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

作者:George B. Benedek

出品人:

页数:671

译者:

出版时间:2000-8-25

价格:CAD 154.64

装帧:Hardcover

isbn号码:9780387987705

丛书系列:

图书标签:

物理学
医学物理
生物物理学
实例讲解
跨学科
物理应用
医学
生物学
教材
科学

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具体描述

A reissue of a classic book -- corrected, edited, typeset, redrawn, and indexed for the Biological Physics Series. In- tended for undergraduate courses in biophysics, biological physics, physiology, medical physics, and biomedical engineering, this is an introduction to statistical physics with examples and problems from the medical and biological sciences. Topics include the elements of the theory of probability, Poisson statistics, thermal equilibrium, entropy and free energy, and the second law of thermodynamics. It can be used as a supplement to standard introductory physics courses, and as a text for medical schools, medical physics courses, and biology departments. The three volumes combined present all the major topics in physics. These books are being reissued in response to frequent requests to satisfy the growing need among students and practitioners in the medical and biological sciences with a working knowledge of the physical sciences. The books are also in demand in physics departments either as supplements to traditional intro texts or as a main text for those departments offering courses with biological or medical physics orientation.

物理学原理在生命科学中的应用：跨学科探索本书旨在为对物理学原理在生物学、医学等生命科学领域中的应用感兴趣的读者提供一个全面而深入的视角。专注于阐释那些在细胞生物学、生理学、生物成像和生物物理学等领域中起着基础性作用的物理概念和数学工具。本书的结构力求清晰，从最基本的物理学定律出发，逐步过渡到复杂的生物系统建模与分析。第一部分：基础物理学的奠基本部分将回顾读者可能已经熟悉的经典物理学概念，但重点将放在如何将这些概念直接映射到生物系统上。第1章：力学与生物结构我们将从牛顿运动定律和能量守恒原理开始。生物体的运动、结构稳定性以及细胞骨架的力学行为，无一不依赖于这些基础力学。本章将详细讨论生物材料的力学特性，如弹性、粘弹性（viscoelasticity）和蠕变（creep）。我们将分析蛋白质折叠和解折叠过程中的能量景观，探讨肌肉收缩这一复杂的生物过程如何归结为生物分子水平的力与运动。此外，还将引入生物体内的流体力学基础，为后续讨论血液动力学打下基础。重点关注宏观结构（如骨骼、血管）和微观结构（如肌动蛋白丝的张力）的力学平衡。第2章：热力学与生命生命是一个远离热力学平衡的开放系统。本章将深入探讨非平衡态热力学在生命过程中的核心地位。我们将回顾热力学的基本定律，特别是第二定律，并讨论熵在生物系统中的作用。重点将放在生物分子机器的能量转换效率、化学反应的吉布斯自由能变化（$Delta G$）如何驱动生命活动，以及耗散结构（dissipative structures）的形成。例如，ATP水解驱动的分子马达如何实现对能量的有效利用，以及热力学梯度（如质子梯度）如何维持细胞的稳态。我们将用定量的视角审视酶促反应的动力学。第3章：电磁学与生物信号生物体内的许多关键功能依赖于电荷的分布和电场的存在。本章将系统地介绍静电学和电动力学原理。我们将分析细胞膜两侧的电位差（静息电位和动作电位）的产生机制，运用电容器模型来描述膜的电学性质。电场在离子通道的激活和失活过程中的作用将被详细剖析。此外，本章还将探讨生物磁场（如心磁图、脑磁图）的产生与检测，以及电磁波在生物组织中的传播和吸收特性，为理解生物成像技术做铺垫。第二部分：从分子到系统：物理工具的应用本部分将聚焦于如何利用更先进的物理学分支来理解复杂的生物现象。第4章：扩散与质量传输生物系统中的物质交换高度依赖于扩散过程。我们将从菲克定律出发，探讨分子在细胞内外的随机游走（Brownian motion）。重点将放在非均匀介质（如细胞质）中的有效扩散系数的计算，以及渗透压（Osmosis）在维持细胞体积和组织水合状态中的作用。还将引入对流和主动运输的概念，将其与扩散过程进行对比分析，特别是在营养物质和代谢废物在组织和血液中的传输模型中。第5章：波与成像技术光和声波是生命科学研究中不可或缺的工具。本章将详细介绍波动光学的基础，包括光的衍射、干涉和偏振。我们将重点讨论现代生物成像技术背后的物理原理，如荧光显微镜（包括共聚焦和STED等超分辨率技术）如何克服衍射极限。声波在生物体中的传播特性将被用来解释超声成像的工作原理，包括多普勒效应在血流监测中的应用。对于X射线和核磁共振（NMR/MRI）的物理基础，也将进行深入的概述，强调它们如何利用物质对不同类型辐射的响应来获取内部结构信息。第6章：统计物理与生物分子的集合行为单个分子的行为往往是随机的，但大量分子的集合行为却展现出可预测的统计规律。本章将引入统计力学和蒙特卡洛模拟方法。我们将探讨蛋白质集合体的稳定性和构象变化，如何使用配分函数来描述系统在不同温度下的宏观热力学性质。在描述生物系统的随机性时，我们将接触到噪声在信号转导和基因表达调控中的潜在作用。第三部分：生物物理模型的构建与分析本部分将引导读者学习如何将前述的物理概念整合成能够描述宏观生理功能的数学模型。第7章：生物动力学与系统建模我们将探讨反应速率方程和微分方程在描述生物化学网络中的应用。重点在于理解酶动力学（Michaelis-Menten模型）的物理基础，以及如何构建描述细胞周期、信号级联反应的动力学模型。我们将引入相空间分析和稳定性理论，用以理解系统在稳态和振荡行为之间的切换。第8章：生物流体力学与血液循环本章将专注于流体动力学在血液循环系统中的应用。我们将分析血液作为非牛顿流体的特性，以及在不同尺度（从主动脉到毛细血管）的血流模式。重点将放在泊肃叶定律（Poiseuille's Law）的适用范围、剪切应力对血管内皮细胞的影响，以及心血管系统如何通过调节血管阻力来维持稳态血压。脉冲波在动脉中的传播机制也将被纳入讨论。第9章：定量生物学的前沿本章展望了物理学工具在解决当代生物学前沿问题中的应用。我们将简要介绍生物分子力学（如原子力显微镜AFM的应用）、单分子技术如何揭示生命过程中的随机性和非平衡性，以及计算模型在药物设计和疾病机理研究中的作用。强调了维度分析和量纲分析在简化复杂生物模型中的实用价值。本书适合高年级本科生、研究生，以及希望将定量分析方法引入自身研究的生命科学研究人员。它不是对传统生物学知识的简单复述，而是致力于搭建一座坚实的桥梁，连接微观的物理定律与宏观的生命现象。通过大量的例题和概念性思考题，读者将被鼓励超越定性的描述，用物理学的语言精确地理解生命。