Physics with Illustrative Examples from Medicine and Biology pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer Verlag

作者:Benedek, George Bernard/ Villars, F. M. H.

出品人:

页数:1910

译者:

出版时间:2000-9

价格:$ 254.25

装帧:HRD

isbn号码:9780387989525

丛书系列:

图书标签:

• 物理学
• 医学物理
• 生物物理学
• 实例讲解
• 科普
• 大学教材
• 理工科
• 自然科学
• 跨学科
• 应用物理

好的，这是一本关于物理学原理在生物学和医学领域应用的图书简介，重点介绍其广泛的适用性和深度： --- 书名：《跨越界限：基础物理学在生命科学中的深度应用》 图书简介 本书旨在为物理学、生物学、医学及相关领域的学生、研究人员和专业人士提供一个全面且深入的视角，探讨基础物理学原理如何在复杂的生命系统和医疗实践中发挥核心作用。不同于传统的教科书，本书侧重于将抽象的物理概念转化为解决生物医学挑战的实用工具和深刻洞察。 核心理念：从微观到宏观的统一框架 生命科学的本质在于物质的相互作用、能量的传递和信息的流动。所有这些过程，无论是在细胞膜的离子通道、蛋白质的折叠动力学，还是在大型器官系统的功能调节中，都严格遵循着物理学的基本定律。本书的核心目标是建立一个统一的分析框架，使得读者能够运用量子力学、热力学、流体力学、电磁学和统计物理学的原理，系统地理解和量化生物现象。 第一部分：分子与细胞的物理基础 本部分深入探讨了构成生命体的最基本单元所遵循的物理学规律。 1. 统计力学与生命起源： 我们将从布朗运动和扩散方程开始，解释分子在溶液中的随机行为如何驱动细胞内物质的运输和反应速率的确定。重点讨论了热力学第二定律在生物系统中的特殊体现——耗散结构理论，解释生命体如何在一个开放系统中维持低熵状态。此外，对熵增原理在生物大分子（如DNA和蛋白质）自组装过程中的约束和驱动力的分析是本章的亮点。 2. 生物膜的物理化学： 生物膜不仅仅是脂质的简单堆砌，它们是高度动态的流体结构。本章详细阐述了界面张力、弯曲模量（曲率弹性）以及脂质双层在不同温度和化学环境下的相变行为。通过应用流体力学中的界面现象理论，我们解析了离子通道和受体蛋白如何利用膜的机械属性来调节其功能。特别是对膜电位的形成和跨膜离子的电化学势梯度计算，将严格采用电磁学和电化学的基础公式。 3. 蛋白质折叠与分子动力学： 蛋白质的特定三维结构决定了其功能，而折叠过程是一个复杂的能量景观探索过程。本章引入了能量最小化原理和分子动力学模拟的基础。我们将探讨范德华力、氢键、疏水效应等微观作用力如何通过统计平均来决定宏观的结构稳定性。对折叠路径和陷阱的分析，将清晰展示能量势阱在分子识别中的物理意义。 第二部分：生物流体与生理系统的力学 生命体的运作离不开物质和能量的有效输运。本部分将重点放在宏观尺度上的流体力学和生物力学。 4. 血液动力学：复杂流体的挑战： 血液是一种非牛顿流体，其粘度依赖于剪切速率和红细胞的聚集状态。本书系统地介绍了牛顿流体模型在血管网络中的局限性，并深入探讨了剪切稀化现象、血栓形成中的流变学因素。对动脉粥样硬化发展中壁面剪切应力（WSS）的精确计算，将直接应用 Navier-Stokes 方程在复杂几何结构中的求解技巧。 5. 呼吸与肺部力学： 肺部的气体交换依赖于气体的扩散和机械通气。本章分析了表面张力（拉普拉斯定律）在肺泡稳定中的关键作用，以及肺顺应性的物理意义。对于通气/灌注失衡的分析，则需要结合气体动力学和循环生理学的耦合模型。 6. 骨骼与组织力学： 生物体结构（骨骼、肌腱、软骨）的强度和适应性是生物力学的核心议题。我们将讲解胡克定律、应力和应变的概念，并扩展到材料科学中的粘弹性模型，以描述软组织对时间依赖性载荷的响应。对骨重建过程中机械刺激（Wolff定律的物理诠释）的深入探讨，将展示材料科学原理如何指导组织工程。 第三部分：成像、传感与生物物理技术 现代医学的发展极度依赖于对生命现象的精确测量和可视化。本部分聚焦于如何运用电磁学、光学和声学原理开发和解释医疗技术。 7. 生物医学成像的物理基础： 从 X 射线成像到核磁共振（MRI）和超声（Ultrasound），每一种技术都建立在特定的物理效应之上。 X 射线： 基于物质对不同能量光子的吸收系数差异，详细解析了汤姆森散射和光电效应在软组织成像中的贡献。 MRI： 这是核磁共振现象的直接应用，本书将从拉莫尔进动频率、弛豫时间 ($T_1, T_2$) 的物理意义入手，解释梯度场如何实现空间编码，以及 Bloch 方程在信号产生中的作用。 光学成像： 讨论了光的散射和吸收在生物组织中的衰减机制（如瑞利散射和米氏散射），以及如何通过共聚焦显微镜和光学相干断层扫描（OCT）克服深度限制。 8. 生物电活动与电磁场： 神经冲动的传递和心电图（ECG）的记录都依赖于生物组织的电学特性。本书运用电位、电流密度和电阻抗的概念，解释了细胞膜的电学模型（如 Hodgkin-Huxley 模型简化版）。对体表记录的生物电信号，则需借助电磁场的理论，特别是格林函数方法，来反演体内电流源的分布。 总结 《跨越界限：基础物理学在生命科学中的深度应用》致力于打破学科壁垒，展示物理学作为一门普适科学，在解析生命奥秘和推动医学创新中的不可替代的作用。通过严谨的数学推导和贴近实际的生物医学案例，本书培养读者运用定量分析方法解决复杂生命科学问题的能力，是连接理论物理与前沿生物医学研究的桥梁之作。读者将学会如何用物理学的视角去观察、理解并最终操纵生命系统。 ---

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