Министерство сельского хозяйства Российской Федерации

Федеральное государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Кубанский государственный аграрный университет»

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

по дисциплине

С2.Б.1 Биологическая физика

(индекс и наименование дисциплины)

Специальность

111801.65 «Ветеринария»

Квалификация (степень) выпускника Ветеринарный врач Факультет Ветеринарной медицины Кафедра-разработчик Кафедра биотехнологии, биохимии и биофизики Ведущий Профессор Плутахин Г.А.

преподаватель Краснодар, 2013 1. Цели и задачи дисциплины.

Цель: формирование представлений, понятий, знаний о фундаментальных законах классической и современной физики и биофизики и навыков применения в профессиональной деятельности физических методов измерений и исследований.

Задачи: изучение законов механики, термодинамики, электромагнетизма, оптики и атомной физики в применении их к биологическим объектам - овладение методами лабораторных исследований;

- выработка умений по применению законов физики в ветеринарной медицине.

Место дисциплины в структуре ООП.

2.

Физика входит в базовую часть математического и естественно-научного цикла в структуре ООП. Для изучения курса биологической физики в сельскохозяйственном вузе студент должен знать основы алгебры, геометрии, тригонометрии и биологии, знать формулировки основных физических законов, уметь производить математические выкладки при решении физических задач и быть компетентным в области чтения и построения графиков физических процессов. Предшествующими дисциплинами, на которых базируется данная дисциплина«Биологическая физика», являются: школьный курс физики и математики, высшая математика, векторная алгебра и общая биология. Курс «Биологическая физика» позволяет студентам получить углубленные знания основных физических явлений, фундаментальных законов классической и современной физики и навыки применения их в лабораторной и клинической ветеринарии.

Дисциплина является предшествующей для дисциплин: Физиология и этология животных Анатомия животных Патологическая физиология Гигиена животных Безопасность жизнедеятельности Ветеринарно-санитарная экспертиза.

3. Требования к результатам освоения дисциплины.

Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций:

- использовать основные законы физики и биофизики в профессиональной деятельности;

- осознавать сущность и значение информации в развитии современного общества; владеть основными средствами получения, хранения и переработки информации) - иметь навыки работы с компьютером, как средством управления информацией.

В результате изучения дисциплины студент должен:

Знать -основные физические явления; фундаментальные понятия, законы и теории классической и биологической физики;

- особенности применения математических методов в биологических исследованиях, - статистические методы обработки экспериментальных данных.

Уметь использовать математические методы и выделять конкретное физическое содержание в прикладных задачах будущей деятельности;

использовать возможности вычислительной техники и програмного обеспечения современных информационных технологий; прогнозировать последствия своей профессиональной деятельности с точки зрения биосферных процессов; осваивать самостоятельно новые разделы фундаментальных наук, используя достигнутый уровень знаний.

Владеть математическими методами анализа, информационными технологиями, физическими способами воздействия на биологические объекты, физико-химическими и биологическими методами анализа, приемами мониторинга обменных процессов в организме, методами работы с современной научной аппаратурой при проведении физико-биологических исследований.

4. Объем дисциплины и виды работы.

Общая трудоемкость дисциплины составляет 3 зачетные единицы.

Виды учебной Всего часов/ занятия (всего) В том числе:

занятия (ПЗ) Семинары(С) Не предусмотрены работы (ЛР) работа (всего) Втом числе:

Курсовой проект графические работы (подготовка и защита) Другие виды самостоятельной работы:

защите ЛР экзамену аттестации:

трудоемкость(часы):

5. Содержание дисциплины Содержание разделов дисциплины.

№ п/п Наименование Содержание раздела дисциплины гемодинамика, Механическое движение.. Система отсчета. Векторы перемещения, акустика скорости и ускорения. Скорость и ускорение, как производные по времени радиуса-вектора. Обобщение понятия скорости (скорости химических реакций, переноса тепла и др.).Понятие о градиенте физической величины.

Нормальное, тангенциальное и полное ускорения при криволинейном Законы Ньютона в инерциальных системах отсчета. Уравнения движения Кинетическая и потенциальная энергии. Мощность и к.п.д. двигательного относительно неподвижной оси. Угловая скорость и угловое ускорение.

Основное уравнение динамики вращательного движения твердого тела.

геометрической формы. Моменты инерции конечностей в локомоторном Линейный гармонический осциллятор. Уравнение и графики смещения, скорости и ускорения при гармонических колебаниях. Пружинный мятник.

Энергия гармонического осциллятора. Действие вибраций на организм животных и на их продуктивность.

Затухающие и вынужденные колебания. Резонанс и резонансные кривые.

Резонансные явления в биологических системах.

Физические основы гемодинамики. Гидродинамика идеальной жидкости. Стационарный поток. Уравнение неразрывности потока. Уравнение Бернулли и следствия из него. Статическое и динамическое давления в потоке, методы их измерения.

Гидродинамика вязкой жидкости. Формула Ньютона. Коэффициент вязкости и методы его измерения на основе законов Стокса и Пуазейля.

Закон Стокса в технологии молочных продуктов и при лабораторноклинических исследованиях крови.

Механика сердечно-сосудистой системы. Физические свойства крови.

Кровь, как неньютоновская жидкость. Вычисление работы сердца.

Физическая модель сосудистой системы. Перераспределение энергии в эластичных стенках кровеносных сосудов и значение этого явления для кровообращения. Пульсовая волна. Гидростатическое давление крови.

Физические основы методов измерения артериального давления.

Физические основы акустики. Волны в упругих средах. Уравнение волны. Перенос энергии волной. Интенсивность волны.

Природа звука. Источники звука, высота, тембр и интенсивность.

Звуковое давление. Спектральный состав звука. Акустические методы в ветеринарной клинике (перкуссия, аускультация).

Психофизический закон Вебера-Фехнера. Уровень интенсивности звука.

Бел и децибел. Громкость звука и единицы ее измерения. Пороги звукового ощущения у человека и некоторых животных. Шумомеры. Шум, как стрессфактор, его влияние на живой организм и на продуктивность сельскохозяйственных животных. Борьба с шумом при интенсивном ведении животноводства и птицеводства. Физические основы звукоизлучательного и слухового аппаратов у животных.

Биофизика инфразвука. Инфразвук и его свойства. Действие инфразвука на животных (разрыв кровеносных сосудов при большой интенсивности, изменение частоты альфа-ритма мозга, действие на вестибулярный аппарат и пр.). источники инфразвука в природе и при промышленном ведении животноводства.

Биофизика ультразвука. Ультразвук, методы его получения и регистрации ( пьезоэлектрический и магнитострикционный). Физические свойства ультразвука. Взаимодействие ультразвука с веществом. Отражение звуковой волны на границе раздела двух сред. Понятие об акустическом сопротивлении среды. Ультразвук в мире животных. Использование ультразвука в ветеринарной хирургии, терапии и диагностике. Понятие о диагностике, основанной на эффекте Доплера.

Основы молекулярно-кинетической теории. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории газа.

Следствия из него. Распределения энергии молекул по степеням свободы. Внутренняя энергия идеального газа.

Распределения числа молекул газа по скоростям.

Средняя длина свободного пробега молекул газа.

Явление переноса: диффузия, теплопроводность, внутреннее трение. Законы Фика и Фурье. Явления переноса в биологических системах: диффузионные процессы в легких, в клеточных мембранах; диффузия газов в почве. Виды теплообмена в живых организмах.

Физические основы терморегуляции организма.

Теплопроводность и конвекция в сельском хозяйстве Молекулярная физика и методы ее определения. Понятие о микроклимате и его термодинамика значение в промышленном животноводстве.

биологических Молекулярные явления в жидкостях. Поверхностный процессов слой в жидкостях. Коэффициент поверхностного Физические основы термодинамики. Термодинамические термодинамики. Работа газа в изопроцессах. Теплоемкости идеального газа. Уравнение Майера. Адиабатический процесс.

холодильные установки в сельском хозяйстве (холодильные энтропии. Закон неубывания энтропии. Статистический Основы термодинамики биологических процессов. Понятике об открытых термодинамических системах. Живой организм, как открытая термодинамическая система. Первое начало термодинамики в биологии.

Превращение энергии в биологических системах и энергетический баланс живого организма. Теплопродукция. Аккумулирование энергии в молекулах Электростатика. Электростатическое поле (СЭП), его напряженность. Поток напряженности, теорема Гаусса.

Потенциал. Напряженность поля, как градиент потенциала.

Проводники в СЭП. Электростатическая защита. Заземление электроустановок. Электростатические явления в элеваторах при перевозке горючих жидкостей и т. п. Борьба с этими явлениями и их использование.

Диэлектрики в СЭП. Поляризация диэлектриков, виды поляризация.

Диэлектрическая проницаемость. Диэлектрические свойства тканей Электроемкость. Электроемкость проводника. Конденсаторы.

Уитстона. Потенциометры. Тепловое действие тока.

Электронагревательные устройства в промышленном 3 животноводстве и птицеводстве (электробрудеры, Электрические Электрические явления в биологических системах.

явления в Механизм образования биопотенциалов. Биопотенциалы биологических покоя и действия. Измерение биопотенциалов.

процессах Магнитная индукция. Силовые линии ПМП. Закон БиоСавара-Лапласа. Магнитное поле прямого тока, Основы фотометрии.Энергетические фотометрические (спектральной световой эффективности). Световые фотометрические величины и единицы их измерения.

Системы энергетических фотометрических величин для наблюдения (опыты Юнга, Френеля, кольца Ньютона.

Интерференция в тонких пленках). Дифракция света.

Дифракционная решетка. Определение длины волны Оптические и Поляризация света. Естественный и поляризованный квантовые свет. Поляризация света при отражении и преломлении.

явления в Законы Малюса и Брюстера. Двойное лучепреломление.

биофизике Призма Николя и поляроиды. Вращение плоскости поляризации оптически активными веществами.

закономерности. Спекральный анализ. Поглощение Фотоэлектрический колориметр. Видимый свет, как Ультрафиолетовое и инфракрасное излучения, их свойства лампы. Биологическое действие ультрафиолетовой части спектра и механизм этого действия. Применение птичниках, профилактики и диагностики, ветеринарносанитарной экспертизы и пр.

Тепловое излучение. Природа теплового излучения.

Абсолютно черное тело. Закон Кирхгофа. Распределение энергии в спектре излучения абсолютно черного тела.

Квантовый механизм излучения света. Формула Планка.

Фотоэффект. Квантовый механизм поглощения света.

Фотоны. Корпускулярно-волновой дуализм света.

Фотобиологические реакции. Биофизика зрительного Энергетические диаграммы. Объяснение спектральных закономерностей. Спин электрона. Принцип Паули.

Дифракция электронов. Принцип работы электронного 5.2 Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечивающими (последующими ) дисциплинами.

№ п/п Наименование №№ разделов данной дисциплины, обеспечиваемых необходимых для изучения обеспечиваемых (последующих) (последующих) дисциплин жизнедеятельности Ветеринарносанитарная 5.3. Разделы дисциплины и виды занятий.

дисциплины гемодинамика, Молекулярная термодинамика биологических Электрические биологических 6. Лабораторный практикум.

№ п/п № раздела Наименование лабораторных работ. Трудоемкость Определение показателя преломления растворов сахара рефрактометром и измерение их концентрации.

7. Практические занятия.

8. Примерная тематика курсовых проектов (работ) – не предусмотрено.

9. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины а) основная литература 1. Трофимова Т.И. Курс физики: Учеб./Т.И. Трофимова- 17-е изд., перераб.

и доп.-М.: Академия,-2008.- 558с.

2. Белановский А.С. Основы биофизики в ветеринарии: Учеб. пособие/ А.С.

Белановский – 4-е изд., перераб. идоп.- М.: ДРОФА, 2007.- 332 с.

3. Основы физики и биофизики: Учеб. пособие для вузов / А.И. Журавлев, А.С. Белановский, В.Э. Новиков и др. – 2-е изд., испр.- – М.: Бином, 2008.

4. Сборник задач по физике : Учеб. пособие для вузов/ Р.Н. Безверхняя, Н.И. Гороховская, Р.И. Грабовский и др. Под ред. Р.И. Грабовского – 3-е изд.-СПб: ЛАНЬ, 2007.- 128с.

5. Пронин В.П. Практикум по физике: Учеб. пособие для с.-х. Вузов – СПб:

ЛАНЬ. 2009.- 256с.

6. Белановский А.С. Международная система единиц и применение ее в ветеринарии. Учеб. пособие/ А.С. Белановский, В.И. Максимов.- М.:

МГАВМиБ.-2006.- 55с.

7. Белановский А.С. Изучение физических свойств жидкостей:

- Метод.

указ./ А.С. Белановский, С.А. Семикина.-М.: МГАВМиБ.- 2009.-16 с.

б) дополнительная 1. Трофимова Т.И. Сборник задач по курсу физики с решениями. Учеб.

пособие./ Т.И. Трофимова, Павлова З.Г.– М.: Высш. шк., 2008.- 2. Грабовский Р.И. Курс физики: Учебн. Пособие./ Р.И. Грабовский – 10 изд.СПб: ЛАНЬ, - 2007. – 608 с.

в) Программное обеспечение.

г) Базы данных, информационно-справочные и поисковые системы:

“Wikipedia.ru”.

10. Материально-техническое обеспечение дисциплины для проведения лабораторного практикума по дисциплине «Биологическая физика» необходимы учебные лаборатории по механике, теплоте, электричеству, оптике, оснащенные современным лаборатоным оборудованием и приборами, компьютерные классы, оборудование для лекционных демонстраций.

11. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины.

Оценочные средства.

1. Тесты для оценки остаточных знаний по школьному курсу физики.

2. Тесты для оценки знаний при допуске к выполнению лабораторных работ.

3. Тесты для промежуточной оценки усвоения лекционного материала.

4. Тесты для оценки знаний на зачете.

Примеры оценочных средств:

1. Табличное значение вязкости плазмы крови человека равно 0,0017 Па*с.

Каковы абсолютная и относительная погрешности этого значения?

1. 0,0007 Па*с и 41%; 2. 0,001 Па*с и 17%; 3. 0,00005 Па*с и 2,9%;

4. 0,0005 Па*с и 29%.

2. Лай собаки достигает 90 дБ. Какова интенсивность такого звука?

3. Опытное значение КПД мышцы спортсмена равно 25%. Какова должна была бы быть температура мышцы, если бы она работала по циклу Карно?

Температура окружающего воздуха 20 С.

4. Концентрация ионов калия снаружи и внутри мышечного волокна соответственно равны 2,5 и 140 мМ / л, а концентрация ионов хлора снаружи равна 120 мМ / л.. определить концентрацию ионов хлора внутри волокна.

5. Во сколько раз энергия фотонов, соответствующих красному цвету, соответствующих красному цвету (длина волны равна 650 нм), больше или меньше энергии фотонов фиолетового цвета (длина волны 450 нм)?

1. Меньше в 1,44 раза; 2. Больше в 5,25 раз; 3. Меньше в 8,25 раз;

4. Больше в 12,3 раза.

6. Оптическая сила хрусталика глаза человека равна 32 дп, а показатель преломления его 1,4. Определить радиусы кривизны хрусталика. Если они одинаковы.

7. За какое время через мышцу животного площадью 1 дм2 и толщиной 10 мм пройдет 2 кДж теплоты, если температура тела животного 38 С и температура окружающего воздуха 17 С? Коэффициент теплопроводности мышцы 0,057 Вт / (м.К).

8. При контакте проводом электроизгороди, находящейся под напряжением 60 В, через тело коровы проходит прямоугольный импульс длительностью 5 мс.

Какой заряд проходит при этом через тело коровы? Сопротивление тела равно 0,5 кОм.

1. 5 Кл; 2. 12 мкКл; 3. 0,6 м Кл; 4. 0,035 Кл.

9. Скорость потока крови в капиллярах равна примерно 30 мм в минуту, а скорость потока крови в аорте 45 см/с. Во сколько раз площадь сечения всех капилляров больше сечения аорты?

1. в 55 раз; 2. в 900 раз; 3. в 1200 раз; 4. в 27 раз.

10. На какую длину волны приходится максимум излучения тела человека, если средняя температура его поверхности равна 36,5 С?

1. 9,37 мкм; 2. 0,125 мкм; 3. 780 нм; 4. 555 нм.

11, 12 …. не менее 100.

Разработчик:

Профессор кафедры биотехнологии,