Материал: kompendium_po_fizike

6

биопотенциалы

 174 

2. 

Амплитудная

характеристика

усилителя

. 

Амплитудные

искажения

и

их

предупреждение

 174 

3. 

Частотная

характеристика

усилителя

. 

Частотные

искажения

и

их

предупреждение

 176 

4. 

Многокаскадное

усиление

, 

типы

связей

между

каскадами

 177 

5. 

Обратная

связь

в

электронных

усилителях

 177 

6. 

Дифференциальный

усилитель

. 

Повторитель

 179 

Оптическая

микроскопия

. 

Рефрактометрия

. 

Эндоскопия

 181

1. 

Геометрическая

оптика

. 

Законы

геометрической

оптики

 181 

2. 

Ход

лучей

в

трехгранной

призме

. 

Рефрактометрия

и

рефрактометры

 181 

3. 

Явление

полного

внутреннего

отражения

света

. 

Волоконная

оптика

и

ее

применение

в

медицине

 183 

4. 

Линзы

. 

Аберрация

линз

 184 

5. 

Оптическая

микроскопия

. 

Ход

лучей

в

микроскопе

 185 

6. 

Увеличение

и

предел

разрешения

оптических

микроскопов

. 

Формула

Аббе

186 

Электромагнитные

волны

, 

их

свойства

 188

1. 

Общие

свойства

электромагнитных

волн

 188 

2. 

Интерференция

световых

волн

 189 

3. 

Дифракция

. 

Принцип

Гюйгенса

-

Френеля

 190 

4. 

Интерференционные

и

дифракционные

приборы

 192 

5. 

Естественный

и

поляризованный

свет

 194 

6. 

Поляризация

света

. 

Закон

Малюса

 194 

7. 

Виды

поляризации

. 

Методы

получения

поляризованного

света

 195 

Поглощение

и

рассеяние

света

. 

Люминесценция

 197

1. 

Структура

энергетических

уровней

атомов

и

молекул

 197 

2. 

Поглощение

света

. 

Закон

Бугера

-

Ламберта

-

Бера

. 

Колориметрия

 199 

3. 

Эмиссионный

и

абсорбционный

спектральный

анализ

, 

его

медицинское

применение

 200 

Тепловое

излучение

тел

. 

Тепловидение

и

термография

в

медицине

. 

Элементы

квантовой

механики

 202

1. 

Тепловое

излучение

тел

и

его

характеристики

 202 

2. 

Законы

теплового

излучения

и

их

квантовая

интерпретация

 203 

3. 

Термография

и

тепловидение

 204 

4. 

Теория

Бора

. 

Спектр

атома

водорода

 205 

5. 

Гипотеза

де

Бройля

. 

Опыты

по

дифракции

электронов

 206 

6. 

Электронная

микроскопия

. 

Предельное

увеличение

электронного

микроскопа

 207 

7. 

Волновая

функция

и

ее

физический

смысл

. 

Уравнение

Шредингера

и

его

применение

к

атому

водорода

. 

Квантовые

числа

 208 

8. 

Принцип

работы

лазерных

источников

света

. 

Характеристики

лазерного

излучения

. 

Действие

лазерного

излучения

на

биологические

ткани

, 

фотодинамическая

терапия

 209 

Электронный

парамагнитный

, 

ядерный

магнитный

резонансы

их

применение

в

биологии

и

медицине

 213

1. 

Магнитное

поле

и

его

основные

характеристики

 213 

2. 

Закон

Ампера

. 

Действие

магнитного

поля

на

движущийся

электрический

заряд

. 

Сила

Лоренца

 214 

3. 

Магнитные

моменты

электрона

 – 

орбитальный

и

спиновой

. 

Орбитальное

магнитомеханическое

отношение

для

электрона

 215 

4. 

Магнитные

свойства

вещества

, 

намагниченность

. 

Парамагнетики

, 

диамагнетики

и

ферромагнетики

 218 

7

5. 

Магнитные

свойства

биологических

тканей

. 

Воздействие

магнитного

поля

на

биологические

объекты

 221 

6. 

Электронный

парамагнитный

резонанс

 (

ЭПР

) 222 

Тормозное

и

характеристическое

рентгеновское

излучение

. 

его

свойства

и

использование

в

медицине

 231

1. 

Рентгеновское

излучение

: 

характеристическое

и

тормозное

. 

Закон

Мозли

 231 

2. 

Основные

свойства

и

характеристики

рентгеновского

излучения

 232 

3. 

Устройство

простейших

рентгеновских

аппаратов

 232 

4. 

Закон

ослабления

потока

рентгеновского

излучения

 233 

5. 

Физические

основы

применения

рентгеновского

излучения

в

медицине

 233 

6. 

Методы

защиты

от

рентгеновского

излучения

 237 

7. 

Основы

рентгеновской

компьютерной

томографии

 237 

Явление

радиоактивного

распада

. 

Ипользование

радионуклидов

в

медицине

 240

1. 

Радиоактивность

. 

Виды

радиоактивного

распада

 240 

2. 

Спектры



-, 



- 

и



-

излучений

 241 

3. 

Методы

получения

радионуклидов

. 

Использование

радионуклидов

в

медицине

 241 

4. 

Методы

регистрации

ионизирующих

излучений

. 

Дозиметрические

и

радиометрические

приборы

 242 

Основы

дозиметрии

ионизирующих

излучений

 245

1. 

Взаимодействие

ионизирующих

излучений

 (

ИИ

) 

с

веществом

(

когерентное

рассеяние

, 

некогерентное

рассеяние

, 

фотоэффект

, 

аннигиляция

) 245 

2. 

Количественные

характеристики

взаимодействия

ИИ

с

веществом

(

удельная

ионизация

, 

удельные

ионизационные

потери

, 

полный

пробег

частиц

) 246 

3. 

Особенности

взаимодействия

с

веществом



-, 



- 

и



-

излучений

и

нейтронов

. 

Физические

принципы

защиты

от

ИИ

 246 

4. 

Основные

биологические

эффекты

при

действии

ИИ

 247 

5. 

Поглощенная

, 

экспозиционная

и

эквивалентная

дозы

. 

Мощность

дозы

. 

Связь

мощности

дозы

с

активностью

источника

ИИ

 248 

6. 

Естественный

радиационный

фон

. 

Техногенный

фон

 252 

8

МЕХАНИЧЕСКИЕ

КОЛЕБАНИЯ

И

ВОЛНЫ

Механические

колебания

: 

гармонические

, 

затухающие

Под

колебанием

подразумевают

периодическое

изменение

состояния

тела

или

системы

: 

это

обозначает

, 

что

тело

или

система

через

один

и

тот

же

промежуток

времени

  (

период

) 

возвращается

в

начальное

состояние

. 

Под

механическим

колебанием

понимают

такое

движение

тела

, 

при

котором

тело

проходит

через

одно

и

то

же

положение

в

пространстве

через

некоторый

промежуток

времени

. 

Отклонение

тела

от

некоторого

положения

  (

чаще

всего

положения

равновесия

) 

называют

смещением

. 

Для

того

чтобы

возникли

механические

колебания

, 

необходимо

выполнение

двух

условий

: 

1.

Наличие

упругой

  (

квазиупругой

) 

силы

 – 

т

.

е

. 

силы

, 

направленной

против

смещения

тела

, 

и

пропорциональной

смещению

. 

2.

Колеблющееся

тело

должно

обладать

массой

. 

Гармоническими

называются

такие

механические

колебания

, 

при

которых

смещение

тела

изменяется

по

гармоническому

(

синусоидальному

или

косинусоидальному

) 

закону

с

течением

времени

. 

Уравнение

таких

колебаний

имеет

вид

: 

)

cos(

)

(

0

0









t

A

t

x

, 

где

)

(

t

x

 – 

смещение

тела

в

момент

времени

t

, 

A

 – 

амплитуда

смещения

  (

максимальное

смещение

тела

от

положения

равновесия

), 

0

0

/

2









 – 

собственная

круговая

частота

колебаний

(

число

колебаний

за



2

секунд

), 

0



 – 

начальная

фаза

колебания

  (

характеристика

отклонения

тела

от

положения

равновесия

в

начальный

момент

времени

). 

График

таких

колебаний

представлен

на

рисунке

 1. 

Следует

отметить

, 

что

круговая

частота

собственных

колебаний

определяется

по

формуле

: 

m

k

/

0





, 

где

k

 – 

коэффициент

упругости

, 

m

 – 

масса

тела

. 

Рисунок

 1. 

График

гармонического

колебания

9

Затухающими

называются

такие

колебания

, 

которые

характеризуются

наличием

трения

. 

Затухающие

колебания

обозначаются

уравнением

: 

)

cos(

)

(

.

0















t

Ae

t

x

t

, 

где

)

2

/(

m

r





 – 

показатель

затухания

  (

r

 – 

коэффициент

трения

, 

m

 – 

масса

тела

), 

2

2

0











 – 

частота

затухающих

колебаний

. 

График

таких

колебаний

представлен

на

рисунке

 2 (

для

случая

2

2

0







). 

Как

видно

из

этого

рисунка

, 

с

течением

времени

амплитуда

затухающих

колебаний

экспоненциально

уменьшается

. 

В

случае

2

2

0







будет

наблюдаться

т

.

н

. 

апериодическое

движение

 – 

колебания

вообще

не

будут

возникать

. 

Для

описания

процесса

затухания

колебаний

удобно

использовать

величину

под

названием

логарифмический

декремент

затухания

, 

который

вычисляется

по

формуле

: 

T







, 

где





/

2



T

 – 

период

затухающих

колебаний

. 

2. 

Энергия

гармонических

колебаний

Пусть

тело

совершает

гармонические

колебания

по

закону

: 

)

sin(

)

(

0

0









t

A

t

x

. 

Найдём

скорость

тела

, 

используя

физический

смысл

производной

: 

)

(

)

(

t

v

dt

t

dx



. 





)

cos(

)

sin(

)

(

)

(

0

0

0

0

0





















t

A

dt

t

A

d

dt

t

dx

t

v

. 

Тогда

кинетическая

энергия

колеблющегося

тела

будет

равна

: 

2

)

(

cos

2

0

0

2

2

0

2

2

2













t

A

m

mv

E

k

. 

Потенциальная

энергия

такого

тела

будет

определяться

по

формуле

: 

2

)

(

sin

2

0

0

2

2

2

2











t

A

k

kx

E

п

. 

Рисунок

 2. 

График

затухающего

колебания

10

Как

видно

из

последних

двух

формул

, 

кинетическая

и

потенциальная

энергии

тела

будут

изменяться

с

течением

времени

в

противофазе

: 

увеличение

одной

будет

вызывать

уменьшение

другой

. 

Найдем

полную

энергию

тела

: 





)

(

2

1

)

(

cos

)

(

sin

)

(

cos

)

(

sin

2

2

)

(

cos

2

)

(

sin

,

2

)

(

cos

2

)

(

sin

2

2

2

2

2

0

0

0

2

0

0

2

0

0

2

0

0

2

2

2

2

0

0

0

2

2

2

2

0

0

0

2

2

2

2

0

2

2

0

2

2

2

2

0

0

0

2

2

0

2

2

0

0

2

2

2

2

2

t

E

const

A

m

t

t

t

t

A

m

t

A

m

t

A

m

m

k

m

k

t

A

m

t

A

k

mv

kx

E

E

E

к

п















































































































Таким

образом

, 

полная

энергия

гармонически

колеблющегося

тела

остаётся

постоянной

во

времени

величиной

, 

т

.

е

. 

сохраняется

. 

При

гармонических

колебаниях

происходит

лишь

переход

одного

вида

энергии

в

другой

. 

3. 

Вынужденные

колебания

. 

Резонанс

. 

Автоколебания

Вынужденными

колебаниями

называются

колебания

, 

происходящие

под

действием

внешней

периодической

силы

. 

Если

на

тело

воздействует

внешняя

периодическая

сила

, 

изменяющаяся

с

течением

времени

по

закону

)

sin(

)

(

t

F

t

F

m





, 

то

через

некоторое

время

  (

называемое

временем

переходного

процесса

) 

тело

будет

совершать

вынужденные

колебания

с

частотой

внешней

силы

по

закону

:  

)

sin(

)

(









t

A

t

x

вын

, 

где

вын

A

 – 

амплитуда

вынужденных

колебаний

, 



 – 

их

фаза

. 

Амплитуда

и

фаза

вынужденных

колебаний

определяются

по

формулам

: 





2

2

2

2

2

0

4















m

F

A

m

вын

, 

2

2

0

2













.