Летучки и кр по физике

61

свет, частично поляризованный свет?

7.Перечислите основные способы получения поляризованного света. Рассмотрите поляризацию света при отражении и преломлении на границе раздела двух диэлектриков. Сформулируйте закон Брюстера. Какой луч при этом поляризован полностью, а какой частично?

8.В чем заключается явление двойного лучепреломления? Чем отличается необыкновенный (экстраординарный) луч от обыкновенного (ординарного)? В каких кристаллах наблюдается это явление? Что называют оптической осью анизотропного кристалла? Главной плоскостью кристалла? Нарисуйте ход обыкновенного и необыкновенного лучей при нормальном падении света на поверхность анизотропного кристалла.

9.Какие физические явления используются для получения поляризованного света в призме Николя? Начертите ход лучей в призме Николя. За счет чего в ней происходит полное отражение ординарного луча? Рассмотрите соотношение коэффициентов преломления исландского шпата для ординарного и экстраординарного лучей и коэффициента преломления канадского бальзама.

10.Что такое дихроизм? Приведите примеры дихроичных кристаллов? Что такое поляроид? Для чего его можно использовать? В чем принципиальное отличие поляроидов от призмы Николя?

11.Что называют поляризатором? Почему после прохождения поляризатора интенсивность света уменьшается наполовину? Что такое анализатор? Сформулируйте закон Малюса. При каком угле поворота главной плоскости анализатора относительно главной плоскости поляризатора анализатор пропускает весь падающий на него свет? Вообще не пропускает света?

12.В чем состоит явление вращения плоскости колебаний поляризованного света оптически активными веществами? Приведите примеры оптически активных веществ. Что такое оптические изомеры? Напишите формулу для вычисления угла поворота плоскости поляризации растворами оптически активных веществ. Дайте определение постоянной вращения и укажите ее размерность. Что такое удельное вращение? От чего оно зависит?

13.Где применяется метод поляриметрии (сахариметрии)?

Тема № 7. Дифракция электромагнитных волн. Физические основы световой микроскопии Практическое занятие № 13. Дифракция электромагнитных волн.

Физические основы световой микроскопии

1.Дайте определение дифракции электромагнитных волн. При каких условиях можно наблюдать дифракцию? Что собой представляет дифракционная картина? Сформулируйте принцип Гюйгенса-Френеля и объясните дифракцию на основании этого принципа.

2.Что такое дифракционная решетка? Как ее изготавливают? Рассмотрите интерференционную картину, возникающую за дифракционной решеткой, как результат интерференции вторичных волн, образующихся на каждой щели, и лучей, выходящих из разных щелей под одинаковыми углами.

62

Напишите условие образования главных интерференционных максимумов – основную формулу дифракционной решетки – и назовите все входящие в нее величины. Почему при падении на решетку белого света все главные максимумы (кроме центрального) разлагаются в спектр? Для чего можно использовать дифракционную решетку?

3.Назовите основные элементы биологического светового микроскопа. Нарисуйте схему его светопреломляющей системы, показав ход лучей в микроскопе. Какое изображение дает объектив? Окуляр? Почему? Напишите общую формулу увеличения микроскопа. Что такое оптическая длина тубуса? Что такое расстояние наилучшего зрения?

4.Дайте определение разрешающей способности и предела разрешения (минимального разрешаемого расстояния) микроскопа. Какова связь между этими величинами? Какое свойство света накладывает ограничения на разрешающую способность микроскопа? В чем суть теории Э.Аббе? Выведите на основании теории Аббе формулу для минимального разрешаемого расстояния и назовите все входящие в нее величины. Что такое угловая апертура? Что такое числовая апертура? Перечислите основные способы достижения наименьшего значения минимального разрешаемого расстояния (максимальной разрешающей способности) при световой микроскопии. Что такое иммерсия?

5.Что понимают под полезным увеличением микроскопа? Запишите формулу полезного увеличения. Каков интервал значений полезного увеличения микроскопа?

6.Как измерить размер микрообъекта с помощью микроскопа?

Тема 8. Испускание и поглощение энергии атомами и молекулами Практическое занятие № 14. Испускание и поглощение энергии атомами и молекулами

1.Дайте определение явления теплового излучения. Запишите формулы для вычисления следующих величин: поток излучения Φ, энергетическая

светимость R, спектральная плотность энергетической светимости rλ, коэффициент поглощения α, монохроматический коэффициент поглощения

αλ. Поясните все величины, входящие в эти формулы. Укажите размерности этих величин.

2.Какие тела принято называть абсолютно черными и серыми? Сформулируйте закон Кирхгофа. Вспомните основные следствия из этого закона.

3.Сформулируйте определение понятия «спектр излучения тела». Нарисуйте спектр излучения абсолютно черного тела при разных температурах. Запишите формулу Планка.

4.Сформулируйте закон Вина. Запишите численное значение постоянной Вина с указанием ее размерности.

5.Сформулируйте закон Стефана–Больцмана. Запишите численное значение постоянной Стефана–Больцмана с указанием ее размерности. Определите энергетическую светимость серого тела.

63

6.Нарисуйте систему энергетических уровней атома водорода. Как возникают оптические атомные спектры испускания и поглощения? Напишите формулу для определения длины волны (или частоты) света, испускаемого или поглощаемого атомом. Укажите, какой характер носят атомные спектры. От чего зависит интенсивность спектральных линий, какова ее связь с вероятностью переходов?

7.Укажите характер молекулярных спектров. Перечислите виды движений, которые имеют место в молекулах. Напишите формулу полной энергии молекулы.

8.Дайте определение явления люминесценции. Перечислите с краткими пояснениями известные вам виды люминесценции. Дайте определение фотолюминесценции. Объясните различие между флуоресценцией и фосфоресценцией. Сформулируйте и объясните правило Стокса. Подумайте, когда может возникнуть антистоксово излучение.

9.Приведите примеры применения фотолюминесценции в биологии и медицине.

10.Опишите принцип устройства и действия лазеров, особенности излучения

лазеров, применение лазеров в медицине.

Тема 9. Радиоволны и их действие на организм человека Практическое занятие № 15 Радиоволны и их действие на организм человека

1.Вспомните определение электромагнитных волн. Напишите уравнения, описывающие электромагнитную волну.

2.Дайте определение потока энергии и интенсивности волны. Что такое объемная плотность энергии? Напишите формулу, связывающую интенсивность волны, объемную плотность энергии и скорость распространения волны. На основании этой формулы выведите формулу, связывающую интенсивность волны с векторами Е и Н.

3.Сформулируйте условие излучения электромагнитных волн. Какие излучатели вам известны? Что такое диаграмма направленности излучения?

4.Охарактеризуйте зоны сформировавшейся и несформировавшейся волны.

5.Какие диапазоны частот электромагнитных волн вам известны? Перечислите эти диапазоны. Какие электромагнитные излучения относятся к неионизирующим, а какие – к ионизирующим? Почему?

6.Какие основные эффекты могут оказывать неионизирующие электромагнитные излучения на организм человека? В каких диапазонах частот (длин волн) преобладают те или иные эффекты?

7.Назовите наиболее характерную реакцию биологических систем на низкочастотные электромагнитные поля. Опишите биологические механизмы возникновения электротравмы.

8.Назовите наиболее характерную реакцию биологических систем на высокочастотные электромагнитные поля. Перечислите основные методы высокочастотной электротерапии и укажите их отличительные свойства.

64

Запишите формулы теплового эффекта для каждого из методов высокочастотной электротерапии.

9.Каковы особенности теплового эффекта излучений СВЧ- и КВЧдиапазонов? Какова глубина проникновения этих видов излучений?

10.Опишите нетепловые эффекты электромагнитных полей. Назовите основные гигиенические нормы и перечислите принципы защиты от электромагнитных полей.

Раздел6. Основы термодинамики живых организмов Тема 10. Основы термодинамики живых организмов

Практическое занятие № 16. Первое начало термодинамики

1.Сформулируйте понятие термодинамической системы. Какие виды термодинамических систем Вы знаете? Что такое «внутренняя энергия»? Чем она отличается от полной энергии тела? Что такое свободная и связанная энергия? Что такое удельная свободная энергия? Всегда ли изменение свободной энергии системы равно совершенной ею работе? Дайте определение обратимых и необратимых процессов. Какой процесс называют диссипацией свободной энергии?

2.Назовите два принципиально разных способа обмена энергией между термодинамической системой и окружающей средой. Запишите уравнение, принятое в классической термодинамике для отображения первого начала термодинамики. По какому правилу определяются знаки для работы и количества тепла? Сформулируйте первое начало термодинамики в применении к различным изопроцессам.

3.Запишите выражение первого начала термодинамики применительно к биологическим системам. Чем отличаются превращения энергии в организме от процессов в тепловых машинах? Какая форма энергии выполняет роль промежуточного звена между энергией топлива и работой в двигателях? А между энергией пищи и работой в организме? Какая доля энергии пищи (в среднем) используется в организме для совершения работы? Куда девается остальная энергия?

4.Какие вещества называются макроэргами? Каковы их основные свойства? Какую функцию макроэрги выполняют в организме? Напишите схему реакции, при которой происходит выделение энергии макроэргами. В чём состоит роль АТФ-азы? Сколько, примерно, энергии выделяется на 1 моль АТФ? Какие существуют два способа синтеза АТФ? Чем они отличаются? Какой способ, в большинстве случаев, является основным? Назовите основные формы совершения работы в организме. Напишите формулы для расчёта работы в этих случаях. Что такое электрохимический потенциал?

5.Сформулируйте понятие энерготраты организма. Каким термином обозначают минимальное значение энерготрат человека и животного? Почему именно эта величина служит основным параметром энергетического обмена у данного человека? Какие методы используются в медицине для определения основного обмена? В чем сущность каждого из них? Охарактеризуйте процедуру измерения величины основного обмена. Чему

65

равна эта величина у взрослого здорового человека? Как зависит основной обмен от пола и возраста?

6.Почему количество тепла, выделяемого при использовании энергии пищи, должно быть равно количеству тепла, отдаваемому организмом в окружающую среду? Каким образом тепло, образующееся в мышцах и внутренних органах, переносится к поверхности тела? Каким способом переносится тепло через одежду? Напишите соответствующую формулу. Какие есть способы отдачи тепла с открытых частей тела и поверхности одежды в окружающую среду? Напишите соответствующие формулы. Подумайте, при каких условиях различные способы теплоотдачи приобретают главенствующее значение.

7.В чём смысл термина гомеостаз? Как осуществляется температурный гомеостаз? Какой механизм теплорегуляции, в основном, работает в обычных условиях и какой в экстремальных условиях?

8.Какие два способа физиологической калориметрии Вы знаете? В чём их основное содержание?

Практическое занятие № 17. Второе начало термодинамики

1.Сформулируйте понятие «свободная энергия». Всегда ли изменение свободной энергии системы равно совершенной ею работе? Дайте определение обратимых и необратимых процессов. Сформулируйте понятие «связанная энергия». Дайте определение энтропии как меры связанной энергии.

2.Напишите формулы для вычисления изменения энтропии через количество тепла, переданное в процессе (в дифференциальной и интегральной формах).

3.Напишите формулу Больцмана, отображающую связь энтропии с термодинамической вероятностью. Сформулируйте физический смысл термодинамической вероятности. Как изменяется энтропия при увеличении (уменьшении) термодинамической вероятности? Проанализируйте с этой точки зрения связь энтропии с упорядоченностью структуры физического тела.

4.Сформулируйте второе начало термодинамики для изолированных систем. Какие процессы могут идти в системе самопроизвольно? Приведите примеры таких процессов. Приведите конкретные примеры, подтверждающие или опровергающие утверждение о том, что любая система всегда стремится перейти в менее упорядоченное состояние.

5.Сформулируйте принципиальную разницу между изолированными и открытыми системами. Назовите два способа изменения энтропии и свободной энергии, которые необходимо рассматривать при анализе термодинамических процессов в открытых системах. Запишите формулы для вычисления полного изменения энтропии и свободной энергии в открытой системе. Дайте определения продукции и потока энтропии. Сформулируйте второе начало термодинамики для открытых систем. Проанализируйте его применение к живым организмам.

66

6. Дайте определение понятия «стационарное состояние». Проанализируйте, чем принципиально отличаются состояние термодинамического равновесия и стационарное состояние. Сформулируйте теорему Пригожина. Какое заключение можно сделать на основании теоремы Пригожина о скорости диссипации свободной энергии в стационарном состоянии, и является ли стационарное состояние выгодным для организма? Дайте определение гомеостаза и охарактеризуйте это состояние с позиций биологической термодинамики.

Тема 11. Транспорт веществ через биологические мембраны

Практическое занятие № 18 Транспорт веществ через биологические мембраны

1.Назовите основные виды биологических мембран. Перечислите их основные функции.

2.Из каких веществ состоят биологические мембраны? Что служит структурной основой клеточной мембраны? Какова роль амфифильности фосфолипидов в формировании бимолекулярного слоя? Как влияет на свойства биомембран изменение соотношения фосфолипидов и холестерина? Как расположены в мембране белки, и как они взаимодействуют с липидами? Перечислите функции мембранных белков.

3.Охарактеризуйте физические и физико-химические свойства клеточных мембран. В каком агрегатном состоянии находится мембрана и почему? Несет ли мембрана поверхностный заряд? Каковы механические свойства биомембран? Какова вязкость биомембран, от чего она зависит и на что влияет?

4.Подвижны ли компоненты биомембран? Что такое латеральная миграция (латеральная диффузия) компонентов мембраны? Какую роль она играет в переносе липофильных веществ через биомембраны?

5.Опишите, в чем заключается асимметрия биомембраны? Что понимают под векторными свойствами биомембраны?

6.Опишите, чем различаются межклеточная и внутриклеточная среды. Дайте определение градиента физической величины и назовите основные градиенты, существующие на клеточной мембране.

7.Назовите основные различия между пассивным и активным транспортом веществ через биомембраны?

8.Перечислите основные типы пассивного транспорта. Чем определяется направление переноса при пассивном транспорте?

9.Дайте определение диффузии. Что такое простая (свободная) диффузия? Какое уравнение описывает простую диффузию веществ через биологическую мембрану, и какие величины входят в это уравнение? Дайте определение понятий потока вещества и скорости массопереноса вещества через мембрану. Какие параметры определяют скорость массопереноса при диффузии? Что такое коэффициент диффузии, и от чего он зависит (формула Стокса-Эйнштейна)? Назовите вещества, которые переносятся через

67

мембраны путем простой диффузии.

10.Рассмотрите строение и основные свойства мембранных каналов. Какова роль каналов в пассивном транспорте гидрофильных веществ? Каким образом поступают в клетку и выносятся из нее ионы металлов? Чем определяются направление и скорость транспорта ионов? Рассмотрите уравнение Нернста-Планка. Какие величины входят в него?

11.Что такое проницаемость мембраны, от чего она зависит для разных типов транспорта и разных типов переносимых веществ?

12.Охарактеризуйте роль переносчиков в пассивном транспорте гидрофильных веществ через биомембраны. Что называется облегченной диффузией? Опишите ее отличительные свойства. Рассмотрите уравнение, описывающее облегченную диффузию. Какие величины входят в него? Проанализируйте графическую зависимость массопереноса при облегченной диффузии от концентрации переносимого вещества. Подумайте, чем обусловлено явление насыщения при пассивном транспорте.

13.Дайте определение активного транспорта. Перечислите компоненты и основные свойства систем активного транспорта. Рассмотрите работу системы активного транспорта на примере калий-натриевого насоса. Обратите внимание на количественные соотношения переносимых ионов и затрачиваемой при этом энергии АТФ.

Раздел 7. Биологическая электродинамика Тема 12. Биологическая электродинамика

Практическое занятие № 19. Механизмы биоэлектрогенеза

1.Рассмотрите процессы, протекающие в концентрационном элементе Нернста, и проанализируйте уравнение Нернста. Что такое равновесный потенциал иона?

2.Назовите необходимые и достаточные условия поддержания разности потенциалов на биомембране. Проанализируйте уравнение Гольдмана.

3.Нарисуйте схему клетки, покажите концентрации основных потенциалобразующих ионов в клетке и в межклеточной среде, проанализируйте уравнение Гольдмана и объясните, вследствие чего в покое каждая живая клетка имеет на плазматической мембране трансмембранную разность потенциалов (потенциал покоя), и почему потенциал покоя близок к калиевому равновесному потенциалу. Назовите величины потенциала покоя для клеток разного типа, а также порядок этой величины. Рассчитайте напряженность электрического поля на плазмалемме. Какова роль калийнатриевого насоса плазматической мембраны в образовании потенциала покоя?

4.Опишите процессы, происходящие на плазмалемме, во время деполяризации и реполяризации мембраны. Нарисуйте график зависимости трансмембранной разности потенциалов от времени в процессе развития потенциала действия. Покажите уровни потенциала покоя, потенциала инверсии, амплитуду потенциала действия.

5.Опишите молекулярный механизм функционирования ионных каналов. В

68

чем состоит принципиальное различие между потенциалзависимыми и потенциалнезависимыми ионными каналами, каковы отличительные признаки возбудимых и невозбудимых мембран?

2.7.Как количественно оценить возбудимость? Что такое критический мембранный потенциал? Как найти уровень критического мембранного потенциала по вольт-амперной характеристике плазматической мембраны.

2.8.Опишите реакцию невозбудимых мембран на раздражители. В чем суть градуальности этой реакции?

2.9.Дайте определение рефрактерности. Нарисуйте график, отображающий изменение возбудимости при возбуждении, и отметьте на нем рефрактерные фазы. Свяжите продолжительность каждой из рефрактерных фаз с состоянием ионных каналов в возбудимой мембране, а также с ее функциональным состоянием.

2.10.Какие методики исследования мембранных потенциалов Вам известны?

Практическое занятие № 20. Распространение возбуждения по возбудимым мембранам. Биофизические основы электрокардиографии.

1. Что понимают под декрементом электрического потенциала в живых тканях, и чем он обусловлен? Запишите уравнение, отображающее декремент электрического потенциала во времени. Запишите уравнение, отображающее декремент электрического потенциала в пространстве (вдоль координаты х). Нарисуйте графики этих зависимостей. Дайте определения постоянной

времени и постоянной длины и покажите их на графиках.

2.Объясните смысл понятия «бездекрементное распространение возбуждения». Рассмотрите механизм бездекрементного распространения возбуждения по возбудимым мембранам. Из каких двух процессов он складывается? Какие физические свойства мембраны влияют на скорость проведения нервного импульса, и какие возможны пути повышения этой скорости?

3.Нарисуйте схему мякотного (миелинового) нервного волокна. Опишите различия непрерывного и сальтаторного проведения нервных импульсов. Перечислите преимущества сальтаторного проведения нервных импульсов. Назовите максимальную скорость проведения нервных импульсов.

4.Дайте определение синапса, выразив как структурные, так и функциональные его особенности. Назовите два основных типа синаптической передачи. Что лимитирует электрическую передачу возбуждения через синапс? Нарисуйте схему синапса с химической передачей. Какими особенностями обладает субсинаптическая мембрана? Опишите последовательность процессов, происходящих в химическом синапсе. В чем состоят различия между возбуждающими и тормозными синапсами?

5.Чем отличаются биопотенциалы целого нерва, мышцы и любого органа, включающего возбудимые ткани, от потенциалов действия отдельных клеточных элементов?

69

6. В чем состоят различия функций типичных и атипичных миокардиальных волокон, и каковы особенности динамики их мембранных потенциалов? Зарисуйте эти мембранные потенциалы. Назовите основное свойство атипичных кардиомиоцитов.

7.Дайте четкое определение электрокардиограммы. Нарисуйте схему распространения возбуждения по миокарду, обозначив на ней основные элементы проводящей системы сердца. Укажите значения скоростей распространения возбуждения по различным элементам проводящей системы сердца, раскрывая биофизический механизм изменения скорости распространения возбуждения и функциональное значение.

8.Дайте определение интегрального электрического вектора сердца (ИЭВС).

9.Как связана ЭКГ в различных отведениях и ИЭВС? Что собой представляет система стандартных отведений? Опишите происхождение основных зубцов ЭКГ, связав их с определенными отделами сердца, а также назовите значения амплитуд некоторых зубцов и ряда временных интервалов. О чем судят по интервалам ЭКГ?

10.Нарисуйте треугольник Эйнтховена с указанием конечностей, на которые приходятся углы этого треугольника. Каковы правила построения средней электрической оси сердца. О чем свидетельствуют нарушения положения средней электрической оси сердца?

Раздел 8. Радиационная биофизика Тема 4. Радиационная биофизика

Практическое занятие № 21. Радиоактивность. Ядерные реакции

1.Из каких частиц состоит ядро? Перечислите их свойства, назовите черты сходства и отличия. Перечислите основные свойства ядерных сил. Какие силы, кроме ядерных, действуют в атомном ядре? При каких условиях ядра оказываются устойчивыми?

2.Дайте определение энергии связи. Что понимают под «дефектом массы», и почему он возникает? Как рассчитать энергию связи по дефекту массы? Какова зависимость энергии связи, приходящейся на один нуклон, от массового числа? Нарисуйте график, отображающий эту зависимость. Какие выводы о путях получения ядерной энергии можно сделать из этого графика? Какой из двух путей приводит к большему выделению энергии?

3.Дайте определение радиоактивности. В чем разница между естественной и искусственной радиоактивностью? Перечислите основные типы радиоактивного распада. Напишите уравнения этих процессов. Сформулируйте правила смещения для различных типов радиоактивного распада. Назовите виды излучений, возникающих при радиоактивном распаде. Нарисуйте энергетические спектры α- и β-частиц. Объясните причину различий между ними. Охарактеризуйте свойства нейтрино.

4.Какова физическая природа γ-излучения? Укажите диапазон частот (длин волн) γ-излучения.

5.Что называют активностью радиоактивного вещества? В каких единицах измеряется эта физическая величина? Как активность зависит от количества

70

атомов в данной массе радиоактивного вещества? Что такое удельная активность радиоактивного источника?

6.Сформулируйте закон радиоактивного распада. Запишите уравнение, отображающее этот закон.

7.Дайте определение постоянной распада. Что такое период полураспада? Выразите период полураспада через постоянную распада. Как определить период полураспада по графику зависимости числа ядер радиоактивного изотопа от времени?

8.Какие реакции называются ядерными? Какие существуют способы записи ядерных реакций? Приведите примеры различных ядерных реакций. Что такое эффективное сечение ядерной реакции? От чего оно зависит и в каких единицах измеряется? Напишите формулу, позволяющую рассчитать число произошедших ядерных реакций при облучении вещества потоком элементарных частиц. Как, пользуясь этой формулой, рассчитать наведенную активность?

9.Опишите сущность абсолютного и относительного методов определения активности. Какие приборы используют для определения активности?

Практическое занятие № 22. Свойства ионизирующих излучений

1.Какие излучения называют ионизирующими? Назовите основные характеристики ионизирующих излучений. Назовите единицы их измерения. На какие классы можно разделить ионизирующие излучения? По каким принципам?

2.Назовите величины, которые используются для количественной характеристики взаимодействия ионизирующего излучения с веществом. Дайте определение линейной плотности ионизации. Одинакова ли линейная плотность ионизации у различных видов ионизирующего излучения?

3.Опишите взаимодействие с веществом альфа- и бета-частиц. Какие вещества вы выберете для защиты от альфа- и бета-частиц? Почему?

4.Какова природа рентгеновского излучения и гамма-излучения? Какие диапазоны длин волн соответствуют рентгеновскому и гамма-излучению?

5.Назовите виды рентгеновского излучения и их источники.

6.Рассмотрите принципиальное устройство и принцип работы рентгеновской трубки.

7.Нарисуйте спектр тормозного рентгеновского излучения. Выведите формулу для вычисления граничной длины волны сплошного спектра рентгеновского излучения и подумайте, от каких параметров режима работы рентгеновской трубки зависит (и каким образом) граничная (минимальная) длина волны излучения трубки? Меняется ли спектральный состав рентгеновского излучения при изменении силы тока накала рентгеновской трубки?

8.Каким образом зависит спектр излучения рентгеновской трубки от металла, из которого сделан анод? Подумайте, зависит ли характеристический спектр рентгеновского излучения атома от его химического состояния, т.е. от того, свободен атом или входит в состав