ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Программа составлена на основе федерального компонента государственного

образовательного стандарта основного общего образования, примерной

программы по физике основного общего образования, федерального перечня

учебников, рекомендованных Министерством образования Российской

Федерации на 2013-2014 учебный год, в соответствии с методическим письмом

“О преподавании учебного предмета “Физика” в образовательных учреждениях Ярославской области в 2013-2014 учебном году ”.

Тематическое планирование учебного материала составлено по учебнику “Физика” 11 кл. (авторы – Г.Я. Мякишев, А.З. Синяков) и учебнику “Медицинская и биологическая физика” (авторы - А.Н. Ремизов, А.Г. Максина, А.Я. Потапенко).

Целью изучения данного курса является изучение основных разделов физики до уровня, позволяющего школьнику применять полученные знания для понимания природы физических процессов, происходящих в организме человека.

Эти знания помогут слушателям курса выяснить принципы действия многочисленных диагностических приборов и современных методов лечения болезней.

Курс характеризуется повышенным уровнем изучения физики, в том числе и тех разделов ее, которые бурно развивались в последние десятилетия.

Практическая направленность курса обеспечена многочисленными примерами, иллюстрирующими применение физики для лечения самых сложных заболеваний.

На изучение курса отводится 102 часа из расчета 3 часа в неделю.

СОДЕРЖАНИЕ КУРСА

1. Статическое магнитное поле Понятие о магнитном поле и дальнодействии, действие магнитного поля на токи и движущиеся заряды, магнитные свойства тканей человека, биомагнетизм и магнитобиология.

Основная цель - систематизировать имеющийся жизненный опыт учащихся и ввести важнейшие понятия магнитостатики: магнитное поле, индукция магнитного поля, методы определения направления и величины магнитного поля, силовые линии поля, связь электрических и магнитных явлений, их отличия.

Рассматриваются магнитные свойства вещества (парамагнетизм, диамагнетизм и ферромагнетизм), магнитные свойства тканей человека.

Первая тема курса очень важна, поскольку в ней исследуется основное понятие электродинамики – поле. Сначала изучаются проявления магнитного поля в природе, и те свойства магнитов, которые являются похожими на свойства электрических зарядов. Вводится понятие взаимодействия магнитов на расстоянии (дальнодействие) посредством магнитного поля. Затем исследуются свойства магнитов, отличные от свойств зарядов. Вводятся понятие о силовых линиях магнитного поля, их свойствах, определяется индукция магнитного поля, методы ее измерения.

Затем исследуется связь электрических и магнитных явлений на примере опытов Эрстеда и Ампера, доказывается, что электрическое поле порождает магнитное поле. Изучаются методы измерения индукции поля с помощью силы Ампера.

На базе гипотезы Ампера исследуется природа магнитного поля Земли, влияние земного магнетизма на живые организмы. Изучается сила Лоренца, ее влияние на создание радиационных поясов Земли. Роль радиационных поясов в снижении радиационного фона Земли.

Изучается природа магнетизма железа на основе гипотезы Ампера о микроскопических токах. Определяются три основные типа магнитных веществ:

ферромагнетики, диамагнетики и парамагнетики.

Анализируются магнитные свойства тканей человека.

Вводится понятие о биомагнетизме и магнитобиологии.

Магнитная кардиография.

2. Электромагнитная индукция. Электромагнитные колебания и волны.

Явление электромагнитной индукции, связь переменных магнитных полей с вихревым электрическим полем. Переменный ток, поведение резисторов, конденсаторов и катушек индуктивности в цепи переменного тока. Свободные электромагнитные колебания и волны. Воздействие переменных электрических и магнитных полей на организм человека.

Основная цель: ознакомить учеников с расчетом цепей переменного тока, взаимными превращениями электрических и магнитных полей в этих цепях и воздействием переменных полей на живые организмы.

Эта тема тесно связана с пониманием природы электромагнитной волны в вакууме и среде. Поэтому сначала исследуется явление электромагнитной индукции, в котором переменные магнитные поля порождают вихревое электрическое поле. Вводится понятие потока индукции поля и выясняется связь между его изменением и ЭДС индукции, приводящей к появлению переменного тока.

Затем анализируется поведение различных линейных элементов в цепи переменного тока, рассчитывается импеданс цепей, содержащих несколько элементов, сдвиги фаз между токами и напряжениями. Изучаются гармонические колебания в LC контуре, вычисляется частота собственных колебаний и превращения энергии в этом контуре. Рассматривается затухающие и вынужденные колебания, явление резонанса напряжений, характеристики кривой резонанса: добротность, полоса пропускания.

Далее определяются основные параметры электромагнитной волны: период и частота, амплитуда колебаний напряженности электрического поля и индукции магнитного поля, поляризация волны.

Приводится классификация частотных интервалов волн, принятая в медицине.

Анализируется импеданс биологических тканей организма, дисперсия импеданса. Изучаются физические основы реографии. Исследуется воздействие переменных электрических и магнитных полей на организм человека.

Определяются особенности воздействия на организм электромагнитных волн различных частот.

3. Электроника в медицине Усилители и генераторы, применяемые в медицине, их характеристики, схемы съема, передачи и регистрации медицинской информации, принцип работы устройств, регистрирующих биопотенциалы и аппаратура физиотерапии.

Основная цель: ознакомиться с электронной аппаратурой, применяемой для диагностики, профилактики и лечения болезней, изучить технику безопасности.

Сначала изучается принципиальное устройство усилителей сигнала, их параметры и характеристики: коэффициент усиления по силе тока, напряжению и мощности, полоса пропускания, линейные и нелинейные искажения, виды обратной связи и их влияние на характеристики усилителя. Рассматриваются особенности биопотенциалов. Далее изучаются генераторы, применяемые в диагностических приборах, например в реографе, в физиотерапии, электронных стимуляторах.

Далее идет ознакомление с аппаратами электрохирургии.

Затем рассматриваются вопросы, связанные с безопасностью работы электронной медицинской аппаратуры и надежности ее работы.

Далее изучается структурная схема получения биологической информации. В нее входят устройства съема потенциалов (электроды или датчики), усилитель, устройство передачи усиленного сигнала, приемник сигнала и регистрирующие устройства. Рассматриваются конструкция электродов и устройство типичных датчиков, их параметры и характеристики. Затем изучается устройство передачи сигнала – телеметрия, радиотелеметрия. Наконец описываются основные устройства регистрации сигнала: самописцы, электронно-лучевые трубки, векторкардиоскоп.

Затем рассматривается низкочастотная и высокочастотная физиотерапевтическая аппаратура: электронные стимуляторы, дефибрилляторы, кохлеарные протезы, аппараты дарсонвализации, индуктотермии, УВЧ терапия.

Обсуждаются возможности электрохирургии.

4. Геометрическая оптика Закон Снеллиуса, свойства тонких линз и их применение в оптике, устройство глаза человека.

Основная цель: изучить законы преломления и отражения света, оптические инструменты, устройство глаза и его недостатки.

Сначала рассматриваются законы отражения и преломления света, абсолютный и относительный показатели преломления среды, явление полного внутреннего отражения. Волоконная оптика и ее применение. Собирающие и рассеивающие тонкие линзы, формула линзы. Идеальная центрированная оптическая система. Аберрация линз.

Далее изучаются оптические инструменты: лупа и микроскоп, разрешающая способность и увеличение микроскопа.

Затем рассматривается оптическая система глаза и ее особенности.

Недостатки оптической системы глаза и их компенсация. Близорукость и дальнозоркость. Очки. Астигматизм. Дальтонизм.

5. Волновая оптика. Дифракция и интерференция.

Волновые свойства света, интерференция и дифракция, поляризация света.

Изучение тканей человека в поляризованном свете.

Основная цель: изучить волновые свойства света и их использование в рентгеноструктурном анализе биологических тканей.

Сначала вводятся основные параметры световой волны: длина волны, частота света, плоскость поляризации, интенсивность. Определяется понятие когеррентных и монохроматичных источников света, длины когерентности.

Выводятся условия наблюдения максимума и минимума при интерференции от двух точечных источников света, при интерференции света от двух щелей и в тонких пленках. Применение рефракционного интерферометра для анализа состава воздуха, интерференционного микроскопа для анализа прозрачных микрообъектов.

Принцип Гюйгенса-Френеля, дифракция света на щелях, диске и круглом отверстии. Дифракционная решетка, условия наблюдения дифракционных максимумов.

Разрешающая способность дифракционной решетки.

Рентгеноструктурный анализ микрообъектов.

Поляризация света при преломлении и отражении.

Законы Малюса и Брюстера. Вращение плоскости поляризации, поляриметрия. Устройство сахариметров и поляриметров.

Анализ костных тканей в поляризованном свете.

6. Тепловое излучение тел. Термография Характеристики теплового излучения, законы излучения абсолютно черного тела, закон Кирхгофа. Теплоотдача организма, термография, применение инфракрасного и ультрафиолетового излучения в медицине.

Основная цель: изучить свойства теплового и ультрафиолетового излучения и их применение в медицине.

Сначала определяются основные характеристики теплового излучения: поток излучения, светимость, спектральная плотность. Затем вводятся характеристики тела, поглощающего излучение: коэффициент поглощения, монохроматический коэффициент поглощения. Закон Кирхгофа. Черное тело и серое тело, их характеристики. Закон излучения черного тела.

Излучение Солнца, источники теплового излучения, применяемые для лечения.

Теплоотдача организма. Понятие о термографии.

Инфракрасное излучение и его применение в медицине.

Ультрафиолетовое излучение и его применение в медицине.

Организм как источник излучения.

7. Элементы квантовой биофизики Волновые свойства частиц, теория Бора, атомные спектры поглощения и излучения света, лазеры и их применение в медицине, магнитно-резонансная томография, рентгеновское излучение, радиоактивность и его применение в медицине.

Основная цель: на основе изучения волновых свойств элементарных частиц объяснить принципы идентификации атомов и молекул по их спектрам, устройство лазера, томографа и их применение, использование радиоактивности в медицине.

Данная тема связана с изучением достижений физики последних десятилетий. Сначала на основе анализа дифракции электронов вводится гипотеза о волновой природе всех элементарных частиц (гипотеза де Бройля).

Затем исследуется модель Бора атома водорода и водородоподобных атомов, находится энергетический спектр электрона в атоме водорода. Далее обсуждается структура уровней энергии электронов в атомах с большим атомным весом.

Изучается структура спектров излучения и поглощения атомов и молекул, виды люминесценции и фотолюминесценции. Рассматривается принцип действия лазера, его устройство и применение в медицине.

Затем обсуждается изменение уровней энергии атомных электронов в магнитном поле, электронный парамагнитный резонанс, ядерный магнитный резонанс. Изучается принцип работы томографа и его применение в медицине.

Далее изучаются свойства рентгеновских лучей, атомные рентгеновские спектры, взаимодействие этого излучения с веществом. Рассматриваются физические основы применения рентгеновского излучения в медицине.

Затем обсуждаются различные виды радиоактивности, закон радиоактивного распада, характеристики уровня радиоактивности вещества. Изучается взаимодействие ионизирующего излучения с веществом, физические основы его воздействия на организм человека. Обсуждается использование радионуклидов, нейтронов в медицине, применение ускорителей заряженных частиц для лечения онкологических заболеваний.

УЧЕБНО-ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН

Электромагнитная индукция.

Электромагнитные колебания и волны.

Электроника в медицине Геометрическая оптика Волновая оптика. Дифракция и интерференция.

Тепловое излучение тел. Термография.

Элементы квантовой биофизики

КАЛЕНДАРНО-ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН

Свойства магнитов. Дальнодействие. Силовые Ферромагнетизм, диамагнетизм и парамагнетизм.

Биомагнетизм, магнитобиология. Магнитная Контрольная работа 1 по теме “Магнитостатика”.

Поток индукции магнитного поля. ЭДС индукции, Генератор переменного тока. Трансформатор.

содержащей резистор, конденсатор или катушку.

Классификация частотных интервалов, принятая в Воздействие на организм человека переменных электрических и магнитных полей. Реография.

Контрольная 2 по теме Электромагнитная Усилители сигналов. Устройство, типы усилителей, параметры и характеристики.

Генераторы сигналов. Применение их в Меры безопасности при работе с медицинской Требования к надежности медицинской Структурная схема получения биологической Устройства съема (электроды, датчики).

Устройства усиления и передачи информации.

Устройства регистрации сигнала.

Устройство стимуляторов, дефибриллятора, кохлеарных протезов, индуктотермия, дарсонвализация, УВЧ терапия.

Контрольная 3 по теме “Электроника в медицине” Закон отражения. Характеристики изображения, изображение в системе зеркал. Вогнутое зеркало.

Закон преломления света Снеллиуса. Полное внутреннее отражение. Призмы. Волоконная Тонкие линзы. Формула линзы. Идеальная оптическая центрированная система.

Лупа, микроскоп, увеличение и разрешающая Устройство глаза, его особенности и Устройство глаза, дальнозоркость и близорукость, Контрольная 4 по теме “Геометрическая оптика”.

Требования к источникам света для наблюдения интерференции. Интерференция света от двух Интерференция в тонких пленках. Кольца Рефракционный интерферометр, интерференционный микроскоп.

Принцип Гюйгенса-Френеля. Дифракция на щели.

Дифракция на нескольких щелях. Дифракционная решетка. Разрешающая способность.

Дифракция на диске, круглом отверстии. Спираль Рентгеноструктурный анализ микрообъектов.

Плоскость поляризации. Поляризация света при Вращение плоскости поляризации при прохождении через растворы. Сахариметры, поляриметры. Анализ тканей в поляризованном Контрольная 5 по теме “Интерференция и 6. Тепловое излучение тел. Термография Характеристики теплового излучения и тела, поглощающего излучение. Закон Кирхгофа.

Излучение Солнца. Источники излучения, Теплоотдача организма. Инфракрасное и ультрафиолетовое излучение в медицине.

Организм как источник излучения. Термография.

Инфракрасное и ультрафиолетовое излучение в Контрольная 6 по теме “Тепловое излучение тел”.

Спектры излучения и поглощения атомов и Уровни энергии электронов в атомах и молекулах.

Сравнение спектров излучения и поглощения.

Принцип действия лазера, его применение в Люминесценция, фотолюминесценция.

Расщепление дискретных уровней энергии Парамагнитный резонанс. Ядерный магнитный Свойства рентгеновского излучения.

Взаимодействие рентгеновского излучения с веществом, его применение в медицине.

Виды радиоактивного излучения. Применение Три типа радиоактивного излучения. Их особенности, характеристики.

Взаимодействие ионизирующего излучения с Применение радионуклидов и нейтронов, Контрольная 7 по теме “Элементы квантовой В результате изучения курса физики в медицине ученик 11 класса должен:

уметь:

рассчитать величины индукции магнитного поля, силы, действующие на проводники с током и заряды в магнитном поле;

вычислить энергию магнитного поля;

определить полное сопротивление, силу тока в цепи переменного тока, содержащего несколько активных и реактивных сопротивлений и источник питания;

рассчитать параметры оптической системы из нескольких элементов (линзы, призмы, зеркала);

определить положение интерференционных или дифракционных максимумов и минимумов;

вычислить уровни энергии электронов в водородо-подобных атомах и определить спектр излучения и поглощения для них;

определить вид радиоактивного излучения и активность излучения.

использовать приобретенные знания и умения в практической деятельности и повседневной жизни для:

безопасной работы с цепями переменного тока;

определения оптической силы линз, необходимых для коррекции зрения;

определения необходимой освещенности рабочего места и его безопасности с точки зрения электромагнитного излучения.

1. Учебник для углубленного изучения физики, 11 кл., под редакцией Г.Я.

Мякишева, Дрофа, Москва, 2002.

2. Учебник по медицинской и биологической физике, под редакцией А.Н.

Ремизова, Дрофа, Москва, 2003.