Календарно–тематический план занятий по дисциплине/курсу _Физика, математика (стр. 5 )

3.  Определите коэффициент отражения ультразвуковой волны на границе воздуха и мягких тканей, если плотность воздуха при нормальных условиях 1,3кг/м3, а мягких тканей – 1050 кг/м3. Скорости распространения УЗ в воздухе – 330 м/с, в мягких тканях – 1500м/с.

II. Самоподготовка: Ответить письменно на контрольные вопросы к следующему семинарскому занятию

Занятие №12. Практическая работа «Анализ Фурье»

Контрольные вопросы

1.  Что такое периодическое колебание? Каковы его характеристики? Что такое основная частота сложного колебания?

2.  Как формулируется теорема Фурье?

3.  Что такое гармоники? Каковы их основные характеристики?

4.  Что такое спектр сложного колебания? От каких характеристик сложного колебания он зависит?

5.  Как графически представляются линейчатый и сплошной спектры колебаний; приведите примеры.

Литература для подготовки:

1.  , , Коржуев и биофизика. ГЭОТАР-Медиа.2007.

2.  , , Коржуев и биофизика. Практикум. ГЭОТАР-Медиа.2008.

3.  Конспект лекций.

Задачи для решения на занятии №12 «Анализ Фурье»

1.  Написать уравнения и начертить попарно графики гармонических колебаний (начальные фазы колебаний равны нулю):

1)  А1= А2=2 см, Т1=2 с, Т2 = 4с;

2)  А1=1 см, А2=2 см, Т1=Т2 = 4с;

3)  А1= А2=2 см, ν1=4 Гц, ν2= 2Гц.

2.  Построение временной развертки и спектров гармонических сигналов. Постройте графики и спектры гармонических колебаний, заданных следующими временными зависимостями: x=sin(π/4)t, x=2sin(π/2)t, x=3sin(π) t. Какого вида спектры были получены в этом задании?

3.  Сложение двух гармонических колебаний и построение их спектров. Постройте графики и спектры гармонических колебаний, заданных следующими временными зависимостями: x1=4cos(π/8)t, x2= 2cos (π/4)t.

4.  Выполните сложение этих колебаний. Постройте спектр сложного колебания.

Домашняя работа №12 «Анализ Фурье»

I.  Решить задачи:

1.  Амплитуда гармонических колебаний груза на пружине равна 2 см, период колебаний – 2 с, а начальная фаза составляет π/4. Написать уравнение этих колебаний, и найти смещение груза в начальный момент времени.

2.  Постройте графики и спектры гармонических колебаний, заданных следующими временными зависимостями: x1=0,5cos(π/2)t, x2= cos (π/4)t. Выполните сложение этих колебаний. Постройте спектр сложного колебания.

3.  Постройте спектр следующего сложного сигнала: x=4sinπt+2sin2πt+sin3πt+0,5sin4πt.

II. Самоподготовка: Ответить письменно на контрольные вопросы к коллоквиуму.

Занятие № 12. Квантовая физика. Излучение энергии атомами, молекулами. Спектры поглощения и излучения. Тепловое излучение.

Контрольные вопросы

1.  Квантовая механика как метод познания микромира. Корпускулярно-волновой дуализм.

2.  Энергия фотона, её связь с длиной волны и частотой излучения.

3.  Волна де-Бройля, опыты по дифракции электронов.

4.  Соотношение неопределённости Гейзенберга.

5.  Энергетические уровни в атомах. Атомные спектры излучения и поглощения.

6.  Энергетические уровни молекул: электронные, колебательные, вращательные.

7.  Диапазон электромагнитных излучений атомов и молекул. Вращательные, колебательно-вращательные и электронно-колебательно-вращательные спектры.

8.  Энергетические уровни в атомах. Энергетические уровни молекул: электронные, колебательные, вращательные.

9.  Диапазон электромагнитных излучений атомов и молекул. Вращательные, колебательно-вращательные и электронно-колебательно-вращательные спектры.

10.  Использование спектрального анализа для качественного и количественного исследования вещества.

11.  Тепловое излучение тел, его физическая природа. Основные характеристики теплового излучения: энергетическая светимость, монохроматический коэффициент поглощения.

12.  Абсолютно черное тело. Спектр теплового излучения абсолютно черного тела.

13.  Законы теплового излучения: Кирхгофа, Стефана-Больцмана, Вина. Укажите связь этих законов со спектром излучения.

14.  Тепловизоры, их применение в медицине

Литература для подготовки:

1.  , , Коржуев и биофизика. ГЭОТАР-Медиа.2007.

2.  , , Коржуев и биофизика. Практикум. ГЭОТАР-Медиа.2008.

3.  Конспект лекций.

Задачи для решения на занятии №12 «Квантовая физика. Излучение энергии атомами, молекулами. Спектры поглощения и излучения.

Тепловое излучение»

1.  Чему равна длина волны де Бройля для электрона, имеющего скорость 1000км/с?

2.  Сравните длины волн де Бройля для электрона и шарика массой 1г, если их скорость одинакова и равна 100м/с.

3.  В электронно-лучевой трубке ускоряющее напряжение равно 20кВ. Чему равна длина волны де Бройля для электрона в конце ускорения?

4.  На какую длину волны приходится максимум спектральной плотности энергетической светимости следующих источников теплового излучения:

1) тело человека с температурой кожи 37ºС;

2) спираль электрической лампочки накаливания с температурой поверхности 2000К;

3) поверхность Солнца с эффективной температурой 6000К?

Излучающие тела считать абсолютно черными.

Домашнее задание №12 «Квантовая физика. Излучение энергии атомами, молекулами. Спектры поглощения и излучения. Тепловое излучение»

I. Решить задачи:

1.  При регистрации спектра поглощения эозина на спектрофотометре СФ-26 максимум оптической плотности Dmax=0,5 находился на длине волны λ=510 нм. Концентрация эозина увеличилась в 2 раза. Как в этом случае изменилась длина волны максимума поглощения?

2.  Атом испустил кванты УФ и ИК - диапазонах. Обозначьте соответствующие квантовые переходы на диаграмме энергетических уровней и на спектре излучения атома I=I(λ) (возможны варианты!).

3.  Оптическая плотность раствора D = 0,08. Найдите коэффициент пропускания.

4.  Найдите границы серии Бальмера в частотах и длинах волн.

II. Самоподготовка: Ответить письменно на контрольные вопросы к следующему занятию.

Занятие № 13. Люминесценция. Лазер.

Практическая работа «Лазер и его использование для определения размеров эритроцитов»

Контрольные вопросы:

1.  Люминесценция. Виды люминесценции.

2.  Механизмы фотолюминесценции.

3.  Спектры возбуждения и люминесценции. Правило Стокса.

4.  Применение явления люминесценции в медицине.

5.  Принцип Гюйгенса-Френеля.

6.  Интерференция света. Условия максимума и минимума.

7.  Дифракция света. Формула дифракционной решетки.

8.  Лазер, принцип его действия. Инверсная заселенность. Метастабильные уровни. Индуцированное излучение.

9.  Устройство лазера, работающего по трёхуровневой схеме.

10.  Особенности лазерного излучения.

11.  Применение лазерного излучения в медицине.

.

Литература:

1.  , , Коржуев и биофизика. ГЭОТАР-Медиа.2007.

2.  , , Коржуев и биофизика. Практикум. ГЭОТАР-Медиа.2008.

Задачи для решения на занятии № 13 «Люминесценция. Лазер»

1.  Какова пространственная протяженность L цуга волн, образующегося за время t высвечивания атома?

2.  Разность хода волн от двух когерентных источников света в некоторой точке экран равна d=4,36мкм. Каков результат интерференции, если длина волны равна:

1) 670нм, 2) 438нм, 3) 536нм?

3.  Длина волны света, падающего на дифракционную решетку перпендикулярно её плоскости, составляет 500нм. Период решетки – 0,005 мм. Под каким углом можно будет увидеть 5-ый дифракционный максимум?

4.  Чем объясняется различие времен флуоресценции и фосфоресценции?

5.  Почему форма спектра люминесценции не зависит от длины волны возбуждающего света?

Домашнее задание № 13 «Люминесценция. Лазер»

I.  Решить задачи:

1.  На дифракционную решетку нормально падает монохроматический свет с длиной волны 600нм. Определите наибольший порядок спектра, полученный с помощью этой решетки, если постоянная решетки d=2мкм.

2.  Диапазон длин волн лазерного излучения, применяемого в медицине, лежит в пределе от 0,193мкм до 10,6мкм. Определить границы частотного диапазона лазерного излучения и диапазон энергии квантов.

3.  Найти энергии квантов (в эВ и Дж) лазерного излучения, используемого в медицине, если 1 Дж= 6,25·1018 эВ:

а) в терапии, l=0,63мкм (красный цвет);

б) в хирургии для рассечения тканей, l=10,6мкм (ИК); и для коагуляции (ИК), l=1,06мкм.

4.  Коэффициенты пропускания двух растворов составляют 10% и 1% соответственно. Каковы оптические плотности этих растворов?

5.  Оптические плотности растворов составляют 0; 10; ∞. Каковы соответствующие коэффициенты пропускания?

6.  Почему форма спектра фотолюминесценции не зависит от длины волны возбуждающего света?

7.  При прохождении света через слой раствора поглощается ¼ первоначальной световой энергии. Определите коэффициент пропускания и оптическую плотность раствора.

II. Самоподготовка: Подготовиться к коллоквиуму по физике!

На коллоквиуме проводится проверка лекционных тетрадей!

Литература для подготовки:

1.  , , Коржуев и биофизика. ГЭОТАР-Медиа.2007.

2.  , , Коржуев и биофизика. Практикум. ГЭОТАР-Медиа.2008.

3.  Конспект лекций.

Занятие №14. Коллоквиум по физике

ВОПРОСЫ К КОЛЛОКВИУМУ ПО ФИЗИКЕ

1.  Виды колебаний. Дифференциальное уравнение гармонических колебаний. Закон гармонических колебаний, физический смысл величин и единицы измерения. График гармонических колебаний.

2.  Дифференциальное уравнение затухающих колебаний. Закон затухающих колебаний, физический смысл величин и единицы измерения. График затухающих колебаний.

3.  Гармонический спектр сложных колебаний. Теорема Фурье.

4.  Какие процессы называется механическими волнами? Поперечные и продольные механические волны.

5.  Уравнение и график плоской гармонической волны. Скорость распространения и длина волны.

6.  Энергия механической волны, поток и плотность потока энергии, интенсивность, единицы измерения.

7.  Звук, его природа. Физические и физиологические характеристики звука.

8.  Кривые равной громкости. Кривая порога слышимости. Основы аудиометрии.

9.  Ультразвук, его природа и характеристики. Закон поглощения УЗ в среде. Коэффициент отражения УЗ от границы раздела двух сред.

10.  Физический принцип УЗ эхолокации. Эффект Доплера и его применение в медицине.

11.  Основные положения теории Максвелла об электромагнитном поле.

12.  Электромагнитные волны, уравнение и график плоской электромагнитной волны.

13.  Скорость распространения электромагнитной волны в вакууме, в средах, длина волны. Поток, плотность потока энергии электромагнитной волны, интенсивность; единицы измерения.

14.  Тепловое излучение тел, его физическая природа. Основные характеристики теплового излучения: энергетическая светимость, монохроматический коэффициент поглощения. Законы теплового излучения: Кирхгофа, Стефана-Больцмана, Вина. Укажите связь этих законов со спектром излучения. Тепловизоры, их применение в медицине.

15.  Квантовая механика как метод познания микромира. Корпускулярно-волновой дуализм. Энергия фотона, её связь с длиной волны и частотой излучения. Волна де-Бройля, опыты по дифракции электронов.

16.  Уровни энергии атомов. Атомные спектры. Уровни энергии молекул. Молекулярные спектры.

17.  Люминесценция. Виды люминесценции. Механизмы фотолюминесценции. Спектры возбуждения и люминесценции. Правило Стокса.

18.  Лазер. Механизм получения излучения. Свойства лазерного излучения.

Вопросы для самостоятельного излучения:

1.  Шкала электромагнитных волн. Свойства ЭМ волн в различных диапазонах.

2.  Механизмы излучения ЭМ волн в радио, ИК, видимом, УФ, рентгеновском и гамма - диапазонах.

3.  Собственные физические поля организма человека: низкочастотные электрическое и магнитное, электромагнитное (тепловое излучение); их источники, основные характеристики.

4.  Магнитные поля организма, их источники. Измерение индукции магнитного поля органов, градиометр. Исследование магнитных полей органов: магнитокардиография и магнитоэнцефалография.

5.  Тепловое излучение организма человека. Спектр теплового излучения организма. Поток теплового излучения в ИК и СВЧ диапазонах. Диагностическая информация теплового излучения организма в ИК и СВЧ диапазонах.

[1] Нумерация для всего курса «Физика, Математика» единая.