 |
Порядок выполнения лабораторной работы
|
|
|
|
Подготовить усилитель У, генератор Г, вольтметры V1 и V2 к работе, для чего необходимо подключить их к сети напряжением 220 В и включить их тумблером “Сеть”.
Кнопку «пределы» вольтметра В7-40/3 в положение АВП, а кнопку «род работы» в положение U~.
Переключатель «пределы измерений» вольтметра В3-38 в положение 1 V.
Снятие амплитудной характеристики усилителя
Uвых= f (U вх) при n = const
а) установить переключатель П, расположенный на панели корпуса усилителя, в крайнее левое положение (фильтры на выходе усилителя отключены);
б) установить частоту выходного сигнала генератора n=1000 Гц, используя кнопку “ЧАСТОТА” «2 kHz», ручки «ЧАСТОТА» «Грубо», «Плавно».
в) установить ручкой “АМПЛ” генератора по шкале вольтметра V1 (В3-38) необходимое входное напряжение для усилителя; величину Uвх изменяем от 0.1 В до 0.9 В через каждые 0.2 В;
г) данные занести в таблицу:
| Uвх (В) | |||||
| Uвых(В) |
д) по измеренным данным построить графическую зависимость Uвых =f(Uвх):
Амплитудная характеристика усилителя
е) по графической зависимости определить диапазон значений Uвх линейной области амплитудной характеристики.
2. Снятие частотных характеристик К= f(n) при Uвх=const
- усилителя (У)
- усилителя с фильтром низкой частоты (У+ФНЧ)
- усилителя с фильтром высокой частоты (У+ФВЧ)
- усилителя с полосовым фильтром (У+ПФ)
a) установить частоту выходного сигнала генератора n=100 Гц, используя кнопку “ЧАСТОТА” «200 Hz», ручки «ЧАСТОТА» «Грубо», «Плавно»;
б) ручкой “АМПЛ” генератора установить по вольтметру V1(В3-38) входное напряжение усилителя Uвх = 0,1 В и в дальнейшей работе поддерживать его неизменным; определить по вольтметру V2 (В7-40/3) Uвых для: усилителя (У), усилителя с фильтром НЧ (У+ФНЧ), усилителя с фильтром ВЧ (У+ФВЧ), усилителя с ПФ (У+ПФ), при положении переключателя П соответственно (1,2,3,4).
|
|
|
Выполнить пункты а,б для частот n=(320, 1000, 3200, 10000) Гц
в) рассчитать коэффициент усиления 
, где Uвх=0,1 В для всех измерений и полученные данные занести в таблицу:
| Тип устройства | n (Гц) | |||||
| lg n | 2,5 | 3,5 | ||||
| У | Uвых (В) | |||||
| К | ||||||
| У + ФНЧ | Uвых (В) | |||||
| К | ||||||
| У + ФВЧ | U вых(В) | |||||
| К | ||||||
| У + ПФ | Uвых (В) | |||||
| К |
г) построить в одной и той же системе координат для четырех устройств частотные характеристики, используя по оси частот логарифмический масштаб К=f(lgn), откладывая выше горизонтальной оси lg n, а ниже соответствующие значения n.
Частотная характеристика усилителя в комбинации с фильтрами
д) определить по частотным характеристикам полосу пропускания каждого из четырех устройств; для этого необходимо:
- определить для частотной характеристики данного устройства Кmax;
- найти слева и справа от Кmax на частотной характеристике значение 
;
- найти соответствующее данному коэффициенту усиления значение слева lgnнижн. и, соответственно, nнижн., справа lgnверх. и, соответственно, nверх.
На рисунке дан пример нахождения полосы пропускания для У+ПФ.
Вывод:
| Дата (дд.мм.гг) | Преподаватель | Отметка о зачете лабораторной работы | Подпись преподавателя |
Занятие № 28
| Тема раздела: | ПРОМЕЖУТОЧНЫЙ КОНТРОЛЬ ЗНАНИЙ И ПРАКТИЧЕСКИХ НАВЫКОВ |
| Тема занятия: | ОБОБЩАЮЩЕЕ ЗАНЯТИЕ ПО разделам курса «Биоэнергетика. Термодинамика биосистем». «Электрические и магнитные явления в организме, электрические воздействия и методы исследования» |
| Цель занятия: | Упорядочить знания, осуществить рейтинговый контроль уровня знаний по разделам «Биоэнергетика. Термодинамика биосистем», «Электрические и магнитные явления в организме, электрические воздействия и методы исследования». |
|
|
|
Теоретические вопросы:
1. Механические колебания: гармонические, затухающие.
2. Энергия гармонических колебаний.
3. Вынужденные колебания. Резонанс. Автоколебания.
4. Сложение колебаний, направленных вдоль одной прямой и во взаимно перпендикулярных направлениях.
5. Сложные колебания. Гармонический спектр сложных колебаний, теорема Фурье. Разложение колебаний в гармонический спектр.
6. Механические волны, их виды и скорость распространения.
7. Уравнение волны. Энергетические характеристики волны.
8. Излучатели и приёмники УЗ.
9. Особенности распространения ультразвуковой волны: малая длина волны, направленность, поглощение, преломление, отражение.
10. Взаимодействие УЗ с веществом: деформация, кавитация, выделение тепла, химические реакции.
11. Использование УЗ в медицине: терапии, хирургии, диагностике.
12. Эффект Допплера и его применение для неинвазивного измерения скорости кровотока.
13. Инфразвук и его воздействие на человека.
14. Акустика. Физические характеристики звука.
15. Характеристики слухового ощущения и их связь с физическими характеристиками звука. Закон Вебера-Фехнера. Уровни интенсивности, уровни громкости звука и единицы их измерения.
16. Аудиометрия и фонокардиография.
17. Физические основы работы аппарата восприятия звука.
18. Поглощение и отражение звуковых волн, акустический импеданс. Реверберация.
19. Основные понятия гидродинамики. Условие неразрывности струи. Уравнение Бернулли.
20. Вязкость жидкости. Уравнение Ньютона. Единицы вязкости. Кровь как неньютоновская жидкость. Феномен Фареуса-Линдквиста. Факторы, влияющие на вязкость крови в живом организме.
21. Формула Пуазейля. Гидравлическое сопротивление. Распределение давления и скорости течения крови в сосудистой системе.
22. Ламинарное и турбулентное течения. Число Рейнольдса. Условия проявления турбулентности в системе кровообращения.
23. Методы измерения вязкости жидкостей, определение вязкости крови.
|
|
|
24. Пульсовая волна. Роль эластичности кровеносных сосудов в системе кровообращения.
25. Физические принципы определения давления и скорости движения крови.
26. Работа и мощность сердца, их количественные оценки.
27. Особенности молекулярного строения жидкостей.
28. Поверхностное натяжение, единицы измерения коэффициента поверхностного натяжения.
29. Явления смачивания и несмачивания. Капиллярные явления. Давление Лапласа. Газовая эмболия.
30. Поверхностные явления в альвеолах. Сурфактант.
31. Методы измерения коэффициента поверхностного натяжения.
32. Деформации и их виды. Закон Гука для упругих деформаций.
33. Механические свойства биотканей (мышечная и костная ткани, кровеносные сосуды).
34. Механические модели биообъектов.
35. Молекулярные основы упруго-эластических свойств биообъектов. Активное и пассивное напряжение мышц.
36. Сочленения и рычаги в опорно-двигательном аппарате человека.
37. Механическая работа человека. Эргометрия.
38. Основные понятия и исходные положения термодинамики.
39. Биоэнергетика. Биотермодинамика.
40. Первое начало термодинамики и его применение к живым системам.
41. Энерготраты организма. Теплопродукция организма как следствие необратимости реальных процессов. Первичная и вторичная теплота организма.
42. Тепловой баланс организма. Способы теплообмена.
43. Термометрия. Прямая и непрямая калориметрия.
44. Энтропия и её свойства.
45. Свободная и связанная энергия в организме.
46. Второе начало термодинамики.
47. Термодинамические потенциалы как функции состояния термодинамической системы.
48. Организм как открытая система. Теорема Пригожина.
49. Значение биологических мембран в процессе жизнедеятельности клетки.
50. Молекулярная организация и модели клеточных мембран.
51. Физические свойства и параметры мембран.
52. Значение изучения транспорта веществ через клеточные мембраны. Классификация мембранного транспорта.
53. Пассивный транспорт веществ и его разновидности. Математическое описание пассивного транспорта.
54. Активный транспорт ионов. Механизм активного транспорта вещества на примере натрий-калиевого насоса.
|
|
|
55. Cпособы проникновения веществ через биологические мембраны.
56. История открытия биопотенциалов. Гипотеза Бернштейна.
57. Мембранно-ионная теория генерации биопотенциалов клеткой и основные опыты, её подтверждающие.
58. Потенциал покоя. Уравнение Нернста. Уравнение Гольдмана-Ходжкина-Катца.
59. Механизм генерации потенциала действия.
60. Распространение потенциала действия по миелиновым и безмиелиновым нервным волокнам.
61. Электрическое поле и его характеристики.
62. Электрический диполь. Поле диполя. Диполь в электрическом поле.
63. Понятие о мультиполе. Волокно миокарда как диполь.
64. Дипольный эквивалентный электрический генератор сердца.
65. Физические основы электрокардиографии и векторкардиографии. Теория Эйнтховена.
66. Аппараты для электрокардиографии.
67. Переменный электрический ток и его физические характеристики.
68. Цепь переменного электрического тока с активным сопротивлением.
69. Цепь переменного электрического тока с индуктивным сопротивлением.
70. Цепь переменного электрического тока с емкостным сопротивлением.
71. Полное сопротивление цепи переменного электрического тока. Импеданс.
72. Электропроводность электролитов.
73. Первичное действие постоянного тока на ткани организма. Гальванизация. Лекарственный электрофорез.
74. Электропроводность биотканей для переменного тока. Зависимость импеданса биологических объектов от частоты электрического тока.
75. Реография как диагностический метод.
76. Оценка жизнеспособности тканей путем измерения импеданса ткани при различных частотах переменного тока.
77. Основы импедансной плетизмографии.
78. Электрический импульс, импульсный ток и их физические характеристики.
79. Электровозбудимость тканей. Реобаза. Хронаксия. Уравнение Вейса-Лапика, закон Дюбуа-Реймона.
80. Генераторы импульсных (релаксационных) колебаний и их практическое применение.
81. Электронный осциллограф.
82. Дифференцирующая цепь.Интегрирующая цепь.
83. Электронные стимуляторы. Низкочастотная физиотерапевтическая электронная аппаратура.
84. Генератор гармонических колебаний.
85. Принципиальная схема аппарата УВЧ-терапии. Терапевтический контур.
86. Воздействие на биообъекты переменным электрическим полем.
87. Воздействие на биообъекты переменным магнитным полем.
88. Воздействие на биообъекты электромагнитными волнами.
89. Диатермия, дарсонвализация, диатермокоагуляция, диатермотомия.
90. Общая схема съема, передачи и регистрации медико-биологической информации.
91. Электроды для съема биоэлектрического сигнала.
|
|
|
92. Термоэлектрические явления в металлах и полупроводниках. Термопары и термисторы и их использование для измерения температуры.
93. Пьезоэлектрический эффект и его применение.
94. Биоуправляемые и энергетические датчики и их характеристики.
95. Датчики температуры тела.
96. Датчики параметров системы дыхания.
97. Датчики параметров сердечно-сосудистой системы.
98. Аналоговые регистрирующие устройства.
99. Принцип работы медицинских приборов, регистрирующих биопотенциалы.
100. Амплитудная характеристика усилителя. Амплитудные искажения и их предупреждение.
101. Частотная характеристика усилителя. Частотные искажения и их предупреждение.
102. Многокаскадное усиление, типы связей между каскадами.
103. Обратная связь в электронных усилителях.
104. Дифференциальный усилитель. Повторитель.
Литература
1. Антонов В.Ф. и др. Биофизика. –М.: Владос, -2000.
2. Ремизов А. Н. и др. Медицинская и биологическая физика. –М.: Дрофа, -2003.
3. Ремизов А. Н. и др. Медицинская и биологическая физика. –М.: Высшая школа, -1996.
4. Губанов Н.И., Утепбергенов А.А. - Медицинская биофизика, -М.: Медицина, 1978.
5. Владимиров Ю. А. и др. Биофизика. –М.: Медицина, 1983.
6. Конспект лекций.
ЗАНЯТИЕ № 29
| Тема раздела: | Оптические методы исследования и воздействие излучением оптического диапазона на биологические объекты. Элементы физики атомов и молекул |
| Тема занятия: | Оптическая микроскопия. Рефрактометрия. Эндоскопия |
| Цель занятия: | Изучить и знать законы геометрической оптики и на их основе рассмотреть принцип работы оптической системы глаза и оптических приборов: трехгранной призмы, линз, рефрактометра, волоконного гастроскопа. |
Теоретические вопросы:
1. Геометрическая оптика. Законы геометрической оптики.
2. Ход лучей в трехгранной призме. Рефрактометрия и рефрактометры.
3. Явление полного внутреннего отражения света. Волоконная оптика и ее применение в медицине.
4. Линзы. Аберрация линз.
5. Оптическая система глаза. Недостатки оптической системы глаза.
6. Оптическая микроскопия. Ход лучей в микроскопе.
7. Увеличение и предел разрешения оптических микроскопов. Формула Аббе.
8. Специальные приемы оптической микроскопии.
Литература
1. Антонов В.Ф. и др. Биофизика. –М.: Владос, -2000.
2. Ремизов А. Н. и др. Медицинская и биологическая физика. –М.: Дрофа, -2003.
3. Ремизов А. Н. и др. Медицинская и биологическая физика. –М.: Высшая школа, -1996.
4. Губанов Н.И., Утепбергенов А.А. - Медицинская биофизика, -М.: Медицина, 1978.
5. Владимиров Ю. А. и др. Биофизика. –М.: Медицина, 1983.
6. Конспект лекций.
Самостоятельно решить задачи:
№№ 5.62, 5.63, 5.64, 5.65
(А.Н.Ремизов и др. Сборник задач по медицинской и биологической физике. –М.: Высшая школа, -1987)
Практически выполнить:
| Лабораторная работа: | Определение увеличения микроскопа и его разрешающей способности |
| Цель работы: | Определить увеличение микроскопа и величину его разрешающей способности. |
| Оборудование и принадлежности | биологический микроскоп, фотонасадка с матовым стеклом, микрообъект, миллиметровая линейка |
Краткие сведения по теории:
Микроскоп – оптический прибор, предназначенный для получения увеличенных изображений малых объектов, невидимых невооруженным глазом. Нормальный глаз человека на расстоянии наилучшего зрения (25 см) может различить мелкую структуру, состоящую из линий или точек, при условии, что они находятся на расстоянии друг от друга не меньше 0,07 мм. Размеры же бактерий, органических клеток, мелких кристаллов значительно меньше этой величины. Для обнаружения и изучения таких объектов используются различные типы микроскопов.
Оптическая схема микроскопа состоит из двух частей: объектива (ОБ) и окуляра (ОК) см. рис 29.1.
Рис 29.1
Предмет АБ помещается несколько дальше переднего главного фокуса объектива. При этом плоскость промежуточного изображения А’Б’ находится за двойным фокусным расстоянием объектива. Окуляр располагается так, чтобы эта плоскость находилась несколько ближе к линзе, чем её передний фокус. Ход лучей через объектив и окуляр строим по общим правилам.
Если увеличение микроскопа КМ=КОБ∙КОК,
, 
,
где L0 – оптическая длина тубуса, S=25 см – расстояние наилучшего зрения, тогда 
.
Из-за дифракции света на мельчайших деталях предмета наименьшее возможное расстояние между точками предмета, изображение которых можно видеть раздельно (предел разрешения), имеет ограничение. Поэтому, например, в оптическом микроскопе невозможно видеть фильтрующиеся вирусы, отдельные белковые молекулы.
Как показал Аббе, предел разрешения микроскопа Z численно равен 
, где l – длина волны, n – показатель преломления среды между предметом и объективом, u – апертурный угол, т.е. угол, образованный крайними лучами, попадающими в объектив. Произведение 
называют числовой апертурой.
|
|
|
