Примерный рабочий план курса Медицинская физика (физика для медицинских специальностей)

Примерный рабочий план курса Медицинская физика (физика для медицинских специальностей)

для студентов 1 курса Института фундаментальной медицины и биологии.

N	Раздел Дисциплины/ Модуля	Семестр	Неделя семестра	Виды и часы аудиторной работы, их трудоемкость (в часах)	Текущие формы контроля
Лекции	Практические занятия	Лабораторные работы
1.	1.Введение. Механика:определения (кинематика, динамика, статика. Самостоятельно, биомеханика-общее определение. Кинематика. Траектория, системы отсчета, уравнение движения). Кинематические характеристики движения. Перемещение, скорость (мгновенная, средняя), пройденный путь. Ускорение, ускорение при криволинейном движении, тангенциальное и нормальное ускорения. Кинематика вращательного движения. Вращение по окружности с постоянной скоростью. Поступательное и вращательное движение твердого тела. Угловая скорость, угловое ускорение.					Лабораторная работа № 121. Измерение кинематических характеристик прямолинейного движения; Лабораторная работа № 122. Измерение кинематических характеристик вращательного движения вокруг закрепленной оси.	Устный опрос на практикуме
2.	Динамика. Динамика материальной точки. Законы Ньютона. Закон сохранения импульса. Система единиц измерений физических величин в механике. Динамика системы материальных точек. Второй закон Ньютона для движения системы материальных точек					Лабораторная работа № 133. Проверка второго закона Ньютона для прямолинейного движения; Лабораторная работа № 134. Изучение двумерного движения центра масс; Лабораторная работа № 141. Экспериментальная проверка закона сохранения импульса при движении на плоскости.	Устный опрос на практикуме
3.	Виды взаимодействия (сил.) Гравитационные силы. Масса инертная и гравитационная. Невесомость и перегрузка (самостоятельно, влияние на живые организмы).Упругие силы. Закон Гука. Диаграмма растяжения (самостоятельно- аналогии с живыми организмами). Силы трения. Инерционные и неинерционные системы отсчета. Принцип относительности Галилея. Неинерциальные системы отсчеты. Центробежная сила инерции, сила. Кориолиса					Лабораторная работа № 131. Силы на наклонной плоскости; Лабораторная работа № 132. Измерение коэффициента трения покоя.	Устный опрос на практикуме
4.	Работа и энергия. Потенциальная поле, работа, потенциальная энергия. Кинетическая энергия. Закон сохранения энергии (самостоятельно- работа мышц) Вращательное движение твердого тела. Момент сил. Основное уравнение динамики вращательного движения. Уравнение движения углового момента. Самостоятельно: влияние физических нагрузок на органы человека.					Лабораторная работа № 142. Законы сохранения момента импульса и энергии (столкновение при вращении); Лабораторная работа № 151. Измерение моментов инерции тел правильной формы; Лабораторная работа № 152. Проверка теоремы Штайнера; Лабораторная работа № 153.Изучение прецессии гироскопа; Лабораторная работа № 154. Проверка уравнения динамики вращательного движения;	Устный опрос на практикуме
5.	Механика жидкостей и газов. Давление, сжимаемость жидкости и газа. Закон Паскаля(Самостоятельно). Закон Архимеда(Самостоятельно).Движение жидкости и газа. Теория неразрывности струи. Уравнение Бернулли (без вывода). Следствия. Движение вязкой жидкости. Вязкость. Принцип подобия, число Рейнольдса. Самостоятельно: вопросы гемодинамики (движение крови в кровеносных сосудах).					Лабораторная работа Ф14. Профиль потока; Лабораторная работа Ф15. Механика потока; Лабораторная работа №222. Сборка шарикового вискозиметра для определения вязкости жидкости; Лабораторная работа №223. Исследование зависимости вязкости жидкости от температуры и концентрации на шариковом вискозиметре	Устный опрос на практикуме
6.	Колебания и волны.. Колебательное движение. Гармонические колебания на примере пружинного маятника. Уравнение движения. Параметры колебаний (частота, период и т.д.) Векторная модель колебательного движения. Математический маятник. Уравнение движения маятника. Затухающие колебания. Механический резонанс. Уравнение плоской волны. Дифракция, интерференция волн. Общее определение (самостоятельно). Стоячие волны. Эффект Доплера. Допплероскопия. Звук. инфразвук, ультразвук. Далее все в режиме самостоятельной работы: характеристики звука: высота, громкость, диапазон слышимости, порог слышимости, тон, тембр, обертон, и т.д. слуховой аппарат человека. Использование ультразвука в медицине					Лабораторная работа № 161. Измерение ускорения свободного падения с помощью математического маятника; Лабораторная работа № 162. Измерение ускорения свободного падения с помощью оборотного маятника; Лабораторная работа № 171. Пружинный маятник; Лабораторная работа № 172. Изучение свободных и вынужденных колебаний торсионного маятника; Лабораторная работа № 173. Изучение явления резонанса торсионного маятника; Лабораторная работа № 181. Исследование волн на поверхности воды; Лабораторная работа № 182. Измерение частоты камертона методом биений; Лабораторная работа № 183. Изучение эффекта Доплера ультразвуковых волн; Лабораторная работа № 193. Исследование зависимости частоты колебаний струны от её длины и натяжения; Лабораторная работа Ф1. Ультразвуковая эхография (А-скан); Лабораторная работа Ф2. Скорость звука в твердых телах; Лабораторная работа Ф3. Затухание ультразвука в твердых телах; Лабораторная работа Ф6. Частотная зависимость разрешающей способности; Лабораторная работа Ф8. Ультразвуковой Б-скан (B-scan (Brightness)); Лабораторная работа Ф9. Ультразвуковая компьютерная томография; Лабораторная работа Ф13. Ультразвуковой эффект Допплера; Лабораторная работа М1. Ультразвуковой ТМ(time-motion)-скан; Лабораторная работа М2. Ультразвуковое исследование модели молочной железы; Лабораторная работа М3. Доплеровская сонография; Лабораторная работа М2. Ультразвуковое исследование модели глаза.	Устный опрос на практикуме
	Дополнительные занятия						Коллоквиум с последующим разбором ошибок
7.	Элементы молекулярной физики и термодинамики Определения: области молекулярной физики. Системы. Макроскопические параметры системы. Агрегатные состояния и фазы вещества. Способы описания систем в молекулярной физике. Основные положения молекулярно - кинетической теории (МКТ). Идеальный газ как модель построения МКТ. Изо - процессы. Уравнение состояния идеального газа Клапейрона – Менделеева. Термодинамическое состояние и температура. Принцип детального равновесия. Степени свободы. Закон равнораспределения энергии молекул по степеням свободы. Основное уравнение МКТ. Распределение молекул по скоростям Максвелла. Барометрическая формула (с выводом). Распределение Больцмана. Самостоятельно: высотная(горная) болезнь, кессонная болезнь.					Лабораторная работа №2131. Зависимость объёма газа от температуры при постоянном давлении (закон Гей-Люссака); Лабораторная работа №2132. Зависимость давления газа от объема при постоянной температуре (закон Бойля-Мариотта); Лабораторная работа №2133. Зависимость давления газа от температуры при постоянном объеме (закон Шарля); Лабораторная работа №214. Определение показателя адиабаты cp/cv разных газов с использованием прибора по изучению упругого резонанса газов; Лабораторная работа №215. Измерение коэффициента Пуассона и изохорической теплоемкости воздуха.	Устный опрос на практикуме
8.	Длина свободного пробега молекул. Явления переноса (диффузия, теплопроводность, вязкость). Броуновское движение (самостоятельно). Термодинамическое описание. 1- начало термодинамики (внутренняя энергия системы, работа по расширению газа, теплота, теплоемкость идеального газа.) Адиабатический процесс. Работа, совершаемая в изо – процессах. Принципы построения тепловых машин. Цикл Карно. КПД цикла Карно. Обратимые и необратимые процессы. Неравенство Клаузиуса. Энтропия. Закон возрастания (неубывания) энтропии(-2начало термодинамики). Статистическое толкование энтропии. 3 – начало термодинамики. Теорема Нернста. Самостоятельно: начала термодинамики и живые системы.					Лабораторная работа №211. Исследование броуновского движения; Лабораторная работа №212. Определение кинематических характеристик молекул газа; Лабораторная работа №2411. Превращение механической энергии в теплоту; Лабораторная работа №2412. Превращение электрической энергии в тепловую энергию; Лабораторная работа №243 исследование режимов работы теплового насоса; Лабораторная работа №251. Определение удельной теплоемкости твердых тел.	Устный опрос на практикуме
9.	Уравнение состояния реального газа. Уравнение Ван – дер - Ваальса. Изотермы Ван-дер-Ваальса. Критическое состояние. Переход газ - жидкость. Самостоятельно: криожидкости, криобиология и криомедицина. Общие представления о структуре и свойствах жидкостей. Поверхностное натяжение. Явления на границе поверхности твердого тела и жидкости (смачивание и не смачивание). Капиллярные явления. Осмос. Осмотическое давление. Самостоятельно: роль осмоса в живых системах. Кристаллическое состояние. Представления о структуре кристаллов. Физические типы кристаллов. Фазовые переходы 1 и 2 рода. Фазовая диаграмма: уравнение Клапейрона - Клаузиуса. Тройная точка. Тепловое расширение Теплопроводность.					Лабораторная работа №217. Исследование эффекта Джоуля-Томсона для различных газов; Лабораторная работа №218. Водоструйный вакуумный насос. Лабораторная работа №2311. Определение скрытой теплоты испарения воды; Лабораторная работа 2312. Определение удельной теплоты плавления льда; Лабораторная работа №232. Наблюдение фазового перехода жидкость-газ в критической точке; Лабораторная работа №235. Понижение точки замерзания воды; Лабораторная работа №236. Исследование зависимости давления насыщенного пара воды от температуры; Лабораторная работа №251. Измерение поверхностного натяжения методом отрыва; Лабораторная работа №252. Определение коэффициента объемного расширения жидкостей; Лабораторная работа №253. Измерение зависимости линейного расширения твердых тел от температуры	Устный опрос на практикуме
	Дополнительные занятия						Коллоквиум с последующим разбором ошибок
.	Итоговая форма контроля						Зачет
	Итого

Вопросы к Зачету.

Кинематика

1. 1. Обработка и представление результатов измерений (Виды погрешностей, оценка случайных величин.На основе материалов физпрактикума).

2. Введение. Определения (кинематика, динамика, статика, траектория, системы отсчета, уравнение движения).

3. Кинематические характеристики движения. Перемещение, скорость (мгновенная, средняя), пройденный путь.

4. Ускорение, ускорение при криволинейном движении, тангенциальное и нормальное ускорения.

5. Кинематика вращательного движения. Вращение по окружности с постоянной скоростью.

6. Поступательное и вращательное движение твердого тела. Угловая скорость, угловое ускорение.

Динамика

7. Динамика материальной точки. Первый закон Ньютона.

8. Второй закон Ньютона. Закон сохранения импульса

9. Третий закон Ньютона.

10. Система единиц измерений физических величин в механике.

11. Динамика системы материальных точек.

12. Второй закон Ньютона для движения системы материальных точек.

13. Виды взаимодействия (сил.) Гравитационные силы. Масса инертная и гравитационная.

14. Невесомость и перегрузка.

15. Упругие силы. Закон Гука.

16. Диаграмма растяжения.

17. Силы трения. Сухое: трение покоя, трение скольжения. Вязкое (внутренне) трение.

18. Инерционные и неинерционные системы отсчета. Принцип относительности Галилея.

19. Примеры сил инерции.Центробежная сила инерции.

20. Сила Кориолиса.

21. Работа и энергия. Определения.

22. Потенциальная поле, работа, потенциальная энергия.

23. Кинетическая энергия. Закон сохранения энергии.

24. Вращательное движение твердого тела. Момент сил.

25. Основное уравнение динамики вращательного движения.

26. Уравнение движения углового момента.

27. Гироскоп. Движение гироскопа.

Механика жидкостей и газов

28. Давление, сжимаемость жидкости и газа.

29. Закон Паскаля

30. Закон Архимеда

31. Движение жидкости и газа. Теория неразрывности струи.

32. Уравнение Бернулли (без вывода). Следствия.

33. Движение вязкой жидкости. Вязкость. Принцип подобия, число Рейнольдса.Связь с движением крови в кровеносных сосудах.(Самостоятельно).

Колебания и волны

34. Колебательное движение. Гармонические колебания на примере пружинного маятника. Уравнение движения. Параметры колебаний(частота, период и т.д.)

35. Векторная модель колебательного движения.

36. Математический маятник. Уравнение движения маятника

37. Затухающие колебания.

38. Механический резонанс.

39. Уравнение плоской волны.

40. Дифракция, интерференция волн. Общее определение (самостоятельно)

41. Стоячие волны.

42. Эффект Доплера. Допплероскопия.

43. Звук. Характеристики звука (высота, громкость, диапазон слышимости, порог слышимости, тон, тембр, обертон, и т.д.)

44. УЗИ в медицине(Самостоятельно)

Элементы молекулярной физики и термодинамики

45. Определения: области молекулярной физики. Системы. Макроскопические параметры системы. Агрегатные состояния и фазы вещества. Способы описания систем в молекулярной физике.

46. Основные положения молекулярно - кинетической теории (МКТ). Идеальный газ как модель построения МКТ.

47. Изо - процессы. Уравнение состояния идеального газа Клапейрона – Менделеева.

48. Термодинамическое состояние и температура. Принцип детального равновесия. Степени свободы. Закон равнораспределения энергии молекул по степеням свободы.

49. Основное уравнение МКТ.

50. Распределение молекул по скоростям Максвелла.

51. Барометрическая формула (с выводом). Распределение Больцмана.

52. Длина свободного пробега молекул. Явления переноса (диффузия, теплопроводность, вязкость). Броуновское движение

53. Термодинамическое описание. 1 начало термодинамики (внутренняя энергия системы, работа по расширению газа, теплота, теплоемкость идеального газа.)

54. Адиабатический процесс. Работа, совершаемая в изо – процессах.

55. Принципы построения тепловых машин. Цикл Карно. КПД цикла Карно.

56. Обратимые и необратимые процессы. Неравенство Клаузиуса. Энтропия. Закон возрастания (неубывания) энтропии - 2 начало термодинамики.

57. Статистическое толкование энтропии. 3 – начало термодинамики. Теорема Нернста.

58. Уравнение состояния реального газа. Уравнение Ван – дер - Ваальса.

59. Изотермы Ван-дер-Ваальса. Критическое состояние. Переход газ - жидкость.

60. Общие представления о структуре и свойствах жидкостей.

61. Поверхностное натяжение. Явления на границе поверхности твердого тела и жидкости (смачивание и несмачивание).

62. Капиллярные явления.

63. Осмос. Осмотическое давление. Роль в живых системах.

64. Признаки кристаллического состояния. Представления о структуре кристаллов. Физические типы кристаллов.

65. Фазовые переходы 1 и 2 рода. Их особенности (характеристики).

66. Фазовая диаграмма: уравнение Клапейрона - Клаузиуса. Тройная точка.

67. Тепловое расширение

68. Теплопроводность

7.1. Основная литература:

1. Савельев И.В. Курс общей физики т.1,2 М., Наука, 1989.

2. Иродов И.Е. Основные законы физики т.1-5 М., Наука, 2000.

3. Пособие: Я ВВ и Айдар.

4. Медицинская энциклопедия

Дата добавления: 2015-11-04