Общий практикум - Саратовский государственный университет

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Саратовский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского
Физический факультет
УТВЕРЖДАЮ
Проректор по УМР СГУ
_______________Е.Г. Елина
"__" __________________20__ г.
Рабочая программа дисциплины
ОБЩИЙ ФИЗИЧЕСКИЙ И БИОФИЗИЧЕСКИЙ
ПРАКТИКУМ
Направление подготовки
Физика живых систем
Профили подготовки
Биофизика
Медицинская фотоника
Квалификация (степень) выпускника
Бакалавр
Форма обучения
Очная
Саратов,
2011
1. Цели освоения дисциплины
Целями освоения дисциплины «Общий физический и биофизический
практикум» являются:
– изучение основных методов физического и биофизического эксперимента и
обработки опытных данных;
– формирование навыков экспериментальных исследований различных физических и биофизических явлений, изучаемых в рамках дисциплины «Общая физика и биофизика»;
– развитие общей физической культуры и основных представлений о связи
теории, эксперимента и физических и биофизических моделей.
2. Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата
Дисциплина «Общая физика и биофизика» включается в базовую часть
профессионального цикла Б3 в модуль Б3.Б1 «Общая физика и биофизика»
учебного плана программы подготовки бакалавров по направлению «Физика
живых систем» и реализуется последовательно в течение шести семестров:
семестр 1 – «Механика», семестр 2 – «Молекулярная физика», семестр 3 –
«Электричество и магнетизм», семестр 4 – «Оптика», семестр 5 – «Атомная
физика», семестр 6 – «Биофизика». Она логически связана с дисциплинами
математического и естественнонаучного цикла и, прежде всего, с дисциплиной «Общая физика и биофизика», дающей теоретическую базу для выполнения лабораторных работ.
Для усвоения дисциплины обучающимся необходимы знания основ
математического анализа, аналитической геометрии, векторного анализа,
теории вероятностей, а также знания соответствующих разделов дисциплины
«Общая физика и биофизика», дающих теоретическую базу для выполнения
лабораторных работ.
Студенты должны иметь навыки самостоятельной работы с учебными
пособиями и монографической учебной литературой, уметь решать физические задачи, требующие применения дифференциального и интегрального
математического аппарата, уметь производить приближенные преобразования аналитических выражений.
Знания, полученные студентами при изучении каждого последующего
раздела дисциплины, опираются на знания, полученные при изучении
предыдущих разделов. Они необходимы для изучения ряда специальных
дисциплин и практик профилей подготовки бакалавров «Биофизика» и «Медицинская фотоника», приобретения ими универсальных и предметно специализированных компетенций, способствующих их социальной мобильности,
востребованности на рынке труда и успешной профессиональной карьере
3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины «Общий физический и биофизический практикум»
В результате освоения дисциплины «Общий физический и биофизический практикум» должны формироваться в определенной части следующие
компетенции:
общекультурные:
 способность использовать в познавательной и профессиональной деятельности базовые знания в области математики и естественных наук
(ОК-1);
 способность приобретать новые знания, используя современные образовательные и информационные технологии (ОК-3);
 способность владеть основными методами, способами и средствами получения, хранения, переработки информации, иметь навыки работы с
компьютером как средством управления информацией (ОК-12);
 способность использовать в познавательной и профессиональной деятельности навыки работы с информацией из различных источников (ОК16);
 способность использовать в познавательной и профессиональной деятельности базовые знания в области информатики и современных информационных технологий, навыки использования программных средств и
навыков работы в компьютерных сетях; умение создавать базы данных и
использовать ресурсы Интернет (ОК-17);
общепрофессиональные:
 способность использовать базовые теоретические знания для решения
профессиональных задач (ПК-1);
 способность применять на практике базовые профессиональные навыки
(ПК-2);
 способность использовать специализированные знания в области физики,
химии и биологии для освоения профильных биофизических дисциплин
(в соответствии с профилем подготовки) (ПК-4);
 способность применять на практике базовые общепрофессиональные знания теории и методов биофизических исследований (в соответствии с
профилем подготовки) (ПК-5);
 способность пользоваться современными методами обработки, анализа и
синтеза биофизической информации (в соответствии с профилем подготовки) (ПК-6);
 способность понимать и использовать на практике теоретические основы
организации и планирования физических исследований (ПК-8);
 способность понимать и излагать получаемую информацию и представлять результаты физических исследований (ПК-10).

В результате освоения дисциплины обучающийся должен:
Знать: основные методы физического и биофизического эксперимента и обработки опытных данных, правила техники безопасности при проведении
физических и биофизических экспериментов.
Уметь: описывать и качественно объяснять физические и биофизические
процессы, происходящие в естественных условиях, указывать законы, которым подчиняются физические и биофизические явления, предсказывать возможные следствия.
Владеть: навыками работы с основными измерительными приборами и экспериментальной аппаратурой; методами оценки погрешностей измерений.
4 Структура и содержание дисциплины «Физический практикум»
Общая трудоемкость дисциплины составляет 16 зачетных единиц (576 часов).
Всего
Самостоятельная
Виды учебной работы, включая
самостоятельную
работу студентов и
трудоемкость (в
часах)
Лабораторные
Раздел дисциплины
Неделя семестра
№
п/п
Семестр
4.1 Структура дисциплины «Физический практикум»
Формы текущего контроля
успеваемости
(по неделям семестра)
Формы промежуточной аттестации (по семестрам)
Часть 1 – МЕХАНИКА
2
3
4
5
6
7
Введение. Основы техники безопасности. Правила работы в лабораториях
Общего физического
практикума
Раздел 1 Основы учебного физического эксперимента
Темы 1.1 – 1.2
Раздел 2 Законы сохранения
Темы 2.1 – 2.2
Раздел 3 Движение в поле тяготения
Тема 3.1
Раздел 4 Вращательное движение
твердого тела
Темы 4.1 – 4.2
Раздел 5 Деформация твердых тел
Тема 5.1 – 5.2
Раздел 6 Колебательное движение
Темы 6.1 – 6.2
Первый
1
1
2
–
2
1
6
2
8
2–18
16
4
20
2–18
8
3
11
2–18
16
4
20
2–18
8
3
11
2–18
8
3
11
Роспись в журнале по ТБ
Контроль выполнения заданий
Контроль выполнения заданий
Контроль выполнения заданий
Контроль выполнения заданий
Контроль выполнения заданий
Контроль выполнения заданий
8
Раздел 7 Волны в сплошной упругой среде и элементы акустики
Темы 7.1 – 7.2
Итого по части 1 – МЕХАНИКА
2–18
8
3
11
72
22
96
Контроль выполнения заданий
Зачет
Роспись в журнале по ТБ
Часть 2 – МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА
10
11
12
13
14
15
16
Введение Техника безопасности
при проведении учебного эксперимента
Раздел 1 Элементы статистической теории идеальных газов
Темы 1.1 – 1.2
Раздел 2 Явления переноса в газах
Темы 2.1 – 2.2
1
2
–
2
2–16
8
3
11
2–16
12
3
15
2–16
8
2
10
2–16
8
3
11
Раздел 5 Жидкости
Темы 5.1 – 5.2
2–16
8
3
11
Раздел 6 Твердые тела
Тема 6.1
2–16
8
3
11
Раздел 7 Фазовые переходы
Тема 7.1
2–16
10
3
13
64
20
84
Раздел 3 Первое начало термодинамики. Тема 3.1
Раздел 4 Реальные газы
Тема 4.1
Второй
9
Итого по части 2 – МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА
Контроль выполнения заданий
Контроль выполнения заданий
Контроль выполнения заданий
Контроль выполнения заданий
Контроль выполнения заданий
Контроль выполнения заданий
Контроль выполнения заданий
Зачет
Часть 3 – ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ
18
19
20
21
22
Введение Техника безопасности
при проведении учебного эксперимента с использованием электрических приборов
Раздел 1 Электрическое поле в вакууме. Темы 1.1 – 1.2
1
2
–
2
2–18
8
3
11
2–18
8
3
11
2–18
8
3
11
Раздел 4 Механизмы электропроводности. Темы 4.1 – 4.2
2–18
8
3
11
Раздел 5 Магнитное поле тока.
Темы 5.1 – 5.2
2–18
8
2
10
Раздел 2 Электрическое поле в диэлектриках. Тема 2.1
Раздел 3 Постоянный электрический ток. Темы 3.1 – 3.2
Третий
17
Роспись в журнале по ТБ
Контроль выполнения заданий
Контроль выполнения заданий
Контроль выполнения заданий
Контроль выполнения заданий
Контроль выполнения заданий
23
23
25
Раздел 6 Магнитное поле в веществе. Тема 6.1
2–18
8
2
10
Раздел 7 Электрические колебания.
Тема 7.1
2–18
8
2
10
Раздел 8 Переменный электрический ток. Темы 8.1 – 8.2
2–18
14
4
18
72
22
94
Итого по части 3 – ЭЛЕКТРИЧЕСТВО
И МАГНЕТИЗМ
Контроль выполнения заданий
Контроль выполнения заданий
Контроль выполнения заданий
Зачет
Часть 4 – ОПТИКА
26
27
28
29
30
31
32
33
Введение Техника безопасности
при проведении учебного эксперимента с использованием электрических приборов
Раздел 1. Геометрическая оптика.
Темы 1.1 – 1.3
4
1
2
–
2
4
Раздел 2. Рефрактометрия, фотометрия. Темы 2.1, 2.2
4
Раздел 3. Спектральный анализ.
Темы 3.1, 3.2
4
Раздел 4. Отражение и преломление
света. Тема 4.1
4
Раздел 5. Поляризация света.
Темы 5.1 – 5.3
4
Раздел 6. Интерференция света.
Темы 6.1 – 6.4
4
Раздел 7. Дифракция света.
Темы 7.1, 7.2.
4
2–16
10
2
12
2–16
12
3
15
2–16
12
3
15
2–16
12
3
15
2–16
12
3
15
2–16
18
3
21
2–16
18
3
21
96
20
116
Итого по части 4 – ОПТИКА
Роспись в журнале по ТБ
Контроль выполнения заданий
Контроль выполнения заданий
Контроль выполнения заданий
Контроль выполнения заданий
Контроль выполнения заданий
Контроль выполнения заданий
Контроль выполнения заданий
Зачет
Часть 5 – АТОМНАЯ ФИЗИКА
34
35
36
37
Введение Техника безопасности
при проведении учебного эксперимента с использованием электрических приборов
Раздел 1. Корпускулярно-волновые
свойства излучения и свойства фотона. Темы 1.1 – 1.3
Раздел 2. Ядерная модель атома и
теория Бора. Темы 2.1 – 2.4
Раздел 3. Излучательные переходы
5
1
2
2
5
2–18
16
3
19
5
2–18
16
4
20
5
2-18
8
2
10
Роспись в журнале по ТБ
Контроль выполнения заданий
Контроль выполнения заданий
Контроль вы-
38
39
40
41
42
и принципы работы лазера. Тема
3.1
Раздел 4. Пространственное квантование состояний атома и спин
электрона. Темы 4.1 – 4.2
Раздел 5. Волновые свойства вещества. Тема 5.1
Раздел 6. Квантово-механическая
картина строения и свойств атома.
Темы 6.1 – 6.2
Раздел 7. Молекулы и молекулярные спектры. Тема 7.1
Раздел 8. Квантовые свойства твердого тела. Тема 8.1
5
2-18
8
3
11
5
2-18
6
3
9
5
2-18
8
3
11
5
2-18
4
2
8
5
2-18
4
2
6
72
22
94
Итого по части 5 – АТОМНАЯ ФИЗИКА
полнения заданий
Контроль выполнения заданий
Контроль выполнения заданий
Контроль выполнения заданий
Контроль выполнения заданий
Контроль выполнения заданий
Зачет
Часть 6 – БИОФИЗИКА
43
44
44
45
46
Введение. Техника безопасности
при проведении учебного эксперимента с использованием электрических приборов.
Раздел 1. Вводная задача. Тема 1.1.
Раздел 2. Исследование оптических
и диффузионных явлений в биотканях при воздействии гиперосмотических иммерсионных жидкостей.
Темы 2.1 - 2.2.
Раздел 3. Исследование биоэлектричества. Тема 3.1.
Раздел 4. Исследование фотодинамических явлений. Тема 4.1.
Итого по части 6 – БИОФИЗИКА
6
1
2
-
2
2-16
12
4
16
2-16
26
8
34
2-16
12
4
16
2-16
12
4
16
64
20
84
6
6
6
6
Роспись в журнале по ТБ
Контроль выполнения заданий
Контроль выполнения заданий
Контроль выполнения заданий
Контроль выполнения заданий
Зачет
4.2 Содержание дисциплины «Общий физический и
биофизический практикум»
4.2.1. Часть 1 – МЕХАНИКА
Введение Правила работы в учебной лаборатории. Техника безопасности при проведении учебного эксперимента
Раздел 1
Основы учебного физического эксперимента
Тема 1.1
Размерные и безразмерные величины, системы единиц измерения.
Измерения. Средства измерений. Виды измерений. Методы измерений.
Правила оформления протоколов. Техника безопасности
Тема 1.2
Погрешности измерений, виды погрешностей. Обработка результатов измерений.
Раздел 2
Законы сохранения
Тема 2.1
Содержание законов сохранения и их роль в природе. Изолированная система.
Закон сохранения импульса. Работа силы. Закон сохранения механической
энергии. Законы сохранения при столкновениях
ЛР1 1.5, ЛР 1.6, ЛР 1.7.
Тема 2.2
Момент импульса. Момент силы. Уравнение моментов. Закон сохранения
момента импульса. Работа силы трения
ЛР 1.2, ЛР 1.4, ЛР 1.8.
Раздел 3
Движение в поле тяготения
Тема 3.1
Закон тяготения Ньютона. Сила тяжести. Ускорение свободного падения, зависимость ускорения свободного падения от высоты над уровнем моря. Вес
тела. Зависимость веса тела от широты местности
ЛР 1.3.
Раздел 4 Вращательное движение твердого тела
Тема 4.1
Уравнение вращательно движения твердого тела. Момент инерции. Свободные оси вращения, главные моменты инерции. Вычисление момента инерции
относительно данной оси. Теорема Штейнера. Понятие о тензоре инерции
ЛР 1.1, ЛР 1.2, ЛР 1.3, ЛР 1.4, ЛР 1.8.
Раздел 5 Деформация твердых тел
Тема 5.1
Деформация сплошных сред. Упругая и остаточная деформация. Деформация
растяжения. Закон Гука
ЛР 1.12 (упражнение 1)
Тема 5.2
Деформация сдвига. Изгиб и кручение
ЛР 1.12 (упражнения 2 и 3)
Раздел 6
Колебательное движение
Тема 6.1
Колебательный процесс. Собственные и вынужденные колебания. Колебания
с одной степенью свободы. Физический и пружинный маятники. Уравнение
собственных колебаний. Гармонические колебания. Затухающие колебания.
Логарифмический декремент затухания. Добротность
ЛР 1.10.
Тема 6.2
Колебания связанных маятников (с двумя степенями свободы). Биение
ЛР 1.9.
Раздел 7
Волны в сплошной упругой среде и элементы акустики
Тема 7.1
Распространение возмущений в сплошной упругой среде. Бегущие волны.
Классификация волн. Волновое уравнение. Звуковые волны в газовой среде.
Интерференция волн. Стоячие волны. Определение скорости звука в воздухе
ЛР 1.11.
Обозначение выполняемой лабораторной работы (ЛР) в соответствии с Перечнем лабораторных работ Общего физического практикума, приведенном в Приложении к данной
рабочей программе.
1
4.2.2. Часть 2 – МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА
Введение. Правила работы в учебной лаборатории. Техника безопасности при проведении
учебного эксперимента
Раздел 1
Элементы статистической теории идеальных газов
Тема 1.1
Понятие макросистемы. Статистический и термодинамический подходы к
описанию макросистемы. Параметры макросистемы, функция состояния.
Случайное событие и вероятность. Биномиальное распределение вероятностей. Случайная величина. Плотность вероятности. Среднее значение. Дисперсия. Распределения Пуассона и Гаусса.
ЛР 2.7
Раздел 2
Явления переноса в газах
Тема 2.1
Длина свободного пробега молекул в газе. Диффузия в газах, уравнение Фика.
Вязкость газов (внутреннее трение)
ЛР 2.4
Тема 2.2
Теплопроводность, закон Фурье, коэффициент теплопроводности газов
ЛР 2.8.
Раздел 3
Тема 3.1
Первое начало термодинамики
Термодинамическая работа и переданное количество теплоты. Первое начало
термодинамики. Характерные термодинамические процессы. Теплоемкость
идеального газа, уравнение Майера. Уравнение адиабаты. Работа, совершаемая
газом при изопроцессах. Политропические процессы, уравнение политропы
ЛР 2.1.
Раздел 4 Реальные газы
Тема 4.1
Уравнение Ван-дер-Ваальса. Поправки на «собственный» объем молекул и на
внутреннее давление. Изотермы Ван-дер-Ваальса, их сравнение с практическими изотермами, неустойчивое и метастабильные состояния, правило Максвелла. Насыщенный пар, влажность воздуха
ЛР 2.6.
Раздел 5
Жидкости
Тема 5.1
Специфика теплового движения молекул в жидкости. Поверхностная энергия
и поверхностное натяжение. Энергетическое и силовое определения коэффициента поверхностного натяжения
ЛР 2.5.
Явления переноса в жидкостях: диффузия, внутреннее трение и теплопроводность
ЛР 2.3.
Тема 5.2
Раздел 6
Тема 6.1
Раздел 7
Тема 7.1
Твердые тела
Кристаллическое и аморфное состояния вещества. Кристаллические решетки,
их типы. Понятие о жидких кристаллах. Механизмы теплопроводности в
твердых телах. Фононы
ЛР 2.2.
Фазовые переходы
Равновесие двух фаз, кривые равновесия в координатах (Р,Т). Фазовые пере-
ходы 1-го и 2-го рода. Испарение и конденсация. Плавление и кристаллизация.
Сублимация Теплота фазового перехода 1-го рода, ее энтальпийная оценка в
приближении Ван-дер-Ваальса
ЛР 2.9.
4.2.3. Часть 3 – ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ
Введение
Правила работы в учебной лаборатории. Техника безопасности при проведении учебного эксперимента
Раздел 1
Электростатическое поле в вакууме
Тема 1.1
Закон Кулона. Электростатическое поле. Напряженность электростатического
поля как его силовая характеристика. Принцип суперпозиции. Силовые линии
электрического поля. Работа сил электрического поля. Циркуляция вектора
напряженности электростатического поля. Понятие потенциала электростатического поля. Эквипотенциальные поверхности. Связь между потенциалом и
напряженностью. Уравнение Пуассона для потенциала
ЛР 3.1
Тема 1.2
Проводники в электростатическом поле. Электроемкость
электроемкость системы проводников, конденсаторы
ЛР 3.20
проводника,
Раздел 2 Электрическое поле в диэлектриках
Тема 2.1
Конденсатор, заполненный однородным диэлектриком. Связанные заряды.
Вектор поляризации. Поляризация электронная, ориентационная и ионная.
Макроскопическое описание поляризации. Диэлектрическая восприимчивость.
Диэлектрическая проницаемость. Поляризация полярных диэлектриков. Энергия конденсатора при наличии диэлектрика
ЛР 3.2.
Раздел 3
Постоянный электрический ток
Тема 3.1
Понятия силы тока и плотности тока. Уравнение непрерывности. Замкнутость
электрического тока. Электродвижущая сила. Цепь постоянного тока. Закон
Ома. Удельное сопротивление проводника, температурная зависимость удельного сопротивления. Закон Ома для неоднородной цепи. Закон Джоуля – Ленца. Расчет эквивалентных параметров разветвленных цепей. Правила Кирхгофа.
ЛР 3.3, ЛР 3.4.
Раздел 4
Механизмы электропроводности
Тема 4.1
Качественные положения квантовой теории электропроводности твердых тел.
Собственная и примесная проводимости полупроводников, р-n – переход. Полупроводниковый диод. Полупроводниковый выпрямитель.
ЛР 3.5.
Тема 4.2
Электрический ток в вакууме. Электронная эмиссия. Вакуумные электронные
лампы. Кенотрон и вакуумный триод.
ЛР 3.6, ЛР 3.7.
Раздел 5 Магнитное поле тока
Тема 5.1. Магнитное поле тока. Рамка с током как пробное тело для исследования магнитного поля. Магнитный момент рамки. Силовая характеристика магнитного
поля – вектор магнитной индукции. Закон Ампера. Закон Био-Савара-Лапласа.
Поведение рамки с током во внешнем магнитном поле. Основные методы измерения силы тока. Электроизмерительные приборы.
ЛР 3.17.
Тема 5.2
Движение заряженной частицы в электрическом и магнитном полях. Удельный заряд электрона. Эффект Холла. Использование эффекта Холла.
ЛР 3.8, ЛР 3.15, ЛР 3.20.
Раздел 6
Магнитное поле в веществе
Тема 6.1
Магнитные свойства атомов и молекул. Диамагнитный эффект. Ларморова
прецессия. Диамагнетизм. Парамагнетизм. Ферромагнетики и их основные
свойства. Кривая намагничивания, гистерезис, остаточная намагниченность,
коэрцитивная сила. Точка Кюри. Ферромагнитные материалы и их применение
ЛР 3.16
Раздел 7 Электрические колебания
Тема 7.1
Электромагнитная индукция. Индуктивность. Электрический колебательный
контур. Собственные колебания заряда в контуре. Добротность. Вынужденные
колебания. Резонанс. Ширина резонансной кривой. Генерирование и регистрация электрических колебаний
ЛР 3.9; ЛР 3.10
Раздел 8
Переменный электрический ток
Тема 8.1
Квазистационарные токи. Цепь переменного тока. Метод векторных диаграмм.
Закон Ома для цепи переменного тока. Скин-эффект
ЛР 3.11; ЛР 3.13; ЛР 3.14
Работа и мощность в цепи переменного тока. Резонанс токов. Резонанс напряжений.
ЛР 3.12; ЛР 3.18
Тема 8.2
4.2.4. Часть 4 – ОПТИКА
Введение
Раздел 1
Тема 1.1
Тема 1.2
Тема 1.3
Правила работы в учебной лаборатории. Техника безопасности при проведении учебного эксперимента
Геометрическая оптика
Преломление и отражение света сферическими поверхностями. Тонкие линзы.
Фокусные расстояния. Построение хода лучей в тонкой линзе. Увеличение
изображения. Оптическая скамья.
ЛР 4.1
Оптические системы. Основы теории идеальных оптических систем. Кардинальные точки и плоскости оптической системы. Угловое и линейное увеличение оптической системы. Способы определения положения кардинальных точек и плоскостей оптических систем.
ЛР 4.2
Оптические приборы. Формирование изображения в оптических приборах.
Зрительная труба как афокальная оптическая система. Угловое увеличение
зрительной трубы. Ограничение пучков лучей в оптической системе. Апертурная диафрагма и зрачки. Микроскопы и лупы. Оптическая схема микроскопа.
Расстояние наилучшего зрения. Объекив и окуляр микроскопа. Увеличение
микроскопа.
ЛР 4.3
Раздел 2 Рефрактометрия, фотометрия
Тема 2.1
Тема 2.2
Полное внутреннее отражение и измерение показателя преломления. Предельный угол полного внутреннего отражения. Зависимость предельного угла полного внутреннего отражения от длины волны. Способы измерения предельного угла. Рефрактометр Аббе
ЛР 4.4
Фотометрия. Энергия светового излучения. Основные фотометрические величины и единицы их измерения. Индикатриса излучения источника света. Линейный фотометр. Поглощение света в веществе. Закон Бугера. Определение
концентрации вещества в растворе. Пропускание и оптическая плотность.
Спектральная характеристика светофильтров.
ЛР 4.5; ЛР 4.6
Раздел 3 Спектральный анализ
Тема 3.1
Тема 3.2
Дисперсия света. Дисперсионная призма. Угол наименьшего отклонения.
Спектрогониометр. Измерение угла наименьшего отклонения. Определение
преломляющего угла дисперсионной призмы.
ЛР 4.7
Качественный спектральный анализ. Атомные спектры. Спектральные приборы и их оптические характеристики. Угловая и линейная дисперсия. Разрешающая способность спектрального прибора. Градуировка спектрального прибора.
ЛР 4.8
Раздел 4 Отражение и преломление света
Тема 4.1
Эффект Брюстера. Формулы Френеля и следствия из них. Поляризация света
при отражении от поверхности диэлектрика. Сохранение энергии при распространении света через границу двух сред.
ЛР 4.9
Раздел 5 Поляризация света
Тема 5.1
Тема 5.2
Тема 5.3
Вращение плоскости поляризации. Оптическая активность в кристаллах и расторах. Хиральная симметрия молекул. Эффект вращения плоскости поляризации в веществе. Вращательная дисперсия. Определение концентрации оптически активных веществ в растворах. Сахариметрия.
ЛР 4.10
Исследование эллиптически поляризованного света. Распространение света в
анизотропных средах. Поляризационные призмы и фазовые пластинки. Получение эллиптически поляризованного света при помощи четвертьволновой
пластинки.
ЛР 4.11
Определение интенсивности и поляризации рассеянного света мутными средами. Закон Релея. Излучение диполя. Индикатриса рассеяния. Длина свободного пробега. Поляризация света при рассеянии в мутной среде.
ЛР 4.12
Раздел 6 Интерференция света
Тема 6.1
Определение качества оптических деталей методом пробных стекол. Интерференция свете при отражении от поверхностей плоскопараллельной и клиновидной пластинок. Пространственная когерентность и локализация полос интерференции. Полосы равного наклона и равной толщины.
ЛР 4.13
Тема 6.2
Тема 6.3
Тема 6.4
Определение длины волны света при наблюдении колец Ньютона. Полосы
равной толщины в расположении Ньютона. Потеря половины волны при отражении света на границе двух сред. Длина когерентности и ширина спектра
источника света.
ЛР 4.14
Интерференции света от двух щелей. Опыт Юнга. Пространственная когерентность. Опыт Юнга в расположении Фраунгофера. Интерферометры с делением по волновому фронту. Измерение концентрации и показателя преломления растворов с помощью интерферометра. Площадь когерентности и угловой размер источника света. Пространственное распределение интенсивности
в интерференционной картине.
ЛР 4.15; ЛР 4.16; ЛР 4.17
Интерферометр Майкельсона. Схема интерферометра Майкельсона. Полосы
равной толщины и равного наклона в интерферометре Майкельсона. Временная и пространственная когерентность.
ЛР 4.18
Раздел 7 Дифракция света
Тема 7.1
Тема 7.2
Дифракция Фраунгофера. Дифракция Фраунгофера на щели и на круглом отверстии. Дифракционная решетка. Распределение интенсивности в дифракционной картине. Дифракционная решетка как спектральный прибор. Разрешающая способность и угловая дисперсия дифракционной решетки. Определение длины волны с помощью дифракционной решетки
ЛР 4.19
Дифракция Френеля. Дифракция света на круглом отверстии. Принцип Гюйгенса-Френеля. Зоны Френеля. Графическое сложение амплитуд. Радиусы зон
Френеля. Распределение интенсивности света в дифракционной картине.
ЛР 4.20
4.2.5. Часть 5 – АТОМНАЯ ФИЗИКА
Введение
Раздел 1
Тема 1.1
Тема 1.2
Правила работы в учебной лаборатории. Техника безопасности при проведении учебного эксперимента
Корпускулярно-волновые свойства излучения и свойства фотона.
Законы теплового излучения и понятие кванта энергии. Основные характеристики поля излучения и излучающих тел: спектральная плотность излучения,
испускательная и поглощательная способность и единицы их измерения. Связь
между испускательной способностью и плотностью энергии направленного и
изотропного излучения. Связь между спектральными плотностями в шкале
длин волн и шкале частот. Свойство равновесности теплового излучения. Закон Кирхгофа для теплового излучения. Понятие абсолютно черного тела. Закон Стефана-Больцмана. Закон смещения Вина. Формула спектрального распределения Вина. Формула Релея-Джинса Формула Планка и понятие кванта
энергии.
ЛР 5.1
Законы фотоэлектрического эффекта и понятие кванта излучения. Основные
экспериментальные законы фотоэффекта. Гипотеза о квантах излучения, уравнение Эйнштейна для фотоэффекта.
ЛР 5.2
Тема 1.3
Эффект Комптона и законы сохранения при рассеянии фотонов. Эффект
Комптона при рассеянии рентгеновских лучей: основные закономерности. Законы сохранения энергии и импульса в процессах с участием фотонов.
ЛР 5.14
Раздел 2
Ядерная модель атома и теория Бора.
Тема 2.1
Экспериментальное обоснование ядерной модели атома. Ранние модели атома.
Экспериментальные схемы исследований строения атома. Опыты РезерфордаГейгера по рассеянию альфа-частиц. Оценка размеров ядра. Сечение рассеяния. Формула Резерфорда и ее экспериментальная проверка. Ядерная модель
атома и несоответствие ей классических представлений.
ЛР 5.15
Теория атома Бора и ее опытное подтверждение. Постулаты Бора о дискретных стационарных состояниях атома и переходах между ними. Опыты Франка-Герца как прямое наблюдение стационарных состояний в атоме.
ЛР 5.3
Проблема закономерностей в спектрах излучения атомов. Комбинационный
принцип Ритца. Спектральные серии атома водорода. Постулаты Бора о дискретных стационарных состояниях атома и переходах между ними. Объяснение спектральных серий атома водорода.
ЛР 5.4
Изотопическое смещение спектральных линий.
ЛР 5.5
Тема 2.2
Тема 2.3
Тема 2.4
Раздел 3
Излучательные переходы и принципы работы лазера.
Тема 3.1
Теория спонтанных и вынужденных переходов Эйнштейна. Понятие о спонтанных и вынужденных переходах. Населенность энергетических уровней. Вероятности переходов. Принципы оптического усиления и генерации. Инверсная населенность и отрицательный коэффициент поглощения. Принцип работы лазера. Оптический резонатор. Условие генерации. Способы создания инверсной населенности.
ЛР 5.10, ЛР 5.11
Раздел 4 Пространственное квантование состояний атома и спин электрона.
Тема 4.1
Тема 4.2
Обобщенные правила квантования Эренфеста-Бора-Зоммерфельда и вырожденные состояния. Обобщение правила квантования Бора на некруговые орбиты. Адиабатические инварианты. Условия Зоммерфельда квантования эллиптических орбит. Квантовые числа стационарных эллиптических орбит, вырождение энергетических уровней.
ЛР 5.6
Спин электрона. Аномальное гиромагнитное отношение. Проблема тонкой
структуры спектральных линий атомов щелочных металлов. Понятие спина
электрона.
ЛР 5.7
Раздел 5 Волновые свойства вещества.
Тема 5.1
Волновая гипотеза ДеБройля и опыты по дифракции и интерференции частиц
вещества. Волна Де Бройля, соотношения Де Бройля для частоты и длины
волны. Вероятностный смысл волновой функции частицы. Основные принципы квантовой механики частицы и уравнение Шредингера. Временное и стационарное уравнения Шредингера.
ЛР 5.12
Раздел 6 Квантово-механическая картина строения и свойств атома.
Тема 6.1
Тема 6.2
Атом во внешнем магнитном поле. Эффект Зеемана расщепления спектральных линий атома в магнитном поле и объяснение простого эффекта Зеемана с
позиций классической электронной теории. Сложный зффект Зеемана. Расщепление энергетических уровней атома в магнитном поле. Гиромагнитный
множитель Ланде. Эффект Пашена-Бака.
ЛР 5.8
Испускание и поглощение рентгеновских лучей. Методы получения и исследования рентгеновских лучей. Сплошной и характеристический рентгеновские
спектры, их свойства и происхождение. Рентгеновские серии, закон Мозли и
его применение. Построение схемы рентгеновских уровней энергии и переходов. Сравнение рентгеновских и оптических спектров поглощения.
ЛР 5.16
Раздел 7
Молекулы и молекулярные спектры.
Тема 7.1
Молекулярные уровни энергии и спектры. Электронное, колебательное и вращательное движения в молекулах, сравнительные порядки их энергии. Потенциальные кривые для колебательного движения ядер, колебательные уровни
энергии двухатомных молекул. Вращательные уровни энергии. Колебательновращательные и электронно-колебательно-вращательные спектры.
ЛР 5.9
Раздел 8 Квантовые свойства твердого тела.
Тема 8.1
Зонная теория электронов в кристаллах. Движение электрона в периодическом
поле одномерного кристалла. Волна Блоха. Квазиимпульс и зоны Бриллюэна.
Эффективная масса.
ЛР 5.13
4.2.6. Часть 6 – БИОФИЗИКА
Введение Правила работы в учебной лаборатории. Техника безопасности при проведе
нии учебного эксперимента
Вводная
задача
Раздел 1
Тема 1.1 Вводная задача.
ЛР 6.1
Раздел 2 Исследование оптических и диффузионных явлений в биотканях при воздействии гиперосмотических иммерсионных жидкостей.
Тема 2.1 Исследование набухания и дегидратации биотканей.
ЛР 6.2
Тема 2.2 Оптическое просветление биотканей.
ЛР 6.3
Раздел 3 Исследование биоэлектричества.
Тема 3.1 Электрические методы измерений в биофизике.
ЛР 6.4
Раздел 4 Исследование фотодинамических явлений.
Тема 4.1 Фотодинамический гемолиз.
ЛР 6.5
5. Образовательные технологии
В ходе учебного процесса студентами по каждой части дисциплины
должно быть выполнено 5-6 лабораторных работ. Выполнение·каждой лабораторной работы требует самостоятельной теоретической подготовки студента по теме исследования. Следующим этапом является устный отчет студентов преподавателю для получения допуска к выполнению измерений.
Экспериментальная часть работы выполняется рабочей группой студентов из
2-3 человек самостоятельно в часы аудиторных занятий по дисциплине при
консультационной поддержке преподавателя или лаборанта.
Оценка качества освоения программы дисциплины «Общий физический и биофизический практикум» включает текущий контроль успеваемости
в виде отчетов по теоретической части выполняемой лабораторной работы,
ответов на контрольные вопросы и окончательного отчета по выполненной
лабораторной работе.
6. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы
студентов. Оценочные средства для текущего контроля
успеваемости, промежуточной аттестации по итогам
освоения дисциплины.
1) Работа с литературой, конспектами лекций и описаниями лабораторных
работ при подготовке к отчету по текущей лабораторной работе.
2) Обработка данных учебного физического эксперимента, полученных
при выполнении лабораторной работы.
3) Оформление отчета по выполненной лабораторной работе.
6.1 Контрольные вопросы для проведения текущего контроля
Часть 1: МЕХАНИКА
Расскажите о правилах техники безопасности в учебной лаборатории.
Расскажите, какие системы единиц измерения вы знаете.
Расскажите, как оценивать погрешности измерений.
Сформулируйте понятие абсолютно твердого тела.
Как определяется мгновенная скорость материальной точки.
Как определяется ускорение материальной точки.
Введите понятия тангенциальной и нормальной компонент ускорения.
Установите связь между скоростью и угловой скоростью, между ускорением и угловым ускорением.
9. Как вводится понятие инерциальной системы отсчета?
10.Определите понятия импульса материальной точки и импульса силы.
11.Что такое сухое и вязкое трение?
12.Сформулируйте закон всемирного тяготения Ньютона.
13.Введите понятия силы тяжести и веса тела.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
14.Что такое ускорение свободного падения?
15.Как ускорение свободного падения зависит от высоты над уровнем моря?
16.Как вводится понятие веса тела?
17.Почему вес тела зависит от географической широты местности?
18.Как вводится понятие импульса механической системы?
19.Сформулируйте закон сохранения импульса.
20.Напишите выражение для работы силы упругости.
21.Определите кинетическую энергию механического тела.
22.Как вводится понятие потенциальной энергии частицы в поле сил?
23.Что такое потенциальная энергия взаимодействия?
24.Расскажите о законе сохранения механической энергии.
25.Напишите выражение для работы силы вязкого трения.
26.Что такое абсолютно упругий удар?
27.Что такое абсолютно неупругое соударение?
28.Введите понятие момента импульса системы материальных тел.
29.Введите понятие момента силы.
30.Запишите основное уравнение движения в терминах моментов.
31.Сформулируйте закон сохранения полного момента импульса механической системы.
32.Как описывается движение твердого тела вокруг неподвижной оси?
33.Что такое момент инерции?
34.Сформулируйте теорему Штейнера.
35.Определите деформацию растяжения-сжатия и деформацию сдвига.
36.Как вводится коэффициент Пуассона?
37.Что такое модуль Юнга?
38.Что такое модуль сдвига?
39.Определите понятия: изгиб, стрела прогиба.
40.Расскажите про характеристики гармонических колебаний.
41.Расскажите про затухающие колебания.
42.Определите собственную частоту колебаний пружинного маятника.
43.Определите собственную частоту колебаний физического маятника.
44.Что такое добротность колебательной системы?
45.Объясните явление резонанса.
46.Как рассчитывается скорость распространения упругих волн.
47.Как скорость звука в газовой среде зависит от температуры среды?
48.Расскажите про явление интерференции волн.
49.Что такое стоячие волны.
50.Какой характер волн в газовой среде: они продольные, поперечные или
того и другого видов одновременно? Ответ объясните.
Часть 2: МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА
1. Как вводятся понятия макросистемы и микросистемы?
2. Что такое функции состояния?
3. Определите понятия замкнутой и изолированной систем.
Определите, что такое равновесное состояние системы.
Объясните понятия: объем, давление, плотность, температура.
Что такое внутренняя энергия макросистемы?
Сформулируйте закон равномерного распределения энергии по степеням
свободы.
8. Сформулируйте эмпирические законы Бойля – Мариотта и Гей – Люссака.
9. Что такое термически идеальный газ?
10.Расскажите о принципе построения эталонного термометра.
11.Определите температурную шкалу Кельвина.
12.Запишите уравнение состояния идеального газа и объясните, как оно получается.
13.Запишите и объясните основное уравнение молекулярно-кинетической
теории идеального газа.
14.Расскажите об энергетическом смысле температуры.
15.Как определяется внутренняя энергия идеального газа?
16.Что такое случайная величина?
17.Что такое плотность вероятности?
18.Как определяется среднее значение?
19.Как определяется дисперсия?
20.Запишите выражение для длины свободного пробега молекул идеального
газа. От чего она зависит?
21.Как выражается коэффициент вязкости на основе модели идеального газа?
22.Сформулируйте закон Фурье для описания процесса теплопроводности.
23.Почему в установке для измерения коэффициента теплопроводности
твердых теплоизоляторов нельзя измерить коэффициент теплопроводности металлического образца?
24.Расскажите о принципе измерения температуры с помощью термопары.
25.Сформулируйте первое начало термодинамики.
26.Почему теплоемкость газа в условиях изохорического процесса отличается от теплоемкости того же газа в условиях изобарического процесса?
27.Запишите уравнение адиабаты. Что такое показатель адиабаты?
28.Что такое политропический процесс? Запишите уравнение политропы.
29.Введите понятие насыщенного пара.
30.Что такое влажность воздуха?
31.Расскажите об устройстве гигрометра и психрометра
32.Что такое критическая точка?
33.Что такое фаза состояния? Когда возможно равновесное двухфазное состояние вещества? Когда возможно равновесное трехфазное состояние
вещества?
34.Что такое фазовый переход 1-го рода?
35.Расскажите о процессах испарения и сублимации.
36.Что такое поверхностная энергия и поверхностное натяжение?
37.Что такое краевой угол?
4.
5.
6.
7.
38.Объясните формулу Лапласа для давления под изогнутой поверхностью
жидкости.
39.Объясните капиллярные явления.
Часть 3: ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ
Сформулируйте закон сохранения электрических зарядов.
Сформулируйте закон Кулона и определите область его действия.
Введите понятие напряженности электростатического поля.
Запишите выражение для напряженности поля, создаваемого точечным
зарядом.
5. Расскажите о принципе суперпозиции.
6. Расскажите, как вводится понятие силовой линии напряженности.
7. Сформулируйте электростатическую теорему Гаусса для вектора напряженности. Определите область ее действия.
8. Сформулируйте теорему о циркуляции вектора напряженности электростатического поля. В чем ее смысл?
9. Как вводится понятие потенциала электростатического поля?
10.Что такое эквипотенциальная поверхность?
11.Поясните связь между потенциалом и напряженностью.
12.Расскажите о конструкции электролитической ванны. На основе чего с ее
помощью моделируют статические электрические поля?
13.Что такое конденсатор и что такое электроемкость конденсатора?
14.Вычислите результирующую емкость системы из двух конденсаторов при
их параллельном и последовательном соединении.
15.Расскажите о резонансном методе определения электроемкости конденсаторов.
16.Что такое связанные электрические заряды?
17.Охарактеризуйте типы поляризации диэлектрика: электронную, ориентационную, ионную.
18.Определите вектор поляризации.
19.Определите вектор электрической индукции.
20.Что такое диэлектрическая проницаемость?
21.Определите понятия силы тока и плотности тока.
22.Сформулируйте условие стационарности тока.
23.Сформулируйте понятие электродвижущей силы.
24.Сформулируйте понятие падения напряжения.
25.Что такое однородный и неоднородный участки электрической цепи?
26.Сформулируйте закон Ома для однородного участка цепи.
27.Что такое удельное сопротивление проводника? Как удельное сопротивление металлов зависит от температуры?
28.Сформулируйте закон Ома для полной цепи.
29.Запишите и объясните закон Джоуля – Ленца в интегральной и дифференциальной формах.
1.
2.
3.
4.
30.Расскажите о единицах измерения силы тока, плотности тока, падения
напряжения и электрической мощности.
31.Расскажите о сути компенсационного метода при электрических измерениях.
32.Расскажите о мостовых методах измерения сопротивлений и их достоинстве.
33.Объясните конструкцию полупроводникового диода. Как его использовать для выпрямления переменного тока?
34.Расскажите о термоэлектронной эмиссии. Что такое работа выхода?
35.Расскажите о конструкции вакуумного диода и кенотрона.
36.Расскажите о конструкции вакуумного триода. Зачем нужна «сетка»?
37.Как вводится понятие вектора магнитной индукции?
38.Сформулируйте закон Ампера.
39.Определите силу Лоренца.
40.Запишите и поясните закон Био-Савара-Лапласа.
41.Как ведет себя виток с током, помещенный во внешнее магнитное поле?
42.Определите момент сил, поворачивающих прямоугольную рамку с током
и фиксированной осью вращения в однородном магнитном поле.
43.Запишите выражение для магнитного поля идеального соленоида.
44.Проведите расчет индукции магнитного поля на оси конечного соленоида.
45.Расскажите классическую теорию эффекта Холла.
46.Сформулируйте закон электромагнитной индукции и правило Ленца.
47.Запишите выражение для коэффициента самоиндукции идеального соленоида.
48.Введите понятие напряженности магнитного поля в СИ.
49.Определите единицы измерения магнитной индукции и напряженности
магнитного поля.
50.Что такое магнитная восприимчивость и магнитная проницаемость вещества?
51.В чем различие между магнитными восприимчивостями диамагнетиков и
парамагнетиков.
52.Расскажите о ферромагнетиках.
53.Определите действующие значения тока и напряжения.
54.Почему в случае переменного тока между током, текущим через катушку
индуктивности, и напряжением на ней возникает сдвиг фаз?
55.Почему в случае переменного тока между током и напряжением на конденсаторе на ней возникает сдвиг фаз?
56.Как вычислить мощность в последовательной цепи переменного тока?
57.Расскажите о типах электроизмерительных приборов и их основных конструкциях.
58.Расскажите о колебаниях, возникающих в последовательном колебательном контуре.
59.Расскажите о колебаниях, возникающих в параллельном колебательном
контуре.
60.Что такое резонанс токов и резонанс напряжений?
61.Расскажите о принципе работы электронного осциллографа.
62.Расскажите о принципиальной конструкции генератора электрических
колебаний.
63.Расскажите о движении заряженной частицы в скрещенных электрическом и магнитном полях.
64.Расскажите о магнетронном методе определения отношения заряда электрона к его массе.
Часть 4 – ОПТИКА
1. Напишите без вывода общую формулу тонкой линзы и поясните смысл
всех величин, входящих в нее.
2. Рассмотрите различные случаи построения хода лучей в собирающих и
рассеивающих линзах.
3. Как будет вести себя параллельный пучок немонохроматического света,
проходя через тонкую линзу?
4. Будут ли пересекаться в одной точке параллельно падающие на реальную
линзу лучи? Какие из лучей пересекутся ближе к линзе: более удаленные
от главной оптической оси или менее удаленные?
5. Построить ход лучей в идеальной линзе в случаях, когда изображение будет: 1) увеличенным; 2) уменьшенным; 3) прямым; 4) перевернутым; 5)
действительным; 6) мнимым. Как расположены при этом друг относительно друга предмет, линза и ее фокусы?
6. Каковы основные отличия идеальной оптической системы от реальной?
Какие из них вы наблюдали на опыте?
7. В чем сущность теории идеальной оптической системы? Какими параметрами характеризуется идеальная оптическая система?
8. Приведите пример графического построения изображений в оптической
системе, используя ее кардинальные точки.
9. Где располагается выходной зрачок в зрительной трубе и в микроскопе?
10.Сформулировать условия, при которых наблюдается полное внутреннее
отражение. Получить формулу для определения предельного угла полного внутреннего отражения. Объяснить зависимость величины предельного угла от длины волны.
11.Построить ход лучей в рефрактометре ИРФ-22 при монохроматическом
освещении. Какую роль играет в приборе компенсатор дисперсии?
12.Как формируется изображение в фокальной плоскости зрительной трубы
при освещении белым светом?
13.Почему в рефрактометре нельзя вести измерения предельного угла без
зрительной трубы? Какова ее роль?
14.Что такое компенсатор дисперсии, в чем состоит его действие?
15.Построить ход лучей в спектрогониометре.
16.Объяснить автоколлимационный способ установки зрительной трубы на
бесконечность.
17.Объяснить методику измерения угла наименьшего отклонения.
18.Пояснить смысл угловой дисперсии призмы. Чем определяется расстояние между спектральными линиями?
19.Что такое разрешающая сила спектрального прибора? Чем определяется
разрешающая сила приборов с призмой?
20.На чем основан качественный спектральный анализ?
21.Оптическая схема спектрального прибора и назначение отдельных узлов.
22.Основные характеристики спектрального прибора: дисперсия, разрешающая способность, светосила.
23.Дать определение интерференции.
24.Сложение гармонических колебаний. Условия максимума и минимума
энергии суммарного колебания.
25.Вывод формулы, связывающей разность фаз с разностью хода.
26.Построить векторную диаграмму для сложения двух гармонических колебаний.
27.Какова оптическая схема и методика интерференционного контроля качества оптических деталей?
28.Что такое пробное стекло и каким требованиям оно должно удовлетворять?
29.Получите математическое условие интерференции световых лучей в воздушном зазоре между пробным стеклом и испытуемой деталью.
30.Дайте определение общей и местной ошибок и поясните порядок их
нахождения на конкретных примерах
31.Вывод формулы для разности хода интерферирующих лучей в схеме
наблюдения колец Ньютона.
32.Объяснение формы наблюдаемых интерференционных полос и их окраски.
33.Сформулировать условия максимума и минимума интенсивности в интерференционной картине.
34.Что такое радиус пространственной когерентности?
35.Получить формулу для расчета разности хода от двух когерентных источников света.
36.Сформулировать условия максимумов и минимумов интенсивности света
в интерференционной картине.
37.Получить формулу для определения периода схемы Юнга.
38.Почему при освещении щелей в схеме Юнга светом с взаимно ортогональной поляризацией интерференция отсутствует?
39.Чем ограничивается число наблюдаемых полос в двухлучевой интерференционной картине?
40.Чем вызываются смещения интерференционных полос?
41.Запишите условие максимумов интенсивности в случае дифракции Фраунгофера на дифракционной решетке.
42.Чем определяется число максимумов, практически наблюдаемых в случае
двух щелей?
43.Чем определяется контрастность дифракционной картины в случае ква-
зимонохроматического облучения от протяженного источника? Как она
связана со степенью когерентности волн, приходящих от разных щелей?
44.Чем определяется величина вводимой компенсатором разности хода?
45.Дифракционная решетка как спектральный прибор. Условие главных
максимумов, интенсивность света в главных максимумах, расстояние
между главными максимумами для света с различными длинами волн.
46.Какова амплитуда суммарной волны, приходящей от одной щели в произвольную точку экрана? Как складываются волны от разных щелей?
47.Изобразите графически распределение интенсивности при дифракции
света на решетке с известным числом щелей и заданным отношением периода решетки к ширине щели.
48.Предельная ширина главного максимума. Условие разрешения близких
спектральных линий. Разрешающая способность дифракционной решетки.
49.Как будет влиять на результаты измерений увеличение диаметра точечной диафрагмы в фокальной плоскости коллиматора?
50.Оценить погрешность из-за предположений о малости f2 и АВ относительно b.
51.Поясните принцип действия призмы Николя. Какая часть энергии падающего света проходит через призму Николя, если падающий свет: а) линейно поляризован, б) циркулярно поляризован, в) естественный?
52.Нарисуйте ход лучей в полутеневом сахариметре (с указанием направления колебаний электрического вектора). Как поле зрения разделяется на
две части?
53.Как объясняется в теории Френеля явление вращения плоскости поляризации света в оптически активных веществах?
54.Дайте определение линейно поляризованного, естественного и
частично поляризованного света. Каким образом можно выделить
линейно поляризованный свет из естественного?
55.Дайте определение эллиптически поляризованного света. Как
возникает и какими параметрами характеризуется эллиптически
поляризованный свет?
56.Как изменяется эллипс поляризации: а) при изменении сдвига фаз
исходных колебаний  ; б) при изменении отношения амплитуд
исходных колебаний B A .
57.Чем определяется направление вращения вектора E в эллиптически
поляризованной волне?
58.Какие характеристики эллипса поляризации можно определить
методом вращающегося анализатора?
59.Объясните, как действует пластинка  4 в качестве компенсатора
сдвига фаз.
60.Во сколько раз ослабляется поток света в слое вещества, если
оптическая плотность равна D?
61.Нарисуйте оптическую схему и объясните принцип действия прибора
ФЭК-56ПМ (ФМ-56). Каким методом в приборе ФМ-56 поле зрения делится на две части?
62.Назовите основные фотометрические величины – сила света, световой
поток, освещенность, яркость и их единицы.
63.Сформулируйте закон Ламберта.
Часть 5 – АТОМНАЯ ФИЗИКА
Работа №1. Тепловое излучение. Измерение яркостной температуры.
1. Какова природа теплового излучения и каков физический механизм теплового излучения при различных температурах?
2. Назовите основные характеристики теплового излучения. В чем суть закона Кирхгофа?
3. Каковы законы излучения абсолютно черного тела?
4. Какова модель абсолютно черного тела?
5. Какова роль Планка в формировании квантовых представлений в физике?
Какие идеи положены в основу вывода формулы Планка?
6. Какова теория излучения реальных (нечерных) тел?
7. Что такое яркостная температура и как она связана с истинной температурой реального (нечерного) тела?
8. Принцип действия, конструкция и метод градуировки оптического пирометра. Определение яркостной температуры тела.
Работа №2. Определение постоянной Планка.
1. Каковы свойства фотона? (Энергия, импульс, масса покоя).
2. Основные законы фотоэффекта и объяснение этих законов с помощью
уравнения Эйнштейна.
3. Каковы экспериментальные методы определения постоянной Планка?
4. В чем суть метода задерживающего потенциала? В чем трудности определения постоянной Планка этим методом?
5. Как отградуировать монохроматор УМ-2?
Работа №3. Опыт Франка и Герца.
1. В чем суть метода задерживающего потенциала? Схема опытов Франка и
Герца.
2. Как могут взаимодействовать электрон с атомом? Упругие и неупругие
соударения.
3. Объяснить физические процессы, происходящие в газонаполненном триоде при увеличении ускоряющего напряжения и постоянном отрицательном смещении на сетке.
4. Объяснить с этих позиций характер вольт-амперной характеристики анодного тока триода.
5. Что такое эффективное сечение взаимодействия? Вывести рабочую формулу для определения эффективного сечения неупругих соударений электронов с атомами.
Работа №4. Спектр атома водорода.
1. Каковы эмпирические закономерности в спектрах атома водорода? Спектральные термы и их физический смысл.
2. Постулаты Бора и их математические условия.
3. Схема энергетических уровней атома водорода. Энергия связи и энергии
возбуждения электрона в атоме водорода. Физический смысл постоянной
Ридберга.
4. Теория Бора. Вывести формулу для энергии стационарных состояний в
атоме водорода по методу Бора.
5. Квантово-механические описание строения атома. Функция вероятности.
6. Квантовые числа. Что определяет каждое из четырех квантовых чисел?
Работа №5. Изотопический сдвиг в спектре атома водорода.
1. В чем причина изотопического сдвига спектральных линий? Как зависит
постоянная Ридберга от массы ядра?
2. Вывести рабочую формулу для определения массы дейтерия из спектроскопических измерений.
3. Как зависит длина волны излучения от заряда ядра для изоэлектронного
ряда водорода? Сравнить спектры излучения атома водорода и иона гелия.
4. Оптическая схема спектрографа ДФС-8.
Работа №6. Спектры щелочных металлов.
1. Как и почему изменяется выражение для энергии атомов щелочных металлов по сравнению с атомом водорода?
2. Какие орбиты валентного электрона щелочного металла имеют близкие
значения энергии с орбитами атома водорода и какие сильно отличаются?
В чем причины этого сходства и различия?
3. Назовите спектральные серии атомов щелочных металлов и покажите их
на схеме энергетических уровней. Как построена схема энергетических
уровней щелочных металлов?
4. В чем причина дублетного расщепления спектральных линий в спектрах
щелочных металлов?
5. Каковы спектроскопические обозначения термов атома?
Работа №7. Тонкая структура спектральных линий атомов щелочных и
щелочноземельных элементов.
1. Правила квантования моментов и их проекций.
2. Векторная модель атома с одним валентным электроном.
3. Векторная модель атома с несколькими валентными электронами. Нормальный тип связи электронов в атоме.
4. Спин-орбитальное взаимодействие и тонкая структура уровней энергии и
спектральных линий.
5. Зависимость тонкой структуры от зарядового числа и главного квантового
числа.
Работа №8. Эффект Зеемана.
1. Соотношение между механическим и магнитным моментами атомов.
2. Сложение орбитального и спинового моментов атома. Фактор Ланде.
3. Назовите правила квантования проекций магнитных моментов и правила
отбора для соответствующих квантовых чисел.
4. Основы квантовой теории сложного и простого эффектов Зеемана.
5. Схема уровней атома, помещенного в магнитное поле.
Работа №9. Молекулярный спектр. Определение энергии диссоциации
молекулы йода.
1. Зависимость потенциальной энергии двухатомной молекулы от межъядерного расстояния.
2. Полная энергия молекулы и ее составные части.
3. Модель гармонического и ангармонического осцилляторов.
4. Виды молекулярных спектров. Структура спектров.
5. Спектроскопические методы определения энергии диссоциации.
Работы №№10, 11. Газовый лазер - 1. Газовый лазер – 2.
1. Свойства спонтанного и вынужденного излучения.
2. Показать, что для усиления проходящего через среду светового потока
необходима инверсная населенность уровней.
3. Вывести условие самовозбуждения лазера.
4. Роль резонатора.
5. Эффект насыщения усиления активной среды.
6. Свойства лазерного излучения.
7. Объяснить поляризацию излучения гелий-неонового лазера.
8. Описать конструкцию гелий-неонового лазера с указанием назначения
каждого элемента.
9. Показать на схеме энергетических уровней гелия и неона за счет каких
физических процессов создается инверсная населенность атомов неона.
10.Объяснить сущность методов измерения коэффициента усиления, используемых в работах.
Работа №12. Эффект Рамзауэра.
1. Понятие эффективного сечения упругого столкновения электрона с атомом и его связь с коэффициентом ослабления электронного пучка.
2. В чем сущность эффекта Рамзауэра-Таунсенда?
3. Квантово-механическое описание движения электрона в области прямоугольной потенциальной ямы.
4. Объяснение эффекта Рамзауэра-Таунсенда на одномерной модели. Условие отсутствия упругого рассеяния электронов.
5. Вывести приближенные соотношения, связывающие глубину и ширину
потенциальной ямы с энергиями минимального и максимального рассеяния электронов на атомах ксенона.
6. Объяснить сущность методов исследования эффекта РамзауэраТаунсенда с использованием тиратронов.
Работа №13. Определение ширины запрещенной зоны полупроводников
по краю собственного поглощения.
1. Зонная структура полупроводника. Энергетическое представление полупроводника в пространстве квазиимпульсов.
2. Что такое собственное или фундаментальное поглощение? Каковы типы
оптических переходов?
3. Чем определяется плотность состояний электронов в разрешенной зоне?
4. Чем различаются спектры поглощения для разрешенных и запрещенных
прямых межзонных переходов?
5. Метод определения спектра поглощения полупроводника по спектру его
пропускания.
6. Методика определения ширины запрещенной зоны полупроводника по
спектру поглощения.
Работа №14. Эффект Комптона.
1. Суть эксперимента Комптона.
2. Вывод формулы Комптона, связывающей комптоновский сдвиг с углом
рассеяния рентгеновских квантов.
3. Электроны отдачи. Диапазон энергии электронов отдачи.
4. Базовая лабораторная установка.
5. Методика проведения эксперимента. Калибровка прибора. Время экспозиции.
Работа №15. Опыты Резерфорда по рассеянию альфа-частиц.
1.
Экспериментальное обоснование ядерной модели атома. Оценка размеров
ядра.
2. Связь угла рассеяния альфа-частицы с прицельным расстоянием.
3. Сечение рассеяния. Вероятность однократного рассеяния альфа-частицы.
4. Формула Резерфорда.
Работа №16. Рентгеновский спектрометр.
1. Сплошной и характеристический рентгеновские спектры, их свойства и
происхождение.
2. Рентгеновские серии, закон Мозли и его применение. Построение схемы
рентгеновских уровней энергии и переходов.
3. Сравнение рентгеновских и оптических спектров поглощения. Зависи-
мость коэффициента ослабления рентгеновских лучей от атомного номера,
принцип рентгеноскопии.
Часть 6 – БИОФИЗИКА
Лабораторная работа №1. Вводная задача.
1. Как связаны между собой мольно-объемные и процентные (по массе) концентрации раствора? Чему равна молярность 0.01N (для реакций ионного
обмена) раствора CuSO4?
2. Выведите уравнение Хендерсона-Хассельбаха для кислотной/основной
буферной системы.
3. Какие объемы 0.1М растворов уксусной кислоты (CH3COOH) и ацетата
натрия (CH3COONa) нужно слить для получения 100мл ацетатного буфера с pН 5.26?
4. Какое количество тиосульфата (гипосульфита) натрия (Na2S2O3·5H2O) и
воды необходимо взять для приготовления 100 г 8% раствора тиосульфата? Как, имея 0.2М раствор тиосульфата (гипосульфита) натрия и мерную
колбу на 100мл, получить путем разбавления 100мл 0.11М раствора этой
соли? (Рассчитать, сколько нужно взять исходного раствора, и описать,
как проводить разбавление.)
5. Какова молярная концентрация раствора сульфата натрия изотонического
по отношению к физиологическому раствору (0.9% NaCl)? Обе соли −
сильные электролиты; растворы считаются разбавленными; плотность
физиологического раствора ≈ 103 кг м–3.
Лабораторная работа № 2. Исследование набухания и дегидратации биотканей.
1.
Опишите структуру и физические свойства тканей кожи, мышцы и печени.
2.
Опишите механизмы набухания биотканей, роль осмоса в процессе
набухания и дегидратации. Как влияют положительно заряженные ионы
металлов на степень набухания биотканй?
3.
Дайте определение гликозаминогликаны, и покажите их роль во внутритканевом матриксе биотканей.
4.
Опишите оптическое просветление биотканей вследствие их дегидратации. Выведите уравнение (41).
5.
Опишите анализ временной зависимости осмотического набухания и
дегидратации биотканей.
Лабораторная работа № 3. Оптическое просветление биотканей.
1.
Опишите структуру и физические свойства фиброзных тканей.
2.
Опишите влияние иммерсионных жидкостей на оптические свойства
биотканей.
3.
Как будет меняться степень оптического просветления биотканей с увеличением показателя преломления иммерсионной жидкости? Что будет
происходить, если показатель преломления иммерсионной жидкости будет большим, чем показатель преломления рассеивающих элементов биотканей?
4.
Опишите диффузию различных веществ в биотканях. Чем различаются
свободная диффузия, облегченная диффузия и активный транспорт?
5.
Опишите метод определения коэффициента диффузии иммерсионной
жидкости в биотканях.
6.
Опишите схему экспериментальной установки и методику обработки
экспериментальных данных.
Лабораторная работа №4. Электрические методы измерений в биофизике.
1. Механизм возникновения разности электрических потенциалов в
биологических системах (электрогенезис). Необходимые условия
возникновения разности потенциалов.
2. Концентрационная разность потенциалов, уравнение Нернста.
3. Электродиффузия.
4. Уравнение Гендерсона, диффузионная разность потенциалов.
5. Измерение разности потенциалов, принцип работы компенсационной
схемы.
Лабораторная работа №5. Фотодинамический гемолиз.
1. Дайте
определения
понятиям
«фотосенсибилизация»,
«фотосенсибилизатор». Что такое эндогенные и экзогенные
сенсибилизаторы? Что такое гемолиз и фотогемолиз?
2. Какова химическая природа фотодинамического воздействия на клетки?
Назовите обязательные компоненты (факторы) фотодинамического
процесса. Какую «химическую» роль играет краситель-сенсибилизатор?
3. Охарактеризуйте фотодинамические реакции типа I и типа II. Какой
фотофизический процесс предшествует первичному фотохимическому
акту для реакций и первого и второго типов?
4. Какие факторы (концентрации каких компонентов) определяют
осмотическое равновесие неповрежденного эритроцита с плазмой крови
(изотоническим раствором)? Почему возрастание ионной проводимости
мембран при фотоокислении приводит к возникновению диффузионного
потока воды внутрь клетки?
5. Каким свойством должны обладать молекулы вещества, добавление
раствора которого к суспензии эритроцитов с начавшимся задержанным
гемолизом прекращает процесс коллоидно-осмотического гемолиза?
Почему такой раствор не останавливает гемолиз, идущий по
детергентному механизму?
6.2 Промежуточная аттестация по итогам освоения дисциплины
представляет собой итоговый зачет в конце семестров по каждой части дис-
циплины, который проставляется студенту при успешном выполнении требуемого количества лабораторных работ.
7. Учебно-методическое и информационное обеспечение
дисциплины «Общий физический и биофизический практикум»
7.1. Часть 1 – МЕХАНИКА
Основная литература:
1. Савельев И.В. Курс общей физик: учеб. пособие : в 3 т. Т. 1 : Механика.
Молекулярная физика. - СПб. ; М. ; Краснодар : Лань, 2007. - 432 с.
2. Иродов И.Е. Механика. Основные законы [для студентов физ. специальностей вузов]. - М. : БИНОМ. Лаб. знаний, 2005. - 309 с.
3. Обработка результатов измерений в физическом практикуме [Текст] :
учеб.-метод. пособие для студентов естеств. фак. / Сарат. гос. ун-т им. Н.
Г. Чернышевского; под ред. А. А. Игнатьева. - 2-е изд., стер. - Саратов :
Изд-во Сарат. ун-та, 2005. - 34, [6] с. - Библиогр.: с. 36 (9 назв.). - ISBN 5292-03439-8.
4. Физический практикум. Деформация в твёрдых телах [Текст] / Сарат. гос.
ун-т им. Н. Г. Чернышевского ; под ред. А. А. Игнатьева ; сост.: А. А. Игнатьев, Н. Г. Печенюк, С. П. Кудрявцева. - Саратов : Изд-во Сарат. ун-та,
2005. - 19, [5] с. : ил. - [Физический практикум. Деформация в твердых
телах] . ISBN 5-292-03447-9.
5. Физический практикум. Момент инерции [Текст] : учеб.-метод. пособие
для студентов естеств. фак. / Сарат. гос. ун-т им. Н. Г. Чернышевского ;
ред.: А. А. Игнатьев, Т. В. Кузнецова ; сост.: А. А. Игнатьев [и др.]. - Саратов : Изд-во Сарат. ун-та, 2005. - 36 с. ISBN 5-292-03446-0.
Дополнительная литература:
1. Стрелков С.П.. Механика: учебник. - СПб. ; М. ; Краснодар : Лань, 2005. 559 с.
2. Физический практикум: Механика / Под ред. проф. В.С. Стальмахова. –
Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 1988.
7.2. Часть 2 – МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА
Основная литература:
1. Савельев И.В. Курс общей физик: учеб. пособие : в 3 т. Т. 1 : Механика.
Молекулярная физика. - СПб. ; М. ; Краснодар : Лань, 2007. - 432 с.
2. Иродов И.Е.. Физика макросистем. Основные законы: учеб. пособие для
студентов физ. и инженер.-техн. специальностей вузов. - М. : БИНОМ.
Лаб. знаний, 2004. - 207 с.
Дополнительная литература:
1. А. К. Кикоин, И. К. Кикоин. Молекулярная физика: учеб. пособие / - 4-е
изд., стер. - СПб. ; М. ; Краснодар : Лань, 2008. - 480 с.
2. Физический практикум: Молекулярная физика / Под ред. Проф.
А.А.Игнатьева. – Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 1993.
7.3. Часть 3 – ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ
Основная литература:
1. Савельев И.В. Курс общей физики: учеб. пособие : в 3 т. Т. 2 : Электричество и магнетизм. Волны. Оптика. - СПб. ; М. ; Краснодар : Лань, 2006. 496 с.
2. Иродов И.Е. Электромагнетизм: Основные законы: учеб. пособие для
студентов вузов. - М. : БИНОМ. Лаб. знаний, 2003. – 319 с.
3. Руководство к лабораторным работам в общем физическом практикуме.
Электричество и магнетизм / Сарат. гос. ун-т им. Н. Г. Чернышевского ;
под ред. А. А. Игнатьева; сост.: Н. В. Акинфиева, А. А. Игнатьев, Л. Л.
Страхова. - 2-е изд., стер. - Саратов : [б. и.], 2005 - . Вып. 1 : Электростатическое и стационарное магнитное поля. - Саратов : Изд-во Сарат. ун-та,
2005. – 41 с.
Дополнительная литература:
1. Физический практикум: Электричество и магнетизм. Ч. 1 / Под ред. проф.
В.С. Стальмахова. – Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 1986.
2. Физический практикум: Электричество и магнетизм. Ч. 2 / Под ред. проф.
В.С. Стальмахова. – Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 1987.
7.4. Часть 4 – ОПТИКА
Основная литература:
1. Ландсберг Г.С. Оптика. Издание 6-е. – М.: Физматлит, 2003. - 848 с.
2. Бутиков, Евгений Иванович, Оптика: СПб.: Нев. Диалект: БХВ-Петербург,
2003. – 479 с.
3. Иродов И.Е. Волновые процессы. Основные законы. М.: БИНОМ
лаб.знаний. 2006. –263 c.
4. Калитеевский Н. И. Волновая оптика Учебное пособие СПб, М: Краснодар: Лань, 2008-465 с.
5. Сивухин Д. В. Общий курс физики. Т. 4. Оптика. М.: ФИЗМАТЛИТ. 20052006.
6. Федосов, И. В. Геометрическая оптика [Текст] : [учеб. пособие] / И.
В. Федосов. - Саратов: Сателлит, 2008. – 90 с.
Дополнительная литература:
1. Амстиславский Я. Е. Учебные эксперименты по волновой оптике в диффузно рассеянных лучах Учебное пособие. М.: ФИЗМАТЛИТ. 2004. – 126
c.
2. Стафеев С.К. и др. Основы оптики. М:СПб и др: Питер. 2006. – 336 с.
3. Савельев И. В. Курс физики. В 3-х томах. Т.2. Электричество. Колебания
и волны. Волновая оптика. СПб.; М.: 2006 – 496 с.
4. Горелик Г. С. Колебания и волны Учебное пособие. М.: ФИЗМАТЛИТ.
2008. – 655 c.
5. Локшин Г.Р. Основы радиооптики: Учебное пособие. – Долгопрудный:
Издательский Дом «Интеллект», 2009. – 344 с.
6. Заказнов, Н. П. Кирюшин, С. И., Кузичев, В. И. Теория оптических систем : учеб. пособие . -4-е изд., стер. СПб.; М.; Краснодар: Лань, 2008 –
446 с.
7. Учебные и учебно-методические материалы по Оптике, размещенные на
сайте кафедры оптики и биофотоники Саратовского государственного
университета им. Н.Г. Чернышевского http://optics.sgu.ru/library/education
7.5. Часть 5 – АТОМНАЯ ФИЗИКА
Основная литература:
1. Учебно-методические руководства к лабораторным работам по атомной
физике, размещенные на Интернет-сайте кафедры оптики и биомед. физики http://optics.sgu.ru.
2. Савельев И.В. Курс общей физики. Т.3. Оптика, атомная физика, физика
ядра и элементарных частиц. М.: Наука, 1989.
3. Сивухин Д.И. Общий курс физики. Т.5. Атомная и ядерная физика. Части
1,2. М.: Наука, 1986.
4. Матвеев А.Н. Атомная физика. М.: Высшая школа, 1989.
Дополнительная литература:
1. Практикум по атомной физике, часть 1. Под ред. В.К.Никольского. Саратов: Изд.-во Сарат. ун-та, 1989.
2. Практикум по атомной физике, часть 2. Под ред. А.Г.Финкеля,
Ю.П.Синичкина. Саратов: Изд. Сарат. ун-та, 1991.
3. Практикум по атомной физике, часть 3. Под ред. Ю.П.Синичкина. Саратов:
Изд. Сарат. ун-та, 1998.
7.6. Часть 6 – БИОФИЗИКА
Основная литература:
Нолтинг Б. Новейшие методы исследования биосистем. Техносфера,
2006.
2.
Рубин А.Б. Биофизика: В 2 т. Т. 1: Теоретическая биофизика: Учебник.
3-е изд. — М.: Изд-во МГУ, 2004. — 448 с.: ил.
3.
Рубин А.Б. Биофизика: В 2 т. Т. 2.: Биофизика клеточных процессов:
Учебник. 3-е изд. — М.: Изд-во МГУ, 2004. — 469 с.: ил.
1.
Дополнительная литература:
К разделу 1: Вводная задача.
1. Ленинджер А. Основы биохимии: В 3-х т. Т 1 Пер. с англ. – М.: Мир,
1985.
2. Химическая энциклопедия. В пяти томах. Т.1. – М.: Советская энциклопедия, 1988. Т.2. – М.: Советская энциклопедия, 1990. Т.3. – М.: Большая
Российская энциклопедия, 1992. Т.4. – М.: Большая Российская энциклопедия, 1995. Т.5. – М.: Большая Российская энциклопедия, 1999.
3. Досон Р., Эллиот Д., Эллиот У., Джонс К. Справочник биохимика:
Пер.с англ. – М.: Мир, 1991. - 544с.
4. Воскресенский П.И. Техника лабораторных работ. Издание 10-е, стереотипное. - М.: Химия, 1973. - 717с.
К разделу 2: Исследование оптических и диффузионных явлений в биотканях при воздействии гиперосмотических иммерсионных жидкостей.
1. Приезжев А.В., Тучин В.В., Шубочкин Л.П. Лазерная диагностика в
биологии и медицине. - М.: Наука, 1989. - 240 с.
2. Башкатов А.Н., Генина Э.А., Долотов Л.Е., Правдин А.Б., Тучин В.В.
Общий биофизический практикум. – Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 2011.
– 150 с.: ил.
3. Tuchin V.V. Optical clearing of tissues and blood. - Bellingham: SPIE Press,
Vol. PM 154, 2006. - 254 p.
4. Тучин В.В. Лазеры и волоконная оптика в биомедицинских исследованиях. - М: ФИЗМАТЛИТ, 2010. - 488 с.
5. Tuchin V.V. Tissue optics: light scattering methods and instruments for medical diagnosis. - Bellingham: SPIE Press, 2007. - 882 p.
6. Оптическая биомедицинская диагностика в 2 т. Т. 2 / под ред. В.В. Тучина. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2007.
7. Владимиров Ю.А., Потапенко А.Я. Физико-химические основы фотобиологических процессов. - М.: Высшая школа, 1989. - 198 с.
8. Синичкин Ю.П., Утц С.Р. In vivo отражательная и флуоресцентная спектроскопия кожи человека. - Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 2001. - 92 с.
9. Tuchin V.V. (Ed.) Handbook of photonics for biomedical science. - Taylor &
Francis Group LLC: CRC Press, 2010.
10.Tuchin V.V. (Ed.) Handbook of optical sensing of glucose in biological fluids and tissues. - Taylor & Francis Group LLC: CRC Press, 2009.
11.ван де Хюлст Г. Рассеяние света малыми частицами. - М.: Изд-во Иностранной Литературы, 1961. - 536 с.
12.Борен К., Хафмен Д. Поглощение и рассеяние света малыми частицами.
- М.: Мир, 1986. - 656 c.
13.Котык А., Яначек К. Мембранный транспорт. - М.: Мир, 1980. - 341 с.
14.Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф. Биологическая химия. - М.: Медицина,
1990. - 543 с.
15.Волькенштейн М.В. Биофизика. - М.: Наука, 1981. - 575 с.
16.Кожа (строение, функция, общая патология, терапия) / Под ред. А.М.
Чернуха, Е.П. Фролова. - М.: Медицина, 1982. - 336 с.
17.Ян Татонь Ожирение. Патфизиология. Диагностика. Лечение. - Варшава, 1981.
18.Шурыгин Д.Я., Вязицкий П.О., Сидоров К.А. Ожирение. - Л.: Медицина, 1980.
19.Бендолл Д. Мышцы, молекулы и движение. - М.: Мир, 1970.
20.Александер Р. Биомеханика. - М.: Мир, 1970.
21.Рубин А.Б. Биофизика. - М.: Высшая школа, 1987.
22.Равич-Щербо М.И., Новиков В.В. Физическая и коллоидная химия. - М.:
Высшая Школа, 1975. - 255 с.
23.Лыков А.В. Явления переноса в капилярно-пористых телах. - М.: Гос.
изд-во технико-теоретической лит-ры, 1954. - 296 с.
24.Фридрихсберг Д.А. Курс коллоидной химии. - Л.: Химия, 1974. - 352 с.
25.Рид Р., Праусниц Дж., Шервуд Т. Свойства газов и жидкостей. - Л.: Химия, 1982. - 592 с.
26.Викторов М.М. Методы вычисления физико-химических величин и
прикладные расчеты. - Л.: Химия, 1977. - 360 с.
27.Бретшнайдер С. Свойства газов и жидкостей. - М.: Химия, 1966. - 536 с.
28.Ребиндер П.А. Конспект общего курса коллоидной химии. - М.: Изд-во
МГУ, 1949. - 112 с.
29.Пири А., ван Гейнинген Р. Биохимия глаза. М.: Медицина, 1968. - 400 с.
30.Давид Р. Введение в биофизику. - М.: Мир, 1982. - 207 с.
31.Физиология человека / Под ред. Р. Шмидта, Г. Тевса. - М.: Мир, 1996.
32.Марри Р., Греннер Д., Мейес П., Родуэлл В. Биохимия человека. - М:
Мир, 1993.
33.Лыков А.В. Теория теплопроводности. - М.: Высшая шк. 1967. - 600 с.
34.Полянин А.Д., Вязьмин А.В., Журов А.И., Казенин Д.А. Справочник по
точным решениям уравнений тепло- и массопереноса. - М.: Факториал,
1998. - 368 с.
35.Иоффе Б.В. Рефрактометрические методы химии. - Л.: Химия, 1974. 400 с.
36.Физические величины. Справочник / Под ред. И.С. Григорьева, Е.З.
Мейлихова. - М.: Энергоатомиздат, 1991. - 1232 с.
37.Таблицы физических величин. Справочник / Под ред. И.К. Кикоина. М.: Атомиздат, 1976. - 1006 с.
38.Банди Б. Методы оптимизации. - М.: Радио и связь, 1988. - 128 с.
39.Кассандрова О.Н., Лебедев В.В. Обработка результатов наблюдений. М.: Наука, 1970. - 104 с.
40.Bashkatov A.N., Genina E.A., Tuchin V.V. Measurement of glucose diffusion coefficients in human tissues / Chapter 19 in: Handbook of Optical Sensing of Glucose in Biological Fluids and Tissues, Valery V. Tuchin (editor),
Taylor & Francis Group LLC, CRC Press, 2009, pp. 587-621
41.Genina E.A., Bashkatov A.N., Tuchin V.V. Glucose-induced optical clearing
effects in tissues and blood / Chapter 21 in: Handbook of Optical Sensing of
Glucose in Biological Fluids and Tissues, Valery V. Tuchin (editor), Taylor &
Francis Group LLC, CRC Press, 2009, pp. 657-692
42.Genina E.A., Bashkatov A.N., Larin K.V., Tuchin V.V. Light-tissue interaction at optical clearing / Chapter 7 in: Laser Imaging and Manipulation in Cell
Biology, Francesco S. Pavone (editor), Wiley-VCH Verlag GmbH & Co.
KGaA, Boschstr. 12, 69469 Weinheim, Germany, 2010, pp. 115-164
43.Genina E.A., Bashkatov A.N., Tuchin V.V. Tissue optical immersion clearing // Expert Review of Medical Devices, Vol. 7(6), P. 825-842, 2010
44.Bashkatov A.N., Genina E.A., Tuchin V.V. Optical properties of skin, subcutaneous, and muscle tissues: a review // Journal of Innovative Optical Health
Sciences, Vol. 4, N. 1, P. 9-38, 2011
К разделу 3: Исследование биоэлектричества.
1. Волькенштейн М.В. Биофизика: Учебное руководство, 2-е изд., перераб.
и доп. - М.: Наука, 1988.
2. Губанов Н.И., Утепбергенов А.А. Медицинская биофизика - М.:
Медицина, 1978.
3. Антонов В.Ф. и др. Биофизика: Учеб. для студентов вузов - М.: Гуманит.
изд. центр ВЛАДОС, 1999.
4. Биофизика/ Под общ. ред. акад. АН СССР Костюка П.Г. - К.: Выща
школа, Головное изд-во, 1988.
5. Котык А., Яначек К. Мембранный транспорт. Междисциплинарный
подход : Пер. с англ. - М.: Мир, 1980.
К разделу 4: Исследование фотодинамических явлений.
1. Конев С.В., Волотовский И.Д. Фотобиология. - Мн.: Изд-во БГУ, 1974. –
348 с.
2. Бурлакова Е.В., Владимиров Ю.А., Кольс О.Р., Кригер Ю.А., Кудряшов
Ю.Б., Литвин Ф.Ф., Хомазюк В.Г. Малый практикум по биофизике. - М.:
Высшая школа, 1964.
3. Рубин А.Б. Биофизика: Т. 2 Биофизика клеточных процессов. - М.: Изд–во
Московского университета, 1999. – 468 с.
4. Бездетная Л.Н., Потапенко А.Я., Перхова О.Ю., Нагиев А.И., Сухоруков
В.Л.,
Владимиров
Ю.А.
Фотосенсибилизированное
псораленом
повреждение мембран эритроцитов: два механизма. - Биологические
мембраны. – 1987. - Т. 4. - № 3. - сс.270–278.
5. Техническое описание и руководство по эксплуатации спектрофотометра
СФ-26.
6. Владимиров Ю.А., Потапенко А.Я. Физико-химические основы
фотобиологических процессов: Учебник для вузов, 2-е изд., перераб. и доп.
— М.: Дрофа, 2006. — 285 с., ил.
4.
Ремизов А.Н., Максина А.Г., Потапенко А.Я. Медицинская и
биологическая физика: Учебник для мед. вузов. — 4-е изд. Перераб., и
доп. — М.: Дрофа, 2003. — 560 с., ил.
5.
Антонов В.Ф., Коржуев А.В. Физика и биофизика: Курс лекций для
студентов мед. вузов: Учеб. пособие для студентов мед. вузов. — М.:
ГЭОТАР-МЕД, 2004. — 192 с., ил
7.6 Программное обеспечение и Интернет-ресурсы:
1. http://fizportal.ru : Все о физике. Все для физики.
2. http://sfiz.ru/ : Эта удивительная физика.
3. http://www.physbook.ru/ : Электронный учебник физики.
4. http://optics.sgu.ru. Учебно-методические руководства к лабораторным работам по атомной физике.
5. http://optics.sgu.ru.Учебно-методические руководства к лабораторным работам по общему биофизическому практикуму.
8. Материально-техническое обеспечение дисциплины
«Общий физический и биофизический практикум»
В рамках дисциплины лабораторные работы выполняются в следующих лабораториях Общего физического практикума: «Механика и молекулярная физика», «Электричество и магнетизм», «Оптика», «Атомная физика», а также В лаборатории Общего биофизического практикума.
Перечень действующих лабораторных работ
Часть 1 – МЕХАНИКА
ЛР 1.1
ЛР 1.2
ЛР 1.3
ЛР 1.4
ЛР 1.5
ЛР 1.6
ЛР 1.7
ЛР 1.8
ЛР 1.9
ЛР 1.10
ЛР 1.11
ЛР 1.12
Измерение моментов инерции тел:
− с помощью крутильного маятника;
− с помощью трифилярного подвеса.
Проверка основного закона вращательного движения.
Измерение ускорения силы тяжести методом физического маятника.
Крутильный баллистический маятник.
Измерение скорости полета пули с помощью баллистического маятника.
Изучение законов столкновения тел.
Наклонный маятник.
Проверка закона сохранения момента импульса..
Исследование колебаний связанных маятников.
Исследование колебаний пружинного маятника.
Измерение скорости звука в воздухе:
− методом интерференции;
− методом стоячей волны.
Измерение модулей упругости:
- из растяжения;
- из изгиба;
- из кручения.
Часть 2 – МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА
ЛР 2.1
ЛР 2.2
Определение отношения удельных теплоемкостей адиабатическим методом.
Определение коэффициента теплопроводности твердого теплоизолятора.
ЛР 2.3
ЛР 2.4
ЛР 2.5
ЛР 2.6
ЛР 2.7
ЛР 2.8
ЛР 2.9
Определение коэффициента внутреннего трения жидкости:
- по методу Стокса,
- с помощью капиллярного вискозиметра.
Определение коэффициента внутреннего трения газов, средней длины свободного пробега и эффективного диаметра молекул воздуха:
- с помощью газометра,
- по средней скорости капельного истечения жидкости.
Определение коэффициента поверхностного натяжения жидкости:
- методом капель,
- методом газовых пузырьков.
Определение влажности воздуха:
- с помощью конденсационного гигрометра с термоэлектрическим охлаждением,
- с помощью аспирационного психрометра Ассмана.
Ознакомление со статистическими закономерностями на механических моделях.
Определение теплопроводности воздуха.
Фазовые переходы:
- определение температуры плавления.
Часть 3 – ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ
ЛР 3.1
ЛР 3.2
ЛР 3.3
ЛР 3.4
ЛР 3.5
ЛР 3.6
ЛР 3.7
ЛР 3.8
ЛР 3.9
ЛР 3.10
ЛР 3.11
ЛР 3.12
ЛР 3.13
ЛР 3.14
ЛР 3.15
ЛР 3.16
ЛР 3.17
ЛР 3.18
ЛР 3.19
ЛР 3.20
ЛР 3.21
Изучение электростатического поля методом электролитической ванны.
Измерение диэлектрической проницаемости жидких диэлектриков.
Измерение сопротивления при помощи моста постоянного тока.
Измерение ЭДС и силы тока компенсационным методом
Изучение работы полупроводниковых диодов и полупроводниковых выпрямителей.
Изучение работы вакуумного диода и кенотронного выпрямителя.
Изучение работы трехэлектродной электронной лампы.
Определение удельного заряда электрона «методом магнетрона».
Изучение работы лампового генератора электромагнитных колебаний и вынужденных колебаний в контуре.
Регистрация и наблюдение быстрых процессов (электронный осциллограф).
Изучение закона Ома для цепи переменного тока.
Измерение мощности и сдвига фаз между током и напряжением в цепях переменного тока.
Измерение коэффициента самоиндукции катушек при помощи мостиковых
схем переменного тока.
Измерение емкости конденсатора при помощи мостиковых схем переменного
тока.
Изучение эффекта Холла.
Изучение гистерезиса ферромагнетиков.
Изучение работы электроизмерительных приборов.
Изучение резонанса токов.
Измерение ЭДС термоэлемента
Исследование электроемкости конденсаторов
Исследование стационарных магнитных полей с помощью измерителей магнитной индукции.
Часть 4 – ОПТИКА
ЛР 4.1
Лабораторная работа № 1. Измерение фокусных расстояний линз при помощи
ЛР 4.2
ЛР 4.3
ЛР 4.4
ЛР 4.5
ЛР 4.6
ЛР 4.7
ЛР 4.8
ЛР 4.9
ЛР 4.10
ЛР 4.11
ЛР 4.12
ЛР 4.13
ЛР 4.14
ЛР 4.15
ЛР 4.16
ЛР 4.17
ЛР 4.18
ЛР 4.19
ЛР 4.20
малой оптической скамьи.
Измерение параметров фотообъектива при помощи большой оптической скамьи.
Зрительная труба и микроскоп
Определение показателя преломления жидкости при помощи рефрактометра
ИРФ-22.
Основы фотометрии.
Изучение поглощения света с помощью фотометров ФЭК-56ПМ и ФМ-56.
Изучение дисперсии света с помощью спектрогониометра.
Качественный спектральный анализ с помощью монохроматора УМ-2.
Эффект Брюстера.
Изучение эффекта вращения плоскости поляризации.
Исследование эллиптически поляризованного света.
Определение интенсивности и поляризации рассеянного света мутными средами.
Определение качества поверхности оптических деталей методом пробных стекол.
Определение длины волны света при наблюдении колец Ньютона.
Изучение интерференции света от двух щелей. Измерение концентрации и показателя преломления растворов с помощью интерферометра ЛИР-2
Изучение интерференции света от двух отверстий.
Изучение пространственной когерентности света в интерференционной схеме
Юнга.
Интерферометр Майкельсона.
Определение длины волны с помощью дифракционной решетки.
Изучение дифракции света на круглом отверстии.
Часть 5 – АТОМНАЯ ФИЗИКА
ЛР 5.1
ЛР 5.2
ЛР 5.3
ЛР 5.4
ЛР 5.5
ЛР 5.6
ЛР 5.7
ЛР 5.8
ЛР 5.9
ЛР 5.10
ЛР 5.11
ЛР 5.12
ЛР 5.13
ЛР 5.14
ЛР 5.15
ЛР 5.16
Лабораторная работа № 1. Тепловое излучение. Измерение яркостной температуры.
Лабораторная работа №2. Определение постоянной Планка.
Лабораторная работа №З. Опыты Франка и Герца.
Лабораторная работа №4. Спектр атома водорода.
Лабораторная работа №5. Изотопический сдвиг в спектре атома водорода.
Лабораторная работа №6. Спектры щелочных металлов.
Лабораторная работа №7. Тонкая структура спектральных линий атомов щелочных металлов и щелочно-земельных элементов.
Лабораторная работа №8. Эффект Зеемана.
Лабораторная работа №9. Молекулярный спектр. Определение энергии диссоциации молекул йода.
Лабораторная работа №10. Лазер – 1.
Лабораторная работа №11. Лазер – 2.
Лабораторная работа №12. Эффект Рамзауэра-Таундсена.
Лабораторная работа №13. Определение ширины запрещенной зоны полупроводников по краю собственного поглощения.
Лабораторная работа № 14. Эффект Комптона.
Лабораторная работа № 15. Опыты Резерфорда по рассеянию альфа-частиц.
Лабораторная работа № 16. Рентгеновский спектрометр.
Часть 6 – БИОФИЗИКА
ЛР 6.1
ЛР 6.2
Лабораторная работа № 1. Вводная задача.
Лабораторная работа №2. Исследование набухания и дегидратации биотканей.
ЛР 6.3
ЛР 6.4
ЛР 6.5
Лабораторная работа №З. Оптическое просветление биотканей.
Лабораторная работа №4. Электрические методы измерений в биофизике.
Лабораторная работа №5. Фотодинамический гемолиз.
Программа составлена в соответствии с требованиями ОС ВПО «Физика
живых систем» с учетом рекомендаций и Примерной ООП ВПО по направлению «Физика живых систем».
Авторы:
доцент кафедры общей физики,
к.ф.-м.н.
доцент кафедры оптики и биофотоники,
к.ф.-м.н.
профессор кафедры оптики и биофотоники,
д.ф.-м.м., профессор
профессор кафедры оптики и биофотоники,
д.ф.-м.н., профессор
С.В. Овчинников
И.В. Федосов
Ю.П. Синичкин
А.А. Генина
Программа одобрена на заседании кафедры оптики и биофотоники
от 20 мая 2011 года, протокол № 6/11.
Подписи:
Зав. кафедрой
В.В. Тучин
Декан физического факультета
(факультет, где разработана программа)
В.М. Аникин
Декан физического факультета
(факультет, где реализуется программа)
В.М. Аникин