Содержание занятий и домашние задания по физике Занятие №6

1
Содержание занятий и домашние задания по физике
I семестр 2015/2016 уч. год
Занятие №61. Семинар по физике «Механические колебания»
Контрольные вопросы
1. Какие процессы называются колебательными? В чём состоят различия колебаний
свободных и вынужденных? Приведите примеры.
2. Составьте дифференциальное уравнение гармонических колебаний пружинного маятника
и приведите его решение.
3. Уравнение гармонического колебания, его график. Сопоставьте все величины, входящие в
уравнение, с графиком гармонического колебания.
4. Составьте дифференциальное уравнение затухающих колебаний пружинного маятника,
приведите его решение.
5. Уравнение свободных затухающих колебаний. График затухающего колебания.
6. Характеристики
затухания:
коэффициент
трения,
коэффициент
затухания,
логарифмический декремент затухания.
7. Вынужденные колебания. Явление резонанса. Резонансная кривая.
Литература для подготовки:
1.
Антонов В.Ф., Черныш А.М., Козлова Е.К., Коржуев А.В. Физика и биофизика.
ГЭОТАР-Медиа.2010.
2.
Антонов В.Ф., Черныш А.М., Козлова Е.К., Коржуев А.В. Физика и биофизика.
Практикум. ГЭОТАР-Медиа.2008.
3.
Конспект лекций.
Задачи для решения на занятии №6
«Механические колебания»
1.Охарактеризуйте процессы, графики которых представлены на рисунках 1-3 (по оси OУ –
изменение координаты тела X, по оси ОХ – время t). Для каждого из процессов определите
амплитуду, период, линейную и циклическую частоты, запишите закон изменения смещения
от времени.
Рис.1-3.
𝜋
𝜋
1. Уравнение движения точки имеет вид s(t) = sin( 2 𝑡 + 4 ) м. Найти амплитуду, период и
частоту колебаний. Записать законы изменения скорости и ускорения колеблющегося
тела.
2. Используя данные графика (рис. 4) затухающих механических колебаний груза на
пружине, найдите значения физических величин, характеризующих данный тип колебаний
(по оси OУ – смещение колеблющегося тела s в м, по оси ОХ – время t в секундах):
1
Нумерация для всего курса «Физика, Математика» единая.
2
Рис. 4.
Т, с
ν, Гц
ω, с-1
δ
λ
β , с-1
3. Амплитуда затухающих колебаний уменьшилась за 2 минуты в 4 раза, во сколько раз она
уменьшится за 8 минут?
Домашняя работа №6 «Механические колебания»
I.Решите задачи:
1. Тело массой m движется так, что зависимость пройденного пути от времени описывается
уравнением S=Acosωt, где A и ω – постоянные. Запишите закон изменения силы от времени.
2.
Груз подвешен на пружине, совершает свободные гармонические колебания. На графике
схематически изобразите процесс изменения смещения груза от времени (относительно
положения равновесия):
а) движение началось из положения равновесия
б) груз отвели от положения равновесия вертикально вниз.
3. С помощью программы Excel на одной координатной плоскости постройте два графика
затухающих механических колебаний, осуществляющихся по закону 𝑠(𝑡) = 𝐴0 𝑒 −𝑡 cos 𝑡 в
течение 30 секунд. При этом для обоих колебаний А0=0,5м, = 1 c-1, 1=0,1 с-1, а 2=0, 01с1
.Объясните, как отличаются и от чего зависят скорости затухания амплитуд колебаний,
подсчитайте логарифмические декременты исследуемых колебаний.
II. Самоподготовка: Ответить письменно на контрольные вопросы к следующему занятию.
Занятие №7. Механические волны. Звук.
Практическая работа «Физические основы аудиометрии»
Контрольные вопросы:
1.
Что такое механические волны? Продольные и поперечные волны, их основные
характеристики: длина волны, скорость распространения, интенсивность.
2.
Уравнение и график плоской гармонической волны.
3.
Какова природа звука? Связь физиологических характеристик опущения звука с
физическими характеристиками волны.
4.
Интенсивность и уровень интенсивности звуковой волны, единицы измерения.
5.
Звуковое давление, единицы измерения.
6.
Закон Вебера-Фехнера. Что называют громкостью звука? Уровень громкости:
единицы измерения.
3
7.
Кривая порога слышимости. Постройте в одних осях кривые порога слышимости для
двух человек с разным слухом. Кривые равной громкости.
8.
Аудиограмма. Метод ее построения.
9. Энергия механической волны, поток и плотность потока энергии, интенсивность, единицы
измерения. Вектор Умова.
10.
Эффект Доплера.
Литература:
1. Антонов В.Ф. и др. Физика и биофизика. Практикум, М., ГЭОТАР-Медиа, 2008, стр. 124131.
2. Под редакцией проф. В. Ф. Антонова. Физика и биофизика,
М. ,ГЭОТАР-Медиа, 2008, стр. 37-46.
3. Конспект лекций.
Задачи для решения на практическом занятии №7 «Физические основы аудиометрии»
1. На рисунке представлен график волны в определенный момент времени. Чему равны
длина волны, амплитуда колебаний частиц волны?
2. Источник звука совершает колебания по закону s(t)=sin2000πt. Скорость распространения
звука 340 м/с. Запишите уравнение колебаний для точки, находящейся на расстоянии 102 м
от источника. Потерями энергии пренебречь, волну считать плоской.
3. Два звука одинаковой частоты 1000 Гц отличаются по громкости на 20фон. Во сколько раз
отличаются их интенсивности?
4. С помощью кривых равной громкости определите:
1) Уровни громкости следующих звуковых сигналов: 500Гц, 1000 Гц и 5000 Гц, если они
имеют одинаковый уровень интенсивности 20 дБ.
2) Уровни интенсивности звуковых сигналов на частотах 2000 Гц, 1000 Гц и 200 Гц, если их
уровень громкости составляет 60 фон.
5. Каким частотам соответствую звуковые сигналы с уровнем громкость 50 фон и уровнем
интенсивности 50дБ?
Домашнее задание № 7«Физические основы аудиометрии»
I. Решить задачи:
1. Определите скорость распространения волны, если ее длина 2 м, а период колебаний 10с.
2. Уровень громкости звука равен 140 фон, а тихого разговора на том же расстоянии – 40 фон.
Определить отношение интенсивностей. Считать к=10.
3. Найти длины звуковых волн в воздухе и в воде, если частоты звуковых колебаний
составляют соответственно 20 и 20000Гц. Скорости звука в воздухе и воде соответственно
равны 340м/с и 1500м/с.
3. Два чистых тона с частотами 1000 Гц и 200 Гц имеют одинаковый уровень интенсивности
40 дБ. Сравните уровни громкости этих звуков.
4. На частоте 100 Гц интенсивность звукового сигнала увеличилась от порога слышимости в
1000 раз. Насколько при этом увеличился уровень громкости?
II. Самоподготовка: Ответить письменно на контрольные вопросы к следующему занятию.
4
Занятие №8. Практическая работа «Ультразвук. Ультразвуковой
энцефалограф»
Контрольные вопросы:
1.
Какова физическая природа ультразвука (УЗ). Его основные физические
характеристики: частота, длина волны, скорость распространения.
2.
Прямой и обратный пьезоэффект. Источники и приемники УЗ.
3.
Механическое и тепловое действие УЗ на вещество.
4.
Закон ослабления интенсивности ультразвуковой волны при прохождении через
вещество. График.
5.
Отражение УЗ от границы раздела двух сред с разными плотностями. Физический
смысл коэффициента отражения. Формула для расчета коэффициента отражения через
параметры сред.
6.
В чём состоит идея УЗ эхолокации? Каким образом в эхолокации используются
свойства отражения и ослабления УЗ волны? Как эхолокация используется в медицине?
7.
Что называют пределом разрешения УЗ эхолокатора?
8.
В чём состоит суть эффекта Доплера? Что такое сдвиг частоты, от чего зависит его
величина и в каких случаях он меняет знак? Как используется эффект Доплера в медицине?
Литература:
1.
Антонов В.Ф. и др. Физика и биофизика. Практикум, М., ГЭОТАР-Медиа, 2008, стр.
131-139.
2.
Под редакцией проф. В. Ф. Антонова. Физика и биофизика,
М. ,ГЭОТАР-Медиа, 2008, стр. 46-63.
3.
Конспект лекций.
Задачи для решения на практическом занятии №8
«Ультразвук. Ультразвуковой энцефалограф»
1. Плотность здоровой мышечной ткани составляет 1050кг/м3. Акустическое сопротивление
ткани равно 1,63⋅106кг/м2с. При исследовании ультразвуком отраженный сигнал был принят
через 2⋅10-5с после излучения. На какой глубине в мышечной ткани была обнаружена
неоднородность?
2. Одинаковой ли высоты будет звук в случаях:
1) источник звука движется навстречу неподвижному наблюдателю со скоростью 40м/с; 2)
наблюдатель движется навстречу источнику с той же скоростью? Частота звука равна 1000Гц.
3. При переходе из одной среды в другую длина звуковой волны увеличилась в 2 раза. Как
при этом изменилась частота звуковых колебаний?
Домашнее задание №8 «Ультразвук. Ультразвуковой энцефалограф»
I. Решить задачи:
1. Определите глубину расположения трещины в кости, если при использовании
ультразвукового эхолокатора ультразвуковой сигнал возвратился в датчик через 5⋅10-5 с.
Скорость распространения ультразвука в костной ткани 3,5·103 м/с.
2. Определите коэффициент отражения ультразвуковой волны на границе раздела костной
ткани и крови, если плотность костной ткани- 1750 кг/м3, крови – 1050 кг/м3. Скорости
распространения УЗ в костной ткани – 3500м/с, в крови – 1500м/с. Каков физический смысл
коэффициента отражения?
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
5
Занятие №9. 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.
Антонов В.Ф., Черныш А.М., Козлова Е.К., Коржуев А.В. Физика и биофизика.
ГЭОТАР-Медиа.2007.
2.
Антонов В.Ф., Черныш А.М., Козлова Е.К., Коржуев А.В. Физика и биофизика.
Практикум. ГЭОТАР-Медиа.2008.
3.
Конспект лекций.
Задачи для решения на занятии №9 «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 №9 «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.
6
Занятие №10. Коллоквиум по физике №1
ВОПРОСЫ К КОЛЛОКВИУМУ ПО ФИЗИКЕ № 1 (МПД)
Механические колебания и волны
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. Вынужденные колебания. Зависимость амплитуды вынужденных
колебаний от частоты вынуждающей силы. Резонанс.
4. Гармонический спектр сложных колебаний. Теорема Фурье.
5. Какие процессы называется механическими волнами? Поперечные
и продольные механические волны.
6. Уравнение и график плоской гармонической волны. Соотнесите все
величины, входящие в уравнение с параметрами волны на графике.
7. Скорость распространения и длина волны. Как изменяются частота,
период, скорость распространения и длина ультразвуковой волны при
переходе её из мягкой ткани в костную ткань?
8. Энергия механической волны, поток и плотность потока энергии,
интенсивность, единицы измерения.
9. Звук, его природа. Физические и физиологические характеристики
звука.
10.
Кривые равной громкости. Кривая порога слышимости.
Основы аудиометрии.
11.
Ультразвук, его природа и характеристики. Закон поглощения
УЗ в среде. Коэффициент отражения УЗ от границы раздела двух сред.
12.
Физический принцип УЗ эхолокации.
13.
Эффект Доплера и его применение в медицине.
7
Занятие №11. Электромагнитные волны. Тепловое излучение.
Практическая работа «Физические принципы УВЧ и СВЧ терапии.
Аппарат УВЧ»
Контрольные вопросы
1. Основные положения теории Максвелла.
2. Электромагнитное поле. Электромагнитные волны.
3. Электромагнитные волны, уравнение и график плоской электромагнитной волны.
4. Скорость распространения электромагнитной волны в вакууме, в средах, длина волны.
Интенсивность ЭМ волны.
5. Поляризация диэлектриков в электрическом поле. Виды поляризации в живых тканях.
6. Характерные времена релаксации различных видов поляризации.
7. Дисперсия диэлектрической проницаемости в радиочастотном диапазоне. Области α, β, γ дисперсии.
8. Механизмы теплового действия УВЧ электрического поля на электролиты и диэлектрики,
формулы для расчета теплового эффекта в диэлектрике и электролите.
9. Назначение и основные узлы аппарата УВЧ, блок-схема аппарата.
10.
Назначение терапевтического контура. Как осуществляется связь терапевтического
контура с аппаратом УВЧ?
11.
Для чего при проведении процедуры нагревания с помощью УВЧ терапевтический
контур настраивается в резонанс? Каким образом эту настройку производят?
12. Тепловое излучение тел, его физическая природа. Основные характеристики теплового
излучения: энергетическая светимость, монохроматический коэффициент поглощения.
13.
Абсолютно черное тело. Спектр теплового излучения абсолютно черного тела.
14.
Законы теплового излучения: Кирхгофа, Стефана-Больцмана, Вина. Укажите связь
этих законов со спектром излучения.
15.
Тепловизоры, их применение в медицине.
Литература для подготовки:
1.
Антонов В.Ф., Черныш А.М., Козлова Е.К., Коржуев А.В. Физика и биофизика.
ГЭОТАР-Медиа.2007.
2.
Антонов В.Ф., Черныш А.М., Козлова Е.К., Коржуев А.В. Физика и биофизика.
Практикум. ГЭОТАР-Медиа.2008.
3.
Конспект лекций.
Задачи для решения на занятии №11 «Электромагнитные волны. Тепловое
излучение»
1. Какой положительный и какой отрицательный заряды содержатся в атоме
235
92𝑈?
2. Диполь образован двумя зарядами q1=3,2⋅10-19Кл и q2= -3,2⋅10-19Кл, находящимися на
расстоянии l=10-9 м друг от друга. Найдите напряженность поля, созданного диполем в точке
А, находящейся посередине расстояния между зарядами.
3. Найдите потенциал электростатического поля, созданного протоном на расстоянии
5,3⋅10-11 м от него.
4. Найдите электрический момент системы электрон-ядро атома водорода, рассматривая
систему как диполь, если расстояние между ядром и электроном принять равным r=10-8 см.
5. Согласно представлениям Эйнтховена, сердце подобно электрическому диполю.
Электрический момент сердца-диполя периодически изменяется как по модулю, так и по
направлению. Нарисуйте линии напряженности и эквипотенциальные поверхности для
одной из возможных ориентаций этого диполя.
8
6.
Определите период и частоту генератора радиоволн, работающего на волне 30м.
7. 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 №11 «Электромагнитные волны. Тепловое излучение»
I. Решить задачи:
1. Период электрических гармонических колебаний в колебательном контуре, состоящем из
катушки индуктивности и конденсатора, рассчитывается по формуле Томсона:
𝑇 = 2𝜋√𝐿𝐶, где L- индуктивность катушки (Гн), С- электрическая ёмкость конденсатора
(Ф). Каков диапазон длин волн, на которые настроен терапевтический колебательный контур
аппарата УВЧ, если емкость конденсатора терапевтического контура изменяется от 0,3 до
3пФ, а индуктивность катушки – от 0,4 до 1 мкГн?
2. Определите период и частоту радиопередатчика, работающего на волне длиной 30 м.
3. Фибрилляция желудочков сердца заключается в их хаотическом сокращении. Большой
кратковременный ток, пропущенный через область сердца, возбуждает клетки миокарда, и
может восстановить нормальный ритм сокращения желудочков. Соответствующий аппарат
называется дефибриллятором. Он представляет собой конденсатор, который заряжается до
значительного напряжения и затем разряжается через электроды, приложенные к телу
больного в области сердца. Найти значение силы тока при действии дефибриллятора, если он
заряжен до напряжения 5 кВ, а сопротивление участка тела человека равно 500 Ом.
4. Самостоятельно изучить и законспектировать материал:
Шкала электромагнитных волн. Свойства ЭМ волн в различных диапазонах. Механизмы
излучения ЭМ волн в радио, ИК, видимом, УФ, рентгеновском и гамма- диапазонах.
II. Самоподготовка: Ответить письменно на контрольные вопросы к следующему занятию.
Занятие № 12. Квантовая физика. Излучение энергии атомами,
молекулами. Спектры поглощения и излучения.
Практическая работа «Спектрофотометр и его применение в медикобиологических исследованиях»
Контрольные вопросы
1. Квантовая механика как метод познания микромира. Корпускулярно-волновой дуализм.
2. Энергия фотона, её связь с длиной волны и частотой излучения.
9
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, колебательновращательные и электронно-колебательно-вращательные спектры.
8. Энергетические уровни в атомах. Энергетические уровни молекул: электронные,
колебательные, вращательные.
9. Диапазон электромагнитных излучений атомов и молекул. Вращательные, колебательновращательные и электронно-колебательно-вращательные спектры.
10.
Вывод закона Бугера-Ламберта-Бера. График. Объяснить физический смысл всех
входящих величин.
11.
Что такое коэффициент пропускания образца? Что такое оптическая плотность
образца? Как связаны между собой их значения? Указать размерность величин, входящих в
формулы для коэффициента пропускания и оптической плотности.
12.
Объяснить назначение спектрофотометра и отдельных его блоков.
13.
Использование спектрального анализа для качественного и количественного
исследования вещества.
Литература для подготовки:
1.
Антонов В.Ф., Черныш А.М., Козлова Е.К., Коржуев А.В. Физика и биофизика.
ГЭОТАР-Медиа.2007.
2.
Антонов В.Ф., Черныш А.М., Козлова Е.К., Коржуев А.В. Физика 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»
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. Проекция скорости электрона на некоторое направление может быть определена с
наименьшей погрешностью Δv = 10м/с. Какова неточность соответствующей координаты
электрона?
5. Длительность возбужденного состояния атома водорода соответствует примерно Δt=10-8c.
Чему равна неопределенность ΔE энергетического уровня?
6. При облучении атома водорода электроны перешли с первой стационарной орбиты на
третью, а при возвращении в исходное состояние они переходили сначала с третьей орбиты
на вторую, а затем со второй на первую. Что можно сказать об энергии квантов,
поглощенных и излученных атомом?
7. Коэффициенты пропускания двух растворов составляют 10% и 1% соответственно.
Каковы оптические плотности этих растворов?
8. Оптические плотности растворов составляют 0; 10; ∞. Каковы соответствующие
коэффициенты пропускания?
9. При прохождении света через слой раствора поглощается ¼ первоначальной световой
энергии. Определите коэффициент пропускания и оптическую плотность раствора.
10
Домашнее задание №12 «Квантовая физика. Излучение энергии атомами,
молекулами. Спектры поглощения и излучения»
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. Интенсивность света I0 при последовательном прохождении двух слоев одинаковой
толщины различных веществ с показателями поглощения соответственно α1= 1 м-1 и
α2=4м-1 уменьшилась почти до нуля. Схематически изобразите процесс изменения
интенсивности света вследствие поглощения света на графике I=I(L).
3. 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!).
4. Оптическая плотность раствора D = 0,08. Найдите коэффициент пропускания.
5. 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:
Люминесценция. Виды люминесценции.
Механизмы фотолюминесценции.
Спектры возбуждения и люминесценции. Правило Стокса.
Применение явления люминесценции в медицине.
Принцип Гюйгенса-Френеля.
Интерференция света. Условия максимума и минимума.
Дифракция света. Формула дифракционной решетки.
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.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
.
Литература:
1. Антонов В.Ф., Черныш А.М., Козлова Е.К., Коржуев А.В. Физика и биофизика. ГЭОТАРМедиа.2007.
2. Антонов В.Ф., Черныш А.М., Козлова Е.К., Коржуев А.В. Физика 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
=4,36мкм. Каков результат интерференции, если длина волны равна:
11
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, =0,63мкм (красный цвет);
б) в хирургии для рассечения тканей, =10,6мкм (ИК); и для коагуляции (ИК),
=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 №2 по физике!
На коллоквиуме проводится проверка лекционных тетрадей!
Литература для подготовки:
1. Антонов В.Ф., Черныш А.М., Козлова Е.К., Коржуев А.В. Физика и биофизика. ГЭОТАРМедиа.2007.
2. Антонов В.Ф., Черныш А.М., Козлова Е.К., Коржуев А.В. Физика и биофизика.
Практикум. ГЭОТАР-Медиа.2008.
3. Конспект лекций.
12
Занятие №14. Коллоквиум №2 по физике
ВОПРОСЫ К КОЛЛОКВИУМУ ПО ФИЗИКЕ № 2 (МПД)
Электромагнитные волны. Тепловое излучение.
1. Основные положения теории Максвелла об электромагнитном поле.
2. Электромагнитные волны, уравнение и график плоской электромагнитной волны.
3. Скорость распространения электромагнитной волны в вакууме, в средах, длина
волны.
4. Поток, плотность потока энергии электромагнитной волны, интенсивность;
единицы измерения.
5. Тепловое излучение тел, его физическая природа. Основные характеристики
теплового излучения: энергетическая светимость, монохроматический
коэффициент поглощения.
6. Абсолютно черное тело. Спектр теплового излучения абсолютно черного тела.
7. Законы теплового излучения: Кирхгофа, Стефана-Больцмана, Вина. Укажите связь
этих законов со спектром излучения.
8. Тепловизоры, их применение в медицине.
Основные понятия квантовой механики
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 неопределенностей.
5. Уровни энергии атомов. Атомные спектры.
6. Уровни энергии молекул. Молекулярные спектры.
7. Люминесценция. Виды люминесценции. Механизмы фотолюминесценции.
8. Спектры возбуждения и люминесценции. Правило Стокса.
9. Лазер. Механизм получения излучения. Свойства лазерного излучения.
10.
Собственные физические поля организма человека: низкочастотные
электрическое и магнитное, электромагнитное (тепловое излучение); их источники,
основные характеристики.
11.
Магнитные поля организма, их источники. Измерение индукции магнитного
поля органов, градиометр. Исследование магнитных полей органов:
магнитокардиография и магнитоэнцефалография.
12.
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.
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 гаммадиапазонах.