曲面S1：其电通量和电位移通量均为零. 对于曲面S2：其电通量等于q，电位移通量等于q. 在这两种情况下，不能找到一合适的闭合曲面应用高斯定理求出闭合曲面上各点的场强。(4) 从心肌细胞的电偶极矩出发阐述心电图的形成。

11、心脏活动时，心肌细胞极化形成心电偶，其在某一时刻电偶极矩的矢量和，称为心电向量。当人体内存在心电偶的时候，人体体表就具有一定的电势，并且体表电势随心电偶的变化而变化。当兴奋传播时，就可以在人体表面测出相对应的电势变化，这种电势波形就是心电图。理论证明心电向量由下式决定：，此式中p为电偶极矩。第九章 直流电1. 名词解释：载流子：导体中含有大量的可自由移动的带电粒子，叫载流子容积导体：导体中各处电流强度的大小和方向就不完全相同，这样的导体叫容积导体时间常数：电容充电的快慢与R和C大小有关，把R和C的乘积称为时间常数膜电位：通常是指以膜相隔的两溶液之间产生的电位差静息电位：能透过细胞膜的离子形成的

12、膜电位叫静息电位动作电位：动作电位是指可兴奋细胞受到刺激时在静息电位的基础上产生的可扩布的电位变化过程阈电位：要产生动作电位，膜电位必须要超过某一临界值，次临界值叫阈电位2. 填空：(1) 在由四个网孔、六个节点组成的电路中，独立的回路方程有 6-4+1 ，独立的节点方程有 。(2) 电容器充电时，其电位按 指数 规律上升，起始电流最 大 (大或小)。(3) 在半透膜两侧，有一种离子有浓度差时，则用 玻尔兹曼能量分布定律 计算膜电位，有多种离子有浓度差时，则用 能斯特方程 计算膜电位。3. 问答：(1) 心电起源于心脏特殊传导系统中，人体体表上的任意两点是否可以测量心电图？为什么？不能。人体体

13、表上有些地方没有心电向量，所以就没有电压。主要是由于空间向量有关系，需要看一下是不是形成了空间向量。(2) 一个电极的漏电流是5mA，如果这个电极是接在人体体表，是否对人体有安全影响？如果这个电极是插入在心脏附近，是否对人体有安全影响？为什么？(3) 在膜片钳中，通常是用通道电流来阐述离子通道的开闭状况，为什么？ 第十章 恒磁场1. 名词解释：磁通量：通过一给定曲面的磁感应线的总数称为通过该曲面的磁通量磁偶极子：载流线圈在磁场中的表现与电偶子在电场中的表现非常类似，叫磁偶极子磁偶极矩：式中Pm=NIS，称为载流线圈的磁偶极矩霍耳效应：在均匀磁场B中放入同有电流I的半导体或导体薄片，使薄片平面垂

14、直于磁场方向，这是在薄片的两侧产生一个电势差，这种现象叫做霍尔效应磁介质：在磁场作用下能发生变化，并能反过来影响磁场的物质叫做磁介质磁化：原来没有磁性的物体在磁场中获得磁性的过程，叫做磁化2. 填空：(1) 物质磁性的本质是 自旋磁矩 ，任何物质中的分子都存在 环形电流 ，该电流使物质对外显示出磁性。(2) 在磁场中，沿任一 闭合曲线 磁感应强度矢量的线积分，等于真空导磁率乘以穿过以该闭合曲线为边界所张任意曲面的各 电流 的代数和。(3) 磁场是 有旋 场，其特性是磁场任一闭合曲面的 磁通量 等于零。(4) 磁介质在磁场的作用下内部状态发生地变化叫做 磁化 。在这种现象作用下，磁感应强度增加的

15、磁介质称为 顺磁质 ，反之，称为 抗磁质 。3. 问答：(1) 设图中两导线中的电流均为8A，试分别求三个闭合线L1、L2、L3环路积分的值，并讨论以下几个问题：l 在每一个闭合线上各点的磁感应强度是否相等？为什么？不相等。因为环路内外电流均对B有贡献。$不为0。I1与I2在L2上产生的磁感应强度不为0。l 在闭合线L2上各点的磁感应强度是否为零？为什么？L2L1L3I1I2(2) 在一个均匀磁场中，三角形线圈和圆形线圈的面积相等，并通有相同的电流。问：l 这两个线圈所受的磁力矩是否相等？l 所受的磁力是否相等？l 它们的磁矩是否相等？l 当它们在磁场中处于稳定位置时，线圈中电流所激发出来的磁

16、场方向与外磁场方向是相同、相反或垂直？第十一章 电磁感应与电磁波1. 名词解释：感应电流：当穿过闭合导体回路的磁通量发生变化时，回路中就产生电流，这种电流叫做感应电流电磁感应：由于磁通量发生变化而产生感应电动势叫做电磁感应自感应：由电路本身的电流变化在该电路中产生的电磁感应，叫自感应互感应：由一个电路的电流变化而在另一个电路中产生的电磁感应，叫互感应2. 填空：(1) 当穿过一个闭合导体回路所包围的面积内的磁通量发生变化时，在导体回路中会产生电流，感应电流的方向总是使得它所激发的磁场来 反抗 引起感应电流的磁通量的变化。(2) 感应电动势包括 动生 电动势和 感生 电动势两种。(3) 螺线管线

17、圈是 储能 元件，它储存的磁场能与螺线管内的 电流 成正比，和 电势 成反比。(4) 麦克斯韦方程组表明了 电极 、 磁场 、 电荷密度 、 电流密度 之间的关系。3. 问答：(1) 将一磁铁插入闭合电路线圈中，一次迅速插入，另一次缓慢插入，问： 两次插入时，在线圈中产生的感应电动势是否相同？为什么？不相同。两次插入时间不等，线圈内磁通量均由0增加至相同的最大值，故磁通量的变化是相同的，由E=可知，磁通量的变化率不同，产生的感应电动势不等 两次推磁铁的力所作的功是否相等？ 不相同。根据法拉第电磁感应定律，第一次产生的电动势较大，电流做的功W=Eq，由于q相同，所以两次做功不同。(2) 自感电动

18、势能不能大于电源的电动势？为什么？不能。电磁感应是磁场能与电势能的相互转化，根据能量守恒定律，能量只会耗散，不会无故增加(3) 磁场能的两种表达：Wm=LI2，Wm=V的物理意义有何区别？(4) 电磁波是如何产生的？举一个RF医疗应用的例子。变化的电场会产生磁场，变化的磁场则会产生电场。变化的电场和变化的磁场构成了电磁场，而变化的电磁场在空间传播便形成了电磁波。第十二章 物理光学1. 名词解释：单色光：单一频率（或波长）的光，不能产生色散的光被称为单色光相干光：两束频率相同、振动方向相同、初相位相同或相位差恒定的光称为相干光光程：光程是指在相同时间内光线在真空中传播的距离半波损失：波从波疏介质

19、射向波密介质时反射过程中，反射波在离开反射点时的振动方向相对于入射波到达入射点时的振动相差半个周期，这种现象叫做半波损失光的衍射：光绕过障碍物传播的现象被称为光的衍射偏振光：具有偏振性的光被称为偏振光光矢量：在光的E矢量和B矢量中，能引起感光作用和生理作用的主要是E矢量，所以E矢量叫光矢量2. 填空：(1) 获得相干光的条件是：从同一光源的同一部分发出的光，通过某些装置进行 分束 后才能符合相干条件的相干光。(2) 在下图中，光线在媒质n2中的光程是 2n2d ，从ABCBA的光程差是 /2 。ABdC (3) 瑞利准则表明：对一种光学仪器来说，如果一个点光源的衍射图样的中央 最亮 处正好与另

20、一个点光源的衍射图样的第一个 最暗 处相重合，这时，人眼刚好能够判别两个不同的物体。(4) 当起偏器与检偏器光轴有角度，检偏器透射光强是起偏器透射光强的 3 倍。3. 问答：(1) 汽车玻璃贴膜的厚度对单向透视特性有影响吗？为什么？ 有影响。(2) 手机上的照相机可以拍摄远景吗？为什么？(3) 光学显微镜可以观察细胞器吗？为什么？不可以。光学显微镜是利用观察细胞器时，细胞器之间会产生衍射现象，从而导致像的重叠，即观察不到细胞器。(4) 如何用实验确定一束光是自然光，还是线偏振光或圆偏振光？单纯的使用偏振无法完全区分这四种偏振光，应该再加上一个1/4玻片，具体如下用偏振片进行观察，1.若光强随偏

21、振片的转动没有变化，这束光是自然光或圆偏振光。这时在偏振片之前放1/4玻片，再转动偏振片。如果强度仍然没有变化是自然光；如果出现两次消光，则是圆偏振光，因为1/4玻片能把圆偏振光变为线偏振光2.如果用偏振片进行观察时，光强随偏振片的转动有变化但没有消光，则这束光是部分偏振光或椭圆偏振光。这时可将偏振片停留在透射光强度最大的位置，在偏振片前插入1/4玻片，使玻片的光轴与偏振片的投射方向平行，再次转动偏振片会若出现两次消光，即为椭圆偏振光，即椭圆偏振片变为线偏振光；若还是不出现消光，则为部分偏振光3.如果随偏振片的转动出现两次消光，则这束光是线偏振光第十五章 量子物理基础1. 名词解释：黑体：如果

22、一个物体对入射的各种波长的电磁波能量能全部吸收，那么这个物体称为黑体辐射出射度：单位时间内从黑体单位表面积商所发射的各种波长电磁波能量的总和，称为辐射出射度遏制电压：当反向电势差增大到一定值时，光电流降为0，此时的反向电势差称为遏止电压红限：对一定的金属阴极，当照射光频率V小于某个最小值V0时，没有光流产生，此V0叫做红限能量子：即量子，一个物理量如果存在最小的不可分割的基本单位，则这个物理量是量子化的，并把最小单位称为量子。量子数：谐振子的能量为E=n0=nhv，式中n=1,2,3,基态：n=1的定态称为氢原子的基态受激态：n1的定态称为氢原子的受基态波函数：微观粒子的波函数的复数形式叫物质

23、波波函数2. 填空：(1) 当温度升高，黑体的能量辐射与温度成 4 次方上升，辐射的电磁波长变 短 (短或长)。(2) 普朗克能量量子化假设包括： 组成黑体腔壁的分子、原子可看作是带电的线性谐振子，可以吸收电磁波 和 谐振子只能处于某些特定的能量状态，每一状态的能量只能是最小能量0的整数倍 。(3) 爱因斯坦光子假设包括： 光的波动性 和 光的粒子性 。(4) 光子的粒子性是通过 光电效应 和 康普顿效应 实验证实。(5) 戴维孙-革莫实验使人们知道当电子束射入晶体，可以通过电子探测器获得电子 衍射 图，因此，人们确定电子具有 波动 性。(6) 微观粒子不可能同时具有确定的位置和动量，微观粒子

24、不可能同时具有确定的 能量 和 时间 。3. 问答：(1) 医用红外热像仪常用于皮肤癌、乳腺癌等的诊断，阐述其物理原理。红外热像仪通过光学电子系统将人体辐射的远红外光波经滤波聚集，调制及光电转换，变为电信号 ，然后经多媒体图像处理技术，以伪彩色热图形式，显示人体的温度场。(2) 在光电效应实验中，如果：(1) 入射光强度增加1倍；(2) 入射光频率增加1倍；这两种情况的结果有何不同？l1l2l3E1E2E3(3) 如图所示，被激发的氢原子跃迁到低能级时，可激发波长为l1、l2、l3的辐射，问这三个波长之间的关系如何？l1l2l3(4) 在电子显微镜中观察细胞结构时，图像分辨力与保护细胞活性有矛

25、盾吗？为什么？第十九章 磁共振1. 名词解释：塞曼效应：在原子、分子物理学和化学中的光谱分析里是指原子的光谱线在外磁场中出现分裂的现象，被称为塞满效应磁化强度矢量：单位体积内分子磁矩的矢量和，被称为磁化强度矢量拉莫尔频率：式中 叫做原子核的磁旋比，而其中的叫做拉莫尔频率磁共振：整个RF吸收和发射的过程被称为核磁共振弛豫过程：从非平衡态逐渐恢复到平衡态的过程称为弛豫过程2. 填空：(1) 氢原子的量子数包括 主量子数 、 角量子数 、 磁量子数 、 自旋量子数 四种。(2) 当磁矩为m的磁偶极子在磁场中自转时，其所具有的势能与 磁场强度 和 质子磁矩 成正比。(3) 磁共振是在RF的照射下，氢核

26、磁矩 吸收RF的 能量，从低能态跃迁高能态；当停止照射，氢核磁矩 释放RF的 能量，从高能态回到低能态的过程。(4) 产生磁共振的必要条件是 进动频率与射冲脉冲频率脉冲时间相同 。(5) 氢核磁化强度矢量的弛豫时间分为 弛豫时间T1 和 弛豫时间T2 。3. 问答：(1) 氢核的自旋量子数有几个？在外磁场作用下，氢核分裂的能级与哪些因素有关？氢核的自旋量子数 =1/2，(2) 当RF频率高于拉莫尔频率时可以产生磁共振吗？为什么？可以。使用扫频法，连续改变RF的频率，只要当满足拉莫尔公式的时候，就可以发生共振吸收。 (3) 早期肿瘤组织的结合水含量高于正常组织，为什么可以通过T1和T2进行肿瘤组

27、织的成像？早期肿瘤组织的结合水含量高于正常组织，所含氢核数的多少不同，MR信号强度就有差异，利用这些差异作为特征量，把各种组织区分开来。(4) MRI由哪几个电(磁)场组成？梯度场在MRI中起什么作用？静磁场、梯度场用来产生并控制磁场中的梯度，以实现磁共振信号的空间编码，这个系统有三粗线圈，产生X、Y、Z三个方向的梯度场，线圈组的磁场叠加起来，可以形成任意方向的线性梯度场。计算题 利用超声波可以在液体中产生120kW/cm2的大强度超声波，设波源为简谐振动，频率500kHz，液体密度为1g/cm3，声速1.5km/s，求液体质点振动的振幅。Av 一振动频率为2040Hz的波源以速度v向一反射面

28、接近，观察者在A点听得声音的频率为2043Hz，求波源移动的速度v。 (声速为340m/s) 在27oC温度下，氧分子和氢分子的均方根速率和平均平动动能是多少？ 设温度为0时，空气摩尔质量为0.0289 kg/mol，求：当大气压减到地面的75%时的大气高度。 有一台功率为15kW的制冷机，从-10oC的冷藏室吸取热量，向20oC的物体放出热量，问每分钟从冷藏室吸取多少热量？(6) 有一台热机工作在1000K和300K的热源之间，为了提高热机效率，有两种方案：(1) 将热源温度提高到1100K；(2) 将冷源温度降到200K。问两种方案哪一种更好？(7) 1kg水银，初始温度-100oC，如果

29、加热使其温度上升到100oC，问水银的熵变是多少？ (水银的熔点-39oC，溶解热1.17104 J/(kg oC)，比热容-138 J/(kg oC)(8) 地球的半径是6.37106m，地球表面的电场强度约为200V/m，方向指向地心，试计算地球带的总电量。在距离地面1400m的高空处，电场强度降为20V/m，方向仍指向地心，试计算该1400m厚的大气层平均电荷密度。 (e0 = 8.8510-12 C2/Nm2)(9) 一平行板电容器有两层介质：er1 = 4，d1 = 2 mm；er2 = 2，d1 = 3 mm，极板面积40cm2，极板间电压200V，试计算：l每层介质中的电场能量密

30、度；l每层介质中的总电能；l电容器的总电能。(10) 在以下电路中，设ENa=56mV、EK=-93mV、ECl=-66mV，CM=10pF，gNa=15mS/cm2、gK=0.53 mS/cm2、gCl=0.2mS/cm2，VM=26mV，dVM/dt=100V/s。计算此刻的膜电流。(11) 两根长直导线互相平行地放置在真空，如图所示，其中通以同向的电流I1=I2=10A，试求P点的磁感应强度。(已知PI1=PI2=0.5m，PI1PI2)PI1I2(14) 钾的红限波长为620nm，求：l钾的逸出功；l在330nm的紫外光照射下，钾的遏止电势差。(15) 人红细胞直径8mm，厚2-3mm，质量10-13 kg。设测量红细胞位置的不确定性是0.1mm，计算其速率的不确定量是多少？ 22