Методические указания и задания для выполнения контрольной работы по физике (стр. 2 )

Тема 1. «Механические колебания и волны. Звук и его характеристики»

1. Уравнение гармонических колебаний имеет вид: x=3cos(πt+π/2) (м). Определите амплитуду, циклическую частоту, начальную фазу и период колебаний. Запишите дифференциальное уравнение этих колебаний.

2. Уравнение затухающих колебаний имеет вид: x=2e-0,2·t·cos(πt/3). Определите начальную амплитуду, частоту, начальную фазу, коэффициент затухания, период и логарифмический декремент затухания

3. Вынужденные колебания описываются дифференциальным уравнением: . Найдите частоту этих вынужденных колебаний. Чему равна частота собственных колебаний системы, коэффициент затухания?

4. Амплитуда затухающих колебаний уменьшается в 10 раз за сто полных колебаний. Определите логарифмический декремент затухания, коэффициент затухания, если период колебаний равен 5 с.

5. Звуковая волна распространяется в воде со скоростью 1500 м/с. Длина волны 7,5 м. Чему равна частота колебаний источника звука?

6. Шум в метро имеет интенсивность 10-11 Вт/м2. Определите уровень громкости данного звука, если его частота равна 1000 Гц.

7. По условиям некоторого производства определен допустимый предел уровня шума 70 фон. Определите максимально допустимую интенсивность звука. Условно считать, что шум соответствует звуку частотой 1 кГц.

8. Нормальный разговор человека оценивается уровнем громкости звука 50 фон (для частоты 1 кГц). Определите уровень громкости звука, соответствующего трем одновременно говорящим людям.

9. Определите уровень громкости:

А) разговора частотой 200 Гц и интенсивностью 10-8 Вт/м2.

Рис. 1

Б) разговора частотой 50 Гц и интенсивностью 10-6 Вт/м2. Для решения

воспользуйтесь кривыми равной громкости (рис. 1).

10. В каком случае крик будет громче: при частоте 1000 Гц или 200 Гц? Крику соответствует звук с интенсивностью 10-4 Вт/м2.

Тема 2. «Свойства жидкостей и твердых тел»

11. Для определения коэффициента поверхностного натяжения воды была использована пипетка с диаметром выходного отверстия 2 мм. Масса 40 капель оказалась равной 1,9 г. Найти поверхностное натяжение жидкости.

12. Определить радиус капли спирта, вытекающей из узкой вертикальной трубки радиусом 1 мм. Считать, что в момент отрыва капля сферическая. Поверхностное натяжение спирта 22 мН/м, а его плотность 800 кг/м3.

13. В капилляре диаметром 100 мкм вода поднимается на высоту 30 см. Определите поверхностное натяжение воды, если ее плотность 1000 кг/м3.

14. Сухожилие длиной 4 см под действием нагрузки удлинилось на 2 мм. Определите относительное удлинение и механическое напряжение, приняв модуль упругости сухожилия равным 109 Н/м2.

15. Определите абсолютное удлинение кости длиной 6 см, толщиной 3 мм, диаметром 2 см при нагрузке 800 Н. Модуль упругости кости принять равным 22,5·109 Н/м2.

16. Сухожилие длиной 0,12 м и площадью поперечного сечения 2·10–6 м2 при нагрузке 68,8 Н удлинилось на 2,9 · 10–3 м. Определить модуль Юнга.

17. Определите разность давлений на концах капилляра радиусом 1 мм и длиной 2 см, если за 1 с через него проходит 12 мл крови. Динамический коэффициент вязкости крови равен 5 мПа·с.

18. При инъекции возникает необходимость быстрого введения лекарственного препарата. В каком случае процедура пройдет быстрее: при увеличении давления в два раза или при увеличении диаметра иглы в два раза?

19. Определите вязкость крови, если за 1 с по сосуду длиной 10 мм и диаметром 2 мм протекает 0,8 мм3 крови, при разности давления на концах данного сосуда 1 мПа.

20. При атеросклерозе критическое число Рейнольдса в некоторых сосудах становится равным 1160. Определите скорость, при которой возможен переход ламинарного течения в турбулентное в сосуде диаметром 2,5 мм. Плотность крови равна 1050 кг/м3. Динамический коэффициент вязкости крови равен 5 мПа·с.

Тема 3. «Физические свойства биологических мембран. Транспорт веществ через биологические мембраны. Биопотенциалы»

21. Определите разность концентраций внутри и снаружи мембраны, если коэффициент проницаемости мембраны для некоторого вещества 0,12 м/с, а плотность потока равна 4 ммоль/м2∙с.

22. Для изучения структуры и функций биологических мембран используют модели – искусственные фосфолипидные мембраны, например бислойные липидные мембраны (БЛМ). Оцените диэлектрическую проницаемость такой мембраны толщиной 6 нм. Её удельная электроемкость равна 4,4 мФ/м2.

23. Глицерин введен в водный раствор клетки одноклеточных водрослей в концентрации 2∙10-5 моль/л. Определите коэффициент диффузии глицерина и плотность его потока через мембрану, если толщина мембраны 10 нм, коэффициент проницаемости для глицерина 2,1∙10-9 м/с. Коэффициент распределения вещества между мембраной и водной средой К=7,5∙10-5. (Концетрация глицерина в цитоплазме в начальный момент равна 0)

24. Мембранный потенциал равен – 60 мВ, толщина мембраны 10 нм. Определите напряженность электрического поля в мембране и ее удельную электроемкость, приняв диэлектрическую проницаемость гидрофобного слоя равной 2, электрическая постоянная .

25. Определите равновесный мембранный потенциал, создаваемый на бислойной липидной мембране ионами калия при температуре 20°С, если концентрация калия с одной стороны мембраны равна 10-3 моль/л, а с другой – 10-5 моль/л.

26. Каков электрический заряд мембраны, если ее емкость 1 мкФ, а концентрация калия с одной стороны мембраны 10-3 моль/л и 10-5 моль/л - с другой при температуре 20°С?

27. Потенциал покоя нерва конечности краба равен -89 мВ. Чему равна концентрация ионов калия внутри нерва, если снаружи она составляет 12 ммоль/л? Принять температуру равной 200С.

28. Среднее значение концентрации ионов калия в аксоплазме гигантского аксона кальмара равно 410 моль/м3, а в морской воде 10 моль/м3. Вычислите потенциал Нернста с указанием знака при температуре 270С.

29. Среднее значение концентрации ионов натрия в аксоплазме гигантского аксона кальмара равно 49 моль/м3, а в морской воде 460 моль/м3. Вычислите потенциал Нернста с указанием знака при температуре 270С.

30. Омическое сопротивление нервного волокна в состоянии покоя равно 1000 Ом/см2, а при возбуждении снижается до 25 Ом/см2. Оцените, во сколько раз при этом увеличивается проводимость мембраны.

Тема 4. «Законы отражения и преломления света. Рефрактометрия. Микроскопия»

31. Луч света падает на зеркало под углом 350 к его поверхности. Чему равен угол между падающим и отраженным лучами? Сделайте чертеж.

32. Луч света переходит из спирта в воду. Определите угол преломления луча, если угол между падающим и отраженным лучами равен 1200. Абсолютный показатель преломления спирта равен 1,36, воды равен 1,33.

33. Найти предельный угол полного внутреннего отражения для поверхности раздела стекло - вода (показатели преломления воды и стекла равны соответственно 1,33 и 1,55).

34. Луч света выходит из стекла в вакуум. Предельный угол отражения равен 420. Определите скорость света в среде. Скорость света в вакууме равна .

35. Во сколько раз изменится предел разрешения микроскопа при одинаковом освещении, если между объективом и предметным стеклом поместить масло с показателем преломления n=1,6 (nвозд=1). В каком случае в микроскоп можно наблюдать более мелкие детали объекта?

36. Оцените, во сколько раз уменьшится предел разрешения микроскопа, при переходе к фотографированию в ультрафиолетовых лучах () по сравнению с фотографированием в зеленых лучах (). Как при этом изменится разрешающая способность микроскопа?

37. Увеличение объектива микроскопа равно 40, а окуляра равно 7. Числовая апертура объектива с масляной иммерсией равна 1,43. Определите полное и полезное увеличение микроскопа, его предел разрешения, если предмет освещают лучами с длиной волны .

38. Определите увеличение объектива, если полное увеличение микроскопа 120, а фокусное расстояние окуляра равно 2,5 см. Изображение получается на расстоянии наилучшего зрения (25 см) от глаза.

39. Определите оптическую силу системы из двух линз, расположенных вплотную, если фокусное расстояние собирающей линзы 20 см, а фокусное расстояние рассеивающей линзы 50 см.

40. Объектив микроскопа дает 50-кратное увеличение, а общее увеличение микроскопа составляет 500. Найдите фокусное расстояние окуляра, если изображение получается на расстоянии наилучшего зрения от глаза.

Тема 5. «Поляризация света, закон Малюса. Поляриметрия. Поглощение света, закон Бугера. Фотоэлектроколориметрия»

41. Естественный свет проходит через поляризатор и анализатор, главные плоскости которых составляют между собой угол 60°. Во сколько раз уменьшается интенсивность прошедшего света.

42. Определите удельное вращение раствора сахара, концентрация которого 0,33 г/см3, если при прохождении монохроматического света через трубку с раствором угол поворота плоскости поляризации равен 220. Длина трубки 10 см.

43. Определите толщину кварцевой пластинки, для которой угол поворота плоскости поляризации света с длиной волны 500 нм равен 480. Постоянная вращения кварца для этой длины волны 300/мм.

44. В 2%-ном растворе сахара, налитом в кювету длиной 20 см, плоскость поляризации света поворачивается на 50 . Опреде­лить концентрацию раствора сахара в кювете длиной 10 см, если угол поворота плоскости поляризации составляет 100.

45. Какова интенсивность света при прохождении через кювету с раствором длиной 20,340 мм, если его интенсивность на передней грани кюветы равна 200 Вт/см3? Коэффициент поглощения раствора k=0,01. Найти оптическую плотность раствора.

46. Определить коэффициент поглощения света раствором, если на пути в 4 см световой поток уменьшился в 1,5 раза.

47. Световой поток, прошедший через раствор некоторого вещества, уменьшился в 10 раз. Молярный коэффициент поглощения раствора для данной длины волны равен . Определите молярную концентрацию раствора, если длина кюветы с раствором равна 1 см.

48. На стеклянную пластину с показателем преломления 1, 54 падает луч естественного света. Определить угол между падающим и отраженным лучами, если отраженный луч максимально поляризован.

49. Чему равен молярный коэффициент поглощения вещества на длине волны 400 нм, если пропускание раствора с концентрацией 0,5 моль/л равно 0,1? Длина кюветы 0,3 см.

50. Чему равен угол между главными плоскостями поляризатора и анализатора, если интенсивность естественного света, прошедшего через эти призмы, уменьшилось в 2 раза? Поглощением света пренебречь.

Тема 6. «Радиоактивность, закон радиоактивного распада. Дозиметрия ионизирующих излучений»

51. При облучении 40 грамм живой ткани протонами поглощается 8·10-6 Дж энергии за 20 с. Определите поглощенную и эквивалентную дозы излучения, учитывая, что коэффициент качества равен 10. Выразите ответ во внесистемных единицах.

52. Мощность экспозиционной дозы на расстоянии 10 см от источника составляет 85 мР/ч. На каком расстоянии от источника можно находиться без защиты, если допустимая мощность равна 0,017 мР/ч?

53.

А.

Средняя мощность экспозиционной дозы облучения в рентгеновском кабинете равна 6,45∙10-12 Кл/(кг∙с). Врач находится в течение дня 5 ч в этом кабинете. Какова доза его облучения за 5 рабочих дней?

54. Одним из методов диагностики слюнных желез является динамическая сиалосцинтиграфия, в основе которой лежит способность паренхимы слюнных желез к избирательному накоплению определенного радиофармацевтического препарата. Для слюнных желез этим препаратом является Технеций – 99 () с периодом полураспада 24 часа. Через какой промежуток времени в организме остается 10% от первоначального числа введенных ядер ?

55. Найти постоянную распада радиоактивного изотопа, если известно, что число радиоактивных ядер уменьшается за сутки на 12,8 %.

56. На каком расстоянии от препарата активностью 200 мКи необходимо находиться, чтобы доза за 6-часовой рабочий день не превышала 0,017 Р? .

57. Для исследования функционального состояния щитовидной железы больному вводят 25 мл 10%-раствора глюкозы, содержащего радиоактивный йод. Определить массу йода (в граммах), содержащегося в растворе, если его удельная активность в момент введения была равна . Период полураспада йода равен 8 суток.

58. Показать, что активность 1 г радия примерно равна . Период полураспада радия 1622 года.

59. Найти массу атомов в препарате полония , активность которого равна , а период полураспада 138 суток.

60. В тканях массой 0,15 кг поглотилось 30 мкДж ионизирующего излучения в течение 20 с при постоянной интенсивности. Чему равна поглощенная доза и мощность дозы?

Теоретические вопросы

61. Центрифугирование и его применение в медико-биологических исследованиях. Физические основы центрифугирования.

62. Ультразвук и его действие на вещество. Применение ультразвука в фармации.

63. Объясните существование поверхностного натяжения с точки зрения молекулярно-кинетической теории строения вещества. Какие вещества называются поверхностно-активными? С какой целью эти вещества применяют в фармации?

64. Сравните строение жидкостей и твердых тел. Чем отличается аморфное состояние твердых тел от кристаллического? Какое состояние называют стеклообразным? Опишите особенности молекулярного строения жидких кристаллов.

65. . Что такое вискозиметр? Опишите различные методы определения вязкости. Сравните принцип работы вискозиметров, и результаты сравнения занесите в таблицу:

Тип вискозиметра	Закон, лежащий в основе действия вискозиметра	Формула для расчета вязкости исследуемой жидкости	Предел измерения
Капиллярный вискозиметр
Вискозиметр с падающим шариком
Вискозиметр Гессе

66. Сравните основные оптические методы исследования, используемые в фармации для определения концентрации растворов, и результаты сравнения занесите в таблицу:

Название метода	Измеряемая величина	Физическое явление, лежащее в основе метода	Рабочая формула (зависимость измеряемой величины от концентрации)	Границы применимости метода (для каких растворов применяют)	Примеры применения метода в фармации
Рефрактометрия
Поляриметрия
Фотоэлектроколориметрия

67. Какие препараты называются радиофармацевтическими? Опишите методы радиоизотопной терапии и те препараты, которые используют в этих методах.

68. Опишите метод меченых атомов и его использование в медицине. Приведите примеры радиофармацевтических препаратов, используемых в различных методах радиоизотопной диагностики. Какие требования предъявляют к таким препаратам?

69. Напишите схему (позитронного распада). Опишите метод позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ). Какие радиофармацевтические препараты используют в этом методе?

70. Используя закон ослабления рентгеновского излучения и формулу для массового коэффициента ослабления, объясните, с какой целью применяют контрастные вещества в рентгенодиагностике. Приведите примеры таких веществ, используемых при диагностике различных органов.