Лабораторные работы медицинская физика 1 2021-1. Школа медицины
 Скачать 58.73 Kb.
|
|
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Дальневосточный федеральный университет» (ДВФУ) ШКОЛА МЕДИЦИНЫ Департамент медицинской биохимии и биофизики Рабочая тетрадь к лабораторным работам по дисциплине «Медицинская физика» Студент ____________________________ группа ________________ Владивосток 2021 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1 Цель работы: - обучить студентов правилам и технике безопасности при выполнении лабораторных работ, а также правильной обработке полученных результатов. МАТЕРИАЛЫ И ОБОРУДОВАНИЕ: компьютер с набором необходимых программ, инструкции по технике безопасности. Применяя физику, используют физические величины. Физическая величина (величина) — это характеристика одного из свойств физического объекта (физической системы, явления или процесса), общая в качественном отношении многим физическим объектам, но в количественном отношении индивидуальная для каждого объекта. Размер физической величины — это количественное содержание в данном объекте определённой физической величины. Единица физической величины — это физическая величина, фиксированная по размеру и принятая в качестве основы для количественной оценки конкретных физических величин. Эталоном единицы физической величины называется средство измерений, обеспечивающее воспроизведение и хранение единицы с целью передачи её размера нижестоящим по поверочной схеме средствам измерений, выполненное по особой спецификации и официально утверждённое в установленном порядке в качестве образца. Размерностью физической величины называют выражение в форме степенного одночлена, составленного из произведений символов основных физических величин с различными показателями степеней и отражающее связь данной физической величины с физическими величинами, принятыми в данной системе величин за основные и с коэффициентом пропорциональности, равным единице. Размерность некоторой величины Х обозначают знаком dimХ. В СИ (читается “эс-и”) (SI (“Sistem International”) в русской транскрипции “система интернациональная“), т.е. «международной системе» основными являются семь величин. Каждой основной физической величине СИ присвоен символ. Длина имеет символ – L, масса - M, время -T, сила электрического тока - I, термодинамическая температура - 𝚯, количество вещества - N, сила света – J. Размерность основной величины, например, длины (dimL = L). Над размерностями величин можно производить действия умножения, деления, возведения в степень (и извлечения корня). Безразмерной физической величиной называется величина, в размерности которой все показатели размерности (показатели степени, в которую возведены размерности основных единиц) равны нулю. Например, относительная деформация удлинения  – безразмерная величина, так как  Применение размерности позволяет: 1) Установить во сколько раз изменится размер единицы данной производной физической величины при изменении размеров единиц величин, принятых за основные. 2) Произвести проверку правильности уравнений, полученных в результате теоретических выводов. Проверка основана на том, что к любому физическому равенству предъявляется требование: размерности правой и левой частей равенства, связывающего различные физические величины, должны быть одинаковыми. 3) Произвести анализ размерностей, который является методом установления функциональных связей между физическими величинами. ПОДГОТОВКА К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ При подготовке к работе рекомендуется придерживаться следующего плана. Прочитайте название работы и выясните смысл всех непонятных слов. Прочитайте описание работы от начала до конца, не задерживаясь на выводе формул. Задача первого прочтения состоит в том, чтобы выяснить, какое биофизическое явление изучается в данной работе и каким методом проводится исследование. Прочитайте по лекциям или учебнику материал, относящийся к данной работе. Разберите вывод формул по методическому пособию. Найдите ответы на контрольные вопросы, приведенные в конце описания работы. Ознакомьтесь с оборудованием, используемым при выполнении работы и правилами их безопасной эксплуатации. Разберите по методическому пособию принцип устройства и работы приборов, которые предполагается использовать в работе. Выясните, какие физические величины, с какой точностью будут непосредственно измеряться и каковы их размерности. Продумайте, какой окончательный результат должен быть получен в данной лабораторной работе. ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ При выполнении работы вначале следует ознакомиться с приборами. Нужно установить их соответствие описанию, выполнить рекомендованную в описании прибора последовательность действий по его подготовке к работе, убедиться в том, что при изменении положений органов управления возникают ожидаемые изменения параметров, определить цену деления шкалы прибора, попробовать сделать пробный отсчет. Далее следует провести предварительный опыт с тем, чтобы пронаблюдать качественно изучаемое явление, оценить, в каких пределах находятся измеряемые величины. После проведенной подготовки можно приступать к измерениям. Следует помнить, что всякое измерение, если только это возможно сделать, должно выполняться больше, чем один раз. Производимые по приборам отсчеты записываются в лабораторный протокол сразу же после выполнения отсчета в том виде, как они считаны со шкалы прибора Естественно, что единицы измерений и множитель шкалы должны быть записаны в заголовке соответствующей таблицы с результатами измерений. При измерениях, выполняемых при помощи осциллографа, отсчет следует делать непосредственно по шкале осциллографа, установив предварительно подходящий размер изображения. Картинка, срисованная с экрана, может быть использована только в качестве иллюстрации или для качественного анализа. Все записи при выполнении лабораторной работы должны вестись исключительно в лабораторном протоколе. Все исправления должны делаться так, чтобы предыдущий результат оставался читаемым. ОФОРМЛЕНИЕ ОТЧЕТА Отчет по лабораторной работе оформляется индивидуально каждым студентом. Текст пишется с интервалом между строками, удобным для чтения, с оставлением боковых полей для возможных заметок и исправлений. Отчет, как правило, должен содержать следующие основные разделы: 1. Название лабораторной работы (дата выполнения на полях). 2. Самостоятельно проработать теоретическую часть по теме, ответить письменно на вопросы для аудиторного контроля Формулировка цели и задач исследования 3. Цель: (Например: Исследовать …. с помощью …...; Изучить … с применением метода ….; Определение …. методами …..) 4. Задачи: (Определить … при изменении …; Изучить … с применением ….; Оценить ….. методами …) Задачи отражают этапы выполнения работы для достижения цели. Ход работы Теоретическая часть должна содержать минимум необходимых теоретических сведений о физической сущности исследуемого явления и его описание. 5. Обсуждение результатов: Результаты и их обсуждение начинается с протокола измерений. Протокол измерений оформляется студентом непосредственно в ходе проведения эксперимента. Заголовок протокола измерений: «Протокол измерений» В протоколе приводятся все результаты непосредственных измерений и детали методики, существенные для понимания численных данных протокола, в оформленном виде: цифровые данные – в таблицах или обычным текстом (если таблица не требуется), Обсуждение: Установлено, что при увеличении… наблюдается…., что объясняется… Зарегистрировано изменение… , что согласуется с теоретически ожидаемой зависимостью… 6. Выводы: При изменении …. происходит …… . Установлена последовательность …… . Нельзя писать: Было изучено …; Измерено …..; Получено ….. Объем отчета должен быть оптимальным для понимания того, что и как сделал студент, выполняя работу. Обязательные требования к отчету включают общую и специальную грамотность изложения, а также аккуратность оформления. В лаборатории студент обязан соблюдать трудовую дисциплину, не заниматься посторонними делами, бережно относиться к имуществу. ПРАВИЛА ПОСТРОЕНИЯ ГРАФИКОВ Оформление результатов эксперимента в виде графиков является составной частью большинства лабораторных работ по курсу медицинской физики. Дело в том, что графическое представление результатов любых изменений является наиболее наглядным и дает максимум информации на минимальном пространстве. Построив график, можно сразу выявить характерные особенности изучаемых зависимостей: области возрастания и убывания, максимумы и минимумы, области наибольшей скорости изменения, периодичность и др. ВЫБОР КООРДИНАТНЫХ ОСЕЙ Построение графика проводится в выделенном протоколе месте, на котором нанесены координатные оси. По оси абсцисс, как правило, откладывают переменную, принятую за независимую (аргумент), а по оси ординат – функцию. Так, например, при снятии зависимости сопротивления биологической ткани от частоты переменного тока по оси абсцисс откладывают частоту, а по оси ординат – сопротивление. ВЫБОР ИНТЕРВАЛОВ Интервалы изменения величин по обеим осям выбирают независимо друг от друга так, чтобы на графике была представлена лишь экспериментально исследованная область, а сам график занимал бы все поле чертежа. При этом начало координат (точку (0,0)) не обязательно помещать на графике. Например, если в процессе измерений сопротивление биоткани уменьшается от 450 до 800Ом, то на графике явно неразумно изображать область сопротивлений ниже 400 Ом и выше 800 Ом. ВЫБОР МАСШТАБА И НАНЕСЕНИЕ ШКАЛ ПО ОСЯМ За единицу масштаба выбирают отрезки, кратные 5, 10, 50 и т.д., позволяющие легко отсчитывать на бумаге доли делений сетки. Расстояние между соседними делениями шкалы (единица масштаба) должно соответствовать «круглому» числу единиц измеряемой величины (1,2,5 или те же цифры, умноженные на 10n). В конце указывается откладываемая величина и ее размерность. Множитель 10n , определяющий порядок величины, включается в единицы измерений, например: «U, мкВ»,или «U×10-6, В». НАНЕСЕНИЕ ТОЧЕК И ПРОВЕДЕНИЕ КРИВОЙ ПО ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫМ ТОЧКАМ Точки на график следует наносить точно и тщательно, обводя их кружком или иным знаком. Если на одном графике представляют результаты двух зависимостей, то изображают две оси ординат (с правой и с левой стороны графика, каждая со своим масштабом), а экспериментальные точки, относящиеся к разным зависимостям, обозначают разными значками (кружками, квадратиками, и т.д.). Нельзя проводить экспериментальную кривую, соединяя нанесенные точки ломаной линией! По нанесенным точкам проводят «наилучшую» кривую так, чтобы она прошла по возможности ближе к экспериментальным точкам, а точки эти располагались примерно поровну по обеим сторонам линии. Кривая не должна заслонять экспериментальных точек, поскольку точки – результат опыта, а кривая – наше толкование результатов. Удобным способом обработки полученных результатов является компьютерное построение графиков и получение необходимых расчетов. Для этого используют программы, написанные в SCILAB, Microsoft Excel ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ Задание 1. Пример построения графика 1. Используя результаты табл. 1, самостоятельно постройте график. Для разбивки осей определите диапазоны изменения аргумента и функции, масштаб. Подпишите оси, не забыв указать размерности величин. Дайте название графику. Таблица 1 – Зависимость интенсивности люминесценции хлорофилла от его концентрации
Задание 2. Самостоятельно заполните табл. 2, примерно представляя, какой был у вас рост в возрасте от рождения по сегодняшний день. По полученным результатам с использованием компьютерной программы представьте график. Таблица 2 – Зависимость моего роста от возраста
(место для размещения графика) Сделайте вывод по полученным результатам. Задание 3. Используя результаты табл. 3, самостоятельно постройте график. Для разбивки осей определите диапазоны изменения аргумента и функции, масштаб. Подпишите оси, не забыв указать размерности величин. Дайте название графику. Таблица 3 – Зависимость электропроводности (G) очень чистой воды при разных температурах
(место для размещения графика задания) Сделайте вывод по полученным результатам. 3. Рассчитать индекс массы тела Индекс массы тела (англ. bodymassindex (BMI), ИМТ) — величина, позволяющая оценить степень соответствия массы человека и его роста и тем самым косвенно оценить, является ли масса недостаточной, нормальной или избыточной. Важен при определении показаний для необходимости лечения. Индекс массы тела рассчитывается по формуле:  {\displaystyle I={\frac {m}{h^{2}}}} ,где:m — масса тела в килограммах h — рост в метрах, и измеряется в кг/м². Например, масса человека = 106 кг, рост = 168 см. Следовательно, индекс массы тела в этом случае равен: ИМТ = 106 : (1,68 × 1,68) = 37,55 Показатель индекса массы тела разработан бельгийским социологом и статистиком Адольфом Кетле в 1869 году. В соответствии с рекомендациями ВОЗ разработана следующая интерпретация показателей ИМТ:
Кроме того, для определения нормальной массы тела может быть применён ряд индексов: Индекс Брока используется при росте 155—170 см. Нормальная масса тела при этом равняется (рост [см] — 100) ± 10 %. Индекс Брейтмана. Нормальная масса тела рассчитывается по формуле — рост [см] • 0,7 — 50 кг. Индекс Бернгарда. Идеальная масса тела высчитывается по формуле — рост [см] • окружность грудной клетки [см] / 240. Индекс Давенпорта. Масса человека [г], делится на рост [см], возведённый в квадрат. Превышение показателя выше 3,0 свидетельствует о наличии ожирения (очевидно, это тот же ИМТ, только делённый на 10). Индекс Ноордена. Нормальный вес равен рост [см] • 420/1000. Индекс Татоня. Нормальная масса тела = рост − (100 + (рост − 100) / 20) Произвести расчет по индексам. Выводы |