Презентация по физике на тему: Физика-медицине (11 класс)

Учитель физики: Кусова И.Г.

Урок- конференция.

Целью конференции является знакомство учащихся с достижениями современной физики и с перспективами ее развития в ХХI в.

Задачи конференции:

1. Познакомить учащихся с некоторыми современными способами диагностики и лечения различных заболеваний и с физическими законами и принципами , лежащими в их основе.

2. Выработать у учащихся умение самостоятельно подбирать материал по заданной теме, составлять и делать доклады;

3. Пропагандировать здоровый образ жизни;

4. Развивать у учащихся интерес к предмету.

Слайд 2

План

1. Вступительное слово учителя

2. Доклады учащихся и комментарии к ним учителя

• Измерение давления крови у человека

• Электрокардиография

• Ультразвук в медицине

• Инфракрасное излучение в медицине

• Оптические приборы в медицине

• Ультрафиолетовые лучи в медицине

• Рентгеновские лучи в медицине

• Можно ли «увидеть» мысль?

• Лазеры в медицине

3. Заключительное слово учителя

Оснащение

Кодоскоп или проектор. Экран, скелет, манометр, фонендоскоп, микроскоп, офтальмоскоп, кварцевая лампа, шкала электромагнитных волн.

Вступительное слово учителя.

Учитель физики. Ребята, вы, конечно, слышали о научных конференциях, которые проводят ученые, специализирующиеся в различных областях науки. Зачем же проводятся эти конференции?

А дело в том, что сегодня каждая научная отрасль стала столь ветвиста и сложна. Что человек, занимающийся отдельным ее аспектом, порою даже не представляет себе, чем занимаются его коллеги.

Совсем другое дело- конференция. Именно здесь встречаются ученые из разных стран, работающие в одном направлении и заочно знакомые друг с другом по публикациям в научных изданиях. Ученые знакомятся и обмениваются опытом и идеями.

Конечно, мы с вами пока еще не являемся учеными. Мы просто изучаем науку о природе- физику. Но все вы уже задумываетесь о выборе своей будущей профессии и. возможно, сегодняшняя наша конференция поможет вам определиться с выбором.

Всем вам важно знать, что может обнаружить и диагностировать современная медицина. А возможности современной медицины сегодня в большой степени определяютс я теми приборами и инструментами, которые создают для медиков физики. СЛАЙД 3

Перед вами программа нашей конференции « Физика- медицине». Сейчас мы послушаем доклады и узнаем о возможностях, которые физики проедоставили современной медицине для диагностики и лечения различных заболеваний.

Давайте, дадим слово первому докладчику.

Измерение давления крови у человека.

Докладчик №1 . Когда вы приходите на прием к терапевту, врач обязательно измеряет вам температуру и кровяное давление. Ну как измеряют температуру и в чем секрет медицинского термометра, вы, конечно, знаете. А вот как измеряют давления крови у человека, я вам сейчас расскажу. Измеряют давление с помощью манометра и фонендоскопа

( ДЕМОНСТРИРУЕТ ПРИБОР).

На правую руку врач надевает вам манжету, соединенную с манометром, и накачивает в манжету воздух. Фонендоскоп врач прикладывает к артерии и, постепенно понижая давление в манжете, ждет появления звуков ударов в фонендоскопе. То значение давления, при котором начинаются удары, называют «верхним» значением давления, а то значение, при котором удары прекращаются - «нижним» значением давления.

ДЕМОНСТРИРУЕТ опыт по измерению давления крови у человека и сообщает, что «верхнее» значение давления равно 120 мм. рт. ст., а «нижнее» значение - 80 мм. рт. ст.

При этом врач скажет, что у вас давление 120 на 80 и что это давление считается для человека нормальным.

Рассмотренный нами способ измерения давления в 1905 г. Предложил русский врач Николай Сергеевич Коротков - участник русско - японской войны - и с тех пор слыщимые в фонендоскопе удары называются во всем мире звуками Короткова. Слайд 5

Природа этих звуков оставалась неясной почти до конца ХХ века., пока механики не предложили следующее объяснение их появления.

Значение давления в «гребне» волны ( при что сокращении сердца) - это и есть «верхнее» давление крови, а во « впадине»( при расслаблении сердца) - «нижнее». Сначала врач накачивает в манжету воздух до давления, превышающего «верхнее» кровяное давление. При этом артерия под манжетой сплющена в течение всего цикла сердечных сокращений. Затем воздух постепенно выпускают из манжеты и, когда давление в ней становится равно «верхнему » давлению крови, артерия хлопком расправляется и пульсация крови, вызываемое сокращениями сердца, приводят в колебание окружающие ткани на поверхности руки. При этом врач слышит звук и отмечает значение «верхнего» давления крови. При дальнейшем понижении давления крови в манжете, каждый раз, когда оно будет совпадать с давлением крови, в фонендоскопе будут слышны звуки. Но после того, как давление воздуха в манжете достигнет «нижнего» значения кровяного давления, артерия окончательно расправляется и звуки исчезают. Поэтому врач регистрирует «нижнее» значение давления крови по последнему удару.

Вот таким образом механики объяснили, что звуки Короткова прослушиваются только тогда, когда давление воздуха в манжете меняется от «верхнего» до «нижнего» значения давления крови.

Учитель. Спасибо за интересный доклад. Думаю, что после окончания конференции вы поможете всем желающим научиться измерять давление.

Давайте послушаем следующего докладчика ( объявляет тему доклада)

Электрокардиография

Докладчик №2 . В процессе жизнедеятельности в клетках, в тканях и в органах человека образуются разности злектрических потенциалов , называемые биопотенциалами. Эту разность потенциалов можно измерить с помощью электродов, а затем усилить и записать на движущейся пленке регистрирующего устройства. Полученный таким образом график зависимости изменения биопотенциалов от времени позволяет проследит за работой того или иного органа.

Наверное, вы все слышали об электрокардиографии. Электрокардиография или ЭКГ - это регистрация биопотенциалов сердца человека. А график, полученный в результате ЭКГ, называется электрокардиограммой. СЛАЙД.6

Перед вами фрагмент электрокардиограммы здорового сердца, соответствующий одному сердечному циклу, длящемуся 0,8 секунды. Хорошо видны участки, соответствующие предсердий - 0,1 с., сокращению желудочков - 0,3 с., и сердечная пауза, длящаяся 0,4 секунды. СЛАЙД 7.

А теперь перед вами две электрокардиограммы. Первая- это электрокардиограмма здорового, а вторая - больного человека.

Медики широко используют электрокардиографию для диагностики заболеваний сердца. Сегодня врач скорой помощи за 15-20 минут , сняв электрокардиограмму, может определить. Нет ли у больного инфаркта, и, в случае необходимости , оказав больному немедленную медицинскую помощь, доставить его в больницу.

Учитель. Спасибо за интересное сообщение.

Ультразвук в медицине.

Докладчик №3 . Хочу напомнить вам, что ультразвук - это механические колебания с частотой более 20 000 герц.. СЛАЙД 8

Ультразвук часто называют дробящим звуком. Способность ультразвука дробить и измельчать различные вещества нашла применение в фармакологии - для приготовления смесей из лекарственных веществ в терапии - для разрыхления тканей и дробления некоторых видов почечных камней.Слайд 9

Нашел применение ультразвук и в хирургии. С его помощью производится безосколочная резка и сварка костей.

А благодаря способности ультразвука убивать микробы, бактерии, инфузории, головастиков и даже маленьких рыбок его стали применять для стерилизации хирургических инструментов, различных лекарственных веществ и для ингаляции.

Известно, что ультразвук отражается от различных препятствий. Это его свойство было использовано при создании эхолота - прибора для измерения глубины моря под днищем корабля. А в последние годы, благодаря созданию очень чувствительных приборов, способных фиксировать отраженные различными тканями организма слабые ультразвуковые сигналы, возникла ультразвуковая биолокация. Сегодня ультразвуковая биолокация позволяет обнаружить опухоли и различные инородные тела ( кусочки стекла или дерева) в тканях человека.

Учитель. Спасибо докладчику за интересное сообщение. Конечно, перспективы. Открываемые УЗИ, очень заманчивы. Кому же из будущих родителей не захочется « взглянуть» на своего ребеночка? Но, оказывается, воздействие ультразвукового излучения на биологические объекты пока еще до конца не изучено. А некоторые биологи считают, что УЗИ вызывает стресс у зародыша. Так что не будем спешить и подождем, что же нам завтра подскажут исследователи.

А сейчас познакомимся с применением электромагнитных волн в медицине.

Инфракрасное излучение в медицине

Докладчик №4. Инфракрасное излучение - это электромагнитное излучение с частотами меньшими, чем у красного, но большими, чем у радиоволн.

(Докладчик показывает ИК- диапазон на шкале электромагнитных волн).

Инфракрасные волны излучает любое нагретое тело, поэтому такое излучение называют тепловым.

Температура человека выше, чем у окружающих тел, поэтому человек является источником инфракрасного излучения. И чем выше температура тела или отдельных участков тела человека, тем больше частота излучаемых электромагнитных колебаний.

В 80-х годах ХХ в. появились тепловизоры - приборы, регистрирующие инфракрасное излучение живых организмов. Тепловизор преобразует невидимое глазу ИК- излучение в световое и дает цветной снимок, на котором различными цветами изображаются участки с различной температурой, Участки тела с более высокой температурой « окрашиваются» тепловизором в красный цвет, а с меньшей - в оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий и фиолетовый цвета.

Слайд 10

Перед вами 2 картинки теплографии рук человека. Левая картинка_ это теплография руки человека до курения, правая - после курения. Медики посчитали, что выкуривание одной сигареты приводит к понижению температуры тела курильщика на 0,1⁰.Работая с большим напряжением, сердце курильщиков быстрее изнашивается и стареет.

Учитель. Спасибо докладчику за интересный доклад.

(Небольшая дискуссия о проблеме курения).

Учитель.Послушаем следующего докладчика.( Учитель объявляет тему доклада).

Оптические приборы в медицине.

Докладчик №5. Сегодня медики широко применяют в своей практике различные оптические приборы: призмы, линзы, микроскопы, световоды, лазеры и другие.

Применение оптических приборов в медицине очень разнообразно.(демонстрирует классу офтальмоскоп). СЛАЙД 11.Офтальмоскоп - это вогнутое сферическое зеркало с небольшим отверстием в его центре. Если лучи света от лампы, расположенной несколько сбоку, направить с помощью офтальмоскопа в исследуемый глаз, то они пройдут до сетчатки, частично отразятся от нее и выйдут назад. Слайд 11.

Эти отраженные лучи попадают через отверстие в зеркале в глаз врача и врач видит изображение глазного дна пациента. Аналогичным образом врач - отоларинголог с помощью вогнутого зеркала рассматривает уши, горло, нос. В конце ХХ века физики создали новый прибор, который называется эндоскопом. Эндоскоп - это прибор позволяющий врачу увидеть изнутри трахеи, бронхи, пищевод и желудок пациента - состоит из большого числа линз и призм. При проведении исследования желудка пациент заглатывает эндоскоп, и, продвигаясь по пищеводу, эндоскоп оказывается в желудке.Источник света освещает желудок изнутри, и отраженные стенками желудка лучи проходят через смотровую трубку и выводятся в глаза врача через специальные световоды. Слайд 12.Световод

Световоды представляют собой волоконные оптические трубки, толщина которых соизмерима с толщиной человеческого волоса. Световой сигнал вследствие явления полного внутреннего отражения от стенок трубки полностью и без искажений передается в глаз врача, образуя в нем изображение освещенного в данный момент участка желудка.Называется такое исследование - эндоскопия.С помощью эндоскопа можно облучать злокачественную опухоль - излучением радиоактивного препарата ( можно послушать впечатления учащихся, которым делали эндоскопию внутренних органов)

Учитель. Теперь вы знаете, что такое эндоскопию и, надеюсь. Вам легче будет понять то, что говорит вам врач.

Ультрафиолетовые лучи в медицине.

Докладчик №6. Ультрафиолетовое излучение - это электромагнитное излучение с частотами большими, чем у видимого света, но меньшими, чем у рентгеновского излучения.

(Докладчик показывает Уф - диапазон на шкале электромагнитных волн).

Источниками ультрафиолетового излучения являются Солнце и кварцевая лампа.

В этой лампе происходит дуговой разряд в парах ртути . Свет ртутной дуги содержит видимые и УФ- лучи. Чтобы можно было использовать полученные УФ-излучение, лампу делают не из стекла, которое не пропускает ультрафиолет, а из плавленого кварца. Поэтому лампу называют кварцевой.

Ультрафиолетовые лучи оказывают сильное действие на живые организмы. Проникая в ткани на глубину от 0,1 до 1 мм, УФ- лучи вызывают на них сложную биохимическую реакцию.

В медицине ультрафиолет применяют для стерилизации инструментов и помещений. С помощью кварцевой лампы вы можете убить все микробы в квартире. И если в доме есть маленький ребенок, то такое «кварцевание» помещения рекомендуется делать хотя бы раз в день.

Однако при использовании ультрафиолета не следует забывать о том, что эти лучи вредны для глаз. Большие дозы ультрафиолета способны вызвать ожог сетчатки и временную слепоту. Поэтому, проводя « кварцевание» помещения, отдыхая летом на море или зимой в горах, человек должен защищать глаза от избытка ультрафиолета. Для защиты глаз следует использовать очки с затемненными стеклами, но ни в коем случае из пластмассы, т.к. затемненная пластмасса пропускает меньше света, но не останавливает УФ- излучение. А при уменьшении светового потока, попадающего в глаз, зрачок расширяется и поток ультрафиолетового излучения на сетчатку глаза увеличивается.

Учитель. Спасибо докладчику за очень поучительное сообщение. Так что же ребята, загорать или не загорать? Что вы выбираете: коасивый шоколадный оттенок или бледную, но здоровую кожу?

Сегодня модно загорать, поэтому люди согласны платить деньги за равномерный искусственный загар. Но давайте задумаемся, как возникла эта мода на загар. Ведь еще в начале прошлого века женщине, полагалось иметь белую кожу. Отсюда и мода на шляпы с широкими полями, летние зонтики. В 60-е годы ХХ века модельеры изобрели открытый купальный костюм. Новый товар надо было разрекламировать, и с помощью голливудских звезд в моду был введен шоколадный загар. Он стал не только моден, но и престижен. С начала появления моды на загар прошло более 50 лет и за это время медики обнаружили, что у любителей позагорать часто наблюдается преждевременное старение кожи, да и общее число различных заболеваний кожи год от года возрастает. Так что же, загорать или не загорать, решайте сами. А информация вам была предоставлена.

По плану пресс- конференции тема следующего доклада « рентгеновские лучи в медицине». Давайте дадим слово нашему товарищу.

« Рентгеновские лучи в медицине»

Докладчик №7. Рентгеновское излучение - это электромагнитные волны с частотами большими, ч ем у ультрафиолета, но меньшими, чем у гамма- излучения.Слайды13.14,15

(Докладчик показывает рентгеновский диапазон на шкале электромагнитных волн).

Источником рентгеновского излучения в медицине является рентгеновс кая трубка.Слайд 16

Проходя через тело человека, рентгеновские лучи частично поглощаются и степень их поглощения пропорциональна плотности тканей, через которые проходят лучи.

Если просветить грудную клетку человека рентгеновскими лучами, то легкие , заполненные воздухом, будут их мало поглощать , мышцы - больше, а кости - еще больше. Слайл 17.

Таким образом, прошедшие через грудную клетку человека рентгеновские лучи дадут на фотопластинке изображение легких, мышц и костей. Причем изображение больных легких будет отличаться от изображения здоровых легких наличием зон затемнения.

( На экран проецируется «Легкие человека») СЛАЙД 18

Перед вами фотографии легких здорового и курящего человека. Частицы дыма и дегтя оседают на стенках легочных пузырьков курильщика. При этом его легкие теряют эластичность и становятся малорастяжимыми. Это приводит к уменьшению реальной емкости легких курильщика. При этом резко ухудшается работоспособность и общее самочувствие человека. Ежегодно курение является причиной гибели тысячи людей. А раком легких курящие заболевают в 6-10 раз чаще, чем некурящие.

В нашей стране все граждане раз в год должны пройти флюорографию. Флюорография - это снимок легких, сделанный с помощью рентгеновских лучей, которые позволяют медикам диагностировать туберкулез и другие заболевания легких пациента. Для диагностики сердечо - сосудистых заболеваний медики используют коронографию. Коронография - это рентгенологическое исследование работы сосудов сердца. Для проведения этого исследования в кровь пациента вводят рентгеноконтрастные вещества, дающие на фотопластине изображение сосудов сердца. С помощью рентгенографии костей и суставов медики демонстрируют переломы, вывихи и заболевания суставов.

Таким образом мы убедились, что с помощью рентгеновского излучения медики могут: Слайд 19

• диагностировать заболевание внутренних органов человека;

• диагностировать переломы костей и различных костей и различные виды заболеваний суставов;

• обнаруживать наличие в теле пациента инородных тел.

Рентгеновское излучение используется в медицине и для лечебных целей. Биологическое действие рентгеновского излучения заключается в нарушении жизнедеятельности клеток, особенно быстро размножающихся раковых клеток. На этом и базируется применение рентгенотерапии для борьбы с наружными раковыми опухолями. Опухоль облучают узким пучком рентгеновского излучения и убивают раковые клетки.

Учитель. Спасибо за интересное сообщение.

Можно ли «увидеть» мысль?

Докладчик №8. Как устроен и как работает мозг человека? Этот вопрос уже тысячи лет волнует ученых. А сегодня исследователи получили реальную возможность наблюдать на экране работу мозга человека и даже проследить за тем, как «течет» мысль. Эту чудесную возможность предоставил им новый прибор, который называется позитронно- эмиссионный томограф (ПЭТ). Слайды 20,21,22

В кровь пациента вводится содержащее радиоактивные изотопы вещество, активно перерабатываемое нейронами мозга, например. Глюкоза, в которой некоторые атомы углерода ¹²С заменены радиоактивными изотопами углерода ¹¹С . Нейтроны мозга для своей работы требуют очень много энергии. Поэтому при возбуждении различных участков коры головного мозга резко увеличивается потребление этими участками кислорода. А кислород попадает в кору с артериальной кровью. Которая несет с собой и радиоактивные изотопы углерода .

При распаде радиоактивного изотопа углерода ¹¹С испускаются позитроны. Эти позитроны сталкиваются с электронами и взаимно уничтожаются, отдавая энергию в виде двух гамма- квантов, разлетающихся в противоположных направлениях. Попадая на кольцо детекторов. Окружающих голову пациента, эти гамма- кванты вызывают свечение кристаллов детекторов. Компьютер регистрирует это свечение. Рассчитывает положение источников гамма- излучения и выводит полученную информацию на экран томографа. Таким образом, по увеличению кровотока к различным участкам мозга удается проследить « течение» мысли человека. Применение ПЭТ открывает перед учеными новые возможности в изучении человеческого мозга. Слайд23

Перед вами две ПЭТ - томограмы мозга человека, полученные с помощью глюкозы, который содержит радиоактивный углерод. Первая - это томограмма здорового мозга, а на второй хорошо видно красное пятно в затылочной области мозга. Это зона повышенного потребления глюкозы и кислорода. Такое ненормальное повышение обменных веществ наблюдается у больных шизофренией. Так исследование мозга с помощью ПЭТ позволяет медикам диагностировать различные заболевания и неврозы.Слайды 24,25

Учитель. Итак, физики помогают биологам изучать работу мозга человека. А биологии в свою очередь помогают компьютерщикам в решении задачи создания искусственного интеллекта. Так, помогая друг другу, ученые пытаются раскрыть тайны человеческого мозга .Ученые установили, что на сегодняшний день человек научился использовать только около 10% этих возможностей. А что же будет, если удается активизировать работу мозга хотя бы еще на несколько процентов? Наверное. тогда каждый сможет за пару лет освоить всю школьную программу, выучить 5-10 иностранных языков и т.п.

Лазеры в медицине

Докладчик №9. В 1964 г. советские физики Н.Г. Басов и А.М. Прохоров получили Нобелевскую премию за изобретение лазера.

Лазеры способны генерировать электромагнитное излучение в диапазонах инфракрасного и ультрафиолетового света.

(Докладчик демонстрирует эти диапазоны на шкале электромагнитных волн).

Толщину лазерного луча можно уменьшить до размеров паутины, а высокую плотность его энергии можно сконцентрировать в точке размером в 1/50 толщины человеческого волоса.

В медицине лазеры начали применять в 70-х гг. прошлого века. И первыми нашли применение лазерному лучу хирурги. Слайд 26

С помощью лазерного луча офтальмологи научились « приваривать» отслоившуюся сетчатку к задней стенке глазного яблока. И делается это подобно тому, как производится точечная искровая сварка листового железа.

Для проведения операций на тканях с обильным кровоснабжением хирурги используют так называемый бескровный скальпель. Бескровный скальпель- это лазерный луч. А назвали его так потому, что, разрезая ткани, луч лазера одновременно «заваривает» все поврежденные кровеносные сосуды и не допускает кровотечений в области разреза.

Луч лазера с помощью световода толщиной с иголочку можно ввести и во внутренние органы и ткани человека. Различные частоты и мощности лазерного излучения оказывают на биологические ткани различные действия. Простейшим из этих действий является прогрев. Оказывающий на некоторые ткани лечебное действие. Еще в начале ХХI века медики обнаружили , что при прогревании лучом межпозвоночных дисков человека происходит регенерация хрящевой ткани дисков. А это означает, что стертые и «изношенные» с годами межпозвоочные диски можно восстановить и вернуть «молодость» и подвижность позвоничнику пожилого человека. Таким образом человеку, видимо, удастся избежать «мести»природы за его прямохождение.

Учитель. Давайте поблагодарим докладчика за сбор такой интересной информации . Конечно, в одном докладе невозможно рассказать о всех применениях лазера в медицине. Тем более, что ни медиками, ни биологами еще не изучены все виды воздействия различных частей электромагнитного излучения на клетки и ткани человека. исследования продолжаятся и. может быть. Кому - то из вас в будущем удастся изобрести новое лечебное применение лазера и избавить людей от страданий и тяжелых болезней.

Заключительное слово учителя

Учитель. Сегодня люди стали жить дольше, но после 50-60 лет, вследствие изношенности организма, люди начинают болеть и жизнь их перестает радовать. Как продлить активную творческую жизнь человека? Как избавить его от страданий и немощи? Как сделать молодых красивыми, умными и энергичными , а пожилых - красивыми, мудрыми и здоровыми? На все эти вопросы - один ответ. Ведите здоровый образ жизни. Развивайте способности. Данные нам природой, тренируйте мозг так же, как тренируете мышцы тела, разумно относитесь ко всему происходящему, не поддавайтесь унынию и будьте оптимистами, Запомните, что добрый человек живет дольше и лучше, чем злой. Полюбите этот мир и себя в нем. Не ставьте перед собой заоблачные цели и не комплексуйте от их недостижимости. Научитесь радоваться цветку и ребенку, красивому пейзажу и звездному небу, найдите работу.

Слайд 27