Таблица 1 - Преподавателям

Материалы для студентов 4 курса по дисциплине «Физика биологических систем»
2015-16 у.г.
Структура занятий:
Лекций 12 ч
Практических занятий 18 ч
Самостоятельная работа 36 ч
Промежуточная аттестация: зачет.
Требования к зачету:
1. Посещение лекций и практических занятий.
2. Выполнение заданий к практическим занятиям. Обычный формат занятия –
подготовка презентации по источникам (книги на сайте, у преподавателя) по
предложенным вопросам к занятию, защита работы на занятии.
3. Подготовка реферата из предложенного списка. Можно предложить свою тему.
Планирование занятий
Лекция 1. Физика биологических систем. Что такое жизнь с точки зрения физики.
Лекция 2. Элементы биомеханики. Механическое движение в живой природе.
Лекция 3. Температура
как
биологический
и
экологический
фактор.
Теплопроводность. Диффузия. Диффузия как важнейшее явление жизнеобеспечения
организмов. Моделирование вязко-упругих свойств тканей.
Лекция 4. Теплообмен. Количество теплоты. Теплообмен как основа приспособления
организмов к условиям окружающей среды. Начала термодинамики и их применимость к
биологическим системам. Теплоемкость веществ как фактор теплообмена. Обратимые и
необратимые процессы. Энтропия. Влажность воздуха как экологический фактор.
Лекция 5. Неравновесные
процессы.
Открытые
нелинейные
системы.
Самоорганизация. Организм как открытая система. Примеры самоорганизации в природе.
Электрический диполь. ЭКГ сердца. Электропроводность биологических тканей.
Лекция 6. Электрические и магнитные явления в живых организмах. Влияние
магнитного поля Земли на биологические системы. Понятие о магнитобиологии.
Биофизика оптического излучения. Исследование биологических тканей в
поляризованном свете. Фотобиологические процессы. Фотосинтез. Фотолиз.
Фотолюминиценция. Хемилюминисценция
Практические занятия
Практическое занятие 1. Механика живых организмов. Биомеханика. Физика движения
живых организмов. Природа – гениальный механик.
Строение организмов с точки зрения механики. Воздействие различных сил на организмы
(сила тяжести, силы сопротивления, собственный вес, сила выталкивания). Скелет.
Конструкции растений. Деформации и прочность тканей животных, растений, насекомых.
Механика движения. Плавание и полет. Эффективность движения различных организмов.
Задание:
1) Перечислить явления, определяющие механику движения живых организмов (в т.ч.
человека). Дать характеристику явлений (качественную, количественную).
2) Раскрыть механизм функционирования органов движентя различных организмов.
3) Показать учет и применения явлений на практике (в медицине, в
жизнедеятельности)
4) Продемонстрировать возможность использования материала в обучении
школьников физике и смежным дисциплинам.
Практическое занятие 2. Колебания и волны. Физика слуха. Аудиометрия.
Характеристики слухового ощущения. Ультразвук и его применения в медицине.
Инфразвук. Вибрации.
Задание:
1) Перечислить явления, определяющие механизм слухового восприятия и голосового
аппарата живых организмов (в т.ч. человека). Дать характеристику явлениям
(качественную, количественную).
2) Раскрыть механизм функционирования органов слухового восприятия и голосового
аппарата различных организмов.
3) Показать учет и применения звуковых явлений на практике (в медицине, в
жизнедеятельности)
4) Продемонстрировать возможность использования материала в обучении
школьников физике и смежным дисциплинам.
Практическое занятие 3. Организмы и тепловые явления. Температура как
биологический и экологический фактор. Теплопроводность. Диффузия. Диффузия как
важнейшее явление жизнеобеспечения организмов.
1) Перечислить явления, определяющие механизмы теплообмена живых организмов
(в т.ч. человека). Дать характеристику явлениям (качественную, количественную).
2) Раскрыть механизм функционирования органов теплообмена с окружающей средой
различных организмов.
3) Показать учет и применения явлений на практике (в медицине, в
жизнедеятельности)
4) Продемонстрировать возможность использования материала в обучении
школьников физике и смежным дисциплинам.
Практическое занятие 4. Физика вещественного обмена организмов. Фазовые
превращения. Агрегатные состояния вещества в биологических системах. Капиллярные
явления в живой природе. Растворы. Осмос в живой природе. Начала термодинамики и
их применимость к биологическим системам. Теплоемкость веществ как фактор
теплообмена. Обратимые и необратимые процессы. Энтропия. Влажность воздуха как
экологический фактор.
1) Перечислить явления, определяющие механизмы вещественного обмена процессов
живых организмов (в т.ч. человека). Дать характеристику явлениям (качественную,
количественную).
2) Раскрыть механизм функционирования органов, ответственных за вещественный
обмен различных организмов.
3) Показать учет и применения явлений на практике (в медицине, в
жизнедеятельности)
4) Продемонстрировать возможность использования материала в обучении
школьников физике и смежным дисциплинам.
Практическое занятие 5. Физические процессы в биосфере.
1) Перечислить физические явления и процессы, определяющие механизмы
вещественного, энергетического и информационного обмена в биосфере. Дать
характеристику явлениям (качественную, количественную).
2) Раскрыть механизмы функционирования различных подсистем биосферы с точки
зрения физики.
3) Показать учет и применения явлений на практике (в медицине, в
жизнедеятельности человека и организмов)
4) Продемонстрировать возможность использования
школьников физике и смежным дисциплинам.
материала
в
обучении
Практическое занятие 6. Электрические явления в живых организмах.
1) Перечислить электрические и электромагнитные явления в жизнедеятельности
организмов (в т.ч. человека). Дать характеристику явлениям (качественную,
количественную).
2) Раскрыть механизм функционирования органов и систем организмов с учетом
электрических и электромагнитных процессов.
3) Показать учет и применения явлений на практике (в медицине, в
жизнедеятельности)
4) Продемонстрировать возможность использования материала в обучении
школьников физике и смежным дисциплинам.
Практическое занятие 7. Неравновесные процессы. Открытые нелинейные системы.
Самоорганизация. Организм как открытая система. Примеры самоорганизации в природе.
1) Перечислить нелинейные процессы, процессы самоорганизации в системах с
участием живого (в т.ч. человека). Дать характеристику явлениям (качественную,
количественную).
2) Раскрыть механизмы процессов самоорганизации в природе.
3) Показать учет и применения явлений самоорганизации на практике (в медицине, в
жизнедеятельности)
4) Продемонстрировать возможность использования материала в обучении
школьников физике и смежным дисциплинам.
Практическое занятие 8. Глаз как естественная оптическая система. Биофизика
зрительной рецепции. Оптические устройства: интерферометр, микроскоп, спектроскоп,
поляриметр. Применение лазеров в медицине.
1) Перечислить явления, определяющие механизмы зрительного восприятия живых
организмов (в т.ч. человека). Дать характеристику явлениям (качественную,
количественную).
2) Раскрыть механизм функционирования органов зрительного восприятия различных
организмов.
3) Показать учет и применения оптических явлений на практике (в медицине, в
жизнедеятельности)
4) Продемонстрировать возможность использования материала в обучении
школьников физике и смежным дисциплинам.
Практическое занятие 9. Влияние радиоактивного излучения на живые клетки.
Биологическое действие ионизирующего излучения.
1) Указать явления, определяющие механизм воздействия радиации на живые
организмы (в т.ч. человека). Дать характеристику явлениям (качественную,
количественную).
2) Раскрыть механизм воздействия радиации на живые организмы (в т.ч. человека).
3) Показать учет и применения явлений на практике (в медицине, в
жизнедеятельности)
4) Продемонстрировать возможность использования материала в обучении
школьников физике и смежным дисциплинам.
Примерная тематика рефератов
1. Физические характеристики звука. Характеристики слухового ощущения и их связь
с физическими характеристиками звука.
2.
Физика ультразвуковых колебаний. Особенности распространения УЗ в
биологических средах. Источники и приемники УЗ колебаний. Вредное влияние УЗ на
биологические ткани.
3. Внутреннее трение (вязкость) жидкости. Вязкость крови и других биологических
жидкостей.
4. Физические основы гемодинамики.
5. Сердце как диполь. Электрокардиография. Теория отведений Эйнтховена.
6.
Потенциал покоя. Механизмы формирования потенциала покоя. Теория
Бернштейна.
Уравнение
Нернста.
Уравнение
Гольдмана-Ходжкина-Катца.
Потенциал действия.
7. Мышечное волокно как механическая машина превращения энергии химических
реакций в полезную работу. Основные законы мышечного сокращения. Модель
мышечного сокращения.
8. Сердце как насосно-мышечная механическая система. Особенности конструкции
сердца и материала (миокарда). Электромеханическая связь в сердце. Закон Лапласа.
9. Сердечный цикл, диаграмма насосной функции. Понятия полной и полезной работы
сердца, мощности и КПД, и их физический смысл
10. Основные методы и аппаратура для высокочастотной электротерапии и ее
влияние на биоткани.
11. Использование поляризованного света в медико-биологических исследованиях.
Вопросы к зачету
1. Механическая работа человека. Эргометрия.
2. Поведение организма при перегрузках и невесомости. Вестибулярный аппарат.
3. Явление резонанса. Резонанс в живых системах.
4. Звуковые волны. Характеристики слухового ощущения. Аудиометрия.
5. Физика слуха.
6. Температура как биологический и экологический фактор.
7. Теплопроводность.
Диффузия.
Диффузия
как
важнейшее
явление
жизнеобеспечения организмов.
8. Моделирование вязко-упругих свойств тканей. Реология. Модели Максвелла,
Фойгта и Кельвина.
9. Теплообмен. Количество теплоты. Теплообмен как основа приспособления
организмов к условиям окружающей среды.
10. Начала термодинамики и их применимость к биологическим системам.
11. Теплоемкость веществ как фактор теплообмена.
12. Обратимые и необратимые процессы. Энтропия.
13. Влажность воздуха как экологический фактор.
14. Фазовые превращения. Агрегатные состояния вещества в биологических системах.
15. Гемодинамика. Моделирование кровообращения. Пульсовая волна.
16. Работа сердца. Методы определения скорости кровотока.
17. Капиллярные явления в живой природе.
18. Растворы. Осмос в живой природе.
19. Неравновесные процессы. Открытые нелинейные системы.
20. Самоорганизация. Организм как открытая система. Примеры самоорганизации в
природе.
21. Электрический диполь. ЭКГ сердца.
22. Автоволновые процессы в сердечной мышце.
23. Электрический ток в различных средах (металлы, растворы электролитов,
ионизированные газы, полупроводники). Электропроводность биологических
тканей.
24. Строение мембран. Физические свойства и параметры мембран. Моделирование
мембран.
25. Диффузия ионов через мембраны. Уравнение Нернста-Планка.
26. Активный транспорт в мембранах. Мембранные потенциалы.
27. Моделирование клеточных функций с помощью элементов цепи переменного тока.
Импеданс организма. Реография. Гальванизация. Электрофорез.
28. Магнитные свойства тканей. Влияние магнитного поля Земли на биологические
системы.
29. Исследование биологических тканей в поляризованном свете.
30. Глаз как естественная оптическая система. Биофизика зрительной рецепции.
31. Оптические устройства: интерферометр, микроскоп, спектроскоп, поляриметр.
Применение лазеров в медицине.
32. Фотобиологические процессы. Фотосинтез. Фотолиз. Фотолюминиценция.
Хемилюминисценция.
33. Влияние радиоактивного излучения на живые клетки. Биологическое действие
ионизирующего излучения.