Методические рекомендации по изучению темы: "Поляризованный свет в медицинских исследованиях" для студентов медицинского университета

Одесский национальный медицинский университет

Кафедра биофизики, информатики и медицинской аппаратуры

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИЗУЧЕНИЮ ТЕМЫ:

"Поляризованный свет в медицинских исследованиях"

для студентов медицинского университета

Утверждено

на методическом совет кафедры

"___"____________ 2010 г.

Протокол №____

Зав. кафедрой,

профессор Годлевский Л.С.

Одесса, 2010 г.

"Поляризованный свет в медицинских исследованиях" – 2 часа
1. Актуальность темы

Развитие охраны здоровья в Украине и повышение уровня подготовки медицинских работников ставят перед высшей школой новые задачи по усовершенствованию преподавания физических дисциплин.

Одной из интереснейших тем является тема поляризованного света и его использование в медицинских исследованиях, что читается в рамках курса "Биофизика, информатика и медаппаратура".

Методы, использующие принципы поляризации света, широко используются в медицине для определения концентрации растворов, исследованиях структурных превращений в молекулярной биофизике, для оценки механических напряжений в костных тканях.

Знакомство с идеями и методами поляриметров, поляризационного микроскопа является необходимым элементом профессионального образования каждого медицинского работника.
2. Цели занятия

Основной целью практического занятия является обучение студентов подбору и использованию методов исследования для получения информации о здоровье человека.

2.1. Учебные цели:

• 
  Природный и поляризованный свет. Плоскость поляризации.
  
• 
  Поляризатор и анализатор, их главные плоскости.
  
• 
  Закон Малюса.
  
• 
  Поляризационные явления при отражении и преломлении света.
  
• 
  Угол полной поляризации, закон Брюстера.
  
• 
  Явление двойного лучепреломления.
  
• 
  Оптические оси.
  
• 
  Строение и предназначение призмы Николя.
  
• 
  Дихроизменение. Поляроиды.
  
• 
  Вращение плоскости поляризации. Оптически - активные вещества.
  
• 
  Постоянная вращения оптически - активного вещества.
  
• 
  Поляризационная микроскопия.
  
• 
  Фотоупругость и ее использование в медицинских исследованиях.
  

2.2 Воспитательные цели:

развитие глубокого понимания принципов действия аппаратуры для биологических исследований, основанного на понятии поляризации света.

3. Междисциплинарная интеграция

№№ п./п.	Дисциплина	Знать	Уметь
1	2	3	4
1	Первоначальные дисциплины Курс физики средней школы	Основы электромагнит-ных волн	Описывать поляризованную электромагнит-ную волну
2	Следующие дисциплины: 1.Физиология 2.Терапия 3.Хирургия
3	Внутрипредметная интеграция 1.Электрическое поле 2.Электромагнитные волны	Уравнение, описывающее электромагнит-ную волну	Определить плоскость поляризации

4. Пути реализации этого занятия

Для реализации этого занятия студенту необходимы базисные знания:

1. Плоскополяризованная волна.

Частично поляризованный луч света.

Степень поляризации.

2. Плоскость поляризации, главная плоскость поляризации.

3. Понятие поляризатора, ареализатора.

4. Закон Малюса.

5. Понятие про угол полной поляризации.

Закон Брюстера.

6. Понятие про двойное лучепреломление.

7. Вращение плоскости поляризации.

5. Задания с эталоном ответов (для самопроверки студентами начального уровня знаний)

Найти верный ответ:

1. Плоскость, проходящая через вектор, распространяет волны и а) электрический вектор Е; б) радиус-вектор r; с) вектор Н и называется плоскостью поляризации.

2. Естественный свет – это а) плоскополяризованный свет; б) плоскополяризованные лучи, но с разными частотами; с) накопление плоскополяризованных волн с хаотической ориентацией плоскостей колебаний, электрические вектора которых перпендикулярны углу направления.

3. Закон Малюса гласит, что интенсивность проходящего из анализатора света равна:

а) амплитуде электрического вектора Е падающей волны в квадрате;

б) интенсивности плоскополяризованного света, падающего на анализатор;

с) интенсивности плоскополяризованного света, падающего на анализатор, умноженной на косинус угла между главными плоскостями поляризатора и анализатора;

4. Двойное лучепреломление это:

а) раздвоение луча на преломление от поверхности кристалла;

б) раздвоение луча на отражение и преломление от внутренней поверхности кристалла;

с) раздвоение проходящего в кристалле луча.

5. Оптически активные вещества – это вещества а) поворачивающие плоскость поляризации плоскополяризованного света при прохождении через вещество; б) полностью отражающие свет; с) усиливающие интенсивность падающего света.
Ответ: 1-А; 2-С; 3-С; 4-С; 5-А.
6. Информацию для закрепления базисных знаний - умений можно найти в учебниках:

1. Ремизов А.Н. "Медицинская и биологическая физика".

2. Ландсберг Г.С. "Элементарный учебник физики".
7. Содержание учебного материала темы:

Основные понятия данной темы: плоскость поляризации, степень поляризации, главная плоскость поляризатора, анализатор, поляризатор, оптическая ось кристалла, обыкновенный и необыкновенный луч.

Основные физические явления и процессы: поляризация, частичная поляризация, двойное лучепреломление, вращение плоскости поляризации.

Основные формулы и законы: закон Малюса, закон Брюстера, формула, связывающая угол поворота плоскости поляризации с расстоянием, пройденным светом в оптически - активном веществе, формула, связывающая угол поворота плоскости поляризации с концентрацией раствора.

Основные физические величины: амплитуда электрического вектора, угол между главными плоскостями поляризатора и анализатора, показатель преломления необыкновенного луча, постоянная вращения, идеальное вращение.

Основные методы медико-биологических исследований: оценка механических повреждений, определение сахара в моче.

8. Задания для самостоятельной подготовки студентов:
8.1 Задания для самостоятельного изучения темы:

1. Что означает поляризованная волна?

2. Объяснить закон Малюса.

3. Что используется для поляризатора, анализатора?

4. Что может служить поляризатором?

5. Закон Брюстера.

6. Что называется оптической осью кристалла?

7 Призма Николя, принципы ее работы.

8. Свойства поляризации на примере кварцевой пластины.

9. Поляризованный микроскоп.

10. Какие преимущества, недостатки у поляризаторов, изготовленных из турмалина?

8.2 Основная литература:

1. Ремизов А.Н. "Медицинская и биологическая физика".

8.3 Дополнительная литература:

1. Ливенцов Н.М. "Курс физики для медвузов", 1974.

2. Дж.Б.Мерион "Общая физика с биологическими примерами", 1986.

8.4 Ориентировочная карта работы:

Основные задания	Указания	Ответы студентов
1	2	3
Когда анализатор не пропускает плоскополяризованный свет	Воспользоваться законом Малюса
Как определить при помощи поляризатора падающий свет – естественный или плоскополяризованный?	Рассмотреть в первом и втором случае интенсивность проходящего света при разных углах
Какова величина угла между преломленным и отраженным лучом, если произошла полная поляризация отраженного света	Воспользоваться законом Брюстера и законом преломления для лучей
После двойного лучепреломления	Рассмотрим поляризацию обыкновенного и необыкновенного луча, а затем закон Малюса

1	2	3
Интенсивность поляризованного света после прохождения через поляризатор и анализатор равна 0. Что нужно куда поставить, чтобы свет дошел до наблюдателя	Воспользоваться свойствами оптически - активных веществ

Методические рекомендации подготовил ассистент Бежик Н.В.