Министерство здравоохранения республики Беларусь

Учреждение образования

«Гомельский государственный медицинский университет»

Кафедра медицинской и биологической физики

Методическая разработка

Для проведения занятия преподавателем со студентами

по

Медицинской и биологической физике

Время проведения занятия:	Для лечебного факультета	для МДФ
	120мин аудиторных + 40 мин самостоятельная работа	115 мин. аудиторных

Тема: Определение длины волны излучения гелий-неонового лазера с помощью дифракционной решетки. Определение размеров эритроцитов с помощью дифракции лазерного излучения на мазке крови.

1. УЧЕБНЫЕ И ВОСПИТАТЕЛЬНЫЕ ЦЕЛИ, МОТИВАЦИЯ ДЛЯ УСВОЕНИЯ ТЕМЫ, ТРЕБОВАНИЯ К ИСХОДНОМУ УРОВНЮ ЗНАНИЙ

Ознакомление с принципом работы и устройством лазеров, их использованием в медицине, с характеристиками лазерного излучения. Определение длины волны излучения гелий-неонового лазера и размера эритроцита с помощью дифракционной решетки.

При изучении дифракции лазерного излучения на дифракционной решетке и на мазке крови студент знакомится с принципами использования лазерного излучения в медицине и методов исследования структуры объекта, основанных на дифракции света, а также усваивает основами безопасности при работе с лазерным излучением.

Исходный уровень знаний должен включать в себя:

1. Основы устройства и работы лазеров.

2. Классификация лазеров.

3. Гелий-неоновый лазер, рубиновый лазер, молекулярный лазер на двуокиси углерода (CO₂-лазер).

4. Биофизические основы действия лазерного излучения на организм. Использование низкоинтенсивных лазеров в медицине.

5. Использование высокоинтенсивных лазеров в медицине. Лазерная хирургическая установка.

6. Безопасность при эксплуатации лазерных установок.

В результате проведения занятия студент должен:

1. Знать основные правила безопасности при работе с лазерными установками.

2. Знать основные свойства лазерного излучения, являющиеся основой его использования в медицине.

3. Знать основные формулы дифракции света на щели, малом объекте и дифракционной решетке.

В результате проведения занятия студент должен уметьопределить длину волны излучения гелий-неонового лазера с помощью дифракционной решетки и оценить размеры эритроцитов в мазке крови с помощь излучения гелий-неонового лазера, уметь работать с лазерными установками с соблюдением техники безопасности.

2. Материальное оснащение

Гелий-неоновый лазер, стандартная дифракционная решетка, экран, препарат высушенного мазка крови, измерительные линейки.

3. Контрольные вопросы из смежных дисциплин.

1. Состав крови и геометрические размеры эритроцитов в мазке крови. (биология).

4. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ПО ТЕМЕ ЗАНЯТИЯ.

1. Дифракционная решетка. Условия главных максимумов для дифракционной решетки.

2. Запишите формулы для определения длины волны лазера с помощью дифракционной решетки и размеров эритроцитов в мазке крови.

3. Спонтанное и вынужденное излучение атомных систем.

4. Какая среда называется активной (средой с инверсной заселенностью энергетических уровней)? Как происходит усиление света в активных средах?

5. Основные устройства лазера. Укажите назначение резонатора в лазере.

6. Основные свойства лазерного излучения.

7. Виды лазеров.

8. Применения низкоинтенсивных лазеров в медицине.

9. Применения высокоинтенсивных лазеров в медицине.

10. Биофизические основы действия лазерного излучения на ткани и органы.

11. Техника безопасности при работе с лазерными установками

5. РАСЧЕТ УЧЕБНОГО ВРЕМЕНИ.

№ п/п	Содержание	Расчет рабочего времени(мин.)
		Лечебный	МДФ
1.	Введение	5	5
2.	Теоретическая часть занятия (опрос по теме занятия)	30	25
3.	Практическая часть занятия:	80	75
	1. Техника безопасности 2. Определение длины волны излучения гелий-неонового лазера с помощью дифракционной решетки. Проверить правильность сборки установки по схеме. Включить лазер и получить на экране четкую дифракционную картину с максимумами не менее четвертого порядка. Измерить расстояние b между решеткой и экраном и расстояние a между максимумами третьего и нулевого порядков пять раз. Результаты измерений занести в таблицу 1. Оценить длину волны газового лазера. Рассчитать погрешность оценки и результаты вычислений занести в таблицу 1: 3. ДИФРАКЦИЯ НА ЭРИТРОЦИТЕ, НАБЛЮДАЕМАЯ С ПОМОЩЬЮ ГЕЛИЙ-НЕОНОВОГО ЛАЗЕРА. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРА ЭРИТРОЦИТА. Собрать установку по схеме. Измерить пять раз радиус второго светлого кольца a2 и расстояние от пластины с мазком крови и экраном b. Результаты занести в таблицу 2: Рассчитать период двумерной решетки d, оценить погрешность измерения. Сравните полученную величину с известными размерами эритроцита. Оценить количество эритроцитов в 1 мм2. 4. Оформить отчет.
4.	Заключительная часть занятия: проверка отчета и защита работы	20	20

6.ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Контроль усвоения темы проводиться с помощью тестов. Вопросы касаются основных определений, формул и понятий темы.

Контроль усвоения темы также должен включать решение задач по теме.

В теоретической части занятия необходимо уделить особое внимание технике безопасности при работе с лазерным излучением, раскрывая механизмы вредного воздействия лазерного излучения на органы зрения.

Необходимо проверить умение студентов провести статистический анализ полученных данных. Можно использовать для этой цели также возможности программ ExcelиStatistica.

Целесообразно проверить полученный расчетный результат до оформления студентами отчета. Обратить внимание студента на соответствие или несоответствие видимого глазом цвета излучения и рассчитанной величиной длины волны света, а также известного значения диаметра эритроцита и полученного расчетным путем значения. Дать возможность студентам самостоятельно объяснить полученный результат.

7. ХОД ЗАНЯТИЯ

Основные формулы:

1. Длина волны лазерного излучения, определяемая по дифракционной картине с использованием максимума третьего порядка:

2. Диаметр эритроцитов, определяемый по дифракционной картине с использованием максимума второго порядка:

3. Ошибка оценки истинного значения длины волны лазерного излучения:

4. Ошибка оценки истинного значения размеров эритроцитов:

5. Исправленные среднеквадратичные отклонения среднего выборочного для величин аиб:

,

с- период стандартной дифракционной решетки, - длина волны, а и б – расстояние между требуемыми максимумами дифракционной картины и расстояние между экраном и дифракционной решеткой соответственно,d– диаметр эритроцитов,S– исправленное среднеквадратичное отклонение,иd– ошибки оценки.

Черта над символом означает среднее значение величины.