Летучки и кр по физике
.pdf
191
потоки излучения этих тел, если температура а.ч.т. в 2 раза больше температуры серого тела.
3.Сформулируйте закон Стефана – Больцмана и закон Вина. Для каких тел справедливы эти законы?
4.Сравните частоту света, излучаемого атомом водорода при переходе электрона со 2-го на 1-ый энергетический уровень с частотой света, излучаемого атомом водорода при переходе электрона с 3-го на 1-ый энергетический уровень.
5.Чем отличаются молекулярные спектры излучения от атомных? В чем причины этих отличий?
6. Закон Бугера – Ламберта – Бера. Молярный показатель поглощения. Удельный показатель поглощения.
7. Свет проходит через светофильтр, имеющий оптическую плотность 0,8 и кювету толщиной 1 см с раствором красителя, концентрация которого 10-6 моль·л-1. Показатель поглощения раствора на единицу концентрации для данной длины волны 5·105 л·моль-1·см-1. Найти общий коэффициент пропускания для данной системы.
Вариант 17
1. Спектры атомов. Спектр атома водорода. Спектральные серии.
2. На графике показана зависимость спектральной плотности энергетической светимости абсолютно черного тела от длины волны при нескольких постоянных значениях температуры. Какой из графиков соответствует более низкой температуре?
3. При какой температуре энергитическая светимость серого тела равна Re=500Вт/м2? Коэффициент поглощения α=0,5.
4.Сформулируйте закон Стефана – Больцмана и закон Вина. Для каких тел справедливы эти законы?
5.Закон Бугера – Ламберта – Бера. Молярный показатель поглощения. Удельный показатель поглощения.
6.Интенсивность света, прошедшего через раствор некоторого вещества, уменьшилась в 10 раз. Молярный показатель поглощения на данной длине
волны равен 2310 л·моль-1 см-1, оптический путь кюветы с раствором равен 1 см. Найдите молярную концентрацию растворенного вещества.
192
7. Найти разность энергий 4-го и 2-го электронных уровней в атоме водорода, если при соответствующем переходе электронов излучается свет с длиной волны 468 нм. Какова энергия 4-го уровня, если энергия 2-го уровня
11,15 эВ?
Вариант 18
1.Почему в странах с жарким климатом жители носят ватные стеганные халаты?
2.Какую энергию излучает Солнце за 1 минуту? Излучение Солнца считать близким к излучению абсолютно черного тела. Температуру поверхности Солнца принять равной 5800 К. Радиус Солнца R = 6,96•105 км.
3.Сравните частоту света, излучаемого атомом водорода при переходе электрона со 2-го на 1-ый энергетический уровень с частотой света, излучаемого атомом водорода при переходе электрона с 3-го на 1-ый энергетический уровень..
4.Всегда ли при переходе электрона с более высокого энергетического уровня на более низкий происходит излучение фотона? Ответ поясните.
5.При какой температуре энергитическая светимость черного тела равна
Re=500Вт/м2?
6.Световой поток, проходя через 2 нейтральных светофильтра, ослабляется в
8раз. Оптическая плотность одного из светофильтров 0,2. Чему равна оптическая плотность второго светофильтра?
7.Во сколько раз изменится коэффициент пропускания раствора, если его оптическая плотность увеличится на 0,1?
Тема № 9. Радиоволны и их действие на организм человека Практическое занятие № 15. Радиоволны и их действие на организм человека
Вариант № 1
1.Напишите систему уравнений, характеризующих плоскую электромагнитную волну. Что можно сказать про соотношение фаз электрической и магнитной составляющей? Как расположены плоскости колебаний Е и Н? Нарисуйте чертеж.
2.Определить фазу волны в момент времени 10-4 с на расстоянии 2,5 км от источника волны, идущей в среде с μ = 1, ε = 81. Частота волны 104 Гц.
3.Модуль вектора Умова-Пойнтинга плоской электромагнитной волны в воздухе равен 100 Вт/м2. Чему равна объемная плотность энергии электромагнитного поля?
4.При сухой коже сопротивление между ладонями рук человека может достигать R1 = 105 Ом, а при влажной коже это сопротивление существенно меньше (R2 = 1000 Ом). Оцените ток, который пойдет через тело человека при контакте с электросетью с напряжением 220 В. Какие эффекты вызовет этот ток?
5.Сравнить количество тепла, выделяющегося при УВЧ-терапии (частота 40,68 Мгц) в жировой ткани и почках (см. Табл. 3.4 на стр. 256 учебника
193
Самойлова В.О.). Амплитудные значения напряженности электрического поля равны, тангенс угла диэлектрических потерь считать постоянным.
Вариант № 2
1.От чего зависит скорость распространения электромагнитных волн в средах? Напишите формулы для скорости электромагнитной волны в вакууме и в среде.
2.Определить разность фаз двух волн с одинаковой частотой 107 Гц. Первая волна прошла от источника до точки встречи расстояние 10 м в среде
с ε1 = 26 и μ1 = 1. Вторая волна прошла расстояние 40 м в среде с ε2 = 7,5 и μ
= 1.
3.В каком случае интенсивность волны больше: при потоке энергии, равном 40 мВт и проходящем через площадку площадью 10 см2, или при потоке энергии, равном 40 Вт и проходящем через площадку площадью 1 м2?
4.Сравните токи, протекающие между сухими ладонями рук (R1 = 2.105 Ом) при действии сетевого напряжения, равного 220 В, и между влажными
ладонями рук (R2 = 250 Ом) при действии сетевого напряжения 127 В? В каком случае вероятность электротравмы выше?
5.Сравнить количество тепла, выделяющегося при УВЧ-терапии (частота 40, 68 Мгц) в селезенке (ε = 135) за счет тока проводимости и тока смещения. Удельная электропроводность селезенки равна 0,5 мСм/м. Тангенс угла диэлектрических потерь принять равным 0,7.
Вариант № 3
1.Чем отличается зона сформировавшейся волны (дальняя зона) от зоны несформировавшейся волны (ближней зоны)? При каких видах высокочастотной электротерапии пациент находится в зоне несформировавшейся волны, а при каких – в зоне сформировавшейся волны? Что от этого зависит?
2.Найти ε среды, если скорость электромагнитной волны в ней в 5 раз меньше, чем в вакууме. Среда – диамагнетик (μ ≈ 1).
3.Средняя объемная плотность энергии электромагнитной волны равна 1,8 х 10-8 Дж/м3. Найти амплитудное значение напряженности электрического поля для этой волны. ε = 1.
4.Человек попал в пучок излучения радиолокационной установки, работающей на длине волны 3 см. Амплитуда колебаний напряженности электрического поля в месте нахождения человека равна 400 В/м. Найти максимальное значение плотности тока смещения в теле человека. Диэлектрическую проницаемость тканей принять равной 75.
5.Сравнить тепловую мощность, выделяющуюся в мышцах человека при облучении ЭМВ с длиной волны 12,6 см и 65,2 см. Плотность потока энергии одинакова. Чем объясняется тепловой эффект СВЧ-излучения?
Вариант № 4
194
1.Количественные характеристики переноса энергии волнами. Определения потока энергии и плотности потока энергии (интенсивности волны). Формулы, единицы измерения.
2.Найти μ среды, если скорость электромагнитной волны в ней 7,5.107
м/с, а ε = 8.
3.Амплитуда колебаний напряженности электрического поля ЭМВ уменьшилась в 16 раз. Как изменилась при этом амплитуда колебаний напряженности магнитного поля? Волна распространяется в вакууме.
4.Волна E = 10-2sin 2π.104 t (В/м) идет в среде с удельным сопротивлением ρ = 0,5 Ом/м. Найти максимальную плотность тока проводимости.
5.Мобильный телефон в момент подключения создает плотность потока энергии, равную 18 мВт/см2, а при разговоре 2 мВт/см2. Сравните эти интенсивности с ПДУ. Безопасно ли разговаривать по мобильному телефону в течение 8 часов в день? Каких эффектов можно ожидать?
Вариант № 5
1.Объемная плотность энергии электромагнитного поля и его составляющих. Связь объемной плотности энергии ЭМП и интенсивности волны.
2.Найти напряженность электрического поля в точке на расстоянии 10 м
от источника колебаний в момент времени 5.10-6 с. Частота колебаний 107 Гц. Волна идет в среде с ε = 7 и μ = 1.Emax = 10-2 В/м.
3.Найти μ среды, если скорость электромагнитной волны в ней 7,5.107
м/с, а ε = 8.
4.При одной и той же интенсивности волны площадь облучаемой поверхности уменьшили в 10 раз. Как изменился поток энергии через эту поверхность?
5.В какой ткани выделение тепла при действии ЭМВ с частотой 2375 МГц будет больше – в мышцах (ε = 50) или в белом веществе головного мозга (ε = 34)? Во сколько раз? Почему?
Вариант № 6
1.Вектор Умова-Пойнтинга, его направление. Как зависит вектор УмоваПойнтинга от векторов напряженности электрического и магнитного полей? В каких пределах он изменяется? Чему равна средняя интенсивность волны?
2.Чему равна напряженность электрического поля в точке, удаленной на
300км от источника электромагнитных волн с частотой 1 Мгц, в момент времени 150 с? Амплитудное значение напряженности равно 100 В/м.
3.Найти μ среды, если скорость электромагнитной волны в ней 7,5.107
м/с, а ε = 8.
4.Волна E = 10-2sin 2π.104 В/м идет в среде с удельным сопротивлением ρ = 0,5 Ом/м. Найти максимальную плотность тока проводимости.
5.В каком случае выделение тепла при индуктотермии будет больше и во сколько раз – в мышце с удельной электропроводностью 0,5 мСм/м при
195
частоте 10 Мгц, или в жировой ткани с удельной электропроводностью 10-6 См/м при частоте 15 Мгц?
Вариант № 7
1.Шкала электромагнитных волн. Основные диапазоны ЭМВ
(перечислить в порядке уменьшения длины волны). Радиоволны и их поддиапазоны.
2.Чему равна фаза электромагнитной волны в точке, удаленной на 200 м от источника электромагнитных волн с частотой 0,5 Мгц, в момент времени
15с? Волна распространяется в воде (n = 1,33).
3.Через площадку площадью 10 см2 за 1 секунду переносится
электромагнитной волной энергия, равная 200 Дж, а через площадку площадью 1 м2 за 1 час переносится энергия, равная 7200 Дж. Одинаковы ли интенсивности этих волн?
4.Найти максимальную величину вектора Умова-Пойнтинга, если
максимальные объемные плотности энергии ωэл = 7.10-6 Дж/м3, ωм = 10-8 Дж/м3. Среда имеет ε = 81 и μ = 1. Можно ли находиться в поле такого излучателя в течение 8-часового рабочего дня (частота равна 3,0 ГГц)?
5.Почему диатермия в настоящее время практически не используется как метод высокочастотной электротерапии? Где используется этот метод? Особенности теплового эффекта ЭМВ при диатермии.
Вариант № 8
1.Условия, при которых происходит излучение электромагнитных волн. Диполь Герца. Диаграмма направленности излучения диполя Герца.
2.Напишите уравнения, описывающие плоскую электромагнитную волну, если амплитуда напряженности электрического поля равна 2.103 В/м, частота 106 Гц, и волна идет в среде с ε = 10 и μ = 1.
3.Человек находится в зоне сформировавшейся волны СВЧ-излучателя. При этом на поверхность его тела, площадь которой равна 1,2 м2, падает поток энергии, равный 240 мВт. Будет ли происходить заметное нагревание тканей человека?
4.Найти частоту электромагнитной волны Emax= 2.10-3 В/м, идущей в среде с ε = 6, если максимальная плотность тока смещения равна 102 А/м2.
5.Рассчитать ток, идущий через мышцу с удельной электропроводностью 0,04 мСм/м, длиной 20 см и диаметром 2 см при действии сетевого напряжения? Вызовет ли этот ток сокращение мышцы?
Вариант № 9
1.Понятие о зонах сформировавшейся и несформировавшейся волны. Чем определяется энергетический эффект электромагнитной волны в каждой из этих зон?
2.В какой момент времени напряженность электромагнитной волны
равна нулю на расстоянии 100 м от источника колебаний? Частота колебаний
106 Гц, ε = 81 и μ = 1.
196
3.Интенсивность электромагнитной волны СВЧ-диапазона равна 15 мВт/см2. Какой поток энергии падает на поверхность тела человека, равную 1,3 м2? Сколько энергии будет передано телу человека за 1 час? Какой биологический эффект это вызовет?
4.Максимальная плотность потока энергии электромагнитной волны 10 Вт/м2, Emax = 103 В/м. Волна идет в среде с ε = 2 и μ = 1. Найти Нmax.
5.Одна волна E = 10-1sin 2π.107(t – x/v) В/м идет в среде с ε = 81. Вторая
волна
E = 10-2sin 2π.106(t – x/v) В/м идет в среде с ε = 9. В какой среде максимальная плотность тока смещения больше? Во сколько раз отличаются тепловые эффекты этих волн?
Вариант № 10
1.Понятие тока смещения. Сила тока смещения. Плотность тока смещения.
2.В какой момент времени вектор магнитной индукции
электромагнитной волны максимален на расстоянии 10 м от источника колебаний? Частота колебаний 105 Гц, среда имеет ε = 4,5 и μ = 1.
3.Во сколько раз изменилась скорость электромагнитной волны при переходе ее из среды с ε1 = 7 и μ = 1 в среду с ε2 = 27 и μ = 1?
4.Амплитуда колебаний напряженности электрического поля электромагнитной волны, распространяющейся в воде, равна 100 В/м. Найти амплитуду колебаний напряженности магнитного поля и среднее значение вектора Умова-Пойнтинга.
5.В какой ткани выделение тепла при действии ЭМВ с частотой 2375 МГц будет больше – в печени (ε = 42) или в жировой ткани (ε = 4)? Во сколько раз? Почему?
Вариант № 11
1.Основные биологические эффекты радиоволн. Для каких диапазонов радиоволн преимущественно характерны те или иные биологические эффекты?
2.Волна имеет частоту 104 Гц. Скорость распространения волны 1,5 .108 м/с. Найти фазу волны на расстоянии 300 км от источника в момент времени t = 3 мc.
3.Объемная плотность энергии электромагнитной волны равна 1,8 х 10-8 Дж/м3. Найти значение напряженности электрического поля для этой волны. ε = 1.
4.Во сколько раз отличаются максимальные плотности токов проводимости и токов смещения в среде с ρ = 1 Ом.м и ε = 2,1 при частоте электромагнитной волны 106 Гц. Какой из токов будет определять тепловой эффект?
5.Можно ли находиться в поле источника СВЧ-излучения задачи 3 в течение 8-часового рабочего дня? Почему?
197
Вариант № 12
1.Биофизический механизм электротравмы. Условия возникновения электротравмы. Частотный диапазон, в котором возможно возникновение электротравмы.
2.Найти μ среды, если скорость электромагнитной волны в ней 7,5.107
м/с, а ε = 8.
3.В момент разговора сотовый телефон дает излучение с интенсивностью, равной 2 мВт/см2. Какой поток излучения падает при этом на участок головы площадью 10 см2?
4.Найти максимальную величину вектора Умова-Пойнтинга, если
максимальные объемные плотности энергии ωэл = 7.10-6 Дж/м3, ωм = 10-8 Дж/м3. Среда имеет ε = 81 и μ = 1.
5.В каком случае выделение тепла при индуктотермии будет больше и во
сколько раз – в печени с удельной электропроводностью 0,5 мСм/м при частоте 10 Мгц, или в жировой ткани с удельной электропроводностью 10-6 См/м при частоте 13,56 Мгц?
Вариант № 13
1.Тепловой эффект электромагнитных волн. Виды высокочастотной электротерапии, их особенности.
2.Во сколько раз отличаются значения вектора напряженности электрического поля двух электромагнитных волн в момент времени t = 10-8 c? Частота одной волны равна 105 Гц, волна прошла 1 м в среде с ε = 81 и μ =
1.Период второй волны равен 10-6 с, волна прошла 2 м в среде с ε = 9 и μ = 1
. Амплитудные значения напряженности ЭП равны.
3.Амплитуда колебаний напряженности магнитного поля электромагнитной волны, распространяющейся в среде с ε = 16 и μ = 1, равна
2А/м. Найти амплитуду колебаний напряженности электрического поля.
4.Волна E = 10-2sin 2π.104t (В/м) идет в среде с удельным сопротивлением ρ = 0,5 Ом/м. Найти максимальную плотность тока проводимости.
5.Человек дотронулся одной рукой до батареи отопления, а другой – до
неисправного электроприбора, на корпус которого подано сетевое напряжение 220 В. Сопротивление участка тела человека равно 104 Ом. Какие эффекты вызовет этот ток?
Вариант № 14
1.Особенности биологического действия СВЧ- и КВЧ-излучений. Предельно допустимый уровень СВЧ-излучения. Специфические (нетепловые) эффекты СВЧ-излучения.
2.Волна имеет частоту 104 гц. Скорость распространения волны 106 м/с.
Найти фазу волны на расстоянии 200 м от источника в момент времени t = 10-3 c.
198
3.В момент соединения сотовый телефон обеспечивает излучение с интенсивностью, равной 18 мВт/см2. Рассчитайте амплитудное значение напряженности магнитного поля для этого излучения.
4.Сравнить количество тепла, выделяющегося при УВЧ-терапии (частота 40, 68 Мгц) в легких человека (ε = 60) за счет тока проводимости и тока смещения. Удельная электропроводность легочной ткани равна 0,02 мСм/м. Тангенс угла диэлектрических потерь принять равным 0,7.
5.Может ли пациент получить смертельную электротравму при получении УВЧ-процедур? При диатермии? При облучении СВЧ-излучением дециметрового диапазона? Почему?
Вариант № 15
1.Понятие вынужденного (индуцированного) излучения. Лазеры, их устройство.
2.Определить фазу волны в момент времени 10-4 с на расстоянии 2,5 км от источника волны, идущей в среде с μ = 1, ε = 81. Частота волны 104 Гц.
3.Печь СВЧ создает на расстоянии 30 см излучение с плотностью потока энергии 8 мкВт/см2. Какой поток энергии падает на поверхность тела человека, площадь которой равна 1,2 м2?
4.Найти максимальную объемную плотность энергии электрического
поля электромагнитной волны, скорость которой в среде 5.107 м/с, μ=1. Еmax= 103 В/м.
|
2 |
. 6 |
x |
|
5. |
Волна E = 10 cos 2π 10 (t- |
|
) В/м идет в среде с μ=1, ε = 5. Найти |
|
1,15 108 |
||||
максимальную плотность тока смещения.
Вариант № 16
1.Особенности лазерного излучения. Применение лазеров в медицине.
2.Напишите уравнение плоской электромагнитной волны, если ее
амплитуда равна
103В/м, частота 104 Гц, и волна идет в среде с ε = 16 и μ = 1.
3.Интенсивность электромагнитных волн от телебашни на расстоянии
500м составляет 6,4 мкВт/см2. Рассчитать амплитудное значение напряженности электрического поля в этой точке. ν = 106 Гц, t = 10 с.
4.Найти объемную плотность энергии магнитного поля
электромагнитной волны, скорость которой в среде равна 5.107 м/с, а ε = 27.
Hmax = 10-2 А/м.
5. В какой ткани выделение тепла при действии ЭМВ с частотой 1800 МГц будет больше - в печени (ε = 42) или в жировой ткани (ε = 4)? Во сколько раз? Почему? Интенсивность волны постоянна.
Раздел6. Основы термодинамики живых организмов.
199
Тема 10. Основы термодинамики живых организмов. Практическое заниятие № 16. Первое начало термодинамики
1.Вариант 1
1.Всегда ли подведение теплоты к системе приводит к увеличению ее внутренней энергии?
2.В цилиндре с кислородом поршень массой 10 кг поднялся на 2 м, при этом температура газа уменьшилась на 10°К. Какое количество тепла получил или отдал кислород в этом процессе? Количество газа 2 моля.
3.Человек в течение 2-х часов совершает работу со средней мощностью
100Вт (тяжелая физическая нагрузка). КПД мышечной работы 20 %. Будет ли достаточной для покрытия энерготрат добавка к пайку 150 г углеводов и
120г жиров? При полном окислении 1 г углеводов выделяет 17,6 кДж, 1 г жиров - 40 кДж.
4.В межклеточной жидкости концентрация ионов калия равна 0,1 моль·л-
1, а внутри клетки 0,45 моль·л-1. Какая мощность необходима для
обеспечения активного транспорта этих ионов при потоке 6 ммоль ч-1? 5. В организме человека распадается и одновременно синтезируется
около 100 г белка за 1 час. Принимая среднюю молекулярную массу белка 40 кД и среднее изменение химического потенциала при синтезе белка 4 106Дж∙моль-1, найти, сколько молей АТФ в сутки потребуется для обеспечения синтеза белка?
6.Подошва утепленного ботинка состоит из кожи толщиной 4 мм
(К = 0,07 Дж∙м-1∙с-1∙К-1). Наружная температура (–10°С), температура кожи стопы 30°С. Найти плотность потока тепла через подошву и градиент температуры.
Вариант 2
1.По показаниям какого прибора (термометра или барометра) можно судить о внутренней энергии всего воздуха, находящегося в этой комнате?
2.Температура 10 г гелия, находящегося в замкнутом объеме, уменьшилась от 500°К до 300°К. Сколько теплоты отдал или получил газ?
3.Человек за сутки получил 80 г белка, 140 г жиров и 220 г углеводов. Энерготраты за это же время составили 8,6·106 Дж. Какую физическую работу совершил человек? Если он работал 6 часов, какова была его средняя мощность?
4.При работе калий-натриевого насоса через мембрану клетки на каждые
2иона К+ переносится 3 иона Na+; при этом затрачивается энергия макроэргической связи одной молекулы АТФ. Концентрация калия внутри
клетки 0,3 моль л-1, снаружи 0,1 моль л-1; для натрия соответственно 0,06 моль л-1 и 0,48 моль л-1. Найти КПД калий-натриевого насоса. Энергию макроэргической связи считать 30 кДж моль-1. При подсчете учитывать только работу, совершаемую против градиентов концентрации.
5. Рассчитать работу по перемещению 6·1015 ионов натрия против разности потенциалов 100 мВ.
200
6. Сколько тепла потеряет человек за 10 часов при таких условиях: площадь поверхности тела 1,3 м2, средняя толщина одежды 5 мм, средний коэффициент теплопроводности одежды 0,05 Дж∙м∙c-1∙К-1. Температура кожи под одеждой 36˚С, температура окружающей среды 18˚С. Потерями тепла с открытых частей тела пренебрегаем.
2.Вариант 3
1.Что называется электрохимическим потенциалом?
2.При изотермическом процессе азот массой 280 г увеличил объем в 2 раза. Найти количество тепла. Температура процесса 27°С.
3.При измерении основного обмена взрослого мужчины, массой 80 кг, получено значение 10300 кДж в сутки. Можно ли считать величину основного обмена нормальной? Если нет, то, на сколько процентов она отличается от нормальной?
4.В межклеточной жидкости концентрация ионов калия равна 0,1 моль·л-
1, а внутри клетки 0,45 моль·л-1. Поток ионов калия равен 2·10-3 ммоль·c-1. Сколько молей АТФ необходимо для работы системы активного транспорта
в течение 1 часа?
5. За 1 минуту в организме синтезируется 0,2 г белков. Сколько граммов АТФ в сутки затрачивается для обеспечения синтеза? Средняя молекулярная масса белка равна 40 кД и среднее изменение химического потенциала при синтезе белка составляет 4 106Дж·моль-1. Молекулярная масса АТФ 506 Д.
6. Найти теплоотдачу за 10 часов с открытых частей тела (лицо, руки), считая, что все тепло уносится инфракрасным излучением. Площадь открытых участков 600 см2, температура кожи на них 28°С, температура окружающей среды
18°С.
3.
4.Вариант 4
1.Можно ли говорить о количестве теплоты, запасенном системой?
2.В вертикальном цилиндре под тяжелым поршнем находится кислород с массой
2кг. Найти количество теплоты, сообщенное газу для повышения его температуры на 5°С и работу, совершаемую им при расширении.
3.Человек работал 10 часов и получил за это время 35 г белка, 60 г жиров и 100 г углеводов. Энерготраты за это время составили 4·106 Дж. Какую физическую работу совершил человек? Какова была его мощность? При окислении 1 г углеводов выделяется 17,6 кДж, 1 г жиров 40 кДж, белков 17 кДж.
4.В мыщце массой 0,5 кг работает система активного транспорта,
поддерживая концентрации ионов калия в интерстициальной жидкости и внутри волокна 5 ммоль·л-1 и 250 ммоль·л-1 соответственно. Поток ионов калия составляет 12 мкмоль·кг-1·с-1. Рассчитать затраты АТФ на работу активного транспорта в течение суток. Молекулярная масса АТФ 506 Д.