《全国高等医药院校规划教材:物理学(第3版)》是在2009年第2版的基础上，由北京、上海、辽宁等全国十余所高等医药院校的专家教授参照教育部对高等医药院校物理学教学的基本要求，总结多年来教学改革的经验，吸取了国内外相关教材的优点编写修订而成的第3版教材。同时还配有《物理学实验》和《物理学习题指导》。《全国高等医药院校规划教材:物理学(第3版)》共十三章，包括力学、热力学、分子物理学、电磁学、声学、光学、原子物理学和量子物理学等内容。其主要特点是“少而精”，在保持物理学基本理论的系统性的前提下，突出医药院校物理学的特色，注重物理学在医药学中的应用，同时为学生学习其他专业课程打下坚实的基础。
《全国高等医药院校规划教材:物理学(第3版)》可供全国高等医药院校医药学等各专业本科生使用，也可作为成人教育，生命科学、卫生管理等相关专业以及医药工作者和爱好者的参考书。

      《普通高等教育"十二五"规划教材•全国高等医药院校规划教材:物理学(第3版)》可供全国高等医药院校医药学等各专业本科生使用，也可作为成人教育，生命科学、卫生管理等相关专业以及医药工作者和爱好者的参考书。

第3版前言
第一章 刚体力学及物体的弹性
第一节 刚体的转动
一、刚体的平动与转动
二、刚体定轴转动的描述
第二节 转动动能 转动惯量
一、刚体的转动动能
二、转动惯量
三、质心坐标的确定
四、平行轴定理与垂直轴定理
第三节 转动定律
一、力矩
二、转动定律
第四节 角动量守恒定律
一、角动量L
二、角动量定理
三、角动量守恒定律
第五节 陀螺的运动
第六节 物体的弹性 骨材料的力学性质
一、应变应力 弹性模量
二、骨骼材料的力学性质
小结
习题一
第二章 流体动力学基础
第一节 理想流体的定常流动
一、理想流体
二、定常流动
三、定常流动的连续性方程
第二节 伯努利方程
第三节 伯努利方程的应用
一、水平管中压强与流速的关系
二、均匀管中压强与高度的关系
三、小孔处的流速
第四节 黏性流体的流动
一、牛顿黏滞定律
二、层流 湍流 雷诺数
第五节 泊肃叶定律 斯托克斯定律
一、泊肃叶定律
二、斯托克斯定律
小结
习题二
第三章 分子物理学
第一节 理想气体压强公式
一、理想气体的微观模型
二、理想气体压强公式
三、温度与分子平均平动动能的关系
第二节 能量按自由度均分定理
一、自由度
二、能量按自由度均分定理
三、理想气体的内能
第三节 液体的表面层现象
一、液体的表面张力表面能
二、弯曲液面的附加压强 气体栓塞
三、表面吸附和表面活性物质 肺泡中的压强
第四节 液体的附着层现象
一、浸润现象与不浸润现象
二、毛细现象
小结
习题三
第四章 热力学基础
第一节 热力学的一些基本概念
一、热力学系统
二、平衡态
三、准静态平衡过程
第二节 热力学第一定律
一、热量与功
二、热力学第一定律
第三节 热力学第一定律的应用
一、等容过程
二、等压过程
三、等温过程
四、绝热过程
第四节 卡诺循环 热机效率
一、循环过程
二、热机效率
三、卡诺循环及其效率
第五节 热力学第二定律
一、热力学第二定律
二、可逆过程与不可逆过程
三、热力学第二定律的统计意义
四、卡诺定理
第六节 熵与熵增加原理
一、熵
二、熵增加原理
三、熵变的计算
小结
习题四
第五章 静电场与生物电现象
第一节 电场强度
一、库仑定律
二、电场强度
三、场强的计算
第二节 静电场中的高斯定理
一、电力线
二、电通量
三、高斯定理
第三节 电场力所做的功 电势
一、电场力所做的功
二、电势能与电势
第四节 静电场中的电介质
一、电介质与电偶极子
二、电介质的极化 电极化强度
三、电介质中的电场 介电常数
第五节 生物电现象
一、能斯脱方程
二、静息电位 动作电位
第六节 心电图波形成的基本原理
一、电偶板子电场的电位
二、心电向量 心电向量环
三、心电图波的形成
小结
习题五
第六章 直流电路
第一节 电流密度
一、电流强度
二、电流密度
第二节 一段含源电路的欧姆定律
一、电动势
二、一段含源电路的欧姆定律
第三节 基尔霍夫定律
一、基尔霍夫第一定律
二、基尔霍夫第二定律
第四节 惠斯通电桥
第五节 电泳 电疗
一、电泳
二、电疗
小结
习题六
第七章 电磁现象
第一节 电流的磁场
一、磁场 磁感应强度
二、磁通量 高斯定理
三、安培环路定理
四、安培环路定理的应用
第二节 磁场对运动电荷的作用
一、洛伦兹力
二、带电粒子在均匀磁场中的运动
三、霍尔效应
四、质谱仪
第三节 磁场对载流导体的作用
一、安培力
二、磁场对栽流线圈的作用
三、磁矩在外磁场中的能量
第四节 电磁感应定律
一、电磁感应定律
二、电磁感应的本质
第五节 生物磁磁疗
一、生物磁场
二、磁场的生物效应
三、磁场生物效应的医学应用
小结
习题七
第八章 机械振动与机械波
第一节 简谐振动
一、简谐振动 谐振方程
二、谐振动的三要素
三、简谐振动的速度、加速度
四、谐振动的能量
五、两个同方向、同频率的简谐振动的合成
六、两个方向相互垂直、同频率的简谐振动的合成
第二节 波动学基础
一、概述
二、简谐波
三、波的能量
四、波的吸收
五、波的特性
第三节 声波
一、声波
二、声压 声强 声强级
第四节 超声波 次声波
一、超声波的性质
二、超声波对物质的作用
三、超声波的产生
四、超声波在医学上的应用
五、次声波
小结
习题八
第九章 波动光学
第一节 光
一、可见光单色光 白光
二、介质中的光速波长
第二节 光的干涉
一、相干光
二、光程光程差
三、分波阵面干涉
四、分振幅干涉
第三节 光的衍射
一、光的衍射现象
二、惠更斯—菲涅耳原理
三、单缝衍射
四、圆孔衍射
五、光栅衍射
第四节 光的偏振
一、自然光偏振光
二、起偏器检偏器
三、马吕斯定律
四、旋光性
五、（旋光）糖量计
第五节 光的吸收
一、光的吸收
二、吸收定律
小结
习题九
第十章 几何光学
第一节 球面折射
一、单球面折射
二、共轴球面系统
第二节 透镜
一、薄透镜成像公式
二、薄透镜的组合
三、非对称折射系统与柱面透镜
第三节 眼屈光
一、眼的结构
二、眼的光学性质
三、眼的调节
四、眼的分辨本领和视力
五、眼的屈光不正及其矫正
第四节 几何光学的医学应用
一、放大镜
二、光学显微镜
三、医用内镜
小结
习题十
第十一章 量子物理基础
第一节 热辐射
一、辐射体的辐出度和吸收比
二、基尔霍夫辐射定律
三、黑体辐射定律
四、普朗克量子假说
第二节 光电效应及康普顿效应
一、光电效应
二、康普顿效应
第三节 波粒二相性
一、德布罗意波
二、电子衍射实验
第四节 不确定关系
第五节 氢原子光谱及玻尔理论
一、氢原子光谱的规律性
二、玻尔的氢原子理论
第六节 四个量子数
一、主量子数
二、角动量的量子化与角量子数
三、空间量子化与磁量子数
四、电子自旋量子化与自旋磁量子数
第七节 原子光谱 分子光谱
一、原子光谱
二、分子光谱
第八节 激光及应用
一、激光产生的原理
二、激光器
三、激光的特点
四、激光在医药学上的应用
小结
习题十一
第十二章 X射线
第一节 X射线的基本性质
一、电离作用
二、荧光作用
三、贯穿作用
四、光化学作用
五、生物效应
第二节 X射线的发生装置
第三节 X射线的硬度和强度
第四节 X射线衍射
一、X射线的波动性
二、布拉格方程
三、X射线摄谱仪
第五节 X射线谱
一、连续X射线谱
二、标识X射线谱
第六节 X射线的衰减规律
第七节 X射线在医学上的应用
一、治疗方面的应用
二、药物分析方面的应用
三、诊断方面的应用
小结
习题十二
第十三章 原子核物理学基础
第一节 原子核的组成
第二节 原子核放射性的衰变规律
一、核衰变规律
二、平均寿命
三、半衰期
四、放射性活度
第三节 辐射剂量与辐射防护
一、辐射剂量
二、辐射防护
第四节 放射性核素在医学上的应用
一、治疗方面
二、诊断方面
第五节 核磁共振
一、核磁共振的基本原理
二、核磁共振在医药学上的应用
小结
习题十三
附录
附录一 单位换算
附录二 倍数或分数的词头名称及符号
附录三 常用希腊字母的符号及汉语译音
附录四 常用物理常数
附录五 微积分
一、导数
二、微分
三、积分
四、向量代数

在中学物理中，我们所讨论的力学原理主要是对质点而言的，当然我们所研究的物体有它的大
小与形态，但是只要这个物体的大小和形状与所讨论的问题无关紧要时，我们都可以用质点这个模
型来表示这个物体。
但是，质点这个模型在很多问题中并不适用，如物体做转动时，物体上各个点的运动规律并不
相同，物体上各个点的运动与物体的大小、形状都有关，这样就不能再把这个物体看做质点了，为
了研究这类物体的运动，我们再引入另外一个理想模型―― 刚体。所谓刚体是指形状完全确定并
且在外力作用下，它的形状及大小都不发生改变的物体。这是一个理想模型，因为真实的物体受
到力的作用时，它的形状总是或多或少地发生改变，但是当物体的形变很小时，我们可以把它近似
看成刚体。
第一节　刚体的转动
一、刚体的平动与转动
1.刚体的平动
刚体在运动过程中，若刚体上任意两点的连线始终与初始位置平行，如图1-1 中AC 连线，则此
刚体的运动就称为平动。
由图1-1 可知，当刚体做平动时，因各个点的运动情况与质心的运动情况完全一样，所以此时可
以把这个刚体看成一个质点。关于质点的运动在中学物理学中已涉及，在此就不再赘述。因此，描
述质点运动的物理量以及质点运动学的规律对刚体的平动都是适用的。
2.刚体的转动
若刚体内的各个点在运动过程中都围绕同一直线做圆周运动，这种运动就称为转动。这一直线
称为转轴。若转轴是固定不动的，则刚体的转动就称为定轴转动。例如，电动机的转子绕其转轴的
运动。
二、刚体定轴转动的描述
图1-2 　刚体的转动
1.角坐标、角位移
为了描述刚体的转动，取一垂直于转轴的平面作为
转动平面，如图1-2 所示，OO′为转轴，Ox 轴是位于转动
平面内的一条与OO′轴垂直的参考线。我们研究该转
动平面上的一点P ，从圆心O 到P 点的连线即P 点的
矢径r ，它与Ox线的夹角θ 就是角坐标，该参量可以描写
刚体的位置。在转动过程中，角θ随时间变化，设在Δ t
时间内，P 点移到P′的位置，P 点的矢径扫过Δ θ角，也
就是刚体转过Δ θ角，则Δ θ称为刚体在Δ t 时间内的角
位移。它是描述刚体转动程度的物理量，而且是一个矢
量。角位移的单位是弧度。
2.角速度
描述刚体转动快慢的物理量是角速度，用ω 表示。角位移的变化量Δ θ与所经过的时间Δ t 的比
值，称为这段时间的平均角速度，用?ω 表示，即
?ω ＝ Δ θ
Δ t
当Δ t ?0 时，平均角速度的极限值称为t 时刻的瞬时角速度，简称角速度，用ω 表示，即
ω ＝ lim Δ t ?0
Δ θ
Δ t ＝ dθ
dt （1-1）
角速度的单位为弧度/秒（rad/s） ，角速度也是矢量。
图1-3 　螺旋法则
角位移、角速度都是矢量，它们的方向常用右手
螺旋定则表示，如图1-3 所示。例如，角速度矢量的
表示方法是：在转动轴上取一有向线段，当右手四指
与大拇指相垂直时，让四个手指代表刚体转动的方
向，这时大拇指所指的方向即代表角速度矢量的正
方向，而所取的有向线段长度即可按一定比例代表
角速度的大小。
3.角加速度
如果刚体在t1 时刻的角速度为ω1 ，经过Δ t 时
间后，角速度变为ω2 ，则在Δ t 时间内，刚体角速度的
变化量为Δ ω ＝ ω2 - ω1 ，我们把Δ ω 与这段时间间隔Δ t 的比值，称为刚体在这段时间内的平均角加速
度，用β　
―
表示，即
β　
― ＝ Δ ω
Δ t
当Δ t ?0 时，平均角加速度的极限值称为瞬时角加速度，简称角加速度，并用β表示，即
β ＝ lim Δ t ?0
Δ ω
Δ t ＝ dω
dt ＝ d2 θ
dt2 （1-2）
角加速度的单位为弧度/秒2 （rad/s2 ） ，角加速度也是矢量，角加速度的方向与dω 方向一致。
4.角量与线量的关系
我们通常把描写质点运动的量称为线量，把描写刚体转动的量称为角量。
当刚体做定轴转动时，刚体上各点在做圆周运动，所以刚体上某一点的运动可以用中学物理学
学过的位移、速度、加速度等来加以描述，既然角量与线量都可以用来描述刚体的运动规律，那么线
量与角量之间必然有一定的关系。
如图1-2 所示，刚体上某点P 在Δ t 时间内转过的角位移为Δ θ，从而到达P′处，此时点P 发生的
位移大小为Δ s ，当Δ t 很小时，弦长可近似等于弧长，即
Δ s ＝ r ? Δ θ
或
ds ＝ r ? dθ （1-3）
式中，r 为P 点到转轴的垂直距离。根据速度的定义，P 点的速度为
v ＝ lim Δ t ?0
Δ s
Δ t ＝ lim Δ t ?0
r ? Δ θ
Δ t ＝ r ? lim Δ t ?0
Δ θ
Δ t
即
v ＝ r ? ω （1-4）
（1-4）式若写成矢量式则为
v ＝ ω × r （1-5）
若将（1-4）式两侧对时间t 求导数，又可得
dv
dt ＝ r dω
dt
上式等号左侧是质点的切向加速度，用at 表示，dω
dt为刚体的角加速度，故有
at ＝ r ? β （1-6）
由于向心加速度an ＝ v2 / r ，即an ＝ rω2 ，所以刚体上任一点的总加速度a＝ at + an ，其大小为
a＝ a2
n + a2t
（1-7）
第二节　转动动能　转动惯量
一、刚体的转动动能
当刚体绕固定轴转动时，我们可以将刚体看成是由许许多多的质量元组成的，假设这些质量元
的质量分别为Δ m1 ，Δ m2 ，… ，Δ mn ，这些质量元对应于转轴的距离分别为r1 ，r2 ，… ，rn ，各质量元绕转
轴转动的角速度都等于ω ，但各质量元的线速度不同，分别为v1 ，v2 ，… ，vn ，刚体的动能就是各个质量
元的动能之和，即
Ek ＝ 1
2 Δ m1 v21
+ 12
Δ m2 v22
+ … + 12
Δ mn v2
n 　　　　　
＝ Σ 12
Δ mi v2i ＝ Σ 12
Δ mi r2iω2
＝ 1
2 Σ Δ mi r2i
ω2 （1-8）
二、转动惯量
（1-8） 式中的Σ Δ mi r2i
用I 来表示，称为刚体对某给定转轴的转动惯量。因此，刚体的动能又可
写成
Ek ＝ 12
Iω2 （1-9）
若把（1-9） 式与质点的动能12
mv2 相对照，（1-9） 式中的ω相当于质点运动的v ，I 相当于质点的质量
m ，m是表示质点运动惯性大小的物理量，类似地，I则是表示刚体转动惯性大小的物理量。转动惯量
I 的计算如下：
I ＝ Σ Δ mi r2i
（1-10）
若刚体质量分布是连续的，则刚体的转动惯量I 可写成积分的形式，即
I ＝ ∫r2 ? dm ＝ ∫r2 ? ρ? dV （1-11）
式中，dV 表示dm 处的体积元；ρ表示刚体在某体积元dV 处的密度，r 表示体积元到转轴的距离。转
动惯量的单位是千克? 米2 （kg ? m2 ） 。
刚体的转动惯量不仅取决于刚体总质量的大小，还和刚体的形状、大小及各部分质量的分布有
关，同一物体由于轴的位置不同，转动惯量也不同。
如图1-4 所示，棒长为l 、质量为m的均匀细棒，其截面面积为S，转轴与棒垂直。
图1-4 　转轴位置不同
　　当转轴位于棒中心处时，转动惯量为
I ＝ ∫x2 ? dm ＝ ∫x2 ? ρ? S ? dx ＝ ∫
l
2-
l2
x2 ? m
S ? l ? S ? dx ＝ 1
12 ml2
　　当转轴位于棒的端点时，转动惯量为
I ＝ ∫x2 ? dm ＝ ∫x2 ? ρ? S ? dx ＝ ∫l
0 x2 ? m
S ? l ? S ? dx ＝ 1
3 ml2
　　对于几何形状比较简单，密度分布均匀或有规律的物体，可以用数学方法求出物体的转动惯量，
否则需用试验方法测定。表1-1 给出了几种常见物体的定轴转动的转动惯量，以供参考。
　例1-1 　如图1-5 所示，试求一质量为m 、半径为R 的
均匀圆盘围绕过其圆心且垂直于圆面的定轴转动的转动
惯量。
解　取半径为r 、宽度为dr 的细圆环为质量元dm ，设
圆盘的面密度即单位面积的质量为σ，则σ＝ m
πR2 ，那么质量
元dm应为
dm ＝ σ? 2π r ? dr
所以
I ＝ ∫r2 ? dm ＝ ∫R
0 r2 ? σ? 2π r ? dr
＝ 2πσ∫R
0 r3 ? dr ＝ 1
2 mR2
即此圆盘的转动惯量为
1
2 mR2 。
三、质心坐标的确定
若把刚体看成是由质点系组成的，那么对这些质点可以写出牛顿第二定律，即
mi ai ＝ fi + Fi （1-12）
式中，mi 表示第i 个质点的质量；ai 是它的加速度；Fi 是它所受的外力；fi 是其他质点对它的作用力
（内力） 。显然这类方程的数目应该与质点的数目相等，由于方程的数目非常大，解方程找出质点的
运动状态是非常困难的。
但是，试验证明，在刚体上存在一特殊点，该点的加速度aC 等于刚体上所受的外力的矢量和F
与刚体的质量m 的比值，即
aC ＝ F
m （1-13）
也就是说，可以认为刚体的全部质量和所受的一切外力都集中在这一点上，并且可以按质点运动规
律求出它的加速度，这样一个特殊点称为刚体的质量中心或简称质心。
图1-6 　　
下面我们讲解如何确定质心的位置，首先讨论由两
个质点所组成的质点系，设两个质点的质量分别为m1
和m2 ，在两质点的连线上作一坐标轴即Ox 轴，如图1-6
所示。设m1 的坐标为x1 ，m2 的坐标为x2 ，假设C 点为
质心，则C点的坐标xC 应满足下式：
m1 xC - x1 ＝ m2 x2 - xC
即
xC ＝ m1 x1 + m2 x2
m1 + m2
对于由三个质点组成的质点系，可以先就其中两个质点按上述方法确定出质心，把该质心看成是一
个新的质点，然后用同样的方法把此新的质点与第三个质点的质心找出来，最后确定的这个质心才
是这三个质点所组成的质点系的质心。据上述道理，对于多个质点所组成的系统，质心的位置由下
列三个公式确定：
xC ＝ Σ mi xi
Σ mi
（1-14）
yC ＝ Σ mi yi
Σ mi
（1-15）
zC ＝ Σ mi zi
Σ mi
（1-16）
四、平行轴定理与垂直轴定理
在计算刚体的转动惯量时，经常用到平行轴定理及垂直轴定理。
1.平行轴定理
图1-7 　平行轴定理
同一刚体对于不同的轴有不同的转动惯量，设
有两个转动轴，其中Cz 轴通过刚体的质心，C 点为
刚体的质心；另一与它平行的轴是Oz′轴，如图1-7
所示。取坐标系Cxy z 及Ox′y′z′ ，且使Cy 轴与Oy′
轴重合，Cz 轴与Oz′轴之间的垂直距离为d ；质量元
Δ mi 到Cz 轴及Oz′轴的距离分别为ri 及r′i ；Δ mi 在
Cxy z 坐标系及Ox′ y′ z′坐标系中的坐标分别为
xi ，yi ，zi 及x′i ，y′i ，z′i 。按照转动惯量的定义，
则刚体对Cz 轴及对Oz′轴的转动惯量分别为
IC z ＝ Σ Δ mi r2i
＝ Σ Δ mi x2i
+ y2i IO z′ ＝ Σ Δ mi r′i
2 ＝ Σ Δ mi x′i
2 + y′i
2
Δ mi 在两坐标系中的坐标有如下关系：
x′i ＝ xi
y′i ＝ yi - d
z′i ＝ zi
将上述关系代入IOz′的表达式中可得
IO z′ ＝ Σ Δ mi x2i
+ yi - d 2
＝ Σ Δ mi x2i
+ y2i
+ d2 Σ Δ mi - 2 d Σ Δ mi yi
式中， Σ Δ mi yi 根据质心坐标确定的（1-15） 式可得
Σ Δ mi yi ＝ yC ? Σ Δ mi
因yC 为刚体质心的坐标，令刚体质心在坐标系Cxy z 中的坐标为（0 ，0 ，0） 即与坐标原点重合，故
yC ＝ 0 ，因而有Σ Δ mi yi ＝ 0 ，又因为IC z ＝ Σ Δ mi x2i
+ y2i
，于是
IO z′ ＝ IC z + md2 （1-17）
（1-17） 式表明，刚体对于某轴的转动惯量等于刚体对于通过其质心且与该轴平行的轴的转动惯量
加上刚体的质量与两轴间距离平方的乘积。这就是平行轴定理。
图1-8 　垂直轴定理
2.垂直轴定理
设有一个厚度均匀的薄板，取坐标系Oxy z ，Oz 轴垂
直于薄板，Ox 轴及Oy 轴都位于薄板内，Ox 轴、Oy 轴、Oz
轴都交于薄板内一点O ，如图1-8 所示。则薄板对Oz 轴的
转动惯量为
IO z ＝ Σ Δ mi x2i
+ y2i
＝ Σ Δ mi x2i
+ Σ Δ mi y2i
＝ IO x + IOy （1-18）
（1-18）式表明：薄板对于垂直于板面的轴Oz 的转动惯量