PhysicsinbiologyandmedicineThirdedition-南开大学图书馆

《Physics in biology and medicine》（Third edition）教材评介
沈俊芳（南开大学生命科学学院）
一、出版情况
《生物与医学中的物理学》（第三版）一书由Paul Davidovits教授撰写，2007-09-07由美国学术出版社出版，是一本生物物理学领域补充教材。

全书328页，其国际标准图书编号（ISBN）为978-0-12-369411-9。

二、作者情况
作者Paul Davidovits是波士顿大学化学系教授，令人惊奇的是，他在光学领域的杰出成就使他获得了2000年由美国光学学会颁发的R.W. Wood奖。

他在共聚焦显微镜上的基础性贡献，使得工程师和生物学家们能够通过三维物体看见光学截面，例如半导体电路，活体器官，和单细胞。

Davidovits博士在哥伦比亚大学连续获得了学士、硕士和博士学位，曾在耶鲁大学工作。

他在物理化学领域发表过100多篇论文，同时也是美国物理学会和美国科学促进协会研究员。

该书的第二版曾获得2003年自然科学领域的Alpha Sigma Nu Book 奖。

三、创作背景
直到18世纪人们都不敢确定通过观察非生命体行为诞生的物理化学规律能够在多大程度上应用于生命体。

生命体是复杂多样的，即使在最简单的生命—病毒体内，也包含了数以亿计相互作用的原子。

生命有机体拥有很多非生命没有的特质，比如生长，繁殖和衰老，以至于19世纪的很多科学家都认为在生命体内有一套不同的规律在调节结构和组织分子。

后来，随着科学认识的深入和发展，人们逐渐认识到，生命体是完完全全受着物理普遍规律支配的。

在过去的几百年内，绝大部分的生物研究都是从物理规律的角度来解释生命系统，并且取得了显著的成就。

许多生物大分子的分子结构和生物功能已经明确。

现在的技术水平已经可以解释细胞各自的功能和它们之间的相互作用。

但是人们还有许多工作要做，因为即使分子结构已经清楚，也不一定能确定该分子的功能。

细胞摄取营养，生长，繁殖和信号传导的机制目前仅能定性分析。

然而生物研究还没有到达任何无法应用物理原理的领域。

而本书编写的主要目的是将物理学中的一些理念运用到活体系统中。

四、主要内容
本书的各种话题基本上与大学基础物理教材对应，归类为固体力学、流体力学、热力学、声学、电学、光学以及原子物理学。

每一章节都涵盖了对物理背景的简单介绍，但大部分内容是与关于物理学在生物医学中的应用。

所涉及到的生物系统仅止于满足物理分析的层面，因此没有相关专业的知识也能能阅读。

此外，书中仅仅用到了基本的线性代数和三角函数进行定量分析。

事实上，很多的生物系统都是可以进行定量分析的，以下是一些例子：运用机械力学原理我们计算出了肌肉收缩时产生的力量大小，同时测验出在不发生损伤的前提下能够承受的最大冲击力。

作者计算出人可以跳跃的最大高度，以及动物的体型大小对其奔跑速度的影响。

在流体的力学研究中，作者对体内血液循环进行了定量检测。

运用运动流体理论，编者推测扩散在细胞行使功能中的作用和表面张力对土生植物生长的影响。

此外，书中还通过电学基本原理定量分析了冲动在神经系统中的传导过程。

每一个章节都设置了更为具体的问题，能够充分地探索和拓展其中的一些物理细想。

不过，物理学定量分析在生物系统中的应用也是有限的，这一点书中也进行了
讨论。

众所周知，生命科学中的很多前沿进展得益于与物理和工程学技术在研究活体系统中的应用。

本书也在相应的章节对这些技术方法加以说明。

第三版中添加了关于信息理论的讨论，以及CT扫描，内视镜检查法，MRI和fMRI 成像的描述，以补充前两版的不足。

五、读者对象和适用领域
本书作为美国学术出版社Complementary Science系列丛书，主要从物理学原理的角度分析了生命体内和体外的各种活动，全篇通俗易懂，可以作为生物物理学和应用物理学方面课程的补充教材。

六、主要特点及学术价值
本书内容丰富，大量运用了应用实例，具体来说，本书特点有：
1.为将物理原理应用于生物研究提供了非常实用的技术方法；
2.叙述语言开门见山，而且十分通俗易懂，适用于没有任何物理学或者生物学基础的读者；
3.大量运动数据，实例等充分说明力学、电学、光学等重要的物理概念，使得读者易于理解和掌握。

七、社会反映
明尼苏达大学（美国）已退休的Russell Hobbie教授评论该书：“从事单学期医学院预科教学的教师应当参考这本书，它有两种用途：一是作为非物理专业的医学预科或相关领域的健康医疗专业学生的单学期活体物理教学课本；二是作为物理学初级课程的补充教材，主要针对医学院预科生。

韦恩州立大学的David Cinabro对本书的赞誉很高：“这本书显然有很大策市场，即使不作为单独的物理教材，也可以作为物理和生物医学交叉领域的一本集问题、样例和讨论于一身的一本参考教材。

作者行文流畅，语言准确，内同充实完整。

八、目录
1.静力
1.1平衡和稳定
1.2人体内的平衡因素
1.3外力作用下的人体平衡
1.4骨骼肌
1.5杠杆
1.6肘部
1.7臀部
1.8背部
1.9单脚踮脚
1.10姿势的动力学分析
2.摩擦力
2.1站在斜面上
2.2臀部结合处的摩擦
2.3鲶鱼的鳍棘
3.直线运动
3.1垂直跳
3.2重力对垂直跳的影响
3.3急性跳高
3.4抛射体的值域
3.5立定跳远
3.6急行跳远
3.7空气流动
3.8物理活动中的能量消耗
4.角向运动
4.1弯道力学
4.2弯道上的运动员
4.3钟摆
4.4行走
4.5物理钟摆
4.6走路和跑步的速度
4.7跑步中的能量消耗
4.8走路和跑步的另类观点
4.9负重
5.弹力和材料力学
5.1纵向拉伸和压缩
5.2弹簧
5.3骨折——能量因素
5.4冲力
5.5摔跤引起的骨折——冲力因素
5.6安全气袋：汽车冲撞时额有效防护5.7颈椎过度屈伸损伤
5.8高处下落
5.9骨关节炎和锻炼
6.昆虫飞行
6.1悬空飞行
6.2昆虫翅膀的肌肉
6.3停悬所需的能量
6.4翅膀飞行时的动能
6.5翅膀的弹力
7.流体
7.1液体中的力和压力
7.2帕斯卡原理
7.3铃静力骨架
7.4阿基米德原理
7.5浮力
7.6鱼的浮力
7.7表面张力
7.8土壤水
7.9昆虫的水上移动
7.10肌肉收缩
7.11表面活性剂
8.液体的运动
8.1伯努利方程
8.2粘度和Poiseuille 定律
8.3不稳定气流
8.4血液循环
8.5血压
8.6血流控制
8.7血流能量学
8.8血液的不稳定流动
8.9动脉硬化和血流
8.10心脏的功率
8.11血压的测量
9.热量和动力学理论
9.1热量和热
9.2物质的动力学理论
9.3定义（热量的单位、比热、潜热）9.4热量的转移
9.5分子扩散
9.6跨膜扩散
9.7呼吸系统
9.8表面活性物质和呼吸
9.9扩散和隐形眼镜
10. 热力学
10.1 热力学第一定律
10.2 热力学第二定律
10.3 热量和其它形式能量之间的区别
10.4 生命系统中的热力学
10.5 信息和第二定律
11. 热量和生命
11.1 人类的能量需求
11.2 食物来源地能量
11.3 体温调节
11.4 体表温度控制
11.5 对流
11.6 辐射
11.7 太阳的辐射能量
11.8 蒸发
11.9 耐寒性
11.10 热量和土壤
12. 波和声
12.1 声的性质
12.2 波的一些性质
12.3 听力和耳朵
12.4 蝙蝠和回声
12.5 动物发出的声音
12.6 听觉陷阱
12.7 声音的临床用途
12.8 超声波
13. 电学
13.1 神经系统
13.2 植物电学
13.3 骨骼电学
13.4 电鱼
14. 电气技术
14.1 生物研究中的电气技术14.2 诊断设备
14.3 电流的生理影响
14.4 控制系统
14.5 反馈
14.6 传感协助
15. 光学
15.1 视觉
15.2 光的本质
15.3 眼睛的结构
15.4 适应
15.5 眼睛和照相机
15.6 眼睛的透射系统
15.7 简化眼
15.8 视网膜
15.9 眼的分辨能力
15.10 视觉的阈值
15.11 视觉和神经系统
15.12 视觉的畸变
15.13 近视眼镜
15.14 老化和远视眼镜
15.15 视觉的延伸
16 原子物理
16.1 原子
16.2 光谱学
16.3 量子力学
16.4 电子显微镜
16.5 X 射线
16.6 X射线电子断层摄影
17 核物理
17.1 原子核
17.2 核磁共振成像
17.3 放射治疗
17.4 放射型食品防腐
17.5 同位素示踪
17.6 物理和生命的规律。