[醉染正版]医学物理学实验指导 吴艳茹 书店 医用一般科学 科学出版社全国医药类专业医学物理实验课程教学基本要求

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医学物理学实验指导
	曾用价	20.00
	出版社	科学出版社
	版次	1
	出版时间	2017年09月
	开本	16
	著编译者	吴艳茹，杨海波，孟燕军   吴艳茹,杨海波,孟燕军
	页数	92
	ISBN编码	9787030540058

本书是根据全国医药类专业医学物理实验课程教学基本要求，在保证医学物理学实验课程体系不变的基础上，在多年教学实践及教学改革基础上编写而成的. 本实验指导强调了对学生观察分析能力、实践操作能力的培养.

目录
前言
**章 绪论 1
1.1 实验目的 1
1.2 实验要求 2
1.3 实验数据分析及处理 2
1.4 实验报告要求及范例 8
第二章 医学物理学实验 10
实验2.1 长度测量仪器的使用 10
实验2.2 液体黏滞系数的测定 18
实验2.3 液体表面张力系数的测定 21
实验2.4 用惠斯通电桥测量电阻 28
实验2.5 用电势差计测量电动势 32
实验2.6 用旋光仪测糖溶液的浓度 37
实验2.7 分光计的调整和使用 43
实验2.8 用阿贝折射仪测量液体的折射率 52
实验2.9 用传感器进行温度测试 59
实验2.10 用超声光栅声速仪测量声速 65
实验2.11 普朗克常量的测定 71
常用参数附表 80

**章 绪论
　　1.1 实验目的
　　物理学是一门研究物质的基本结构、基本运动形式、相互作用及其运动规律的基础学科，它是众多科学技术发展的基石. 将物理学的基本原理和方法应用于临床医学研究中，逐渐形成了医学物理学这门交叉学科. 物理学的实验方法和技术也为医学研究和实践提供了可靠的手段.
　　物理学是一门实验的科学. 人们在认识世界和了解世界的过程中，首先是观察现象，然后通过对物理量的测量确定它们之间的关系，总结出一定的规律. 另一方面，人们又需要通过实验验证推导出来的结论，如果实验结果和已有的物理规律矛盾，就需要对原有的物理理论加以修正和改造. 所以说，物理实验和理论的关系是相辅相成的：物理理论来源于对实验现象的总结，而且又指导着新的物理实验；物理实验的结果验证或者推动着物理理论的发展和完善. 物理实验又是其他一切科学实验的基础，它所体现的实验思想、方法、手段，指导着其他实验包括医学实验的进行. 优秀的物理实验思想和技能，是我们培养学生具有严谨的治学态度和活跃的创新意识的基础.
　　物理实验的内容极为广泛，在医学、药学领域，无论是理论研究还是临床实践都会遇到各种物理仪器和设备：光学显微镜和电子显微镜被广泛应用于医学领域中细胞和病毒学的研究；X射线及其相关仪器是医学影像和肿瘤放射治疗的核心；流体理论在人类研究血液流动规律中逐渐形成了一门新的学科“血液流变学”……这样的例子数不胜数. 物理学，特别是近代物理学，已经广泛地应用于临床医学中的各个领域，精确的治疗和诊断必须借助基于物理学原理制造的设备，例如，X 射线成像、磁共振成像、电子衍射技术、扫描探针技术、光纤引导下的显微手术、放射性治疗、超声波扫描等. 从已有多位具有物理背景的科学家获得医学领域的诺贝尔奖项这一事实，我们也可以看出物理学对现代医学发展所做出的贡献.
　　作为医学院校的一名学生，学习物理学及其实验课程是在大学期间接受系统的实验技能训练的开端，是后续实验课程的基础. 通过学习不仅可以掌握基本的物理学原理和知识，更重要的是学习物理学的基本思想和研究方法，掌握物理实验的基本技能，培养科学素质和自主动手能力，在今后的医学理论以及实践过程中能够运用一定的物理学方法解决问题.
　　医学物理学实验的教学目的和任务主要有以下三个方面：
　　(1)学生应通过学习和操作，接受实验方法和技能的基本训练，包括了解常见的物理仪器和工具的工作原理，掌握其使用方法.
　　(2)通过实验课程验证物理理论. 在医学物理学理论课堂上，学生学习的课时有限，并且不够直观. 学生通过实验课程中亲手操作和观察，能够显著地加深对理论知识的理解，并且应当和相关的医学应用对应起来，达到进一步学习物理理论的目的.
　　(3)通过物理学实验培养学生实事求是的科学态度，严肃认真的工作作风以及独立思考并且亲自动手验证的学习能力.
　　1.2 实验要求
　　为了能够达到上述目的，更好地实现实验课效果，我们需要学生做到以下三点：
　　(1)实验前要自觉预习实验内容，书写预习实验报告. 包括了解实验原理和目的，掌握实验方法和步骤，牢记实验操作中的注意事项，尝试解答思考题等.
　　(2)在实验过程中要严格遵守实验室制度、保证人身安全、爱护仪器；规范使用仪器，按照实验步骤尽量独立完成实验，严谨认真地记录实验原始数据；注意一边操作一边思考，积极运用所学的知识设计如何合理而精确地测量所需数据，分析误差产生的原因，区分误差类型.
　　(3)实验结束后，应在预习报告的基础上完成实验报告. 实验报告必须是基于本人真实的实验结果，通过计算和分析得出结论. 要求条理清晰，重点突出，基本的目的是让阅读者可以按照实验报告明白实验整个过程.
　　1.3 实验数据分析及处理
　　1.3.1 测量误差
　　在物理实验中，有些物理量可以直接从仪器上读出测量值，如长度、质量、温度、时间等，这些量称为直接测得量. 但对于大多物理量，没有直接读数的仪器，只能用间接的方法进行测量.例如，测物体的密度时，我们可以先测出质量和体积，再用公式计算出它的密度，这样的物理量称为间接测得量. 通常的实验过程几乎都是直接测出一些物理量后，再通过物理量之间的联系公式求得另一些物理量.
　　(一)误差的基本概念
　　由于测量仪器的缺陷和测量者感官的限制，一些测量结果总是与被测量的真实数值有偏差，测量值与真实值之差叫做误差. 误差的产生有多方面的原因，按其性质和产生的原因可将误差分为三类.
　　1. 系统误差
　　这种误差是由测量仪器本身的缺点和测量方法上的欠完善引起的，其特点是具有一定的方向性. 例如，用金属米尺测量长度，在温度太高时，米尺本身膨胀，量得的长度就偏小了；在测量室温时，温度计如果靠近火炉太近所测的温度就偏高. 可见系统误差是有一定方向的，要么总是偏高，要么总是偏低. 增加测量次数并不能减少这种误差，但是如果改进仪器和改善测量方法则可以减小系统误差.
　　2. 偶然误差
　　这是由于测量者感官的限制，或者其他不可预料的情况使读数不准确而产生的误差，其特点是具有偶然性，没有一定的方向. 单独一次测得的结果可能比真值大，也可能比真值小，但是重复若干次测量后，就会发现比真值偏大或偏小的机会是均等的. 因此，增加测量次数，然后求出多次测量结果的平均值，就可以使不同方向的误差大部分相互抵消，所得的测量数值就会更接近真值.
　　3. 过失误差
　　这是由测量者使用仪器方法不正确或粗心大意记错数据等引起的，这种误差完全是人为因素造成的. 只要测量者采取严肃认真的态度，具有一丝不苟的作风，这种误差是可以避免的.
　　(二)误差的估算
　　在下面的讨论中，我们约定系统误差和过失误差已经消除或修正，只剩下偶然误差.
　　1. 直接测量的误差
　　为了减小偶然误差总是采用多次测量的方法，将各次测量量的算术平均值作为测量结果. 假设在相同条件下对某物理量，例如长度，进行了几次重复测量，其测量值分别为. 它们的算数平均值为
　　根据误差理论，在一组n次测量的数据中，算术平均值L*接近于真值，称为近真值.
　　在这种情况下测量值的误差可以用平均绝对误差、相对误差和标准误差表示出来.
　　(1)平均绝对误差.
　　各次测量值Li与平均值L之间的绝对值叫做绝对误差，即
　　各次绝对误差的平均值叫做平均绝对误差，即
　　应用平均绝对误差，多次测量的实验结果可表示为
　　显然，ΔL越小，测量结果越准确.
　　(2)相对误差.
　　用平均绝对误差来表示测量结果的准确度是不全面的，例如，多次测量两个长度分别为1cm和10cm的平均绝对误差都是0.01cm，我们能否说它们的精确度是一样的呢？当然不能. 因此，为了便于比较实验结果，通常用相对误差来表示实验结果的准确性. 平均绝对误差ΔL与平均值L之比，即
　　叫做相对误差，也叫百分误差.
　　显然，Er越小，测量结果越准确. 前例中两个不同长度测量的相对误差分别为1%和0.1%，前者的精确性比后者低.
　　(3)标准误差.
　　多次测量的结果还可以用标准误差来表示，标准误差的定义是
　　用标准误差来估计误差，多次测量的结果可表示为
　　L = L ± S
　　显然，S 越小测量结果越准确.
　　2. 间接测量的误差估算
　　间接测得量是直接测得量代入公式计算出来的. 既然直接测得量有误差，间接测得量也必然有误差. 设两个直接测得量为A和B，它们的平均绝对误差分别为ΔA和ΔB，即
　　A = A ± ΔA
　　B = B ± ΔB
　　N为间接测得量，N 与A、B之间满足一定的关系，即N = f (A,B) ，将A与B的测量值代入公式计算，便可求得
　　ΔN是间接测得量的平均绝对误差，它的大小不仅与ΔA和ΔB的大小有关，而且与N、A、B之间的运算关系有关. 下面我们详细推导加、减法运算中的误差，其他运算关系的误差推导方法相同.
　　(1)加法运算中的误差(和的误差).
　　若N = A + B，则
　　N ± ΔN = (A+ ΔA) = B ± ΔB
　　显然，平均值
　　N = A+ B
　　绝对误差
　　ΔN = ± ΔA ± ΔB
　　ΔA和ΔB可能为正值，也可能为负值，在*不利的情况下，可能出现的*大误差
　　ΔN = ΔA ± ΔB
　　我们规定此*大误差为间接测得量的绝对误差，于是相对误差
　　(2)减法运算中的误差(差的误差).
　　若N=A-B，则
　　N ± ΔN = (A± ΔA) ？ (B ± ΔB)
　　平均值
　　N = A？B
　　绝对误差
　　ΔN = ± ΔA ± ΔB
　　接前述的理由，在*不利的条件下取
　　ΔN = ΔA + ΔB
　　故相对误差为
　　(3)乘法运算中的误差(积的误差).
　　绝对误差
　　ΔN = A·ΔB + B·ΔA
　　相对误差
　　(4)除法运算中的误差(商的误差).
　　绝对误差
　　ΔN = (B ·ΔA + A·ΔB) / B2
　　相对误差
　　为了方便，现将常用运算关系的误差计算公式列入表1-3-1 中，以供查找.
　　上述平均绝对误差的计算，是在考虑各次误差同时出现*不利的情况时，即都取绝对值相加而得到的，因为夸大了间接量的误差，实际的误差比上述要小.
　　表1-3-1 绝对误差和相对误差的计算公式
　　续表
　　1.3.2 有效数字及其运算
　　(一)有效数字
　　所谓有效数字，就是用仪器对某量进行测量时，在仪器上读出的数字.它包括两部分，一部分是准确数字，另一部分即*后一位数字是估计数字.直接测得量的有效数字的位数，与仪器的精确度和测量值本身的大小有关，仪器的精度越高，或测量值越大，其有效数字的位数越多.
　　从仪器上读出的数字，通常都要尽可能估计到仪器*小刻度的下一位.
　　以图1-3-1 用米尺测量物体的长度为例，从图上看出物体的长度在4.2cm与4.3cm之间，但究竟是多少呢？不同的人可以读出不同的数值来，例如，4.26cm、4.27cm、4.28cm等. 前两位数“4.2”是准确数字，而第三位是测量者估计出来的，因此这一位数有疑问，称为可疑数字. 如果米尺的*小刻度线是厘米，我们就只能读到两位有效数字4.2cm 和4.3cm，与前者相比，有效数字少一位；若被测物体较长，例如114.25cm，则测量值的有效数字的位数也相应增加.
　　图1-3-1 米尺测量物体
　　书写有效数字时必须注意“0”的位置. 例如，某物体长0.020m，前面两个“0”不表示有效数字. 它的出现是因为选用的单位过大，数值就小了. 如果用厘米作单位，则物体的长度为2.0cm，前面两个“0”就没有了. 同数中后面一个“0”是有效数字，不能丢弃，否则就不能反映可疑数字的位置及实验数据的准确度. 为了使记录和计算方便，并且不改变有效数字的位数，通常将以上数字写成2.0×10？2m，2.0 ×10？1dm或2.0 ×10？1mm . 这样书写，有效数字总是两位.也就是说，在小数点前一律取一位有效数字，采用不同的单位而引起数值位数上的不同，可以用乘以10的幂，幂指数的大小不能说明有效数字的位数.
　　(二)有效数字的运算
　　间接测得量是由直接测得量计算出来的，所以也有一定的有效数字. 下面我们根据有效数字中可疑位只有一位的原则，说明各种运算中有效数字的取法. 在下面的例题中，我们在可疑位数下方加一横线，以便与准确数字相区别.

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