生物物理学提纲2015.doc

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1、生物力学一.基本概念1生物力学：应用力学原理和方法对生物体中的力学问题定量研究的生物物理学分支。2应力：受力物体截面上（△A）内力（△F）的集度，即单位面积上的内力。当△A趋于0时，为某一点的应力。3应变：当材料在外力作用下发生形状的改变。4应变率：应变的变化速率，即单位时间内增加或减少的应变；应变率是表征材料快速变形的一种度量，应变对时间的导数。5本构方程：阐明应力、应变、应变率之间关系的方程式，它取决于物体的结构。6生物力学研究基础：能量守恒、动量定律、质量守恒三定律并加上描写物性的本构方程。7生物力学研究类型：固体

2、生物力学流体生物力学运动生物力学（传统）组织与器官力学生物动力学生物热力学（现代）8粘弹性：具有弹性固体的弹性和粘性液体的粘性9泊松比：当细长物体被拉长时，同时会发生横向线度的相对缩短。实验表明横向的线应变与纵向线应变成正比，比例系数是材料的特征常数，称为泊松比。10骨的弯曲与扭转：弯曲是连续变化的线应变的组合，扭转是连续变化的剪切应变的组合分布。二．简答题1.简述生物力学的不同分类：固体生物力学流体生物力学运动生物力学（传统）组织与器官力学生物动力学生物热力学（现代）2.简述应力的不同类型：同截面垂直的称为正应力，同截

3、面相切的称为切应力。3.弹性体和粘性体的本构方程：对于拉伸和压缩：；对于剪切变形：；对于体积变形：。其中，τ为应力，E、G、K分别为杨氏模量（弹性模量）、刚性模量（剪切模量）和体积模量；e，和v分别为线应变、切应变和体应变。粘性体的本构方程——牛顿粘度定律。粘性是物体形变时，内部反抗形变的摩擦力的表现，应力与应变率的最简单关系是二者成正比，切应变率公式为：其中，η称为粘滞系数，简称粘度。上式称为牛顿粘滞性定律。4.粘弹性的特征表现：松弛性滞后性蠕变性5.骨受力（弯曲、扭转）应力-应变表现弯曲：显然，梁的内部应力很小。骨骼

4、的层状结构十分巧妙，最外层为韧性很好的骨膜，再向里为密质骨、疏质骨、骨髓腔，充分地发挥了骨组织的力学效能。扭转：长度为l的圆柱体在力矩作用下产生的扭转形变如图1。扭转圆柱体剪切应变沿径向的分布及沿轴向的分布如图2.三．论述题（计算）1.解释如图所示的拉伸应力与应变的关系曲线点a对应满足正比关系的最大应力，即正比极限。ab段应力和应变不再满足正比关系,但撤外力后材料仍能复原,过b撤外力后不再复原,而成塑性形变,d对应发生弹性形变的最大应力,称为弹性极限，c断裂点,对应强度极限。2.写出Maxwell模型的应变率、Vogit

5、模型、Kelvin模型的外力F的推导过程及计算MaxwellVogitKelvin3.骨受力现象及其相关计算图2-6由于骨是粘弹性体,当受到过大拉力作用,易在干骨区出现断裂;且由上式分析形成垂直断面;受压损伤则多发生在蠕变区,主要由剪切形变起作用,因而受压损伤的断裂面为45°的斜面。图2-7弯曲而产生的骨折将会发生特征的“Y”缺口，并易形成游离碎骨.由于骨的抗压强度大于抗张强度，骨折在拉伸一侧（即底侧）开始，下面形成=0的竖直断裂面，随着未断裂截面积的减小，应力增大，当受压部分达到抗压限度时，将沿着＝45°的两个斜截面分

6、开。放射生物物理现实中的辐射现象：天然辐射源：宇宙射线地下矿藏体内微量放射性元素人工辐射源：核反应堆带电粒子加速器医学放射源核武器电脑手机射线与物质的相互作用及效应（图表）光子X光子进入生物组织康普顿效应光电效应电子对效应高速电子电子沿径迹损失能量电离激发热韧致辐射物化阶段生化阶段生物阶段防护材料（X射线、γ射线、β射线、中子）防X、γ射线选铅、铁、水泥、砖等。高质量物质防β射线选铝、有机玻璃、塑料等低质量物质防种子选石蜡、硼酸和水等。防护的基本原则：正当化原则最优化原则限值化原则外照射防护三要素：防护时间距离防护屏蔽防

7、护放射性活度、吸收剂量、当量剂量、有效剂量的物理含义及其计算电离辐射的作用机制（图表）直接作用间接作用与DNA直接作用通过自由基与DNA作用纯物理过程物理、化学过程液态环境损伤专业术语的解释，如：ICRP、粒子注量、比铅当量等。铅当量：用铅作为比较各种防护材料的屏蔽性能的标准,把具有一定厚度的某屏蔽材料对应相同屏蔽效果的铅层厚度,称为该屏蔽材料在该厚度下的铅当量,单位厚度防护材料的铅当量叫比铅当量.粒子注量：进入具有单位截面积小球的粒子数.ICRP：国际辐射防护委员会生物物理技术名词解释渗透压：用理想半透膜将纯溶剂和溶液

8、隔开，发现溶剂透过半透膜向溶液作单方向渗透。渗透的结果导致溶液一侧的液面上升，在半透膜两侧产生压强差，达到平衡时出现的压强差称为溶液的渗透压Π。相对黏度：溶液黏度与溶剂黏度的比值增比黏度：溶液黏度与溶剂黏度增加的相对值，反映溶质对溶液黏度的贡献。比浓黏度：单位浓度的溶质对黏度的贡献。特性黏度：溶液浓度无限稀释时的比浓