医用物理学

南方医科大学本科专业教学大纲医用物理学PhysicsforMedicine适用专业：临床医学基础医学中医学中西医结合医学影像学中药学药学、生物技术护理学等医学各专业执笔人：苏永春审定人：李彬学院负责人：陈武凡南方医科大学教务处二○○六年十二月课程编码：B030095一、课程简介医用物理学是研究物质运动最基本、最普通的性质和规律的科学，如力、声、热、电、磁、光、原子原子核和各种射线等理论。以及这些性质和规律在医疗实践中的应用。医用物理学知识是深入了解人体生理过程和病理过程不可缺少的基础，物理学所提供的理论、方法和技术，广泛应用于生物科学和医学研究、人体疾病诊断和治疗的实践中，并不断更新发展。物理学的理论是高新尖医疗技术不可缺少的，近几年来在医学科研上获得诺贝尔奖的重大成果中，有相当部分是属于医学物理方面的科研项目，医用物理学现已发展成为三门分支学科——生物物理学、医学物理学和物理诊断与物理治疗。医用物理学内容广、公式多和难度大。其内容是通过自学和实验观摩等方式进行。学生必须抓好自学、复习完成作业等三个学习环节，按本大纲的要求掌握好教材中的基本概念、原理、定义、定律、公式、单位和计算方法等。学时：54学时学分：3学分先修课程：医科高等数学Anappliedbranchofphysicsconcernedwiththeapplicationoftheconceptsandmethodsofphysicstothediagnosis,management,andtreatmentofhumandisease.Itisalliedwithmedicalelectronics,bioengineering,andhealthphysics.Themainareasofapplicationaretreatmentofcancerbyionizingradiation(radiationoncology),imagingwithx-rays,ultrasound,andmagneticresonance(diagnosticradiology),imagingandtreatmentwithradioisotopes(nuclearmedicine),andprotectionofoccupationalworkersinradiationrelatedindustries(healthphysics).Otherareasofstudyincludeelectroencephalography,electrocardiography,thermography,hyperthermia,opticalimaging,andRFandlasersurgery.二、教学内容与要求绪论【教学内容】介绍医学物理学的起源以及研究内容，使学生充分认识到医学和物理学的密切关系，为学好医用物理学打好基础。【教学要求】掌握：医用物理学的概念、研究目标和内容熟悉：医用物理学在医学中的地位与意义了解：医用物理学在医学方面应用的新进展第一章流体的运动【教学内容】第1节理想流体的稳定流动1、基本概念2、连续性方程3、伯努力方程4、方程的应用第2节血液的层流1、基本概念2、连续性方程人体内血流速度分布3、伯努力方程心脏做功4、伯肃叶定律外周阻力5、斯托克斯粘滞公式血沉【教学要求】掌握：基本概念和基本规律，理想流体、流体、流管、定常流动、层流和湍流；定常流体的连续性方程、理想流体的伯努利方程、黏性流体的的伯努利方程、熟悉：泊肃叶定律以及斯托克斯黏滞公式、心脏做功。了解：伯努力方程和泊肃叶定律的推导过程。第二章液体的表面现象【教学内容】第1节液体的表面张力和表面能1、表面张力2、表面能3、液体表面层中的分子作用力第2节弯曲液面的附加压强1、附加压强2、肺泡中的表面活性物质第3节液体与固体接触处的表面活性现象毛细现象1、液体与固体接触处的表面活性现象2、毛细现象3、气体栓塞【教学要求】掌握：液体的表面张、表面能、润湿、不润湿现象、毛细现象、气体栓塞。熟悉：润湿、不润湿现象了解：表面活性物质、表面吸附。第三章振动、波动和声【教学内容】第1节简谐振动1、简谐振动方程2、简谐振动的特征量3、初始条件4、简谐振动的能量第2节简谐振动的合成第3节阻尼振动受迫振动共振第4节波动方程1、波的产生和传播2、横波和纵波3、波面和波线4、波的周期、频率和波长5、平面简谐波第5节波的能量能流密度第6节波的干涉1、波的叠加原理2、波的干涉3、驻波第7节声波1、声波基本性质2、声强级听觉区域响度级3、声波的多普勒效应【教学要求】掌握：简谐振动方程、同方向、同频率简谐振动的合成、谐振子的自由振动，机械波的波动方程；惠更斯原理、超声波的性质。熟悉：声波的性质、听阈、痛阈、声强级、波的能量和强度了解：简谐振动的矢量图示法、驻波、半波损失、超声波在医学上的应用。第四章电路【教学内容】第1节欧姆定律的微分形式1、电流电流密度2、欧姆定律的微分形式第2节电动势生物膜电位1、电动势2、生物膜电位第3节直流电路1、闭合电路的欧姆定律2、基尔霍夫定律第4节电容器的充放电过程1、充电过程2、放电过程第5节电流对人体的作用【教学要求】掌握：基尔霍夫方程组、电解质的导电性、生物膜电位。熟悉：电流密度、欧姆定律微分形式、电容器的充放电过程了解：电流对人体的作用。第五章电流的磁场【教学内容】第1节磁感应强度磁通量1、磁感应强度2、磁场中的高斯定理第2节毕-奥萨伐尔定律及其应用1、毕-奥萨伐尔定律2、毕-奥萨伐尔定律的应用第3节安培环路定律及其应用1、安培环路定律2、安培环路定律的应用第4节磁场对电流的作用1、磁场对运动电荷的作用2、洛伦兹力的作用3、磁场对电流的作用第5节生物的磁场和磁场的生物效应【教学要求】掌握：磁感应强度、磁场中的高斯定理、毕奥-萨伐尔定律及其应用、安培环路定律及其应用。熟悉：磁场对电流的作用、磁介质、磁场的能量。了解：生物磁场和磁场的生物效应。第六章波动光学【教学内容】第1节光的干涉1、光波光的相干性2、双缝干涉3、光程和光程差4、薄膜干涉第2节光的衍射1、惠更斯-菲涅尔原理2、夫琅禾费单缝衍射3、夫琅禾费圆孔衍射4、衍射光栅第3节光的偏振1、自然光与偏振光2、起偏与检偏3、马吕斯定律4、旋光现象【教学要求】掌握：光程和光程差、双缝干涉、薄膜干涉、单缝夫琅禾费衍射、衍射光栅熟悉：洛埃镜的原理、圆孔夫琅禾费衍射、光的偏振态、旋光性了解：双折射、二向色性、偏振光的产生和检验。第七章几何光学【教学内容】第1节眼睛的屈光系统1、眼睛的生理结构2、示意眼3、简化眼第2节球面的屈光1、单球面2、共轴多球面第3节透镜的屈光1、薄透镜2、薄透镜的组合3、圆柱透镜4、透镜的像差第4节眼睛的屈光不正及其物理矫正1、近视眼2、远视眼3、老花眼4、散光眼【教学要求】掌握：共轴球面系统、薄透镜的组合成像、放大镜、纤镜、显微镜的原理。熟悉：人眼的分辨本领，屈光不正眼睛的矫正方法、了解：透镜的像差、人眼的结构、简约眼。第八章激光及其医学应用【教学内容】第1节激光基本原理1、光与物质的相互作用理论2、粒子反转数原理3、光学谐振腔4、激励装置第2节激光关键参数与特性1、激光关键参数2、激光的特性第3节激光在医学中的应用【教学要求】掌握：自发辐射、受激辐射、受激吸收、激光产生的基本原理。熟悉：光生物学效应、激光的热生物学效应、激光的电磁场生物学效应、激光的压力生物学效应。了解：光生物学效应、激光的热生物学效应、激光的电磁场生物学效应、激光的压力生物学效应激光安全防护的相关参数及激光防护措施。第九章X射线及其医学应用【教学内容】第1节X射线的产生及其基本性质1、X射线的产生2、X射线的基本性质3、X射线的强度与硬度第2节X射线衍射X射线谱1、X的射线衍射2、X射线谱第2节X射线的吸收1、线性吸收系数与质量吸收系数2、半价层3、质量吸收系数与波长的关系第3节X射线成像1、常规X射线成像2、X射线电子计算机断层成像【教学要求】掌握：X射线的产生、X射线的基本性质、X射线的衰减规律。熟悉：X射线衍射和X射线谱、X射线在医学中的应用。了解：X射线的物理效应、化学效应、X射线的辐射防护。三、实验（见习）内容与要求序号项目名称要求备注1激光实验观察光的干涉、衍射、偏振、旋光现象。2人体参数测量与相关分析了解定极求积仪、读数显微镜结构原理，学会这些仪器的使用方法。进一步掌握有效数字的概念，并熟悉其运算方法。掌握人体参数的测量和相关系数的运算。3医学数码摄影了解数码相机的基本原理及其构造和使用方法。初步掌握拍摄医学标本和室外物体的操作技术和计算机处理。4万用电表的设计掌握毫安表、电压表和欧姆表的改装、校准和使用方法，了解电表面板上符号的含义。学习校准电表的刻度。熟悉电表的规格和用法，了解电表内阻对测量的影响，掌握电表级别的定义。训练按回路接线及电学实验的操作。学习校准曲线的描绘和应用。5人体生理参数测量的物理原理与应用了解人体生理测量的医学基础和意义，掌握人体生理参数测量的物理原理，学会心电、血压和体温和脂肪测量，掌握医疗仪器设计的基本流程。6数码摄像机（DV）摄像研究了解数码DV的原理和结构。掌握用数码DV摄像的技巧。掌握黑体辐射定律、维恩位移定律、色彩学原理、光学变焦、光的偏振、计算机技术。四、基本技能要求学不是死记硬背的知识，科学的任务是探索未知，科学素质终将在获取知识的能力上反映出来。当然，没有知识也谈不上能力，融会贯通的知识是能力的载体。对于基本原理、基本运算、基础应用要求学生必须理解和掌握。有意识培养学生学会提出问题、解决问题的能力。对于医学物理学前沿科技、交叉学科涉及的知识可作为了解，但应增大信息量五、扩展性教学内容本书在绪论部分介绍计算分子生物学的最新研究和进展六、教材与教学资源作者书籍名称出版社出版时间梁路光医用物理学高等教育出版社2004咯蔚波医用物理学高等教育出版社2004陈仲本医用物理学高等教育出版社2005胡新珉医学物理学人民卫生出版社2004七、考核平时成绩：10％；形式：不定期点名、作业实验成绩：20％；形式：实验报告期末成绩：70％；形式：笔试八、教学时数分配（一）理论课学时分配章节理论课内容（中英文对照）学时绪论(绪论21流体的运动42液体的表面现象43振动、波动和声64电路65电磁学66波动光学67几何光学68激光及其医学应用29X射线及其医学应用2考试考试（笔试）2理论课总学时数44（二）实验课学时分配序号实验课内容实验类型学时1激光实验验证性实验12人体参数测量与相关分析设计性实验23医学数码摄影设计性实验24万用电表的设计设计性实验25人体生理参数测量的物理原理与应用设计性实验26数码摄像机（DV）摄像研究设计性实验2实验课总学时数10（注：“实验类型”分为：演示性实验、验证性实验、综合性实验、设计性实验）九、课程实施要求及相关说明【教学组织、方法要求】本课程教学过程以学生为主体，以教师为主导，教学组织过程由数学物理系统一规划，学院以及学校为教学过程的硬件平台提供保障。教师利用各种手段包括多媒体、科研工作经验为学生提供多方面的学习平台，充分发挥学生学习的主观能动性。学生应主动预习本课程内容，并在老师引导下参考网络相关内容，勤练习、勤思考，学习与实践相结合完成学习任务。【教学多媒体信息技术要求】授课教师即要发挥多媒体课件图文并茂、信息量大的多媒体教学优势，又要结合传统教学的提问、启发、示教、适当板书等，充分调动学生在课堂教学中积极参与、积极思维的主动性。【学习方法要求】医用物理学是一门基础课程，知识面宽广、信息量大，所以学生一方面要认真预习，另一方面要积极查阅参考资料以完成学习任务。本大纲在实施过程中将根据实际情况调整。