Физика в медицинском вузе. Учебно-методическое пособие

Считая одинаковыми подвижности ионов K+ и CL+, объясните, почему трубочку наполняют концентрированным раствором KCl.

244.(*) В качестве датчика медико-биологической информации используют конденсаторы с изменяющимся расстоянием между пластинами. Найдите отношение изменения частоты к частоте собственных колебаний в контуре, включающем такой конденсатор, если расстояние между пластинами уменьшилось на 1 мм. Первоначальное расстояние равно 1 см.

245.(*) Датчик частоты дыхания выполнен в виде резиновой трубки, заполненной угольным порошком. С торцов трубки вмонтированы электроды. Через уголь можно пропускать ток от внешнего источника. Длина трубки L, сечение столбика угля S, удельное сопротивление угольного порошка ρ, напряжение внешнего источника U. Как посчитать частоту дыхания пациента, если его грудную клетку опоясать такой трубкой?

246.Датчиком термометра сопротивления, предназначенного для биологических исследований, является катушка, изготовленная из эмалированной медной проволоки

длиной 4 м и диаметром 0,03 мм. Определите сопротивление катушки при ее контакте с телом человека, температура которого 36 0С.

247.Термопара висмут-железо с коэффициентом термо-ЭДС 9*10-6В/К и сопротивлением 5Ом присоединена к гальванометру с внутренним сопротивлением 1100 Ом. Какой ток

покажет гальванометр, если один спай термопары погрузить в тающий лед, а другим прикоснуться к телу человека, имеющего температуру 350С?

248.(*) При определении разности температур между различными участками поверхности

кожи человека с помощью термопары медь – констант в качестве индикатора использовался гальванометр чувствительностью 0,5*107А/дел и с сопротивлением обмотки подвижной катушки 50 Ом. Найдите разность температур, если при суммарном внешнем сопротивлении цепи 80 Ом стрелка отклонилась на 20 делений. Коэффициент термо-ЭДС термопары равен

41,5мкВ/К.

249.Какое минимальное изменение температуры тела человека можно определить с помощью термопары железо-констант, если измерительный прибор (гальванометр) имеет чувствительность 10-9 А/дел и сопротивлением 20 Ом? Коэффициент термо-ЭДС термопары

50мкВ/К, а ее сопротивление 5 Ом.

Физиотерапевтические аппараты высокочастотной терапии

250. Активное сопротивление терапевтического контура аппарата УВЧ равно 5*10-3 Ом, индуктивность 25 мкГн, а частота 40 МГц. Определите коэффициент затухания, емкость и период колебаний в контуре.

251.Колебательный контур аппарата для терапевтической диатермии состоит из катушки индуктивности и конденсатора емкостью 30 пФ. Определите индуктивность катушки, если частота генератора равна 1 МГц.

252.(*) Мощность, потребляемая аппаратом для терапевтической диатермии, 1,7кВ*А. Найдите угол сдвига фаз между током и напряжением, если за 20 с работы аппарата диск счетчика сделал 20 оборотов (2500 оборотов диска счетчика соответствует 1 кВт*ч).

253.Оцените возможные пределы изменения емкости терапевтического контура аппарата

254. Найдите коэффициент затухания, емкость и период колебаний в терапевтическом контуре аппарата УВЧ, если активное сопротивление контура равно 5 мОм, индуктивность 30 мкГн, а частота 40 МГц.

255. Активное сопротивление терапевтического контура аппарата УВЧ равно 5*10-3 Ом, индуктивность 25 мкГн, а частота 40 МГц. Определите коэффициент затухания, емкость и период колебаний в контуре.

51

2.5.6. Оптика

Исследование биологических тканей в поляризованном свете

256. Почему при исследовании некоторых биологических структур в поляризованном свете наблюдается чередование светлых и темных участков? Ответ обоснуйте.

257. Определите угол поворота плоскости поляризации светового луча для мочи больного

показатель преломления 1,331 для света с длиной волны 580 нм. Оцените разность фаз между обыкновенным и необыкновенным лучами, возникающую после прохождения света через этот образец?

259.Два поляризатора ориентированы под углом 450 относительно друг друга. На них падает неполяризованный свет. Определите, какая доля интенсивности света пройдет через оба поляризатора.

260.Два поляроида ориентированы так, что пропускают максимум света. Оцените, на какой угол следует повернуть один из них, чтобы интенсивность света уменьшилась наполовину.

261.Определить удельное вращение для раствора сахара, концентрация которого равна 0,33 г/см3, если при прохождении света через трубку с раствором угол поворота плоскости поляризации равен 220С. Длина трубки равна 10 см.

Глаз, недостатки оптической системы глаз и способы их компенсации с помощью линз

262.В каком случае большую роль играет дифракция в глазу: при большей или меньшей яркости света? Чем объясняется плохая резкость изображений в сумерках? Ответ обоснуйте.

263.(*) Нормальный глаз человека на расстоянии наилучшего зрения различает две точки, удаленные одна от другой на 70мкм. Размер изображения на сетчатке в этом случае равен

находящейся между предметом и линзой объектива; u-угловая апертура (угол между крайними лучами конического светового пучка, входящего в оптическую

систему); A = n *sin(u2) - числовая апертура), предел разрешения глаза, принимая диаметр

зрачка d=2мм, а длину волны λ2 = 555нм. Указанная выше формула получена из самых общих соображений дифракционной теории, поэтому ее можно использовать и для глаза.

264.Угловой предел разрешения составляет 5 угловых минут. Во сколько раз ниже острота зрения по сравнению с нормой?

265.Оптическая сила глаза при нормальном зрении равна 63 дптр. Какова оптическая сила глаза, если человек носит очки +2 дптр, -4дптр?

266.Ф. Петрарка «Сонеты на жизнь мадонны Лауры»

«Есть существа, которые глядят На солнце прямо, глаз не закрывая; Другие, только к ночи оживая, От света дня оберегают взгляд.»

Какова интенсивность солнечного излучения на Земле, от которого некоторые существа «оберегают взгляд»?

Какая энергия поступает в глаза этих существ, если они все-таки смотрят на Солнце в течении 10 минут? На сколько градусов повышается температура глазного яблока в результате поглощения этой энергии?

267. Суммарная преломляющая сила глаза человека представляет собой алгебраическую сумму рефракций (оптических сил) всех основных преломляющих сред: роговица Dр=42-43,

52

хрусталик Dхр=19-33, передняя камера Dп/к=2-4, стекловидное тело Dст=5-6 дптр. Рассчитайте оптическую силу глаза в состоянии покоя и при напряжении (рассматривание близких предметов).

268.Найдите оптическую систему линз глаза при полной аккомодации, принимая

расстояние от роговицы до предмета а1=25 см, расстояние от роговицы до изображения на сетчатке а2=23 мм.

269.Определите оптическую силу и фокусное расстояние очковой линзы, если оптическая сила глаза равна 58 дптр. Оптическая сила нормального глаза 63 дптр.

270.(*) Для определения расстояния до окружающих предметов слепой человек пользуется прибором, основной частью которого является низкочастотный ультразвуковой

генератор, посылающий в пространство 10имп/с с длительностью каждого импульса 8,8*10-3с. Определите минимальную и максимальную дальность действия прибора. Затуханием ультразвука в воздухе при относительно низких частотах можно пренебречь. Скорость ультразвука 340 м/с.

271.(*) Зрительное ощущение у человека может возникнуть, если энергия попадающего в глаз света составляет 2*10-13Дж. Определите, сколько квантов красного света с длиной волны 700 нм должно одновременно попасть в глаз для создания зрительного ощущения.

272.(*) Для человека верхний предел безболезненно воспринимаемого потока световой энергии составляет 2*10-5Вт. Оцените, сколько при этом попадает в глаз за 1 с фотонов с длиной волны 555 нм.

273.Поясните, почему при искусственном расширении зрачка с помощью лекарства глаз начинает хуже различать предметы.

274.(*) Характерны ли для оптической системы глаза сферическая и хроматическая аберрации? Ответ обоснуйте.

275.Какой человек, по Вашему мнению, будет лучше видеть предметы под водой – страдающий близорукостью или дальнозоркостью? Ответ обоснуйте.

276.Оцените, как измениться оптическая сила хрусталика глаза человека при переводе взгляда со звезды на цветок, находящийся на расстоянии наилучшего видения.

277.Почему человек с нормальным зрением, надевший достаточно сильные очки для дальнозорких глаз, видит окружающие предметы неотчетливо? Ответ обоснуйте.

278.Объясните, почему близорукий глаз может различать более мелкие детали, чем глаз с нормальным зрением.

279.Призматические очки, предназначенные для чтения лежа, оснащены прямоугольными линзами, которые поворачивают лучи, идущие от предмета, на 600 (Рис.18). Определите преломляющий угол призмы.

280.(*) Определите угол отклонения луча δ в призматическом очковом стекле с показателем преломления 1,52, если его преломляющий угол θ=130 (Рис.19.)

Рис.18. Рис.19.

281.Рассчитайте оптическую силу очковой линзы с показателем преломления 1,52, если d=50 мм, b=4,8 мм, с=2 мм.

282.На рецепте написано: очки +1,5 дптр. Расшифруйте, какие это очки и для какого типа дефекта зрения они предназначены.

283.Почему при ярком освящении те, кто пользуются не очень сильными очками, могут читать и без очков? Ответ обоснуйте.

53

284.Рассчитайте оптическую силу очков для человека, расстояние наилучшего зрения которого 0,1 м.

285.Определите, какой оптической силы очки нужны человеку, который может четко различать предметы невооруженным глазом лишь на расстоянии 60 см.

286.(*) Ближний и дальний предел аккомодации глаза близорукого человека равны 10 см и 12,5 см. Найдите соответствующие пределы аккомодации, если человек оденет очки с оптической силой -6 дптр.

287.(*) При офтальмоскопии глаза врача расположены на расстоянии 40 см от глаза пациента. Определите, в каком отношении находятся размеры изображений пациента в роговице глаза врача и вогнутом зеркале офтальмоскопа, если радиус кривизны роговицы 10мм, а зеркала 450 мм.

288.(*) При максимальной аккомодации радиус кривизны передней поверхности хрусталика изменяется от 10 до 5,5 мм, задний – соответственно от 6 до 5,5 мм. Оцените, на сколько при этом увеличивается оптическая сила хрусталика. Показатель преломления хрусталика 1,424, окружающей среды 1,336.

289.(*) Пределы аккомодации у близорукого человека лежат между 10 и 25см. Определите, как изменятся эти пределы, если человек наденет очки, оптическая сила линз которых 4 дптр.

290.(*) Ближний и дальний пределы аккомодации глаза близорукого человека равны 10см и 30 см соответственно. Человек носит очки, в которых хорошо видит удаленные предметы. Определите, на каком наименьшем расстоянии он может держать книгу, читая в этих очках.

291.(*) На каком расстоянии от глаза близорукий человек должен поместить собирающую линзу с фокусным расстоянием 10 см для рассматривания действительного изображения удаленных предметов, если обычно он пользуется очками с оптической силой

– 6 дптр?

292.(*) Максимальное расстояние, на котором близорукий человек достаточно хорошо различает мелкие предметы без чрезмерного утомления глаз, составляет 15см. Определите оптическую силу очков, которые должен надеть такой человек при чтении. Расстоянием между линзой и глазом пренебречь.

293.Пределы аккомодации глаза у близорукого человека находятся в пределах от 20 до 60см. Оцените, как изменятся эти пределы, если человек наденет очки с оптической силой -4дптр.

294.Глаз дальнозоркого человека аккомодирует, не напрягаясь, на расстоянии 50см. Какова должна быть оптическая сила очков, чтобы предел аккомодации был понижен до 20см, если считать глаз и очки близко расположенными тонкими линзами?

295.(*) Для людей, страдающих дальнозоркостью, изготовляются биофокальные очки, у которых верхняя часть каждого стекла предназначена для зрения вдаль, а нижняя – для чтения или рассматривания предметов на близком расстоянии. Какие биофокальные очки были бы удобными для дальнозоркого человека, расстояние наилучшего зрения которого

80см?

296.Максимальное расстояние, на котором близорукий человек достаточно хорошо различает мелкие детали без чрезмерного утомления глаз, равно 15 см. Какой оптической силы очки должен носить такой человек, чтобы ему было удобно читать? Расстояние между линзой и глазом пренебречь.

297.Близорукий человек читает без очков, держа книгу на расстоянии 10 см от глаз. Какова оптическая сила необходимых ему очков для чтения?

298.Обычный человеческий глаз может быть сфокусирован на объект, лежащий между 25см и бесконечностью. Прямо против глаза расположена простая тонкая увеличивающая линза с фокусным расстоянием f=+5 см. Определите: а) между какими двумя предельными положениями должен быть расположен рассматриваемый объект, чтобы его было ясно видно; б) угловое увеличение системы для каждого из этих двух положений.

54

Инфракрасное и ультрафиолетовой излучение, их применение в медицине. Аппараты светолечения

299.Охарактеризуйте физические параметры инфракрасного излучения, вызывающего расширение сосудов (сужение сосудов). (см. табл. в Приложении 3)

300.Спираль нагревательного элемента лампы для инфракрасного облучения

изготовляется из нихромовой проволоки диаметром 0,5 мм. Сопротивление спирали, нагретой до 500 0С, составляет 88 Ом. Определите длину проволоки спирали.

301.Опишите, как определяется биодоза ультрафиолетового излучения с помощью биодозиметра Горбачева.

Микроскопия

302. Определите предел разрешения микроскопа при наилучших условиях освещения для объекта с масляной иммерсией (n=1,6). Расчет произвести для длины волны в вакууме

λ = 550нм(Ответ: а) 0,3 мкм; б) 0,19 мкм)

303. (*) В современных оптических микроскопах аппертурный угол достигает

наибольшего значения u =1400 . Найдите предел разрешения такого микроскопа в двух

случаях: а) для наиболее коротковолновой части видимого света; б) для λ = 555нм, наиболее чувствительной к глазу человека. Объектив безыммерсионный (сухая система). Объект освещается наклонным пучком света.

304. (*) Оцените, во сколько раз можно повысить разрешающую способность микроскопа, перейдя к фотографированию в ультрафиолетовых лучах (λ1 = 270нм) по сравнению с

фотографированием в зеленых лучах (λ2 = 550нм)?

305.(*) Разрешающая способность оптического микроскопа ограничена дифракцией, так что в пределе она приблизительно равна половине длины световой волны света, используемого для наблюдения предмета. Определите, во сколько раз можно повысить разрешающую способность микроскопа, используя синее освещение вместо красного. Чему равна максимальная разрешающая способность электронного микроскопа, если в нем используются электроны с энергией 20 кэВ? Микроскоп такого рода следует использовать

для наблюдения внутреннего строения клетки (диаметр примерно 0,1 мм) и для изучения вируса диаметром около 100 Ангстрем (1 Ангстрем = 10-10м).

306.Фокусное расстояние объектива и окуляра микроскопа равны соответственно 0,001 и 0,03 м. Длина тубуса 0,15 м. Найдите увеличение, которое дает микроскоп.

307.Объектив микроскопа дает 50-кратное увеличение, а общее увеличение микроскопа составляет 500. Найдите фокусное расстояние окуляра.

308.Определите увеличение микроскопа, если главные фокусные расстояния объектива и окуляра равны 5 мм и 20 мм, соответственно, а оптическая длина тубуса микроскопа 12 см.

309.Определите увеличение микроскопа, если главное фокусное расстояние объектива 4мм, а главное фокусное расстояние окуляра 15 мм, длина тубуса – 12см.

310.Определите фокусное расстояние окуляра микроскопа, если он дает 900-кратное увеличение, а увеличение объектива составляет 90.

311.Фокусное расстояние объектива и окуляра микроскопа равны 4 мм и 2,5мм, соответственно. Предмет находится на расстоянии 0,2 мм от фокуса объектива. Найдите увеличение и длину тубуса микроскопа.

312.Определите увеличение объектива микроскопа, если общее увеличение микроскопа составляет 120, а фокусное расстояние окуляра равно 2,5 см.

313.Фокусное расстояние объектива микроскопа составляет 3,5 мм, а общее увеличение микроскопа равно 100. Найдите фокусное расстояние окуляра, если он расположен на расстоянии 12,4 см от объектива.

314.В микроскопах с большим увеличением в пространство между объективом и покровным стеклом вводят кедровое масло, имеющее показатель преломления такой же, как

иу покровного стекла. Для чего это делается?

315.Как должны работать люди, пользующиеся очками, с микроскопом: смотреть в окуляр через очки или без них?

55

316.(ТВОРЧ) Предложите свой способ улучшения качества работы с микроскопом для людей, страдающих близорукостью.

317.(ТВОРЧ) Предложите свой способ улучшения качества работы с микроскопом для людей, страдающих дальнозоркостью.

318.Объясните, какой цвет обеспечивает наилучшую разрешающую способность оптического микроскопа. При использовании монохроматического света влияет ли его цвет на разрешающую способность микроскопа?

319.Поясните, почему каждый осколок фотопластинки с записанной на ней голограммой, способен создать изображение предмета? Объясните, в чем заключается отличие изображения предмета, создаваемого всей пластинкой с голограммой, от изображения, создаваемого отдельным участком пластинки?

Вчем сущность и современные перспективы ультразвуковой голографии?

320.Интерференционный микроскоп устроен так, что каждый луч, входящий в микроскоп, раздваивается: один проходит сквозь наблюдаемую частицу, а второй – мимо. В окулярной части микроскопа оба луча вновь соединяются и интерферируют между собой. Результат интерференции определяется разностью хода лучей δ.

δ = Nλ = (n0 −nm )d , где n0 , nm - показатели преломления, соответственно – частицы и

окружающей среды; d- толщина частицы; N – порядок интерференции; λ – длина волны. Какое физическое явление называется интерференцией? Назовите условия, имеет место интерференция волн. Что представляет собой интерференционная картина и почему она имеет такой вид? Ответ обоснуйте.

Излучение тела человека. Физические основы термографии

321.Определите энергетическую светимость тела человека при температуре t = 360 C , принимая его за серое тело с коэффициентом поглощения α = 0,9 .

322.(*) Вычислите энергию, теряемую человеком ежесекундно при теплообмене лучеиспусканием (и поглощением) с окружающем средой. Рассмотрите два случая: а)

раздетый человек; б) человек, одетый в костюме на шерстяной ткани α1 = 0,9 , шерстяной ткани α2 = 0,76 ; температуры поверхности кожи t1 = 300 C , поверхности ткани t2 = 200 C и окружающего воздуха t3 =180 C . Площадь поверхности, через которую осуществляется

теплообмен лучистой энергией с окружающей средой, считать равной S =1,2м2 .

323. Как известно, метод термографии основан на регистрации различия теплового излучения здоровых и больных органов, обусловленного небольшим отличием их температур. Найдите, во сколько раз отличаются энергетические светимости и термодинамические температуры участков поверхности тела человека, температуры которых 310С и 33 0С соответственно, принимая тело человека за серое тело с

коэффициентом поглощения α = 0,9 .

324.Найдите, во сколько раз различаются энергетические светимости участков тела человека, имеющих температуру 320С и 32,50С соответственно. Тело человека считать серым.

325.(*) При диагностике методом томографии опухоли молочной железы пациентки дают выпить раствор глюкозы. Через некоторое время регистрируют тепловое излучение поверхности тела. Быстро делящиеся клетки опухолевой ткани интенсивно поглощают глюкозу, при этом выделяется энергия. Определите, на сколько градусов при этом меняется температура участка тела, если излучение с поверхности возрастает в 1,3 раза по сравнению

сисходным уровнем. Начальная температура участка тела равна 370С.

326.Какой поток энергии излучает тело человека при температуре 370С, если считать, что площадь излучающей поверхности тела равна 1,8м2, а коэффициент поглощения при этой температуре равен 0,95?

56

327.Оцените, на сколько увеличится температура тела человек, если поток излучения с поверхности тела возрос на 4%. Начальная температура тела равна 350С.

328.(*) Экспериментально установлено, что максимальное увеличение температуры мышцы при одиночном ее сокращении равно 0,003 0С. Определите температуру, выделяющуюся при укорочении мышцы, приходящуюся на 1 г ее массы. Сравните ее с

теплотой покоя, выделяющейся в мышечной ткани при нормальных процессах обмена и равной примерно 8,4*10-1 Дж/кг. Удельную теплоемкость мышечной ткани принять равной

7000 Дж/(кг*К).

329.(*) На участок тела больного площадью 0,1 м2 накладывается лечебная грязь толщиной 8 см при температуре 440С. Найдите количество теплоты, полученной человеком,

считая, что 30% ее теряется в окружающем пространстве. Теплоемкость грязи 2800Дж/(кг*К), ее плотность 1,4 г/см3, температура тела 370С.

330.(*) Потеря теплоты при испарении пота с поверхности кожи человека при нормальном потоотделении и температуре воздуха 18 0С составляет 11 % от общей теплопотери за сутки, равной 7500 кДж. Определите количество пота, испаряющегося с

поверхности кожи за сутки, если его удельная теплота парообразования при температуре кожи 32 0С равна 2,45*106 Дж/кг.

331.Рассчитайте количество теплоты, выделяемое человеком массой 70 кг за сутки. Теплопродукция тела человека по данным физиологии равна 1,6 Вт/кг.

332.(*) Теплота, выделяемая мышцей в фазе изотонического одиночного сокращения, складывается из двух составляющих: теплоты активации, являющейся следствием химических процессов, которые приводят мышцу в активное состояние, и теплоты

укорочения, образующейся только при сокращении мышцы. Определите теплоту активации мышцы сечением 1,2см2, скорость сокращения которой при нагрузке 110 равна 4 см/с, если при ее укорочении на 1 см выделяется тепловая энергия 0,035 Дж на 1 см2 поперечного сечения. КПД мышцы принять равным 40%, а время сокращения 0,5 с.

333.Общее выделение энергии у человека в состоянии покоя составляет 210кДж/(м2*ч), а при средней мышечной нагрузке – 726 кДж/(м2*ч). При оценке степени участия отдельных систем и органов в общем теплообразовании установлено, что для скелетных мышц оно составляет соответственно 20 и 75%. Чем обусловлено значительное увеличение теплопродукции скелетных мышц при нагрузке? Ответ обоснуйте.

334.Какое количество теплоты за сутки теряет человек путем теплопроводности через

кожу, если считать коэффициент теплопроводности кожи равным 0,25Вт/(м*К)? Поверхность тела 1,8 м2, толщина кожи 2 мм и разность температур на наружной и внутренней поверхностях 0,1 0С.

335.(*) При небольших скоростях движения воздуха с изменением влажности от 80 до 39% теплоотдача с поверхности тела человека путем испарения возрастает на 4,65 Вт/м2.

Определите перепад температуры между поверхностью кожи, средняя температура которой равна 32 0С, и окружающей средой вызовет такое же изменение теплоотдачи путем излучения.

336.На какую длину волны приходится максимум испускательной способности тела

человека, если как источник излучения оно обладает такими же свойствами, как абсолютно черное тело при температуре 3000 К? Ответ обоснуйте.

337.(*) Определите расход энергии человека в состоянии мышечного покоя, если за 10мин он выдыхает 60 л воздуха, в котором содержится 15% кислорода и 5% углекислого газа.

338.При непрямой калориметрии энергетический расход человека за 10 мин составил 84кДж. Какой объем кислорода он вдохнул, если известно, что в выдыхаемом воздухе содержалось 13% кислорода и 7% углекислого газа?

339. (*) Оцените, сколько полезной работы может быть получено при сжигании 1 моля глюкозы, если предположить, что тело человека работает как тепловая машина. (η = 30% ).

340. (*) Определите температуру мышцы, предполагая, что она работает как тепловая машина с η = 30% при температуре 25 0С.

57

341.Чем обусловлено обморожение кожных покровов человека при попадании на них сжиженных газов? Ответ обоснуйте.

342.Опишите, как влияет на температурные ощущения человека теплопроводность веществ, применяемых при лечении теплом или холодом.

343.Объясните, почему в сухом воздухе человек может выдержать температуру, превышающую 100 0С.

344.Повышение температуры тела человека на 1 0С вызывает повышение интенсивности основного обмена на 7%. С чем связано такое изменение?

345.В определенном интервале температур (приблизительно от 19 до 31 0С), когда температура кожи регулируется изменением кровоснабжения, увеличение относительной

влажности на 1% над уровнем в 36% сопровождается увеличением температуры кожи на 0,01 0С. Поясните, чем вызвано такое изменение температуры?

346.Всегда ли увеличение количества выделяющегося пота приводит к увеличению теплоотдачи? Ответ обоснуйте.

347.Опишите, какие изменения происходят в характере теплообмена человека с окружающей средой в условиях, когда температура ее выше температуры тела.

348.Каковы оптические свойства живых тканей? Назовите и раскройте содержание основных параметров теплофизических свойств живых тканей.

349.Поясните, чем определяется характер первичных фотобиологических реакций. От чего зависит степень проявления фотобиологических эффектов в организме здорового человека.

350.Что представляет собой карта теплового излучения тела человека, зарегистрированного в инфракрасном диапазоне? Ответ поясните.

2.5.7. Квантовая физика. Ионизирующее излучение

Применение электронного микроскопа в медицине

351. Найдите предел разрешения электронного микроскопа, принимая, что ускоряющее напряжение U =100кВ, а угловая апертура u =10−2 рад. Расчет произвести для двух случаев: а) без учета релятивистского изменения массы электрона; б) с учетом его.

352.Определите длину волны электронов, ускоренных напряжением 1 кВ в электронном микроскопе. Если бы эта длина волны являлась ограничивающим фактором (это не так), насколько малый объект можно было бы изучать под таким микроскопом? Ответ обоснуйте.

353.Минимальный размер объекта, который можно увидеть в микроскоп, приблизительно равны длине волны. Оцените, во сколько раз меньший объект можно наблюдать в электронный микроскоп, чем в оптический, если ускоряющее напряжение в электронном микроскопе U=0,1 МВ.

354.(*) Чему равен теоретический предел разрешающей способности электронного микроскопа, в котором электроны ускоряются напряжением 50кВ? (При вычислении используйте релятивистские формулы).

355.(*) Электроны в электронном микроскопе ускоряются напряжением 2200В. Какая числовая апертура необходима для того, чтобы достичь разрешения 4,0 нм?

356.Объясните, в чем заключаются основные сложности электронной микроскопии.

357.Будет ли разрешающая способность нейтронного микроскопа более, нежели электронного? Оцените принципиальные трудности осуществления нейтронного микроскопа.

Концентрационная калориметрия. Фотоэлектрокалориметры

358.Коэффициент пропускания раствора τ = 0,3 . Определите, чему равна его оптическая

плотность.

359. Какова концентрация раствора, если одинаковая освещенность фотометрических полей была получена при толщине l1 = 8мму эталонного 3%-го раствора и l2 = 24мм- у

исследуемого раствора?

360. Оптическая плотность раствора D=0,08. Найдите его коэффициент пропускания.

58

361.Рассчитайте молярный показатель поглощения некоторого вещества, если при прохождении света через раствор с концентрацией 0,05 моль/л интенсивность света уменьшилась в 25 раз. Длина кюветы 0,5 см.

362.Интенсивность света, прошедшего через раствор некоторого вещества, уменьшилась в

10раз. Молярный показатель поглощения на данной длине волны равен 2300 л/(моль*см), длина кюветы с раствором равна 1 см. Найдите молярную концентрацию растворенного вещества.

363.При прохождении света через слой раствора поглощается 1/3 первоначальной световой энергии. Определите коэффициент пропускания и оптическую плотность раствора.

Лазерное излучение, его применение в биологических исследованиях и в медицине

364.Частотный диапазон лазерного излучения, используемого в медицине, лежит в пределах от 30000ГГц до 1500000ГГц. Найдите соответствующие границы диапазона длин волн.

365.Лазерное излучение используют в различных областях медицины. Сравните энергию квантов лазерного излучения со следующими длинами волн: а) офтальмология

(«приваривание» сетчатки), λ = 0,514мкм; б) терапия, λ = 0,63мкм.

366.(*) При взаимодействии лазерного излучения с веществом основная часть поглощаемой веществом световой энергии расходуется не на плавление, а на испарение. Почему? Дайте пояснение.

367.(*) Воздействие на кожу человека импульса излучения лазера интенсивностью 1,26Вт/см2 вызывает болевое ощущение. Оцените, во сколько раз указанная интенсивность превышает интенсивность солнечной радиации.

368.(*) При лазерной спектроскопии применение лазерного излучения позволяет стимулировать квантовые переходы между вполне определенными уровнями энергии атомов и молекул. Почему это возможно? В данном методе исследования лазер используется для возбуждения комбинационного рассеяния света. Каковы особенности комбинационного рассеяния света? Ответ обоснуйте.

369.Для исследования биологического действия лазерного излучения используют преимущественно лазеры на неодиме (λ=1060 нм) и рубине (λ=694нм). Чем можно объяснить, что в клинической офтальмоскопии для уничтожения опухолей глазного дна нашел применение рубиновый лазер?

Рентгеновское излечение и его применение в медицине

370.Определите активное сопротивление катушки электромагнитного поля в схеме рентгеновского аппарата если индуктивность катушки 150 Гн, ток равен 2,5мА, напряжение

220В, а частота сети 50 Гц.

371.(*) В рентгеновском аппарате используется напряжение 50000 В, что дает рентгеновское излучение с максимальной энергией 50000 эВ. Чему равно соответствующая частота? Чему равна соответствующая длина волны? (Сравните ее с размером атома).

372.Определите, какое напряжение нужно приложить к рентгеновской трубке, чтобы получить излучение с длиной волны 1 нм.

373.Оцените, с какой скоростью достигают анода электроны в рентгеновской трубке, работающей при напряжении 50 кВ.

374.Найдите длину волны, определяющую коротковолновую границу непрерывного рентгеновского спектра для случаев, когда к рентгеновской трубке приложена разность потенциалов, равная 30, 50 кВ.

375.Найдите длину волны, определяющую коротковолновую границу непрерывного рентгеновского спектра, если известно, что уменьшение приложенного к рентгеновской трубке напряжения на 23 кВ, увеличивает искомую длину волны в 2 раза.

376.Найдите коротковолновую границу непрерывного рентгеновского спектра, если известно, что уменьшение приложенного к рентгеновской трубке напряжения на 23 кВ увеличивает искомую длину в 2 раза.

59

377.Каков механизм возникновения отдельных спектральных линий на фоне непрерывного спектра тормозного рентгеновского излучения? От чего зависят соответствующие им длины волн? Как можно использовать характеристические рентгеновские спектры для анализа свойств вещества? Ответ поясните.

378.При прохождении потока рентгеновского излучения через костную ткань произошло его ослабление в два раза. Учитывая, что толщина костной ткани составила 20 мм, определите линейный коэффициент ослабления.

379.Для рентгенодиагностики мягких тканей применяют контрастные вещества.

Например, желудок и кишечник заполняют кашеобразной массой сульфата бария BaSO4. Сравните массовые коэффициенты ослабления сульфата бария и мягких тканей (воды).

380.Определите активное сопротивление катушки электромагнитного поля в схеме рентгеновского аппарата, если индуктивность катушки 150 Гн, ток равен 2,5 мА, напряжение 220 В, а частота сети 50 Гц.

381.(*) Для питания рентгеновского аппарата используется силовая линия длиной 400 м с диаметром медных проводов 4,5 мм. Можно ли подключить к этой линии рентгеновский аппарат АРД-2, для которого допустимое сопротивление всей линии не должно превышать

0,4 Ом?

382.(*) Смертельная доза для человека массой 70 кг при облучении всего тела рентгеновскими или γ-лучами равно 600 рад. Определите, на сколько градусов от нормальной поднимается температура тела человека при таком облучении, если считать его однородным фантомом с удельной теплоемкостью 3,33 кДж/(кг*К).

383.Поглощенная доза в мягких тканях человека, выраженная в радах, и доза на таком же расстоянии от источника в воздухе, выраженная в рентгенах, в цифровом выражении почти равны. Почему поглощенная доза в костной ткани значительно отличается от экспозиционной дозы в рентгенах? Ответ обоснуйте.

384.Поясните, почему для получения рентгеновских лучей, применяемых в медицине, необходимо, чтобы поток электронов ударял в одну точку антикатода, а не попадал бы на него широким пучком.

385.Два потока рентгеновского излучения одинаковой интенсивности I0 проходят одинаковое расстояние в 10 см в костной и мягкой ткани. После прохождения мягкой ткани интенсивность оказывается в e2 раз большей, чем после прохождения костной ткани. Найдите разность коэффициентов поглощения в мягкой и костной ткани.

386.Два рентгеновских луча одинаковой интенсивности падают на костную и мягкую ткань и проходят в этих тканях одинаковое расстояние 2 см. Определите, какой из лучей будет иметь на «выходе» меньшую интенсивность.

387.Экспозиционная доза рентгеновского излучения составила 0,1Р. Найдите, чему равна биологическая доза, поглощенная доза для мягких тканей.

388.Рассчитайте биологическую дозу рентгеновского излучения, если поглощенная доза данного излучения составляет 1 рад.

389.Поглощенная доза рентгеновского излучения составляет 0,01 рад. Определите экспозиционную и эквивалентную дозы данного излучения для мягких тканей.

390.Какой толщины нужно взять материал, чтобы ослабить дозу рентгеновского или γ-излучения в 2 раза? Ответ обоснуйте.

391.Средняя мощность экспозиционной дозы в рентгеновском кабинете равна 6*10-12Кл/(кг*с). Врач находится в кабинете в течение 5 часов. Оцените, какова его доза облучения за 6 рабочих дней.

392.(*) Рентгеновская трубка создает на некотором расстоянии мощность экспозиционной дозы 2,58*10-5 А/кг. Найдите количество пар ионов, которое создает данная трубка в единицу времени на единицу массы воздуха при данном расстоянии.

393.(*) В каком случае произойдет большее увеличение потока рентгеновского излучения: при увеличении вдвое силы тока, но сохранении напряжения или, наоборот, при увеличении вдвое напряжения, но сохранении силы тока? Как можно увеличить силу тока, не изменяя

60